RU2573936C1 - Strain of bacteria escherichia coli - producer of fumaric acid and method of obtaining fumaric acid using this strain - Google Patents
Strain of bacteria escherichia coli - producer of fumaric acid and method of obtaining fumaric acid using this strain Download PDFInfo
- Publication number
- RU2573936C1 RU2573936C1 RU2014143897/10A RU2014143897A RU2573936C1 RU 2573936 C1 RU2573936 C1 RU 2573936C1 RU 2014143897/10 A RU2014143897/10 A RU 2014143897/10A RU 2014143897 A RU2014143897 A RU 2014143897A RU 2573936 C1 RU2573936 C1 RU 2573936C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gene
- seq
- strain
- genes
- fumaric acid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к биотехнологии, в частности, к штамму бактерий Escherichia coli - продуценту фумаровой кислоты, способному к эффективной продукции фумаровой кислоты из глюкозы, а так же к способу получения фумаровой кислоты, с использованием этого штамма, с улучшенным показателем коэффициента конверсии субстрата в целевой продукт.The present invention relates to biotechnology, in particular, to a strain of bacteria Escherichia coli - a producer of fumaric acid, capable of efficiently producing fumaric acid from glucose, as well as to a method for producing fumaric acid using this strain, with an improved rate of substrate conversion to target product.
Фумаровая кислота, непредельная четырехуглеродная дикарбоновая кислота, находящая широкое применение в различных отраслях химической, пищевой и фармацевтической промышленности.Fumaric acid, unsaturated four-carbon dicarboxylic acid, widely used in various sectors of the chemical, food and pharmaceutical industries.
В настоящее время мировой рынок фумаровой кислоты оценивается в 90000 т/год. Фумаровую кислоту используют в качестве полупродукта в производстве бумаги (~31500 т/год), полиэфирных смол (~13500 т/год), алкидных пластмасс (~5500 т/год) и пластификаторов (~4500 т/год), а также в косметической (~15000 т/год) и пищевой промышленности (~20000 т/год) (Roa Engel, С.А. et al., 2008, Fumaric acid production by fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 78, 379-389). Нетоксичная природа фумаровой кислоты позволяет использовать ее в производстве напитков и выпечки, а также пшеничного и ржаного хлеба, фруктовых соков, желеобразных десертов (Yang, S.T. et al., 2011, Fumaric acid. In: Moo-Young, BulterMichael, editors. Comprehensive biotechnology, 2nd Edition, 3, 163-77). Фумаровую кислоту добавляют в рацион крупного рогатого скота, что приводит к значительному снижению, более чем на 70%, выброса животными метана (Mcginn, S.M. et al., 2004, Methane emissions from beef cattle: Effects of monensin, sunflower oil, enzymes, yeast and fumaric acid. J. Anim. Sci. 82, 3346-3356). В медицине эфиры фумаровой кислоты, такие как моноэтилфумарат, монометилфумарат и диэтил- и диметил- фумараты используют при лечении псориаза (Moharregh-Khiabani, D. et al., 2009, Fumaric acid and its esters: an emerging treatment for multiple sclerosis. Curr. Neuropharmacol. 7, 60-64), значительно улучшая качество жизни пациентов.Currently, the global market for fumaric acid is estimated at 90,000 tons / year. Fumaric acid is used as an intermediate in the production of paper (~ 31500 t / year), polyester resins (~ 13500 t / year), alkyd plastics (~ 5500 t / year) and plasticizers (~ 4500 t / year), as well as in cosmetic (~ 15,000 t / year) and food industry (~ 20,000 t / year) (Roa Engel, S.A. et al., 2008, Fumaric acid production by fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 78, 379-389). The non-toxic nature of fumaric acid allows its use in the production of beverages and pastries, as well as wheat and rye bread, fruit juices, jelly desserts (Yang, ST et al., 2011, Fumaric acid. In: Moo-Young, Bulter Michael, editors. Comprehensive biotechnology , 2nd Edition, 3, 163-77). Fumaric acid is added to cattle diets, resulting in a significant reduction of animal methane emissions of more than 70% (Mcginn, SM et al., 2004, Methane emissions from beef cattle: Effects of monensin, sunflower oil, enzymes, yeast and fumaric acid. J. Anim. Sci. 82, 3346-3356). In medicine, fumaric acid esters such as monoethyl fumarate, monomethyl fumarate and diethyl and dimethyl fumarates are used in the treatment of psoriasis (Moharregh-Khiabani, D. et al., 2009, Fumaric acid and its esters: an emerging treatment for multiple sclerosis. Curr. Neuropharmacol. 7, 60-64), significantly improving the quality of life of patients.
Фумаровую кислоту рассматривают также в качестве перспективного "строительного блока" для получения широкого спектра химических веществ с высокой добавленной стоимостью, синтезируемых из нефтепродуктов. Наиболее значимым из них является 1,4-бутандиол (БДО). БДО применяют в таких отраслях промышленности как: электроника (в качестве растворителя и раствора для удаления фоторезиста, обезжиривания и очистки); фармацевтика (в качестве растворителя и средства экстракции); тонкий органический синтез (в качестве предшественника в синтезе тетрагидрофурана (ТГФ) и γ-бутиролактона (ГБЛ), полибутилентерефталатных резин для автомобильной промышленности, эластана и др.) (Paster, M. et al., 2003, Industrial bioproducts: today and tomorrow. Energetics Inc., Columbia, MD, USA).Fumaric acid is also considered as a promising “building block” for producing a wide range of high value-added chemicals synthesized from petroleum products. The most significant of these is 1,4-butanediol (BDO). BDO is used in such industries as: electronics (as a solvent and solution for removing photoresist, degreasing and cleaning); pharmaceuticals (as a solvent and extraction agent); fine organic synthesis (as a precursor in the synthesis of tetrahydrofuran (THF) and γ-butyrolactone (GBL), polybutylene terephthalate rubbers for the automotive industry, elastane, etc.) (Paster, M. et al., 2003, Industrial bioproducts: today and tomorrow. Energetics Inc., Columbia, MD, USA).
В настоящее время фумаровую кислоту производят нефтехимическим синтезом при цис-транс изомеризации малеиновой кислоты, которую, в свою очередь; получают из малеинового ангидрида. Промышленный синтез малеинового ангидрида осуществляют при окислении бензола и ряда других ароматических соединений. Ьднако, из-за возросшей цены на бензол, на многих предприятиях в качестве исходного сырья стали использовать н-бутан (Lorences, M.J. et al., 2003, Butane oxidation to maleic anhydride: kinetic modeling and byproducts. Ind. Eng. Chem. Res. 42, 6730-6742). Реакция протекает в газовой фазе на висмутовых катализаторах с удалением паров воды при частичной конденсации. Поглощение малеинового ангидрида из газовой фазы осуществляют парами органических растворителей, с последующей фракционной перегонкой полученной смеси для выделения целевого продукта и возвращения растворителя в сорбционную колонну. Полученная гидролизом малеинового ангидрига малеиновая кислота подвергается цис-транс изомеризации в фумаровую кислоту с использованием в качестве катализаторов неорганических кислот, пероксидов или же тиомочевины (Lohbeck, К. et al., 1990, Maleic and fumaric Acids. Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. A16. VCH, Weinheim, Germany, 53-62). Выделение и очистку продукта обычно осуществляют кристаллизацией из водной фазы.Currently, fumaric acid is produced by petrochemical synthesis during cis-trans isomerization of maleic acid, which, in turn; obtained from maleic anhydride. Industrial synthesis of maleic anhydride is carried out during the oxidation of benzene and a number of other aromatic compounds. However, due to the increased price of benzene, n-butane has been used as a feedstock in many enterprises (Lorences, MJ et al., 2003, Butane oxidation to maleic anhydride: kinetic modeling and byproducts. Ind. Eng. Chem. Res 42, 6730-6742). The reaction proceeds in the gas phase on bismuth catalysts with the removal of water vapor during partial condensation. The absorption of maleic anhydride from the gas phase is carried out in pairs of organic solvents, followed by fractional distillation of the resulting mixture to isolate the target product and return the solvent to the sorption column. Maleic acid obtained by hydrolysis of maleic anhydride undergoes cis-trans isomerization to fumaric acid using inorganic acids, peroxides, or thiourea as catalysts (Lohbeck, K. et al., 1990, Maleic and fumaric Acids. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. A16. VCH, Weinheim, Germany, 53-62). Isolation and purification of the product is usually carried out by crystallization from the aqueous phase.
Изомеризация малеиновой кислоты в фумаровую кислоту с помощью химических катализаторов ограничена константой равновесия реакции. Кроме того, соответствующие химические превращения протекают при повышенных температурах, обуславливающих формирование побочных продуктов термической декомпозиции малеиновой и фумаровой кислот, и тем самым снижающих конечный выход целевого продукта ниже равновесного значения (US 5783428). Указанные недостатки химического процесса получения фумаровой кислоты обусловили интерес к альтернативным методам получения этого вещества.The isomerization of maleic acid to fumaric acid using chemical catalysts is limited by the equilibrium constant of the reaction. In addition, the corresponding chemical transformations occur at elevated temperatures, which cause the formation of by-products of thermal decomposition of maleic and fumaric acids, and thereby reduce the final yield of the target product below the equilibrium value (US 5783428). These shortcomings of the chemical process for producing fumaric acid have led to interest in alternative methods for the preparation of this substance.
Фумаровая кислота является интермедиатом центрального метаболизма множества организмов. Однако, спектр организмов, обладающих установленной на сегодняшний день природной способностью к заметной продукции фумаровой кислоты, весьма узок. К микроорганизмам, с относительно выраженной способностью к формированию детектируемых количеств фумаровой кислоты в средах культивирования, относятся отдельные представители родов Rhizopus, Mucor, Cunninghamella и Circinella. При этом наилучшими показателями конверсии субстрата в фумаровую кислоту обладают такие представители рода Rhizopus как R. nigricans, R. arrhizus, R. oryzae и R. formosa. (Roa Engel, С.A. et al., 2008. Fumaric acid production by fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 78, 379-389) Несмотря на то, что способность штаммов Rhizopus к продукции фумаровой кислоты была открыта еще в начале 20-го века, особенности физиологии данного микроорганизма и сложность модификации его метаболизма вплоть до настоящего времени не позволили разработать экономически оправданного процесса микробиологического синтеза фумаровой кислоты с использованием клеток Rhizopus (Straathof A.J.J, and van Gulik W.M, 2012, Production of Fumaric Acid by Fermentation. In X. Wang et al. (eds.), Reprogramming Microbial Metabolic Pathways, 11, 225-240).Fumaric acid is an intermediate in the central metabolism of many organisms. However, the spectrum of organisms with the currently established natural ability to noticeable production of fumaric acid is very narrow. Microorganisms with a relatively pronounced ability to form detectable amounts of fumaric acid in cultivation media include individual representatives of the genera Rhizopus, Mucor, Cunninghamella and Circinella. Moreover, such representatives of the genus Rhizopus as R. nigricans, R. arrhizus, R. oryzae and R. formosa possess the best indicators of the conversion of the substrate to fumaric acid. (Roa Engel, C. A. et al., 2008. Fumaric acid production by fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 78, 379-389) Despite the fact that the ability of Rhizopus strains to produce fumaric acid was discovered at the beginning of 20 up to the present century, the physiological characteristics of this microorganism and the complexity of modifying its metabolism have not allowed to develop an economically viable process of microbiological synthesis of fumaric acid using Rhizopus cells (Straathof AJJ, and van Gulik WM, 2012, Production of Fumaric Acid by Fermentation. In X. Wang et al. (Eds.), Reprogramming Microbial Metabolic Pathways, 11, 225-240).
Принимая во внимание, что в структуре цены готовой продукции микробиологического синтеза стоимость сырья составляет около 40%, очевидно, что стоимость субстрата и показатель коэффициента конверсии субстрата в конечный продукт оказывают значительное влияние на себестоимость целевого вещества. В силу относительной дешевизны и значительных объемов производства, предпочтительным субстратом для микробиологического получения фумаровой кислоты является глюкоза (Straathof A.J.J, and van Gulik W.M, 2012, Production of Fumaric Acid by Fermentation. In X. Wang et al. (eds.), Reprogramming Microbial Metabolic Pathways, 11, 225-240).Taking into account that in the price structure of finished products of microbiological synthesis, the cost of raw materials is about 40%, it is obvious that the cost of the substrate and the rate of conversion of the substrate to the final product have a significant impact on the cost of the target substance. Due to the relative cheapness and significant production volumes, glucose is the preferred substrate for the microbiological production of fumaric acid (Straathof AJJ, and van Gulik WM, 2012, Production of Fumaric Acid by Fermentation. In X. Wang et al. (Eds.), Reprogramming Microbial Metabolic Pathways, 11, 225-240).
Факультативно анаэробная бактерия Escherichia coli не способна к формированию заметных количеств интермедиатов цикла трикарбоновых кислот, в частности и фумаровой кислоты, при утилизации глюкозы. Тем не менее, изученность метаболизма и развитость доступного генно-инженерного инструментария позволили создать на основе клеток Е. coli высокоэффективные рекомбинантные продуценты янтарной и яблочной кислот, которые, как и фумаровая кислота, не являются природными продуктами жизнедеятельности рассматриваемой бактерии (Cao, Y. et al., 2011, Metabolically engineered Escherichia coli for biotechnological production of four-carbon 1,4-dicarboxylic acids. J Ind Microbiol Biotechnol. 38(6), 649-656; Lin, H. et al., 2005, Genetic Reconstruction of the Aerobic Central Metabolism in Escherichia coli for the Absolute Aerobic Production of Succinate. Biotechnol Bioeng. 89, 148-156; Zhang, X. et al., 2011, L-malate production by metabolically engineered Escherichia coli. Appl Environ Microbiol. 77(2), 427-434; Thakker, C. et al., 2012, Succinate production in Escherichia coli. Biotechnol J. 7(2), 213-224).The optional anaerobic bacterium Escherichia coli is not capable of forming appreciable amounts of tricarboxylic acid cycle intermediates, in particular fumaric acid, during glucose utilization. Nevertheless, the study of metabolism and the development of accessible genetic engineering tools allowed the creation of highly efficient recombinant producers of succinic and malic acids based on E. coli cells, which, like fumaric acid, are not natural waste products of the bacterium under consideration (Cao, Y. et al ., 2011, Metabolically engineered Escherichia coli for biotechnological production of four-
Как и большинство микроорганизмов, клетки Ε. coli формируют фумаровую кислоту в ограниченном наборе биохимических процессов. Среди них - оксидативный цикл трикарбоновых кислот, реакции с участием глиоксилатного шунта и одна из ветвей смешаннокислотного брожения, называемая восстановительной ветвью цикла трикарбоновых кислот. Основными метаболическими предшественниками в данных биохимических процессах являются пировиноградная и щавелевоуксусная кислоты, а также фосфоенолпируват и ацетил-коферментА (ацетил-КоА). При утилизации глюкозы, эти вещества являются производными, формирующимися в реакциях с участием терминальных продуктов гликолиза, или же являются прямыми продуктами данного процесса.Like most microorganisms, cells Ε. coli form fumaric acid in a limited set of biochemical processes. Among them are the oxidative cycle of tricarboxylic acids, reactions involving the glyoxylate shunt, and one of the branches of mixed acid fermentation, called the reducing branch of the tricarboxylic acid cycle. The main metabolic precursors in these biochemical processes are pyruvic and oxaloacetic acids, as well as phosphoenolpyruvate and acetyl-coenzyme A (acetyl-CoA). In the utilization of glucose, these substances are derivatives that are formed in reactions involving terminal glycolysis products, or are direct products of this process.
Физиологические условия функционирования соответствующих путей различны. Оксидативный цикл трикарбоновых кислот активен в условиях аэрации, восстановительная ветвь цикла требует условий анаэробиоза, в то время как глиоксилатный шунт способен функционировать вне зависимости от условий аэрации.The physiological conditions for the functioning of the corresponding paths are different. The oxidative cycle of tricarboxylic acids is active under aeration conditions, the reducing branch of the cycle requires anaerobiosis conditions, while the glyoxylate shunt is able to function regardless of aeration conditions.
При конверсии глюкозы в фумаровую кислоту с участием оксидативной части цикла трикарбоновых кислот одна молекула фумаровой кислоты образуется из одной молекулы глюкозы и, таким образом, коэффициент конверсии глюкозы в фумаровую кислоту составляет 1/1 или 1,0 моль/моль.In the conversion of glucose to fumaric acid involving the oxidative part of the tricarboxylic acid cycle, one fumaric acid molecule is formed from one glucose molecule and, thus, the conversion rate of glucose to fumaric acid is 1/1 or 1.0 mol / mol.
При превращении глюкозы в фумаровую кислоту с формированием целевого вещества в процессе с участием глиоксилатного шунта коэффициент конверсии субстрата в целевой продукт так же составляет 1/1 или же 1,0 моль/моль.When glucose is converted to fumaric acid with the formation of the target substance in a process involving the glyoxylate shunt, the conversion rate of the substrate into the target product is also 1/1 or 1.0 mol / mol.
Сочетание двух указанных путей формирования фумаровой кислоты из глюкозы характеризуется формированием двух молекул фумаровой кислоты из двух молекул глюкозы и обуславливает коэффициент конверсии 2/2 или 1 моль/моль.The combination of these two pathways for the formation of fumaric acid from glucose is characterized by the formation of two fumaric acid molecules from two glucose molecules and causes a conversion factor of 2/2 or 1 mol / mol.
В отличие от процессов биосинтеза фумаровой кислоты из глюкозы протекающих в аэробных условиях, анаэробное формирование фумаровой кислоты с участием восстановительной ветви цикла трикарбоновых кислот требует поддержания баланса восстановленных и окисленных в ходе соответствующих реакций NAD+ и NADH эквивалентов. Процессы аэробного биосинтеза фумаровой кислоты из глюкозы основаны на реакциях окисления и в результате этого сопровождаются сопутствующим формированием значительного количества восстановленных эквивалентов. В присутствии кислорода избыточные восстановленные эквиваленты реокисляются в дыхательной электронтранспортной цепи. В условиях анаэробиоза электронтранспортная цепь не активна и реокисление образованных при утилизации глюкозы восстановленных эквивалентов должно быть сопряжено с реакциями брожения. Формирование фумаровой кислоты в восстановительной ветви цикла трикарбоновых кислот, являющейся частью процессов смешаннокислотного брожения, или же анаэробного дыхания, сопряжено с расходом восстановленных эквивалентов, сформированных при гликолизе.In contrast to the processes of biosynthesis of fumaric acid from glucose proceeding under aerobic conditions, the anaerobic formation of fumaric acid with the participation of the reducing branch of the tricarboxylic acid cycle requires maintaining the balance of the NAD + and NADH equivalents reduced and oxidized during the corresponding reactions. The processes of aerobic biosynthesis of fumaric acid from glucose are based on oxidation reactions and, as a result, are accompanied by the concomitant formation of a significant amount of reduced equivalents. In the presence of oxygen, excess reduced equivalents are reoxidized in the respiratory electron transport chain. Under conditions of anaerobiosis, the electron transport chain is inactive and the reoxidation of the reduced equivalents formed during glucose utilization should be associated with fermentation reactions. The formation of fumaric acid in the reducing branch of the tricarboxylic acid cycle, which is part of the processes of mixed acid fermentation, or anaerobic respiration, is associated with the consumption of reduced equivalents formed during glycolysis.
Достижение внутриклеточного окислительно-восстановительного баланса при анаэробном биосинтезе фумаровой кислоты из глюкозы с вовлечением в формирование целевого вещества ацетил-СоА, т.е с участием реакций оксидативной части цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатного шунта, невозможно.Achieving the intracellular redox balance during anaerobic biosynthesis of fumaric acid from glucose with the involvement of acetyl CoA in the formation of the target substance, i.e., involving the reactions of the oxidative part of the tricarboxylic acid cycle and glyoxylate shunt, is impossible.
Процесс прямого биосинтеза фумаровой кислоты из глюкозы в восстановительной части трикарбоновых кислот является NAD+/NADH сбалансированным и способен обеспечить коэффициент конверсии 2 моль/моль. Это обусловлено, с одной стороны, фиксацией ССЬ на стадии образования из гликолитических интермидиатов оксалоацетата - предшественника в анаэробном пути сбраживания глюкозы в фумаровую кислоту, а с другой стороны, тем, что тогда как конверсия каждой из двух молекул оксалоацетата, полученных из интермедиатов гликолитической утилизации глюкозы, в фумаровую кислоту требует одного восстановленного эквивалента (NADH), в ходе гликолиза формируются строго соответствующее количество восстановленных эквивалентов (2 NADH на одну молекулу глюкозы, т.е. строго по 1 NADH на каждую молекулу оксалоацетата).The direct biosynthesis of fumaric acid from glucose in the reducing part of tricarboxylic acids is NAD + / NADH balanced and is able to provide a conversion ratio of 2 mol / mol. This is due, on the one hand, to the fixation of CCB at the stage of formation of oxaloacetate from the glycolytic intermediates, the precursor in the anaerobic pathway of glucose fermentation to fumaric acid, and, on the other hand, because the conversion of each of the two oxaloacetate molecules obtained from glycolytic glucose utilization intermediates , fumaric acid requires one reduced equivalent (NADH), during glycolysis, a strictly corresponding number of reduced equivalents is formed (2 NADH per glucose molecule, t. E. Strictly 1 NADH per molecule of oxaloacetate).
Следует отметить, что возрастающая эмиссия парниковых газов и, в частности СО2, является одной из основных проблем современной технологической цивилизации. Возможность фиксации СО2 в процессах микробиологического синтеза веществ с высокой добавленной стоимостью расценивается как важнейшее преимущество. Расположение производства фумаровой кислоты на существующих мощностях по производству продукции спиртового брожения (этанол), сопровождающегося выбросом СО2, позволит исключить расходы на транспортировку данного компонента из структуры цены продукта.It should be noted that the increasing emission of greenhouse gases and, in particular, СО 2 , is one of the main problems of modern technological civilization. The possibility of fixing CO 2 in the processes of microbiological synthesis of substances with high added value is regarded as a major advantage. The location of fumaric acid production at the existing facilities for the production of alcoholic fermentation products (ethanol), accompanied by the emission of CO 2 , will exclude the cost of transporting this component from the structure of the product price.
Таким образом анаэробное сбраживание глюкозы, с формированием целевого вещества в восстановительной части цикла трикарбоновых кислот представляется наиболее эффективным процессом микробиологического получения фумаровой кислоты кислоты или ее солей.Thus, anaerobic fermentation of glucose, with the formation of the target substance in the reducing part of the tricarboxylic acid cycle, seems to be the most effective microbiological process for the preparation of fumaric acid or its salts.
Подходы к конструированию рекомбинантных штаммов-продуцентов полезных метаболитов включают несколько основополагающих принципов. Этими принципами являются: активация ключевых путей биосинтеза целевого вещества; активация биохимических путей биосинтеза метаболитов-предшественников; инактивация путей конкурентной утилизации предшественников в побочных биохимических путях; и инактивация путей деградации продукта. В случае создания анаэробных продуцентов продуктов брожения к этим принципам добавляется необходимость инактивации путей нецелевого реокисления восстановленных эквивалентов и поддержания внутреклеточного окислительно-восстановительного баланса.Approaches to the construction of recombinant strains producing beneficial metabolites include several fundamental principles. These principles are: activation of key pathways of biosynthesis of the target substance; activation of biochemical pathways of biosynthesis of precursor metabolites; inactivation of competitive utilization pathways of precursors in secondary biochemical pathways; and inactivation of product degradation pathways. In the case of the creation of anaerobic producers of fermentation products, these principles are supplemented by the need to inactivate the pathways of inappropriate reoxidation of the reduced equivalents and maintain the intracellular redox balance.
Однако, поскольку биохимические пути образования фумаровой кислоты в клетках Е. coli различаются по физиологическим условиям функционирования, модификации метаболизма бактерии, направленные на достижение эффективного формирования фумаровой кислоты в конкретных биохимических процессах, различаются.However, since the biochemical pathways of the formation of fumaric acid in E. coli cells differ in physiological functioning conditions, modifications of the bacterial metabolism aimed at achieving effective fumaric acid formation in specific biochemical processes are different.
В работе Сонга и соавторов (Song, C.W. et al., 2013, Metabolic engineering of Escherichia coli for the production of fumaric acid. Biotechnol. Bioeng. 110, 2025-2034) описано конструирование рекомбинантного штамма Ε. coli для аэробной продукции фумаровой кислоты из глюкозы. Первоначально авторами была осуществлена попытка получения штамма для анаэробной продукции фумаровой кислоты за счет делеций генов adhE, кодирующего алкоголь/альдегид дегидрогеназу, ldhA, кодирующего лактат дегидрогензу, и frdABCD, кодирующих компоненты фумарат редуктазного ферментативного комплекса. Предполагалось, что в результате данных модификаций в штамме будет предотвращен нецелевой расход метаболитов предшественников, ацетил-КоА и пировиноградной кислоты, в путях побочных по отношению к биосинтезу фумаровой кислоты, а также будет исключена возможность анаэробной конверсии фумаровой кислоты в янтарную. Однако соответствующий штамм CWF0 (W3110 ΔadhE ΔldhA ΔfrdABCD) не продуцировал фумаровой кислоты и был не способен к росту в условиях анаэробиоза. В результате последующего многоэтапного конструирования был получен штамм CWF811 (W3110 ΔiclR ΔfumC ΔfumA ΔfumB ΔarcA ΔptsG ΔaspA ΔlcI)/pTac15kppc, с инактивированными генами, кодирующими белок репрессор генов глиоксилатного шунта, три изофермента фумаразы, транскрипционный регулятор генов респираторного метаболизма, основную пермеазу глюкозы фосфоенолпируват зависимой системы транспорта Сахаров, аспартат аммоний лиазу, белок репрессор генов лактозного оперона, и обладающий повышенной экспрессией фосфоенолпируват карбоксилазы. Штамм CWF811 способен к аэробной продукции фумаровой кислоты из глюкозы с коэффициентом конверсии 0,65 моль/моль, то есть 65% от теоретически возможного значения для соответствующего процесса, протекающего в условиях аэрации. Дальнейшая попытка оптимизировать продукцию целевого вещества была предпринята при оверэкспрессии гена galP, кодирующего низкоаффиный Н+-симпортер галактозы, также способный к транспорту глюкозы. Однако, коэффициент конверсии субстрата в целевой продукт, демонстрируемый соответствующим штаммом CWF812 (W3110 ΔiclR ΔfumC ΔfumA ΔfumB ΔarcA ΔptsG ΔaspA ΔlacI PgalP::Ptrc)/pTac15kppc, не только не возрос, но и обнаружил незначительное снижение до 0,62 моль/моль. Основным побочным продуктом утилизации глюкозы обоими штаммами являлась уксусная кислота, что по-видимому обусловлено присутствием в штамме интактных генов рохВ и pta-ackA, кодирующих пируват оксидазу, фосфотрансацетилазу и ацетат киназу и ответственных за формирование уксусной кислоты из пировиноградной кислоты и ацетил-КоА, соответственно.Song et al. (Song, CW et al., 2013, Metabolic engineering of Escherichia coli for the production of fumaric acid. Biotechnol. Bioeng. 110, 2025-2034) described the construction of recombinant strain Ε. coli for aerobic production of fumaric acid from glucose. The authors initially attempted to obtain a strain for the anaerobic production of fumaric acid through deletions of the a dhE genes encoding alcohol / aldehyde dehydrogenase, ldhA encoding lactate dehydrogenase, and frdABCD encoding the components of the fumarate reductase enzymatic complex. It was assumed that as a result of these modifications in the strain, the inappropriate use of metabolites of the precursors, acetyl-CoA and pyruvic acid, in ways that are side by side with the biosynthesis of fumaric acid, will be prevented, and the possibility of anaerobic conversion of fumaric acid to succinic acid will be eliminated. However, the corresponding strain CWF0 (W3110 Δ a dhE ΔldhA ΔfrdABCD) did not produce fumaric acid and was not able to grow under conditions of anaerobiosis. As a result of the subsequent multi-stage construction, the strain CWF811 (W3110 ΔiclR ΔfumC ΔfumA ΔfumB Δ a rcA ΔptsG Δ a spA Δl c I) / pTac15kppc, with inactivated genes encoding the repressor protein of the glyoxylate transcriptor repressor gene, was obtained the main glucose permease is phosphoenolpyruvate-dependent sugar transport system, ammonium aspartate lyase, lactose operon gene repressor protein, and having increased expression of phosphoenolpyruvate carboxylase. Strain CWF811 is capable of aerobic production of fumaric acid from glucose with a conversion coefficient of 0.65 mol / mol, i.e. 65% of the theoretically possible value for the corresponding process occurring under aeration conditions. A further attempt to optimize the production of the target substance was made by overexpression of the galP gene encoding a low affinity H + -symactor galactose, also capable of glucose transport. However, the conversion rate of the substrate into the target product, demonstrated by the corresponding strain CWF812 (W3110 ΔiclR ΔfumC ΔfumA ΔfumB Δ a rcA ΔptsG Δ a spA ΔlacI PgalP :: Ptrc) / pTac15kppc, not only did not increase, but also found a slight decrease to 0.6 m2 / mol. Acetic acid was the main by-product of glucose utilization by both strains, which is apparently due to the presence of intact poxB and pt a - a ckA genes encoding pyruvate oxidase, phosphotransacetylase, and acetate kinase and responsible for the formation of acetic acid from pyruvic acid and acetyl-CoA , respectively.
В патенте CN 102618570 приведено поэтапное конструирование штамма Е. coli для продукции фумаровой кислоты в анаэробных условиях. Итоговый штамм НН5 (ΔfumA, ΔfumB, ΔfumC, ΔarcA, ΔfrdB, ΔpflB, ΔldhA) получен путем направленной делеции следующих генов:CN 102618570 describes the phased construction of an E. coli strain for the production of fumaric acid under anaerobic conditions. The final strain of HH5 (ΔfumA, ΔfumB, ΔfumC, Δ a rcA, ΔfrdB, ΔpflB, ΔldhA) was obtained by directed deletion of the following genes:
- fumA, fumB, fumC, кодирующих белки изоферменты фумаразы,- fumA, fumB, fumC, encoding proteins of the fumarase isoenzymes,
- arcA, кодирующего транскрипционный регулятор генов респираторного метаболизма,- a rcA encoding the transcriptional regulator of respiratory metabolism genes,
- frdB, кодирующиего один из каталитических компонентов фумарат редуктазы,- frdB encoding one of the catalytic components of reductase fumarate,
- pflB, кодирующего пируват формат лиазу и- pflB encoding pyruvate format lyase and
- ldhA, кодирующего лактат дегидрогензу.- ldhA encoding lactate dehydrogenase.
За счет делений генов fumA, fumB, fumC в штамме НН5 исключена возможность интерконверсии яблочной и фумаровой кислот как в аэробной, так и в анаэробной ветвях цикла трикарбоновых кислот.Инактивация транскрипционного регулятора ArcA дерегулировала экспрессию генов, кодирующих ферменты оксидативной части цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатного шунта. Инактивация фумарат редуктазного ферментативного комплекса, за счет делеции гена frdB, исключала одну из возможностей превращения фумаровой кислоты в янтарную. Делеция гена pflB предотвращала анаэробную конверсию пировиноградной кислоты в ацетил-КоА и, тем самым, должна была способствовать снижению эффективности побочной продукции штаммом уксусной кислоты и этанола. Инактивация гена IdhA, кодирующего лактат дегидрогензу, катализирующую образование молочной кислоты из пировиноградной с окислением эквимолярного количества NADH, способствовала как сбережению восстановленных эквивалентов, необходимых для биосинтеза фумаровой кислоты, так и препятствовала нецелевому расходу одного из метаболитов предшественников. Коэффициент молярной конверсии глюкозы в фумаровую кислоту, демонстрируемый штаммом НН5, составлял 0,7, в три раза уступая теоретически возможному максимуму.Due to the division of the fumA, fumB, fumC genes in the HH5 strain, the possibility of interconversion of malic and fumaric acids in both the aerobic and anaerobic branches of the tricarboxylic acid cycle is excluded. . Inactivation of the fumarate of the reductase enzymatic complex, due to the deletion of the frdB gene, excluded one of the possibilities of converting fumaric acid into succinic. The deletion of the pflB gene prevented the anaerobic conversion of pyruvic acid into acetyl-CoA and, thus, was supposed to reduce the efficiency of by-products of the strain of acetic acid and ethanol. Inactivation of the IdhA gene, which encodes lactate dehydrogenase, which catalyzes the formation of lactic acid from pyruvic acid with the oxidation of an equimolar amount of NADH, contributed both to the conservation of the reduced equivalents necessary for fumaric acid biosynthesis and also prevented the inappropriate use of one of the precursor metabolites. The molar conversion rate of glucose to fumaric acid, demonstrated by the HH5 strain, was 0.7, three times lower than the theoretically possible maximum.
В патенте CN 101240259 также описано конструирование штамма Е. coli для анаэробной продукции фумаровой кислоты. В качестве базового штамма для получения продуцента фумаровой кислоты использован штамм Е. coli NZN111 (W1485 Δpfl::Cam ΔldhA::Kan) с инактивированными генами ldhA и pflB, не способный анаэробно сбраживать глюкозу. После инактивации фумарат редуктазного ферментативного комплекса и введения на плазмиде гена sfcA, кодирующего малатный фермент, итоговый штамм JM125 (W1485 Δpfl::Cam ΔldhA::Kan Δfrd)/pTrc99a-sfcA восстанавливал способность анаэробно сбраживать глюкозу и приобретал способность к продукции фумаровой кислоты. Тем не менее коэффициент молярной конверсии глюкозы в фумаровую кислоту, демонстрируемый штаммом JM125, составлял 0,72, при максимально возможном значении коэффициэнта конверсии - 2,0.CN 101240259 also describes the construction of an E. coli strain for anaerobic production of fumaric acid. The E. coli strain NZN111 (W1485 Δpfl :: Cam ΔldhA :: K a n) with inactivated ldhA and pflB genes, not able to ferment glucose anaerobically, was used as a base strain for producing a fumaric acid producer. After the fumarate of the reductase enzyme complex was inactivated and the sfcA gene encoding the malate enzyme was introduced on the plasmid, the resulting strain JM125 (W1485 Δpfl :: Cam ΔldhA :: K a n Δfrd) / pTrc99a-sfcA restored the ability of anaerobic acid to ferment glucose to ferment glucose . Nevertheless, the molar conversion rate of glucose to fumaric acid, demonstrated by strain JM125, was 0.72, with a maximum conversion coefficient of 2.0.
Из вышеизложенного следует, что модификации, приводящие к получению штаммов Е. coli - продуцентов фумаровой кислоты, могут различаться по своему набору. Рациональный выбор генов мишений, основанный только на анализе доступной информации о функционировании целевых биохимических путей, не может надежно предопределить успеха в улучшении продукции фумаровой кислоты сконструированными штаммами. Более того, неочевидным является сохранение сконструированными штаммами способности к анаэробной утилизации глюкозы, при объединении в них генетических модификаций, влияющих на глобальную координацию метаболизма углерода и окислительно-восстановительного баланса клетки в условиях анаэробиоза.From the foregoing, it follows that modifications leading to the production of strains of E. coli, producers of fumaric acid, may vary in their set. A rational choice of target genes, based only on analysis of available information on the functioning of target biochemical pathways, cannot reliably determine success in improving fumaric acid production by engineered strains. Moreover, it is not obvious that the engineered strains retain the ability to anaerobically utilize glucose when they combine genetic modifications that affect the global coordination of carbon metabolism and the redox balance of the cell under conditions of anaerobiosis.
Известные из источников информации штаммы Е. coli - анаэробные продуценты фумаровой кислоты синтезируют целевое вещество из глюкозы с выходом не превышающим нижнего порогового значения, характерного для анаэробного процесса, т.е. менее 1 моль/моль.E. coli strains known from sources of information, anaerobic producers of fumaric acid, synthesize the target substance from glucose with a yield not exceeding the lower threshold value characteristic of the anaerobic process, i.e. less than 1 mol / mol.
Задачи настоящего изобретения включают:Objectives of the present invention include:
- конструирование штамма Е. coli, способного продуцировать фумаровую кислоту с повышенной эффективностью;- design of E. coli strain capable of producing fumaric acid with increased efficiency;
- разработка способа получения фумаровой кислоты с использованием этого штамма.- development of a method for producing fumaric acid using this strain.
Задачи решены путемTasks solved by
- констрирования штамма Escherichia coli FUM1.0 - продуцента фумаровой кислоты, обладающего инактивированными генами ackA, pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, aceA, асеВ и ptsG, кодирующими ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, пируват оксидазу, лактат дегидрогеназу, алкоголь/альдегид дегидрогеназу, пируват формат лиазу, каталитические субъединицы фумарат редуктазного ферментативного комплекса, каталитические субъединицы сукцинат дегидрогеназного ферментативного комплекса, изоцитрат лиазу, малат синтазу и глюкозную пермеазу, соответственно, и усиленной экспрессией генов galP и glk, кодирующих Н+-симпортер галактозы и глюкокиназу;- constructing a strain of Escherichia coli FUM1.0, a producer of fumaric acid having inactivated genes a ckA, pt a , poxB, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, a ceA, and ceB and ptsG encoding acetate , phosphotransacetylase, pyruvate oxidase, lactate dehydrogenase, alcohol / aldehyde dehydrogenase, pyruvate format lyase, catalytic subunits of the fumarate reductase enzyme complex, catalytic subunits of succinate dehydrogenase enzyme complex, isolitase lyase, isocitrate lyase, expression of the galP and glk genes encoding the H + -symporter of galactose and glucokinase;
- разработки способа получения фумаровой кислоты путем культивирования заявляемого штамма в подходящих условиях с последующим выделением фумаровой кислоты из культуральной жидкости.- development of a method for producing fumaric acid by culturing the inventive strain in suitable conditions, followed by isolation of fumaric acid from the culture fluid.
Объектом настоящего изобретения является штамм бактерий вида Escherichia coli, обладающий способностью к эффективной продукции фумаровой кислоты.The object of the present invention is a bacterial strain of the species Escherichia coli, with the ability to efficiently produce fumaric acid.
Также объектом настоящего изобретения является штамм бактерий Escherichia coli с инактивированными генами аскА, pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, aceA, асеВ и ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk - продуцент фумаровой кислоты.Also an object of the present invention is a strain of the bacteria Escherichia coli with inactivated genes as SKA, pt a, rohV, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, a ceA, and sowing and ptsG, and enhanced expression of genes g a lP and glk is a producer of fumaric acid.
Также объектом настоящего изобретения являются штамм бактерий Escherichia coli, в котором экспрессия генов galP и glk усилена за счет замены в хромосоме штамма нуклеотидных последовательностей природных промоторов, контролирующих экспрессию генов galP и glk, на более сильные промоторы.Another object of the present invention is a bacterial strain Escherichia coli, in which the expression of g a lP and glk genes is enhanced by replacing the nucleotide sequences of natural promoters controlling the expression of g a lP and glk genes on the chromosome with stronger promoters.
Также объектом настоящего изобретения является способ получения фумаровой кислоты, включающий стадии культивирования штамма, описанного выше, в питательной среде; и выделения произведенной и накопленной фумаровой кислоты из культуральной жидкости.Another object of the present invention is a method for producing fumaric acid, comprising the steps of culturing the strain described above in a nutrient medium; and isolating produced and accumulated fumaric acid from the culture fluid.
Также объектом настоящего изобретения является описанный выше способ, в котором процесс культивирования штамма включает в себя аэробную стадию накопления биомассы и анаэробную стадию продукции фумаровой кислоты.Another object of the present invention is the method described above, in which the process of cultivating the strain includes an aerobic stage of biomass accumulation and an anaerobic stage of production of fumaric acid.
Штамм, согласно настоящему изобретению, - это штамм бактерий вида Escherichia coli, сконструированный в результате направленных генно-инженерных манипуляций.The strain according to the present invention is a strain of bacteria of the species Escherichia coli, constructed as a result of targeted genetic engineering manipulations.
Термин «штамм бактерий Escherichia coli с инактивированными генами ackA, pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, асеА, асеВ и ptsG» означает, что указанная бактерия была модифицирована таким образом, что в результате модификации такая бактерия содержит пониженное количество белков AckA, Pta, РохВ, LdhA, AdhE, PflB, FrdA, FrdB, SdhA, SdhB, AceA, АсеВ и PtsG по сравнению с немодифицированной бактерией, или указанная бактерия не способна синтезировать белки AckA, Pta, РохВ, LdhA, AdhE, PflB, FrdA, FrdB, SdhA, SdhB, AceA, АсеВ и PtsG.The term "strain of bacteria Escherichia coli with inactivated genes of a ckA, pt a, rohV, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, and CEA and CEB and ptsG» means that the bacterium has been modified so that as a result of modification, such a bacterium contains a reduced amount of AckA, Pta, PoxB, LdhA, AdhE, PflB, FrdA, FrdB, SdhA, SdhB, AceA, AceB, and PtsG proteins compared to an unmodified bacterium, or the specified bacterium is not capable of synthesizing AckA proteins, Pta, PoxB, LdhA, AdhE, PflB, FrdA, FrdB, SdhA, SdhB, AceA, AcB and PtsG.
Термин «инактивация генов аскА, pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, aceA, асеВ и ptsG» означает, что естественная экспрессия модифицированных участков ДНК невозможна из-за делеций данных генов или их частей или модификации примыкающих к генам областей, которые включают последовательности, контролирующие экспрессию сответствующих генов, такие как промоторы, энхансеры, аттенуаторы, и т.д.The term “inactivation of the a skA, pt a , pohB, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, a ceA, and ceB and ptsG genes” means that the natural expression of modified DNA regions is impossible due to deletions of these genes or parts thereof, or modifications of regions adjacent to genes that include sequences that control the expression of appropriate genes, such as promoters, enhancers, attenuators, etc.
Наличие или отсутствие генов ackA, pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, асеА, асеВ и ptsG на хромомсоме бактерии можно определить известными методами, включая ПЦР, блоттинг по Саузерну, и т.п.Кроме того, уровни экспрессии гена можно оценить определением количества транскрибируемой с гена РНК с использованием различных известных методов, включая блоттинг по Нозерну, количественную ОТ-ПЦР, и т.п. Количества или молекулярные массы кодируемых генами белков могут быть определены известными методами, включая SDS-ΠΑΑΓ- электрофорез с последующим иммуноблотингом ПЦР (блоттинг по Вестерну) и т.п..The presence or absence of a ckA, pt a , pohB, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, and ceA, and ceB and ptsG genes on the chromosome of the bacterium can be determined by known methods, including PCR, Southern blotting, and etc. In addition, gene expression levels can be estimated by determining the amount of RNA transcribed from the gene using various known methods, including Northern blotting, quantitative RT-PCR, and the like. The amounts or molecular weights of the proteins encoded by the genes can be determined by known methods, including SDS-ΠΑΑΓ-electrophoresis, followed by PCR immunoblotting (Western blotting), etc.
Ген аскА (синонимы: ЕСК2290, b2296) кодирует белок AckA (синоним: В2296), проявляющий активность ацетаткиназы, классифицируемую как К.Ф. 2.7.2.1. Ген аскА (нуклеотиды с 2,411,492 по 2,412,694 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 49175990) расположен между открытой рамкой считывания yfbV и геном pta на хромосоме штамма Е. coli К-12. Нуклеотидная последовательность гена ackA и аминокислотная последовательность белка AckA, кодируемого геном ackA, приведены в Перечне последовательностей под номерами 1 (SEQ ID NO: 1) и 2 (SEQ ID NO: 2) соответственно. Ген pta (синонимы: ЕСК2291, b2297) кодирует белок Pta (синоним: В2297), проявляющий активность фосфотрансацетилазы, классифицируемую как К.Ф. 2.3.1.8. Ген pta (нуклеотиды с 2,412,769 по 2,414,913 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 49175990) расположен между геном ackA и открытой рамкой считывания yfcC на хромосоме штамма Е. coli К-12. Нуклеотидная последовательность гена pta и аминокислотная последовательность белка Pta, кодируемого геном pta, приведены в Перечне последовательностей под номерами 3 (SEQ ID NO: 3) и 4 (SEQ ID NO: 4) соответственно. Ген рохВ (синонимы: ЕСК0862, b0871) кодирует белок РохВ (синоним: В0871), проявляющий активность пируватоксидазы, классифицируемую как К.Ф. 1.2.5.1. Ген рохВ (нуклеотиды комплементарные нуклеотидам с 908,554 по 910,272 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 49175990) расположен между геном ltaE и геном hcr на хромосоме штамма Е. coli К-12. Нуклеотидная последовательность гена рохВ и аминокислотная последовательность белка РохВ, кодируемого геном рохВ, приведены в Перечне последовательностей под номерами 5 (SEQ ID NO: 5) и 6 (SEQ ID NO: 6) соответственно. Ген ldhA (синонимы: ECK1377, b1380) кодирует белок LdhA (синоним: В1380), проявляющий активность лактатдегидрогеназы, классифицируемую как К.Ф. 1.1.1.28. Ген ldhA (нуклеотиды комплементарные нуклеотидам с 1,439,878 по 1,440,867 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 49175990) расположен между геном hslJ и открытой рамкой считывания ydbH на хромосоме штамма Е. coli К-12. Нуклеотидная последовательность гена ldhA и аминокислотная последовательность белка ldhA, кодируемого геном ldhA, приведены в Перечне последовательностей под номерами 7 (SEQ ID NO: 7) и 8 (SEQ ID NO: 8) соответственно. Ген adhE (синонимы: ЕСК1235, b1241) кодирует белок AdhE (синоним: В1241), проявляющий активность алкоголь дегидрогеназы и альдегид дегидрогеназы, классифицируемые как К.Ф. 1.1.1.1. и К.Ф. 1.2.1.3. Ген adhE (нуклеотиды комплементарные нуклеотидам с 1,294,669 по 1,297,344 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 49175990) расположен между открытой рамкой считывания ychG и открытой рамкой считывания ychE на хромосоме штамма Е. coli К-12. Нуклеотидная последовательность гена adhE и аминокислотная последовательность белка AdhE, кодируемого геном adhE, приведены в Перечне последовательностей под номерами 9 (SEQ ID NO: 9) и 10 (SEQ ID NO: 10) соответственно. Ген pflB (синонимы: ЕСК0894, b0903) кодирует белок PflB (синоним: В0903), проявляющий активность пируватформатлиазы, классифицируемую как К.Ф. 2.3.1.54. Ген pflB (нуклеотиды комплементарные нуклеотидам с 950,495 по 952,777 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 49175990) расположен между геном pflA и геном focA на хромосоме штамма Е. coli К-12. Нуклеотидная последовательность гена pflB и аминокислотная последовательность белка PflB, кодируемого геном pfl, приведены в Перечне последовательностей под номерами 11 (SEQ ID NO: 11) и 12 (SEQ ID NO: 12) соответственно. Гены frdA и frdB (синонимы: ЕСК4150, b4154; ЕСК4149, b4153) кодируют белки FrdA и FrdB - субъединицы фумарат редуктазного ферментативного комплекса. Гены frdA и frdB (нуклеотиды, комплементарные нуклеотидам с 4,378,533 по 4,380,341, и нуклеотиды, комплементарные нуклеотидам с 4,377,806 по 4,378,540, соответственно, в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank, gi: 49175990) расположены между генами ертА и frdC на хромосоме Е. coli К-12. Нуклеотидные последовательности генов frdA и frdB и аминокислотные последовательности белков FrdA и FrdB, кодируемых генами frdA и frdB представлены в SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 15 и SEQ ID NO: 14, SEQ ID NO: 16, соответственно. Гены sdhA и sdhB (синонимы: ECK0712, b0723; ECK0713, b0724) кодируют белки SdhA и SdhB - каталитические субъединицы сукцинат дегидрогеназного ферментативного комплекса. Гены sdhA и sdhB (нуклеотиды с 755,130 по 756,896, и нуклеотиды, с 756,912 по 757,628, соответственно, в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank, gi: 49175990) расположены между генами sdhD и sucA на хромосоме Е. coli К-12. Нуклеотидные последовательности генов sdhA и sdhB и аминокислотные последовательности белков SdhA и SdhB, кодируемых генами sdhA и sdhB представлены в SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 19 и SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 20, соответственно. Гены aceA и асеВ (синонимы: ЕСК4007, b4015; ЕСК4006, b4014) кодируют белки АсеА и АсеВ, проявляющие, соответственно, активность изоцитрат лиазы и малат синтазы, классифицируемые как К.Ф. 4.1.3.1. и К.Ф. 2.3.3.9. Гены асеА и асеВ (нуклеотиды с 4,215,132 по 4,216,436, и нуклеотиды, с 4,213,501 по 4,215,102, соответственно, в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank, gi: 49175990) расположены между генами metA и асеК на хромосоме штамма Е. coli К-12. Нуклеотидные последовательности генов асеА и асеВ и аминокислотные последовательности белков АсеА и АсеВ, кодируемых генами асеА и асеВ представлены в SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 23 и SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 24, соответственно. Ген ptsG (синонимы: ECK1087, b1101) кодирует белок PtsG (синоним: B1101), проявляющий активность пермеазы глюкозы фосфоенолпируват зависимой системы транспорта Сахаров. Ген ptsG (нуклеотиды с 1,157,092 по 1,158,525 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 49175990) расположен между открытой рамкой считывания ycfH и геном fhuE на хромосоме штамма Е. coli К-12. Нуклеотидная последовательность гена ptsG и аминокислотная последовательность белка PtsG, кодируемого геном ptsG, приведены в Перечне последовательностей под номерами 25 (SEQ ID NO: 25) и 26 (SEQ ID NO: 26) соответственно.The ASKA gene (synonyms: ESK2290, b2296) encodes an AckA protein (synonym: B2296), which exhibits acetate kinase activity, classified as K.F. 2.7.2.1. The a skA gene (nucleotides from 2,411,492 to 2,412,694 in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 49175990) is located between the open reading frame of yfbV and the pta gene on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the gene a ckA and amino acid sequence AckA protein encoded by the genome of a ckA, are listed in the List of sequences numbered 1 (SEQ ID NO: 1) and 2 (SEQ ID NO: 2), respectively. The pt a gene (synonyms: ESK2291, b2297) encodes a Pta protein (synonym: B2297), which exhibits phosphotransacetylase activity, classified as K.F. 2.3.1.8. The pt a gene (nucleotides 2,412,769 through 2,414,913 in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 49175990) is located between the a ckA gene and the open reading frame yfcC on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the pt a gene and the amino acid sequence of the Pt a protein encoded by the pt a gene are shown in the Sequence Listing Numbers 3 (SEQ ID NO: 3) and 4 (SEQ ID NO: 4), respectively. The RohB gene (synonyms: ESK0862, b0871) encodes the PohB protein (synonym: B0871), which exhibits pyruvate oxidase activity, classified as K.F. 1.2.5.1. The RohB gene (nucleotides complementary to nucleotides 908.554 through 910.272 in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 49175990) is located between the ltaE gene and the hcr gene on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the RohB gene and the amino acid sequence of the PohB protein encoded by the RohB gene are shown in the Sequence Listing Numbers 5 (SEQ ID NO: 5) and 6 (SEQ ID NO: 6), respectively. The ldhA gene (synonyms: ECK1377, b1380) encodes an LdhA protein (synonym: B1380), exhibiting lactate dehydrogenase activity, classified as K.F. 1.1.1.28. The ldhA gene (nucleotides complementary to nucleotides 1,439,878 to 1,440,867 in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 49175990) is located between the hslJ gene and the open ydbH reading frame on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the ldhA gene and the amino acid sequence of the ldhA protein encoded by the ldhA gene are shown in the Sequence Listing Numbers 7 (SEQ ID NO: 7) and 8 (SEQ ID NO: 8), respectively. The a dhE gene (synonyms: ESK1235, b1241) encodes an AdhE protein (synonym: B1241), which exhibits alcohol dehydrogenase activity and dehydrogenase aldehyde, classified as K.F. 1.1.1.1. and K.F. 1.2.1.3. The a dhE gene (nucleotides complementary to nucleotides 1,294,669 to 1,297,344 in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 49175990) is located between the open reading frame ychG and the open reading frame ychE on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the a dhE gene and the amino acid sequence of the AdhE protein encoded by the a dhE gene are shown in the Sequence Listing Nos. 9 (SEQ ID NO: 9) and 10 (SEQ ID NO: 10), respectively. The pflB gene (synonyms: ESK0894, b0903) encodes a PflB protein (synonym: B0903), exhibiting pyruvate format lyase activity, classified as K.F. 2.3.1.54. The pflB gene (nucleotides complementary to nucleotides 950,495 to 952,777 in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 49175990) is located between the pflA gene and the focA gene on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the pflB gene and the amino acid sequence of the PflB protein encoded by the pfl gene are shown in the sequence Listing numbers 11 (SEQ ID NO: 11) and 12 (SEQ ID NO: 12), respectively. The frdA and frdB genes (synonyms: ESK4150, b4154; ESK4149, b4153) encode the FrdA and FrdB proteins - subunits of the fumarate of the reductase enzymatic complex. The frdA and frdB genes (nucleotides complementary to nucleotides 4,378,533 to 4,380,341, and nucleotides complementary to nucleotides 4,377,806 to 4,378,540, respectively, in the sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database, gi: 49175990) are located between genes chromosome E. coli K-12. The nucleotide sequences of the frdA and frdB genes and the amino acid sequences of the FrdA and FrdB proteins encoded by the frdA and frdB genes are presented in SEQ ID NO: 13, SEQ ID NO: 15 and SEQ ID NO: 14, SEQ ID NO: 16, respectively. The sdhA and sdhB genes (synonyms: ECK0712, b0723; ECK0713, b0724) encode the SdhA and SdhB proteins, the catalytic subunits of the succinate dehydrogenase enzyme complex. The sdhA and sdhB genes (nucleotides 755,130 to 756,896, and nucleotides 756,912 to 757,628, respectively, in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database, gi: 49175990) are located between the sdhD and sucA genes on the E. coli K chromosome -12. The nucleotide sequences of the sdhA and sdhB genes and the amino acid sequences of the SdhA and SdhB proteins encoded by the sdhA and sdhB genes are presented in SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 19 and SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 20, respectively. The aceA and aceB genes (synonyms: ESK4007, b4015; ESK4006, b4014) encode the AcAA and AceB proteins, which exhibit, respectively, the activity of lyase isocytrate and malate synthase, classified as K.F. 4.1.3.1. and K.F. 2.3.3.9. The ACEA and ACE genes (nucleotides from 4,215,132 to 4,216,436, and nucleotides from 4,213,501 to 4,215,102, respectively, in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database, gi: 49175990) are located between the metA and a ceK genes on the chromosome of strain E. coli K-12. The nucleotide sequences of the a CeA and a CeB genes and the amino acid sequences of the AceA and AceB proteins encoded by the a CeA and a CeB genes are presented in SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 23 and SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 24, respectively . The ptsG gene (synonyms: ECK1087, b1101) encodes a PtsG protein (synonym: B1101), which exhibits glucose permease activity of phosphoenolpyruvate dependent sugar transport system. The ptsG gene (nucleotides 1,157,092 to 1,158,525 in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 49175990) is located between the open reading frame ycfH and the fhuE gene on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the ptsG gene and the amino acid sequence of the PtsG protein encoded by the ptsG gene are shown in the Sequence Listing Nos. 25 (SEQ ID NO: 25) and 26 (SEQ ID NO: 26), respectively.
Поскольку у представителей различных штаммов вида Escherichia coli возможны Некоторые вариации в нуклеотидных последовательностях, понятие инактивируемого гена не ограничивается генами, последовательности которых приведены в Перечне последовательностей под номерами 1 (SEQ ID No: 1), 3 (SEQ ID No: 3), 5 (SEQ ID No: 5), 7 (SEQ ID No: 7), 9 (SEQ ID No: 9), 11 (SEQ ID No: 11), 13 (SEQ ID NO: 13), 15 (SEQ ID No: 15), 17 (SEQ ID No: 17), 19 (SEQ ID No: 19), 21 (SEQ ID NO: 21), 23 (SEQ ID No: 23), 25 (SEQ ID NO: 25), но также может включать и гены, гомологичные SEQ ID No: 1, SEQ ID No: 3, SEQ ID No: 5, SEQ ID No: 7, SEQ ID No: 9, SEQ ID No: 11, SEQ ID NO: 13, SEQ ID No: 15, SEQ ID No: 17, SEQ ID No: 19, SEQ ID NO: 21, SEQ ID No: 23, SEQ ID NO: 25, кодирующие варианты белков AckA, Pta, PoxB, LdhA, AdhE, PflB, FrdA, FrdB, SdhA, SdhB, АсеА, АсеВ и PtsG. Термин «вариант белка» в значении, в котором он используется в настоящем изобретении, означает белок, имеющий изменения в аминокислотной последовательности, а именно делении, вставки, добавления или замены аминокислот. Количество изменений в варианте белка зависит от положения аминокислотного остатка в трехмерной структуре или типа аминокислотного остатка. Количество изменений может быть от 1 до 30, предпочтительно от 1 до 15 и наиболее предпочтительно от 1 до 5 изменений в последовательностях SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12, SEQ ID NO: 14, SEQ ID NO: 16, SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 20, SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 24 и SEQ ID NO: 26. Данные изменения в вариантах белка являются консервативными мутациями, при которых сохраняется функция белка. Другими словами, данные изменения могут иметь место в областях белка, некритичных для его трехмерной структуры. Это становится возможным благодаря тому, что некоторые аминокислоты обладают высокой гомологией друг к другу, и поэтому третичная структура при таких заменах не нарушается. Консервативная мутация - это мутация, при которой имеют место взаимные замены среди Phe, Trp, Tyr, если сайт замены - ароматическая аминокислота; среди Leu, Ile, Val, если сайт замены -гидрофобная аминокислота; между Gln, Asn, если сайт замены - положительно заряженная аминокислота; среди Lys, Arg, His, если сайт замены - основная аминокислота; между Asp, Glu, если сайт замены - кислая аминокислота и между Ser, Thr, если это аминокислота с гидроксильной группой. Консервативные замены являются типичными консервативными мутациями. Примеры консервативных замен включают замену Ala на Ser или Thr, замену Arg на Gin, His или Lys, замену Asn на Glu, Gin, Lys, His или Asp, замену Asp на Asn, Glu или Gin, замену Cys на Ser или Ala, замену Gin на Asn, Glu, Lys, His, Asp или Arg, замену Glu на Asn, Gin, Lys или Asp, замену Gly на Pro, замену His на Asn, Lys, Gin, Arg или Туr, замену Ile на Leu, Met, Val или Phe, замену Leu на Ile, Met, Val или Phe, замену Lys на Asn, Glu, Gin, His или Arg, замену Met на Ile, Leu, Val или Phe, замену Phe на Trp, Туr, Met, Не или Leu, замену Ser на Thr или Ala, замену Thr на Ser или Ala, замену Trp на Phe или Tyr, замену Tyr на His, Phe или Trp, и замену Val на Met, Ile или Leu. Описанные выше замены, делеции, вставки, добавления, перестановки и т.п. одного или нескольких аминокислотных остатков включают природные мутации (мутант или вариант) в зависимости от видовых различий или индивидуальных различий микроорганизмов, содержащих гены ackA, pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, aceA, асеВ и ptsG. Такие гены могут быть получены модифицированием нуклеотидной последовательности, показанной в SEQ ID No: 1, SEQ ID No: 3, SEQ ID No: 5, SEQ ID No: 7, SEQ ID No: 9, SEQ ID No: 11, SEQ ID NO: 13, SEQ ID No: 15, SEQ ID No: 17, SEQ ID No: 19, SEQ ID NO: 21, SEQ ID No: 23 и SEQ ID NO: 25 с использованием, например, сайт-специфического мутагенеза, таким образом, что I сайт-специфический аминокислотный остаток в соответствующем кодируемом белке включает замены, делеции, вставки или добавления.Since representatives of various strains of the Escherichia coli species may have some variations in the nucleotide sequences, the concept of an inactivated gene is not limited to genes whose sequences are listed in the Sequence Listing Numbers 1 (SEQ ID No: 1), 3 (SEQ ID No: 3), 5 ( SEQ ID No: 5), 7 (SEQ ID No: 7), 9 (SEQ ID No: 9), 11 (SEQ ID No: 11), 13 (SEQ ID NO: 13), 15 (SEQ ID No: 15 ), 17 (SEQ ID No: 17), 19 (SEQ ID No: 19), 21 (SEQ ID NO: 21), 23 (SEQ ID No: 23), 25 (SEQ ID NO: 25), but can also include genes homologous to SEQ ID No: 1, SEQ ID No: 3, SEQ ID No: 5, SEQ ID No: 7, SEQ ID No: 9, SEQ ID No: 11, SEQ ID NO: 13, SEQ ID No: : 15, SEQ ID No: 17, SEQ ID No: 19, SEQ ID NO: 21, SEQ ID No: 23, SEQ ID NO: 25 encoding variants of the proteins AckA, Pta, PoxB, LdhA, AdhE, PflB, FrdA, FrdB, SdhA, SdhB, AcA, AcB and PtsG. The term "protein variant" in the sense in which it is used in the present invention, means a protein having changes in the amino acid sequence, namely the division, insertion, addition or replacement of amino acids. The number of changes in the protein variant depends on the position of the amino acid residue in the three-dimensional structure or the type of amino acid residue. The number of changes can be from 1 to 30, preferably from 1 to 15, and most preferably from 1 to 5 changes in the sequences of SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12, SEQ ID NO: 14, SEQ ID NO: 16, SEQ ID NO: 18, SEQ ID NO: 20, SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 24 and SEQ ID NO: 26. These changes in protein variants are conservative mutations in which protein function is maintained. In other words, these changes can occur in areas of the protein that are uncritical of its three-dimensional structure. This is possible due to the fact that some amino acids have a high homology to each other, and therefore the tertiary structure is not violated during such substitutions. A conservative mutation is a mutation in which mutual substitutions occur among Phe, Trp, Tyr, if the substitution site is an aromatic amino acid; among Leu, Ile, Val, if the substitution site is a hydrophobic amino acid; between Gln, Asn, if the substitution site is a positively charged amino acid; among Lys, Arg, His, if the substitution site is a basic amino acid; between Asp, Glu, if the substitution site is an acidic amino acid, and between Ser, Thr, if it is an amino acid with a hydroxyl group. Conservative substitutions are typical conservative mutations. Examples of conservative substitutions include replacing Ala with Ser or Thr, replacing Arg with Gin, His or Lys, replacing Asn with Glu, Gin, Lys, His or Asp, replacing Asp with Asn, Glu or Gin, replacing Cys with Ser or Ala, replacing Gin with Asn, Glu, Lys, His, Asp or Arg, replacing Glu with Asn, Gin, Lys or Asp, replacing Gly with Pro, replacing His with Asn, Lys, Gin, Arg or Tur, replacing Ile with Leu, Met, Val or Phe, replacing Leu with Ile, Met, Val or Phe, replacing Lys with Asn, Glu, Gin, His or Arg, replacing Met with Ile, Leu, Val or Phe, replacing Phe with Trp, Tur, Met, He or Leu, replacing Ser with Thr or Ala, replacing Thr with Ser or Ala, replacing Trp with Phe or Tyr, replacing Tyr with His, Phe or Trp, and replacing Val with Met, Ile or Leu. The substitutions, deletions, insertions, additions, permutations, etc. described above. one or more amino acid residues include natural mutations (mutant or variant) depending on species differences or individual differences in microorganisms containing the genes a ckA, pt a , poxB, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, a ceA , and seB and ptsG. Such genes can be obtained by modifying the nucleotide sequence shown in SEQ ID No: 1, SEQ ID No: 3, SEQ ID No: 5, SEQ ID No: 7, SEQ ID No: 9, SEQ ID No: 11, SEQ ID NO : 13, SEQ ID No: 15, SEQ ID No: 17, SEQ ID No: 19, SEQ ID NO: 21, SEQ ID No: 23 and SEQ ID NO: 25 using, for example, site-specific mutagenesis, thus that the I site-specific amino acid residue in the corresponding encoded protein includes substitutions, deletions, insertions or additions.
Следовательно, варианты белков, кодируемых генами аскА, pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, aceA, асеВ и ptsG, могут иметь гомологию не менее 80%, предпочтительно не менее 90%, и наиболее предпочтительно не менее 95%, по отношению к полной аминокислотной последовательности, показанной в Перечне последовательностей под номерами 2 (SEQ ID NO: 2), 4 (SEQ ID NO: 4), 6 (SEQ ID NO: 6), 8 (SEQ ID NO: 8), 10 (SEQ ID NO: 10), 12 (SEQ ID NO: 12), 14 (SEQ ID NO: 14), 16 (SEQ ID NO: 16), 18 (SEQ ID NO: 18), 20 (SEQ ID NO: 20), 22 (SEQ ID NO: 22), 24(SEQ ID NO: 24) и 26 (SEQ ID NO: 26), соответственно.Consequently, variants of the proteins encoded by the a skA, pt a , pohB, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, a ceA, and ceB and ptsG genes can have a homology of at least 80%, preferably at least 90 %, and most preferably at least 95%, with respect to the complete amino acid sequence shown in the sequence Listing under the numbers 2 (SEQ ID NO: 2), 4 (SEQ ID NO: 4), 6 (SEQ ID NO: 6), 8 (SEQ ID NO: 8), 10 (SEQ ID NO: 10), 12 (SEQ ID NO: 12), 14 (SEQ ID NO: 14), 16 (SEQ ID NO: 16), 18 (SEQ ID NO : 18), 20 (SEQ ID NO: 20), 22 (SEQ ID NO: 22), 24 (SEQ ID NO: 24) and 26 (SEQ ID NO: 26), respectively.
В связи с этим гены аскА, pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, aceA, асеВ и ptsG могут быть вариантами, которые гибридизуются в жестких условиях с нуклеотидными последовательностями, приведенными в Перечне последовательностей под номерами 1 (SEQ ID No: 1), 3 (SEQ ID No: 3), 5 (SEQ ID No: 5), 7 (SEQ ID No: 7), 9 (SEQ ID No: 9), 11 (SEQ ID No: 11), 13 (SEQ ID NO: 13), 15 (SEQ ID No: 15), 17 (SEQ ID No: 17), 19 (SEQ ID No: 19), 21 (SEQ ID NO: 21), 23 (SEQ ID No: 23), 25 (SEQ ID NO: 25), или с зондом, который может быть синтезирован на основе указанной нуклеотидной последовательности. «Жесткие условия» включают такие условия, при которых специфические гибриды, например, гибриды с гомологией! не менее 60%, предпочтительно не менее 70%, более предпочтительно не менее 80%, еще более предпочтительно не менее 90%, и наиболее предпочтительно не менее 95%, образуются, а неспецифические гибриды, например, гибриды с меньшей гомологией, чем указано выше, - не образуются. Практическим примером жестких условий является однократная отмывка, предпочтительно двух- или трехкратная, при концентрации солей 1×SSC, 0.1% SDS, предпочтительно 0.1×SSC, 0.1% SDS, при 60°С.Продолжительность отмывки зависит от типа используемой для блоттинга мембраны и, как правило, такова, как рекомендовано производителем. Например, рекомендуемая продолжительность отмывки для нейлоновой мембраны Hybond™ N+ (Amersham) при строгих условиях-15 минут. Предпочтительна двух- трехкратная отмывка. Длина зонда может быть выбрана в зависимости от условий гибридизации, обычно от 100 н.п. до 1000 н.п.In this regard, the genes a scA, pt a , poxB, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, a ceA, and ceB and ptsG can be variants that hybridize under stringent conditions with the nucleotide sequences given in The sequence listing under numbers 1 (SEQ ID No: 1), 3 (SEQ ID No: 3), 5 (SEQ ID No: 5), 7 (SEQ ID No: 7), 9 (SEQ ID No: 9), 11 (SEQ ID No: 11), 13 (SEQ ID NO: 13), 15 (SEQ ID No: 15), 17 (SEQ ID No: 17), 19 (SEQ ID No: 19), 21 (SEQ ID NO: 21), 23 (SEQ ID No: 23), 25 (SEQ ID NO: 25), or with a probe that can be synthesized based on the indicated nucleotide sequence. "Stringent conditions" include those conditions under which specific hybrids, such as hybrids with homology! not less than 60%, preferably not less than 70%, more preferably not less than 80%, even more preferably not less than 90%, and most preferably not less than 95%, nonspecific hybrids are formed, for example, hybrids with less homology than indicated above , - are not formed. A practical example of harsh conditions is a single wash, preferably two or three times, at a salt concentration of 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, at 60 ° C. The duration of washing depends on the type of membrane used for blotting and, as a rule, as recommended by the manufacturer. For example, the recommended washing time for Hybond ™ N + nylon membrane (Amersham) under stringent conditions is 15 minutes. Two to three times washing is preferred. The length of the probe can be selected depending on hybridization conditions, usually from 100 n.p. up to 1000 n.p.
Гомология между последовательностями аминокислот может быть определена с использованием известных методов, например, компьютерной программы BLAST 2.0.Homology between amino acid sequences can be determined using known methods, for example, the BLAST 2.0 computer program.
Экспрессия генов аскА, pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, aceA, aceB и ptsG может быть ослаблена введением мутации в соответствующий ген на хромосоме, при которой внутриклеточная активность белка, кодируемого геном, снижена или отсутствует по сравнению с немодифицированным штаммом. Такой мутацией гена может быть вставка гена устойчивости к антибиотику, или делеция гена или его части (Qiu, Ζ. and Goodman, M.F., J., 1997, Biol. Chem., 272, 8611-8617; Kwon, D.H. et al., 2000, J. Antimicrob. Chemother., 46, 793-796). Экспрессия генов ackA, pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, aceA, асеВ и ptsG также может быть ослаблена модификацией регуляторных последовательостей, таких как промотор или последовательность Shine-Dalgarno (SD) (заявка РСТ WO 95/34672; Carrier, Т.А. and Keasling, J.D., 1999, Biotechnol Prog 15, 58-64).Gene expression of a skA, pt a , poxB, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, a ceA, a ceB and ptsG genes can be weakened by introducing a mutation into the corresponding gene on the chromosome, in which the intracellular activity of the protein encoded genome is reduced or absent compared to an unmodified strain. Such a gene mutation may be the insertion of an antibiotic resistance gene, or a deletion of a gene or part thereof (Qiu, Ζ. And Goodman, MF, J., 1997, Biol. Chem., 272, 8611-8617; Kwon, DH et al., 2000, J. Antimicrob. Chemother., 46, 793-796). The expression of a ckA, pt a , pohB, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, a ceA, and ceB and ptsG genes can also be attenuated by modification of regulatory sequences, such as a promoter or Shine-Dalgarno (SD ) (PCT application WO 95/34672; Carrier, T.A. and Keasling, JD, 1999,
Следующие методы могут быть применены для введения мутаций путем генной рекомбинации. Конструируется мутантный ген, и бактерия для ее модификации трансформируется фрагментом ДНК, содержащим мутантный ген. Затем нативный ген на хромосоме замещается гомологичной рекомбинацией мутантным геном, отбирается полученный штамм. Такое замещение гена с использованием гомологичной рекомбинации может быть проведено методом с использованием линейной ДНК, известным как "Red-зависимая интеграция" или "интеграция посредством Red-системы" (Datsenko, K.Α., Wanner, B.L., 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 12, 6640-6645) или методом с использованием плазмиды, репликация которой чувствительна к температуре (патент США 6,303,383 или патентная заявка Японии JP 05-007491 А). Далее, введение сайт-специфической мутации путем замещения гена с использованием вышеупомянутой гомологичной рекомбинации может также быть осуществлено с использованием плазмиды с пониженной способностью к репликации в клетке хозяина.The following methods can be used to introduce mutations by gene recombination. A mutant gene is constructed, and the bacterium for its modification is transformed with a DNA fragment containing the mutant gene. Then the native gene on the chromosome is replaced by homologous recombination with the mutant gene, and the resulting strain is selected. Such gene substitution using homologous recombination can be carried out using a linear DNA method known as "Red-dependent integration" or "Red-system integration" (Datsenko, K.Α., Wanner, BL, 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 12, 6640-6645) or a method using a plasmid whose replication is temperature sensitive (US Pat. No. 6,303,383 or Japanese Patent Application JP 05-007491 A). Further, the introduction of a site-specific mutation by replacing a gene using the aforementioned homologous recombination can also be carried out using a plasmid with reduced replication ability in the host cell.
Экспрессия гена также может быть ослаблена вставкой транспозона или IS фактора в кодирующую область гена (патент США 5,175,107), или традиционными методами, такими как мутагенез с использованием УФ излучения или обработка нитрозогуанидином (N-метил-N′-нитро-N-нитрозогуанидин).Gene expression can also be attenuated by inserting a transposon or IS factor into the coding region of the gene (US Pat. No. 5,175,107), or by conventional methods such as mutagenesis using UV radiation or treatment with nitrosoguanidine (N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine).
Инактивация гена также может быть осуществлена традиционными методами, такими как мутагенез с использованием УФ излучения или обработка нитрозогуанидином (N-метил-N′-нитро-N-нитрозогуанидин), сайт-специфический мутагенез, разрушение гена с использованием гомологичной рекомбинации, или/и мутагенез вставкой-делецией (Yu, D. et al., 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97:12: 5978-83 and Datsenko, K.A. and Wanner, B.L., 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97:12: 6640-45) также называемый "Red-зависимая интеграция".Gene inactivation can also be carried out by traditional methods, such as mutagenesis using UV radiation or treatment with nitrosoguanidine (N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine), site-specific mutagenesis, gene destruction using homologous recombination, and / or mutagenesis deletion insert (Yu, D. et al., 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97:12: 5978-83 and Datsenko, KA and Wanner, BL, 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97:12: 6640-45) also called "Red-Dependent Integration".
Приведенное выше описание, касающееся вариантов белков, инактивации гена и других методов, может быть применимо к другим белкам, генам и конструированию бактерий, приведенным ниже.The above description regarding protein variants, gene inactivation, and other methods may be applicable to other proteins, genes, and bacterial constructs given below.
Термин "усиление экспрессии гена" может означать, что экспрессия гена выше, чем в немодифицированном штамме, например, в штамме дикого типа. Примеры таких модификаций могут включать увеличение числа копий экспрессируемого гена в клетке, усиление экспрессии гена и т.д. Количество копий экспрессируемого гена определяют, например, путем рестрикции хромосомной ДНК с последующим блоттингом по Саузерну с использованием зонда, сконструированного на основе последовательности гена, флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), и т.п.Уровень экспрессии гена можно определить различными известными методами, включая Нозерн-блоттинг, количественную ОТ-ПЦР, и т.п.Кроме того, штаммы, которые могут быть использованы в качестве контроля, включают, например, Escherichia coli К-12.The term "enhancing gene expression" may mean that gene expression is higher than in an unmodified strain, for example, in a wild-type strain. Examples of such modifications may include increasing the number of copies of an expressed gene in a cell, enhancing gene expression, etc. The number of copies of the expressed gene is determined, for example, by restriction of the chromosomal DNA followed by Southern blotting using a probe constructed on the basis of a gene sequence, in situ fluorescence hybridization (FISH), etc. The level of gene expression can be determined by various known methods, including Northern blotting, quantitative RT-PCR, and the like. In addition, strains that can be used as controls include, for example, Escherichia coli K-12.
Ген glk (синонимы: ЕСК2384, Ь2388) кодирует белок Glk (синоним: В2388), проявляющий активность глюкокиназы, классифицируемую как К.Ф. 2.7.1.2. Ген glk (нуклеотиды комплементарные нуклеотидам с 2,506,483 по 2,507,448 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 49175990) расположен между геном fryB и открытой рамкой считывания yfeO на хромосоме штамма Е. coli К-12. Нуклеотидная последовательность гена glk и аминокислотная последовательность белка Glk, кодируемого геном glk, приведены в Перечне последовательностей под номерами 27 (SEQ ID NO: 27) и 28 (SEQ ID NO: 28) соответственно. Ген galP (синонимы: ЕСК2938, Ь2943) кодирует белок GalP (синоним: В2943), проявляющий активность Н+-симпортера галактозы. Ген galP (нуклеотиды с 3,086,306 по 3,087,700 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 49175990) расположен между геном metK и открытой рамкой считывания yggl на хромосоме штамма Е. coli К-12. Нуклеотидная последовательность гена galP и аминокислотная последовательность белка GalP, кодируемого геном galP, приведены в Перечне последовательностей под номерами 29 (SEQ ID NO: 29) и 30 (SEQ ID NO: 30) соответственно.The glk gene (synonyms: ESK2384, b2388) encodes a Glk protein (synonym: B2388), exhibiting glucokinase activity, classified as K.F. 2.7.1.2. The glk gene (nucleotides complementary to nucleotides from 2,506,483 to 2,507,448 in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 49175990) is located between the fryB gene and the open yfeO reading frame on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the glk gene and the amino acid sequence of the Glk protein encoded by the glk gene are shown in the Sequence Listing Nos. 27 (SEQ ID NO: 27) and 28 (SEQ ID NO: 28), respectively. The galP gene (synonyms: ESK2938, L2943) encodes a GalP protein (synonym: B2943), which exhibits the activity of the H + -salactor of galactose. The galP gene (nucleotides 3,086,306 to 3,087,700 in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 49175990) is located between the metK gene and the open yggl reading frame on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the galP gene and the amino acid sequence of the GalP protein encoded by the galP gene are shown in the Sequence Listing Nos. 29 (SEQ ID NO: 29) and 30 (SEQ ID NO: 30), respectively.
Понятие "вариант белка" также применимо для белков Glk и GalP, кодирующих глюкокиназу и Н+-симпортер галактозы. Термин "вариант белка" трактуется аналогично тому, как это описано выше.The term "protein variant" is also applicable to Glk and GalP proteins encoding glucokinase and the H + -symptor of galactose. The term "protein variant" is interpreted in the same way as described above.
В связи с этим гены glk и galP также могут существовать в виде вариантов, которые гибридизуются в жестких условиях с нуклеотидными последовательностями, представленными в SEQ ID NO: 27, SEQ ID NO: 29, или с зондами, которые могут быть синтезированы на основе указанных нуклеотидных последовательностей, при условии, что они кодируют функциональные белки Glk и GalP. Термин "жесткие условия" трактуется аналогично тому, как это описано выше.In this regard, the genes glk and galP can also exist as variants that hybridize under stringent conditions with the nucleotide sequences presented in SEQ ID NO: 27, SEQ ID NO: 29, or with probes that can be synthesized based on these nucleotide sequences, provided that they encode the functional proteins Glk and GalP. The term "stringent conditions" is interpreted in the same way as described above.
Методы, которые могут быть использованы для усиления экспрессии гена, включают увеличение числа копий гена. Введение гена в вектор, способный функционировать в бактерии вида Escherichia coli, может увеличивать число копий гена. Могут использоваться низкокопийные векторы. Примеры низкокопийных векторов включают, но не ограничиваются ими, pSC101, pMW118, pMW119, и т.п. Термин "низкокопийный вектор" используется для векторов, число копий которого в клетке достигает пяти.Methods that can be used to enhance gene expression include increasing the number of copies of the gene. The introduction of a gene into a vector capable of functioning in bacteria of the Escherichia coli species can increase the number of copies of the gene. Low copy vectors may be used. Examples of low copy vectors include, but are not limited to, pSC101, pMW118, pMW119, and the like. The term "low copy vector" is used for vectors, the number of copies of which in a cell reaches five.
Усиление экспрессии гена может также быть достигнуто путем введения множества копий гена в бактериальную хромосому, например, методом гомологичной рекомбинации, Mu интеграции и т.п. Например, один акт Mu интеграции позволяет ввести в бактериальную хромосому до 3 копий гена.Enhanced gene expression can also be achieved by introducing multiple copies of the gene into the bacterial chromosome, for example, by homologous recombination, Mu integration, etc. For example, one act of Mu integration allows up to 3 copies of a gene to be introduced into the bacterial chromosome.
Число копий гена также может быть увеличено путем введения множества копий гена в хромосомную ДНК бактерии. Для введения множества копий гена в бактериальную хромосому может быть выполнена гомологичная рекомбинация с использованием в качестве целевых последовательностей - последовательностей, присутствующих в хромосоме во множестве копий. Последовательности с множеством копий в хромосомной ДНК, включают, но не ограничиваются ими, повторяющиеся ДНК или инвертированные повторы на концах транспонируемых элементов. Также возможно включить ген в состав транспозона и обеспечить его перенос для введения множества копий гена в хромосомную ДНК.The number of copies of a gene can also be increased by introducing multiple copies of the gene into the chromosomal DNA of the bacterium. To introduce multiple copies of a gene into a bacterial chromosome, homologous recombination can be performed using the sequences present on the chromosome in multiple copies as target sequences. Multiple copy sequences in chromosomal DNA include, but are not limited to, repetitive DNA or inverted repeats at the ends of transposed elements. It is also possible to incorporate the gene into the transposon and ensure its transfer to introduce multiple copies of the gene into the chromosomal DNA.
Усиление экспрессии гена также может быть достигнуто путем подстановки фрагмента ДНК под контроль сильного промотора. Примерами сильных промоторов являются lac промотор, trp промотор, trc промотор, tac промотор, PR или PL промоторы фага λ. Использование сильного промотора можно сочетать с увеличением копий гена.Enhanced gene expression can also be achieved by substituting a DNA fragment under the control of a strong promoter. Examples of strong promoters are the lac promoter, trp promoter, trc promoter, tac promoter, P R or P L phage λ promoters. Using a strong promoter can be combined with an increase in gene copies.
С другой стороны, действие промотора может быть усилено, например, введением в промотор мутации, ведущей к увеличению уровня транскрипции локализованного за промотором гена. Кроме того, известно, что замена нескольких нуклеотидов в области между сайтом связывания рибосомы (ribosome binding site - RBS) и стартовым кодоном, особенно в последовательности непосредственно перед стартовым кодоном, существенно влияет на трансляционную способность мРНК. Например, обнаружен 20-кратный разброс в уровне экспрессии в зависимости от природы трех нуклеотидов, предшествующих стартовому кодону (Gold et al., 1981, Annu. Rev. Microbiol., 35, 365-403; Hui et al., 1984, EMBO J., 3, 623-629).On the other hand, the action of the promoter can be enhanced, for example, by introducing a mutation into the promoter, leading to an increase in the level of transcription of the gene localized behind the promoter. In addition, it is known that the replacement of several nucleotides in the region between the ribosome binding site (RBS) and the start codon, especially in the sequence immediately before the start codon, significantly affects the translational ability of mRNA. For example, a 20-fold variation in the expression level was found depending on the nature of the three nucleotides preceding the start codon (Gold et al., 1981, Annu. Rev. Microbiol., 35, 365-403; Hui et al., 1984, EMBO J ., 3, 623-629).
Кроме того, возможно ввести нуклеотидную замену в область промотора гена на бактериальной хромосоме, результатом чего является усиление функции промотора. Изменение последовательности, контролирующей экспрессию, можно осуществить, например, таким же способом, что и замена гена с использованием чувствительной к температуре плазмиды, как раскрыто в международной заявке WO 00/18935 и заявке Японии JP 1-215280 А.In addition, it is possible to introduce a nucleotide substitution in the region of the promoter of the gene on the bacterial chromosome, resulting in an increase in the function of the promoter. Changing the expression control sequence can be accomplished, for example, in the same way as replacing a gene using a temperature-sensitive plasmid, as disclosed in WO 00/18935 and JP 1-215280 A.
Методы приготовления плазмидных ДНК, рестрикции и лигирования ДНК, трансформации, выбора нуклеотидов в качестве праймеров и т.п.могут быть обычными методами, известными специалисту в этой области. Эти методы описаны, например, в Sambrook, J., Fritsch, E.F., and Maniatis, T., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989).Methods for preparing plasmid DNAs, DNA restriction and ligation, transformation, selection of nucleotides as primers, etc. may be the usual methods known to a person skilled in the art. These methods are described, for example, in Sambrook, J., Fritsch, E.F., and Maniatis, T., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989).
Способ получения фумаровой кислоты в общем виде.A method of obtaining fumaric acid in General.
Заявляемый способ продукции фумаровой кислоты осуществляют путем культивирования заявляемого штамма бактерий Escherichia coli в питательной среде, обеспечивающей продукцию, накопление фумаровой кислоты в культуральной жидкости и выделение фумаровой кислоты или ее соли из культуральной жидкости.The inventive method for the production of fumaric acid is carried out by culturing the inventive strain of bacteria Escherichia coli in a nutrient medium that provides production, the accumulation of fumaric acid in the culture fluid and the isolation of fumaric acid or its salt from the culture fluid.
Согласно заявляемому способу, культивирование штамма, выделение и очистку фумаровой кислоты или ее соли из культуральной или подобной ей жидкости осуществляют способом, подобным традиционным способам ферментации, в которых фумаровая кислота продуцируется с использованием микроорганизмов. В качестве питательной среды, используют как синтетическую, так и натуральную, при условии, что среда содержит источники углерода, азота, минеральные добавки и, если необходимо, соответствующее количество питательных добавок, необходимых для роста микроорганизмов. К источникам углерода относят различные углеводы, такие как глюкоза и сахароза, а также различные органические полиолы, такие как глицерин. В качестве источника азота используют различные неорганические соли аммония, такие как аммиак и сульфат аммония, другие соединения азота, такие как амины, природные источники азота, такие как пептон, зерновые или бобовые гидролизаты, ферментолизат микроорганизмов. В качестве минеральных добавок используют фосфат калия, сульфат магния, хлорид натрия, сульфат железа, сульфат марганца, хлорид кальция и подобные им соединения. При необходимости в питательную среду добавляют дополнительные источники СО2 и/или ионов НСО3 - и СО3 2-, вводимые в среду за счет газообмена или же растворения соответствующих солей.According to the claimed method, the cultivation of a strain, the isolation and purification of fumaric acid or its salt from a culture or similar liquid is carried out in a manner similar to traditional fermentation methods in which fumaric acid is produced using microorganisms. As a nutrient medium, both synthetic and natural are used, provided that the medium contains sources of carbon, nitrogen, mineral additives and, if necessary, an appropriate amount of nutrient additives necessary for the growth of microorganisms. Carbon sources include various carbohydrates, such as glucose and sucrose, as well as various organic polyols, such as glycerin. As a nitrogen source, various inorganic ammonium salts, such as ammonia and ammonium sulfate, other nitrogen compounds, such as amines, natural nitrogen sources, such as peptone, cereal or bean hydrolysates, fermentolizate of microorganisms, are used. As mineral additives, potassium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, iron sulfate, manganese sulfate, calcium chloride and the like are used. If necessary, additional sources of CO 2 and / or HCO 3 - and CO 3 2- ions are added to the nutrient medium, introduced into the medium due to gas exchange or dissolution of the corresponding salts.
Выращивание и инкубацию осуществляют при температуре в пределах от 30°С до 37°С, предпочтительно в пределах от 35°С до 37°С. рН среды поддерживают в пределах от 5 до 9, предпочтительно от 6,5 до 7,2. рН среды регулируют аммиаком, карбонатом кальция, различными кислотами, основаниями и буферными растворами. Культивирование в течение от 1-го до 5-ти дней приводит к накоплению фумаровой кислоты в культуральной жидкости.Cultivation and incubation is carried out at a temperature in the range from 30 ° C to 37 ° C, preferably in the range from 35 ° C to 37 ° C. The pH of the medium is maintained in the range from 5 to 9, preferably from 6.5 to 7.2. The pH of the medium is regulated by ammonia, calcium carbonate, various acids, bases and buffer solutions. Cultivation for 1 to 5 days leads to the accumulation of fumaric acid in the culture fluid.
Заявляемый способ включает аэробную ростовую и анаэробную продуктивную стадии.The inventive method includes aerobic growth and anaerobic productive stages.
После культивирования твердые остатки, такие как клетки, удаляют из культуральной жидкости методом центрифугирования или фильтрацией через мембрану, а затем фумаровая кислота или ее соль может быть выделена и очищена методами ионообменной хроматографии, обращеннофазовой хроматографии, концентрирования и/или кристаллизации.After cultivation, solid residues, such as cells, are removed from the culture fluid by centrifugation or filtration through a membrane, and then fumaric acid or its salt can be isolated and purified by ion exchange chromatography, reverse phase chromatography, concentration and / or crystallization.
Пример 1. Конструирование штаммов бактерий Escherichia coli.Example 1. Construction of strains of bacteria Escherichia coli.
Сконструированны и использованны следующие штаммы -The following strains were designed and used -
MSG0.1 (Е. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG);MSG0.1 (E. coli MG1655 Δ a ckA, Δpt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG);
MSG0.2 (Ε. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP);MSG0.2 (Ε. Coli MG1655 Δ a ckA, Δpt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG, P tac- galP);
MSG1.0 (Ε. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk);MSG1.0 (Ε. Coli MG1655 Δ a ckA, Δpt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG, P tac- galP, P L -glk);
FUM1.0 (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, ΔaceA, ΔaceB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk). FUM1.0 (E. coli MG1655 Δ a ckA , Δpt a, ΔpoxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, Δ a ceA, Δ a ceB, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk).
В качестве базового для конструирования всех использованных штаммов использован штамм дикого типа Escherichia coli К-12 MG1655 (ВКПМ В-6195).The wild-type strain Escherichia coli K-12 MG1655 (VKPM B-6195) was used as the base for the construction of all the strains used.
1.1. Конструирование штамма MSG0.1.1.1. Construction of the strain MSG0.1.
Штамм MSG0.1 (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG) получен на основе штамма E.coli MG1655 в результате инактивации генов ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE и ptsG с помощью рекомбинационной инженерии, основанной на методе, использующем λRed-зависимую гомологичную рекомбинацию. Принцип метода детально описан, например, в (Sawitzke J. et al., 2007, Recombineering: In Vivo Genetic Engineering in Ε. coli, S. enterica, and Beyond. Methods in Enzymology., 421, 171-199), а примеры ero практического применения, например, в (RU 2330883).The strain MSG0.1 (E. coli MG1655 Δ a ckA, Δpt a , ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG) was obtained on the basis of strain E. coli MG1655 as a result of inactivation of the genes a ckA-pt a , roxB, ldhA, a dhE and ptsG using recombination engineering based on a method using λRed-dependent homologous recombination. The principle of the method is described in detail, for example, in (Sawitzke J. et al., 2007, Recombineering: In Vivo Genetic Engineering in col. Coli, S. enterica, and Beyond. Methods in Enzymology., 421, 171-199), and examples ero practical application, for example, in (RU 2330883).
Первоначально все хромосомные модификации получены индивидуально с использованием в качестве реципиента штамма E.coli MG1655. На основе отобранных индивидуальных колоний штаммов, несущих маркированные целевые хромосомные модификации получены препараты соответствующих Ρ1-трансдуцирующих фагов. Далее серией последовательных трансдукций полученные модификации объединены в хромосоме целевого штамма. После каждого раунда трансдукций, из хромосомы полученных штаммов осуществляли удаление маркера устойчивости к антибиотику, фланкированного аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием плазмиды pMWts-Int/Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423), включающей гены Int/Xis зависимой системы сайт-специфической рекомбинации фага лямбда.Initially, all chromosomal modifications were obtained individually using E. coli strain MG1655 as a recipient. Based on selected individual colonies of strains carrying marked target chromosome modifications, preparations of the corresponding Ρ1-transducing phages were obtained. Next, a series of sequential transductions of the resulting modifications are combined on the chromosome of the target strain. After each round of transductions, the antibiotic resistance marker flanked by the lambda phage sites was removed from the chromosome of the obtained strains using the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423), including the Int / Xis genes of the dependent site-specific recombination system phage lambda.
Первоначально получены фрагменты ДНК для инактивации генов ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE и ptsG.DNA fragments were originally obtained for the inactivation of the a ckA-pt a , poxB, ldhA, a dhE, and ptsG genes.
Линейные фрагменты ДНК для делеций целевых генов получены при помощи ПЦР с использованием пар праймеров P1 (SEQ ID NO: 31) и Р2 (SEQ ID NO: 32), Р5 (SEQ ID NO: 33) и P6 (SEQ ID NO: 34), P9 (SEQ ID NO: 35) и PI0 (SEQ ID NO: 36), P13 (SEQ ID NO: 37) и P14 (SEQ ID NO: 38), P17 (SEQ ID NO: 39) и P18 (SEQ ID NO: 40) и плазмиды pMW118-attL-Cm-attR (Каташкина Ж.И. и др., 2005 Направленное изменение уровня экспрессии генов в бактериальной хромосоме. Мол. Биол., 39 (5), 823-831) в качестве матрицы.Linear DNA fragments for deletions of the target genes were obtained by PCR using primer pairs P1 (SEQ ID NO: 31) and P2 (SEQ ID NO: 32), P5 (SEQ ID NO: 33) and P6 (SEQ ID NO: 34) , P9 (SEQ ID NO: 35) and PI0 (SEQ ID NO: 36), P13 (SEQ ID NO: 37) and P14 (SEQ ID NO: 38), P17 (SEQ ID NO: 39) and P18 (SEQ ID NO: 40) and plasmids pMW118-attL-Cm-attR (Katashkina Zh.I. et al., 2005 Directional change in the level of gene expression in the bacterial chromosome. Mol. Biol., 39 (5), 823-831) as a matrix .
Праймеры Р1, Р5, Р9, Р13 и Р17 содержат участки ДНК размером в 36 нуклеотидов, гомологичные участкам ДНК, расположенным на 5′-концах генов ackA, рохВ, ldhA, adhE и ptsG, и участки ДНК размером 28 нуклеотидов, комплементарные участку ДНК, расположенному на 3′-конце области attR. Праймеры Р2, Р6, PIO, PI4 и PI8 содержат участки ДНК размером в 36 нуклеотидов, комплементарные участкам ДНК, расположенным на 3′-концах генов pta, рохВ, ldhA, adhE и ptsG, а также участки ДНК размером 28 нуклеотидов, гомологичные участку ДНК, расположенному на 5′-конце области attL. Температурный профиль для ПЦР: денатурация при 95°С в течение 5 мин; последующие 25 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 52°С, 1 мин при 72°С; и заключительная полимеризация: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксирибонуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва).Primers P1, P5, P9, P13, and P17 contain 36 nucleotide DNA regions homologous to the DNA regions located at the 5′-ends of the a ckA, pohB, ldhA, a dhE and ptsG genes, and 28 nucleotide regions of DNA complementary to the region DNA located at the 3′-end of the a ttR region. Primers P2, P6, PIO, PI4, and PI8 contain 36 nucleotide DNA regions complementary to the DNA regions located at the 3 ′ ends of the pt a , poxB, ldhA, a dhE, and ptsG genes, as well as homologous 28 nucleotide regions a DNA site located at the 5′-end of a ttL region. Temperature profile for PCR: denaturation at 95 ° C for 5 min; subsequent 25 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 52 ° C, 1 min at 72 ° C; and final polymerization: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxyribonucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania).
Полученные ПЦР-продукты длиной 1700 п.н. для инактивации генов ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE, и ptsG, индивидуально очищали электрофорезом в агарозном геле и выделяли, в соответствии с рекомендациями производителя, с помощью Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, США). Итоговые фрагменты содержат ген устойчивости к хлорамфениколу (ген cat, кодирующий хлорамфениколацетилтрансферазу), фланкированный сайтами attL и attR фага лямбда, а также 36-ти звенные области фланговой гомологии с кодирующими областями целевых генов.Received PCR products with a length of 1700 bp To inactivate the genes a ckA-pt a , poxB, ldhA, a dhE, and ptsG, were individually purified by agarose gel electrophoresis and isolated, according to the manufacturer's recommendations, using the Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, USA). The resulting fragments contain the chloramphenicol resistance gene (c a t gene encoding chloramphenicol acetyl transferase) flanked by the a ttL and a ttR sites of the lambda phage, as well as 36 linking regions of flank homology with coding regions of the target genes.
Интеграцию полученных линейных фрагментов ДНК в хромосому штамма Е. coli MG1655 осуществляли с использованием системы Red-зависимой гомологичной рекомбинации фага λ.Integration of the obtained linear DNA fragments into the chromosome of E. coli strain MG1655 was carried out using the system of Red-dependent homologous recombination of phage λ.
Для этого рекомбинантные ДНК вводили электротрансформацией в индивидуальные клоны штамма Е. coli MG1655, содержащего плазмиду pKD46 с термочувствительным репликоном. Плазмида pKD46 (Datsenko, К.А. and Wanner, B.L., 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97(12):6640-6645) содержит ДНК-фрагмент фага λ длиной 2154 п. н. (позиции с 31088 по 33241 нуклеотидной последовательности с инвентарным номером J02459 в базе данных GenBank), а также содержит гены λ Red-гомологичной системы рекомбинации (гены γ, β, ехо) под контролем промотора ParaB, индуцируемого арабинозой. Плазмида pKD46 необходима для интеграции линейных ДНК в хромосому штамма.For this, recombinant DNAs were introduced by electrotransformation into individual clones of E. coli strain MG1655 containing the plasmid pKD46 with a heat-sensitive replicon. Plasmid pKD46 (Datsenko, K.A. and Wanner, BL, 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97 (12): 6640-6645) contains a 2154 bp DNA fragment of phage λ. (positions 31088 through 33241 of the nucleotide sequence with accession number J02459 in the GenBank database), and also contains the genes of the λ Red-homologous recombination system (γ, β, exo genes) under the control of the araB -induced P araB promoter. Plasmid pKD46 is required for the integration of linear DNA into the chromosome of the strain.
Электрокомпетентные клетки штамма Е. coli MG1655, содержащего плазмиду pKD46, получали следующим образом: ночную культуру штамма Е. coli MG1655, содержащего плазмиду pKD46, выращивали при 30°С в среде LB с добавкой ампициллина (100 мг/л) и разводили в 100 раз, добавляя 10 мл среды SOB (Sambrook et al, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989), содержащей ампициллин и L-арабинозу (10 мМ). Полученную культуру растили с перемешиванием при 30°С до достижения OD600≈0,8, после чего придавали клеткам свойства электрокомпетентности, путем концентрирования в 100 раз и трехкратного отмывания ледяной деионизированной Н2О. Электропорацию проводили с использованием 70 мкл клеток и ~300 нг индивидуального ПЦР-продукта. После электропорации клетки инкубировали в 1 мл среды SOC (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) при 37°C в течение 2.5 часов, после чего высевали на чашки с L-агаром, содержащим 30 мкг/мл хлорамфеникола, и выращивали при 37°С для отбора CmR-рекомбинантов. Удаление плазмиды-помощника pKD46 осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с селекцией устойчивых к хлорамфениколу и чувствительных к ампициллину CmRApS вариантов.Electrocompetent cells of E. coli strain MG1655 containing plasmid pKD46 were prepared as follows: overnight culture of E. coli strain MG1655 containing plasmid pKD46 was grown at 30 ° C in LB medium supplemented with ampicillin (100 mg / L) and diluted 100 times by adding 10 ml of SOB medium (Sambrook et al, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) containing ampicillin and L-arabinose (10 mM). The resulting culture was grown with stirring at 30 ° C until OD 600 ≈0.8 was reached, after which the cells were given electrocompetence properties by 100-fold concentration and three times washing with ice-cold deionized H 2 O. Electroporation was performed using 70 μl of cells and ~ 300 ng individual PCR product. After electroporation, cells were incubated in 1 ml of SOC medium (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) at 37 ° C for 2.5 hours, after which they were plated on plates with L-agar containing 30 μg / ml chloramphenicol and grown at 37 ° C to select Cm R recombinants. The pKD46 helper plasmid was removed by sieving the clones to individual colonies on LB agar medium with selection of chloramphenicol-resistant and ampicillin-sensitive Cm R Ap S variants.
Факты соответствия предполагаемых и полученных экспериментально структур хромосом отобранных CmRApS колоний подтверждали ПЦР анализом с помощью пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41) и Р4 (SEQ ID NO: 42), Р7 (SEQ ID NO: 43) и P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) и P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) и P16 (SEQ ID NO: 48), P19 (SEQ ID NO: 49) и P20 (SEQ ID NO: 50), для оперона ackA-pta и генов рохВ, ldhA, adhE и ptsG, соответственно. Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С.Correspondence of the putative and experimentally obtained chromosome structures of the selected Cm R Ap S colonies was confirmed by PCR analysis using pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41) and P4 (SEQ ID NO: 42), P7 (SEQ ID NO: 43) and P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) and P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) and P16 (SEQ ID NO: 48), P19 (SEQ ID NO: 49) and P20 (SEQ ID NO: 50) for the operon a ckA-pt a rohV and gene, ldhA, a dhE and ptsG, respectively. Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C.
Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655, составляла 3351 п.н. для интактного оперона ackA-pta, 1872 п.н. для интактного гена рохВ, 1299 п.н. для интактного гена ldhA, 2903 п.н. для интактного гена adhE и 1494 п.н. для интактного гена ptsG. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток мутантных штаммов, составляла 1920 п.н. для инактивированного оперона ackA-pta, 1852 п.н. для инактивированного гена рохВ, 2008 п.н. для инактивированного гена ldhA, 1926 п.н. для инактивированного гена adhE и 1759 п.н. для инактивированного гена ptsG.The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a , 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact a dhE gene and 1494 bp for the intact ptsG gene. The length of PCR products resulting from the reaction using mutant strains as a matrix of cells was 1920 bp. for inactivated operon a ckA-pta, 1852 bp for inactivated RohB gene, 2008 bp for the inactivated ldhA gene, 1926 bp for the inactivated a dhE gene and 1759 bp for the inactivated ptsG gene.
На основе отобранных индивидуальных CmRApS колоний штаммов с замененными геном cat опероном ackA-pta и генами рохВ, ldhA, adhE и ptsG по стандартной методике (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) получены препараты соответствующих P1-трансдуцирующих фагов.On the basis of the selected individual Cm R Ap S colonies of strains replaced gene c a t operon ackA-pt a and genes rohV, ldhA, a dhE and ptsG by standard methods (Sambrook et al, "Molecular Cloning :. A Laboratory Manual, Second Edition ", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) formulated the corresponding P1 transducing phages.
Штамм Ε. coli с делетированными генами ackA-pta получен переносом в хромосому штамма Е. coli MG1655 фрагмента хромосомы, с опероном ackA-pta, замененным геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата трансдуцирующего фага, несущего целевую маркированную генетическую модификацию. Для этого клетки Штамма Е. coli MG1655 выращивали в течение ночи при 37°С в среде LB (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989). Клетки из 500 мкл ночной культуры штамма-реципиента собирали центрифугированием, ресуспендировали в 100 мкл буфера, содержащего 0,1 M MgSO4 и 5 мМ CaCl2, добавляли препарат трансдуцирующего фага, в разведении соответствующем 109 фаговых частиц/мл, и инкубировали 20 мин при 37°С. Клетки осаждали центрифугированием, промывали 1 мл стерильной воды, высевали на чашку с L-агаром, содержащим 30 мкг/мл хлорамфеникола, и выращивали при 37°С для отбора CmR-трансдуктантов. Очистку полученных трансдуктантов от остаточных фаговых частиц осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с последующей селекцией устойчивых к хлорамфениколу CmR вариантов. В хромосомах клонов, формирующих наиболее быстрорастущие колонии правильной формы, подтверждали замену генов оперона ackA-pta геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41) и Р4 (SEQ ID NO: 42). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655, составляла 3351 п. н. для интактного оперона ackA-pta. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 1920 п.н. для оперона ackA-pta, замененного геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда. С целью удаления из хромосом трансдуктантов маркера устойчивости к антибиотику, отобранные клоны трансформировали плазмидой pMWts-Int/Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). Селекция трансформированных клонов производилась с использованием среды LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл). Ген cat был удален из трансформированных клонов путем выращивания отдельных колоний штаммов на чашках с LB средой с селекцией чувствительных к хлорамфениколу и устойчивых к ампициллину CmSApR вариантов. Удаление гена cat из хромосом трансдуктантов и делецию в них генов оперона ackA-pta подтверждали ПЦР с помощью соответствующих локус-специфичных праймеров Р3 и Р4. Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655, составляла 3351 п.н. для интактного оперона ackA-pta. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток штамма с делетированным опероном ackA-pta, составляла 323 п.н. В результате последующего излечивания клонов от плазмиды-помощника pMWts-Int/Xis, проведенного с помощью повторного рассева до отдельных колоний на чашках с LB средой и селекции CmSApS - вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔackA-pta) с делетированным генами ackA-pta.Strain Ε. coli genes deleted from a ckA-pt a received transfer into the chromosome of E. coli MG1655 chromosome fragment operon with a ckA-pt a, gene replaced c a t, flanked attechment sites of lambda phage, using the preparation transducing phage carrying the labeled target genetic modification. For this, Strain E. coli MG1655 cells were grown overnight at 37 ° C in LB medium (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989). Cells from 500 μl of the overnight culture of the recipient strain were collected by centrifugation, resuspended in 100 μl of buffer containing 0.1 M MgSO 4 and 5 mM CaCl 2 , a phage transducing preparation was added at a dilution of 10 9 phage particles / ml, and incubated for 20 min at 37 ° C. Cells were pelleted by centrifugation, washed with 1 ml of sterile water, plated on a L-agar plate containing 30 μg / ml chloramphenicol, and grown at 37 ° C to select Cm R transductants. Purification of the resulting transductants from residual phage particles was carried out by sieving the clones to individual colonies on an agarized LB medium, followed by selection of variants resistant to chloramphenicol Cm R. In the chromosomes of the clones forming the fastest growing colonies of the correct form, the replacement of the operon a ckA-pt a genes with the c a t gene, flanked by attachment sites of the lambda phage, by PCR analysis using locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41) and P4 ( SEQ ID NO: 42). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a . The length of the PCR products obtained as a result of the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 1920 bp. for the operon a ckA-pt a replaced by the c a t gene flanked by attachment sites of the lambda phage. In order to remove the antibiotic resistance marker from the chromosomes of transductants, the selected clones were transformed with the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The c a t gene was removed from transformed clones by growing separate strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Deleting gene c a t transductants of chromosomes and the deletion of these genes in the operon a ckA-pt a confirmed by PCR using appropriate locus-specific primers P3 and P4. Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a . The length of the PCR products obtained by the reaction using the ckA-pt a strain of the deleted cell operon a as a matrix of cells was 323 bp As a result of subsequent treatment of the clones from the plasmid helper pMWts-Int / Xis, carried out by re-sieving to individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 (Δ a ckA-pt a ) with the deleted genes a ckA-pt a .
Штамм Е. coli с делетированными генами ackA-pta и рохВ получен переносом в хромосому штамма Е. coli MG1655 (ΔackA-pta) фрагмента хромосомы, с геном рохВ, замененным геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата трансдуцирующего фага, несущего целевую маркированную генетическую модификацию, как описано выше. Очистку полученных трансдуктантов от остаточных фаговых частиц осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с последующей селекцией устойчивых к хлорамфениколу CmR вариантов. В хромосомах клонов, формирующих наиболее быстрорастущие колонии правильной формы, подтверждали замену гена рохВ геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р7 (SEQ ID NO: 43) и Р8 (SEQ ID NO: 44). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655 (ΔackA-pta), составляла 1872 п. н. для интактного гена рохВ. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 1852 п.н. для гена рохВ, замененного геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда. С целью удаления из хромосом трансдуктантов маркера устойчивости к антибиотику, отобранные клоны трансформировали плазмидой pMWts-Int/Xis (WO 2007013638; RU 2005123423). Селекция трансформированных клонов производилась с использованием среды LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл). Ген cat был удален из трансформированных клонов путем выращивания отдельных колоний штаммов на чашках с LB средой с селекцией чувствительных к хлорамфениколу и устойчивых к ампициллину CmSApR вариантов. Удаление гена cat из хромосом трансдуктантов и делецию в них генов оперона ackA-pta и гена рохВ подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41), Р4 (SEQ ID NO: 42) и P7 (SEQ ID NO: 43), P8 (SEQ ID NO: 44). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток исходного штамма MG1655, составляла 3351 п.н. для интактного оперона ackA-pta и 1872 п.н. для интактного гена рохВ. Длина соответствующих продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток штамма с делетированными опероном ackA-pta и геном рохВ, составляла 323 п.н. и 255 п.н.. В результате последующего излечивания клонов от плазмиды-помощника pMWts-Int/Xis, проведенного с помощью повторного рассева до отдельных колоний на чашках с LB средой и селекции CmSApS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔackA-pta, ΔрохВ) с делетированным генами ackA-pta и рохВ.The E. coli strain with deleted a ckA-pt a and poxB genes was obtained by transferring the chromosome fragment to the chromosome of E. coli strain MG1655 (Δ a ckA-pt a ), with the poxB gene replaced by the c a t gene flanked by attachment sites of the lambda phage, using a transducing phage preparation that carries the targeted labeled genetic modification as described above. Purification of the resulting transductants from residual phage particles was carried out by sieving the clones to individual colonies on an agarized LB medium, followed by selection of variants resistant to chloramphenicol Cm R. In the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct shape, the replacement of the poxB gene with the c a t gene, flanked by attachment sites of the lambda phage, by PCR analysis using locus-specific primers P7 (SEQ ID NO: 43) and P8 (SEQ ID NO: 44) was confirmed ) Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 (Δ a ckA-pt a ) as a matrix of cells was 1872 bp for the intact rohB gene. The length of the PCR products obtained by the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 1852 bp. for the roxB gene replaced by the c a t gene flanked by attachment sites of the lambda phage. In order to remove the antibiotic resistance marker from the chromosomes of transductants, the selected clones were transformed with the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007013638; RU 2005123423). The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The c a t gene was removed from transformed clones by growing separate strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the c a t gene from the transductant chromosomes and deletion of the ckA-pt a operon a and roxB gene in them was confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41), P4 (SEQ ID NO: 42), and P7 (SEQ ID NO: 43), P8 (SEQ ID NO: 44). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. The length of the PCR products obtained as a result of reactions using the original strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a and 1872 bp for the intact rohB gene. The length of the corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using a ckA-pt a operon strain and the poxB gene as the cell matrix was 323 bp. and 255 bp. As a result of subsequent treatment of the clones from the plasmid helper pMWts-Int / Xis, carried out by re-sieving to individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 was obtained (Δ a ckA-pt a , ΔroxB) with the a ckA-pt a and roxB genes deleted.
Штамм Е. coli с делетированными генами ackA-pta, рохВ и ldhA получен переносом в хромосому штамма Е. coli MG1655 (ΔackA-pta, ΔрохВ) фрагмента хромосомы, с геном ldhA, замененным геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата трансдуцирующего фага, несущего целевую маркированную генетическую модификацию, как описано выше. Очистку полученных трансдуктантов от остаточных фаговых частиц осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с последующей селекцией устойчивых к хлорамфениколу CmR вариантов. В хромосомах клонов, формирующих наиболее быстрорастущие колонии правильной формы, подтверждали замену гена ldhA геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров P11 (SEQ ID NO: 45) и Р12 (SEQ ID NO: 46). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655 (ΔackA-pta, ΔрохВ), составляла 1299 п.н. для интактного гена ldhA. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 2008 п.н. для гена ldhA, замененного геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда. С целью удаления из хромосом трансдуктантов маркера устойчивости к антибиотику, отобранные клоны трансформировали плазмидой pMWts-Int/Xis (WO 2007013638; RU 2005123423). Селекция трансформированных клонов производилась с использованием среды LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл). Ген cat был удален из трансформированных клонов путем выращивания отдельных колоний штаммов на чашках с LB средой с селекцией чувствительных к хлорамфениколу и устойчивых к ампициллину CmSApR вариантов. Удаление гена cat из хромосом трансдуктантов и делецию в них генов оперона ackA-pta, гена рохВ и гена ldhA подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41) и Р4 (SEQ ID NO: 42), Р7 (SEQ ID NO: 43) и P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) и Ρ12 (SEQ ID NO: 46). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток исходного штамма MG1655, составляла 3351 п.н. для интактного оперона ackA-pta, 1872 п.н. для интактного гена рохВ и 1299 п.н. для интактного гена ldhA. Длина соответствующих продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток штамма с делетированными опероном ackA-pta, геном рохВ и геном ldhA составляла 323 п.н., 255 п.н. и 411 п.н. В результате излечивания клонов от плазмиды-помощника pMWts-Int/Xis, проведенного с помощью повторного рассева до отдельных колоний на чашках с LB средой и селекции CmSApS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔackA-pta, ΔрохВ, ΔldhA) с делетированным генами ackA-pta, рохВ и ldhA.The E. coli strain with deleted a ckA-pt a , poxB and ldhA genes was obtained by transferring the chromosome fragment to the chromosome of E. coli strain MG1655 (Δ a ckA-pt a , ΔpoxB), with the ldhA gene replaced by the c a t gene flanked by attachment lambda phage sites using a transducing phage preparation carrying the targeted labeled genetic modification as described above. Purification of the resulting transductants from residual phage particles was carried out by sieving the clones to individual colonies on an agarized LB medium, followed by selection of variants resistant to chloramphenicol Cm R. In the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct form, the ldhA gene was replaced by the c a t gene, flanked by the lambda phage sites, by PCR analysis using locus-specific primers P11 (SEQ ID NO: 45) and P12 (SEQ ID NO: 46) ) Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 (Δ a ckA-pt a , ΔroxB) as a matrix of cells was 1299 bp for the intact ldhA gene. The length of PCR products resulting from the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 2008 bp. for the ldhA gene, replaced by the c a t gene, flanked by attachment sites of the lambda phage. In order to remove the antibiotic resistance marker from the chromosomes of transductants, the selected clones were transformed with the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007013638; RU 2005123423). The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The c a t gene was removed from transformed clones by growing separate strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the c a t gene from transductant chromosomes and deletion of the ckA-pt a operon a, roxB gene, and ldhA gene in them was confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41) and P4 (SEQ ID NO: 42), P7 (SEQ ID NO: 43) and P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) and Ρ12 (SEQ ID NO: 46). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. The length of the PCR products obtained as a result of reactions using the original strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a , 1872 bp for the intact RohB gene and 1299 bp for the intact ldhA gene. The length of the respective PCR products obtained from the reaction using as template cells from strain operon deleted a ckA-pt a, gene rohV and ldhA gene was 323 bp, 255 bp and 411 bp By curing the clones from the pMWts-Int / Xis helper plasmid by re-sieving to individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 (Δ a ckA-pt a , ΔroxB, ΔldhA) with the a ckA-pt a , roxB and ldhA genes deleted.
Штамм Е. coli с делетированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA и adhE получен переносом в хромосому штамма Е. coli MG1655 (ΔackA-pta, ΔрохВ, ΔldhA) фрагмента хромосомы, с геном adhE, замененным геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата трансдуцирующего фага, несущего целевую маркированную генетическую модификацию, как описано выше. Очистку полученных трансдуктантов от остаточных фаговых частиц осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с последующей селекцией устойчивых к хлорамфениколу CmR вариантов. В хромосомах клонов, формирующих наиболее быстрорастущие колонии правильной формы, подтверждали замену гена adhE геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р15 (SEQ ID NO: 47) и PI6 (SEQ ID NO: 48). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655 (ΔackA-pta, ΔрохВ, ΔldhA), составляла 2903 п.н. для интактного гена adhE. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 1926 п.н. для гена adhE, замененного геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда. С целью удаления из хромосом трансдуктантов маркера устойчивости к антибиотику, отобранные клоны трансформировали плазмидой pMWts-Int/Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). Селекция трансформированных клонов производилась с использованием среды LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл). Ген cat был удален из трансформированных клонов путем выращивания отдельных колоний штаммов на чашках с LB средой с селекцией чувствительных к хлорамфениколу и устойчивых к ампициллину CmSApR вариантов. Удаление гена cat из хромосом трансдуктантов и делению в них генов оперона ackA-pta, гена рохВ, гена ldhA и гена adhE подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41) и Р4 (SEQ ID NO: 42), Р7 (SEQ ID NO: 43) и P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) и P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) и PI6 (SEQ ID NO: 48). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток исходного штамма MG1655, составляла 3351 п.н. для интактного оперона ackA-pta, 1872 п.н. для интактного гена рохВ, 1299 п.н. для интактного гена ldhA и 2903 п.н. для интактного гена adhE. Длина соответствующих продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток штамма с делетированными опероном ackA-pta, геном рохВ, геном ldhA и геном adhE составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н. и 329 п.н.. В результате излечивания клонов от плазмиды-помощника pMWts-Int/Xis, проведенного с помощью повторного рассева до отдельных колоний на чашках с LB средой и селекции CmSApS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔackA-pta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE) с инактивированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA и adhE.The E. coli strain with deleted a ckA-pt a , poxB, ldhA and a dhE genes was obtained by transferring the chromosome fragment with the a dhE gene replaced by the dhE gene to the chromosome of E. coli strain MG1655 (Δ a ckA-pt a , ΔroxB, ΔldhA) c a t flanked by attachment sites of the lambda phage using a transducing phage preparation carrying the targeted labeled genetic modification as described above. Purification of the resulting transductants from residual phage particles was carried out by sieving the clones to individual colonies on an agarized LB medium, followed by selection of variants resistant to chloramphenicol Cm R. In the chromosomes of the clones forming the fastest growing colonies of the correct form, the replacement of the a dhE gene with the c a t gene, flanked by attachment sites of the lambda phage, by PCR analysis using locus-specific primers P15 (SEQ ID NO: 47) and PI6 (SEQ ID NO: 48). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 (Δ a ckA-pt a , ΔroxB, ΔldhA) as a matrix of cells was 2903 bp for the intact gene a dhE. The length of the PCR products obtained as a result of the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 1926 bp for the a dhE gene replaced by the c a t gene flanked by attachment sites of the lambda phage. In order to remove the antibiotic resistance marker from the chromosomes of transductants, the selected clones were transformed with the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The c a t gene was removed from transformed clones by growing separate strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removing the c a t gene from the transductant chromosomes and dividing the ckA-pt a operon a, poxB gene, ldhA gene, and dhE gene a in them was confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41) and P4 ( SEQ ID NO: 42), P7 (SEQ ID NO: 43) and P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) and P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47 ) and PI6 (SEQ ID NO: 48). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. The length of the PCR products obtained as a result of reactions using the original strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a , 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene and 2903 bp for the intact gene a dhE. The length of the respective PCR products obtained from the reaction using as template cells from strain operon deleted a ckA-pt a, rohV gene, ldhA gene and adhE gene was 323 bp, 255 bp, 411 bp . and 329 bp. As a result of curing the clones from the helper plasmid pMWts-Int / Xis, carried out by re-sieving to individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 was obtained ( Δ a ckA-pt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE) with inactivated genes a ckA-pt a , roxB, ldhA and a dhE.
Штамм Е. coli с делетированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE и ptsG получен переносом в хромосому штамма Е. coli MG1655 (ΔackA-pta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE) фрагмента хромосомы, с геном ptsG, замененным геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата трансдуцирующего фага, несущего целевую маркированную генетическую модификацию, как описано выше. Очистку полученных трансдуктантов от остаточных фаговых частиц осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с последующей селекцией устойчивых к хлорамфениколу CmR вариантов. В хромосомах клонов, формирующих наиболее быстрорастущие колонии правильной формы, подтверждали замену гена ptsG геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р19 (SEQ ID NO: 49) и Р20 (SEQ ID NO: 50). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655 (ΔackA-pta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE), составляла 1494 п.н. для интактного гена ptsG. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 1759 п.н. для гена ptsG, замененного геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда. С целью удаления из хромосом трансдуктантов маркера устойчивости к антибиотику, отобранные клоны трансформировали плазмидой pMWts-Int/Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). Селекция трансформированных клонов производилась с использованием среды LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл). Ген cat был удален из трансформированных клонов путем выращивания отдельных колоний штаммов на чашках с LB средой с селекцией чувствительных к хлорамфениколу и устойчивых к ампициллину CmSApR вариантов. Удаление гена cat из хромосом трансдуктантов и делецию в них генов оперона ackA-pta, гена рохВ, гена ldhA, гена adhE и гена ptsG подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41) и Р4 (SEQ ID NO: 42), Р7 (SEQ ID NO: 43) и P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) и P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) и P16 (SEQ ID NO: 48), P19 (SEQ ID NO: 49) и P20 (SEQ ID NO: 50). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток исходного штамма MG1655, составляла 3351 п.н. для интактного оперона ackA-pta, 1872 п.н. для интактного гена рохВ, 1299 п.н. для интактного гена ldhA, 2903 п.н. для интактного гена adhE и 1494 п.н. для интактного гена ptsG. Длина соответствующих продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток штамма с делетированными опероном ackA-pta, геном рохВ, геном ldhA, геном adhE и геном ptsG составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н., 329 п.н. и 162 п.н.. В результате излечивания клонов от плазмиды-помощника pMWts-Int/Xis, проведенного с помощью повторного рассева до отдельных колоний на чашках с LB средой и селекции CmSApS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔackA-pta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG) с инактивированными генами ackA-pta, рохВ, IdhA, adhE и ptsG, названный MSG0.1.E. coli strain deleted of the genes with a ckA-pt a, rohV, ldhA, a dhE ptsG and obtained transfer into the chromosome of E. coli MG1655 strain (Δ a ckA-pt a, ΔrohV, ΔldhA, ΔadhE) chromosome fragment with a gene ptsG replaced by the c a t gene, flanked by the attachment sites of the lambda phage, using a transducing phage preparation carrying the targeted labeled genetic modification as described above. Purification of the resulting transductants from residual phage particles was carried out by sieving the clones to individual colonies on an agarized LB medium, followed by selection of variants resistant to chloramphenicol Cm R. In the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct form, the replacement of the ptsG gene with the c a t gene, flanked attachment sites of the lambda phage, PCR analysis using locus-specific primers P19 (SEQ ID NO: 49) and P20 (SEQ ID NO: 50) was confirmed ) Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 (Δ a ckA-pt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE) as a matrix of cells was 1494 bp for the intact ptsG gene. The length of PCR products resulting from the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 1759 bp. for the ptsG gene replaced by the cat gene, flanked by attachment sites of the lambda phage. In order to remove the antibiotic resistance marker from the chromosomes of transductants, the selected clones were transformed with the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The c a t gene was removed from transformed clones by growing separate strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the c a t gene from transductant chromosomes and deletion of the ckA-pt a operon a gene, the poxB gene, the ldhA gene, the dhE gene a , and the ptsG gene in them were confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41) and P4 (SEQ ID NO: 42), P7 (SEQ ID NO: 43) and P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) and P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) and P16 (SEQ ID NO: 48), P19 (SEQ ID NO: 49) and P20 (SEQ ID NO: 50). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. The length of the PCR products obtained as a result of reactions using the original strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a , 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact a dhE gene and 1494 bp for the intact ptsG gene. The length of the corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using a ckA-pt a operon strain, the poxB gene, the ldhA gene, the dhE gene and the ptsG gene as a matrix of cells was 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 bp and 162 bp. As a result of curing the clones from the helper plasmid pMWts-Int / Xis, carried out by re-sieving to individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 was obtained ( Δ a ckA-pt a , ΔpohB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG) with inactivated genes a ckA-pt a , pohB, IdhA, a dhE and ptsG, named MSG0.1.
1.2. Конструирование штамма MSG0.2.1.2. Construction of the strain MSG0.2.
Штамм MSG0.2 (E. coli MG1655 ΔаскА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP) получен на основе штамма MSG0.1 (Е. coli MG1655 ΔаскА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG) в результате замены в нем нативной регуляторной области гена galP промотором Ptac.Strain MSG0.2 (E. coli MG1655 Δ a skA, Δpt a , Δpth, Δpoh, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG, P tac -galP) was obtained on the basis of strain MSG0.1 (E. coli MG1655 Δ a skA, Δpt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG) as a result of replacing the native regulatory region of the galP gene in it with the P tac promoter.
Первоначально целевая хромосомная модификации была получена индивидуально с использованием в качестве реципиента штамма E.coli MG1655. Для усиления экспрессии гена galP укороченный вариант промотора Ptac, обеспечивающий конститутивную транскрипцию в LacI позитивных штаммах, был интегрирован в хромосому реципиентного штамма перед кодирующим участком гена galP. На основе полученного штамма, несущего маркированную целевую хромосомную модификацию получен препарат соответствующего Р1-трансдуцирующего фага. Далее Ρ1-трансдукций полученная модификация была внесена в хромосому целевого штамма. После трансдукций, из хромосомы полученного штамма осуществляли удаление маркера устойчивости к антибиотику, фланкированного аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием плазмиды pMWts-Int/Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423), включающей гены Int/Xis зависимой системы сайт-специфической рекомбинации фага лямбда.Initially, the target chromosome modification was obtained individually using strain E. coli MG1655 as a recipient. To enhance the expression of the galP gene, a shortened version of the P tac promoter, which provides constitutive transcription in LacI positive strains, was integrated into the chromosome of the recipient strain in front of the coding region of the galP gene. Based on the obtained strain bearing the marked target chromosome modification, a preparation of the corresponding P1 transducing phage was obtained. Then, the Ρ1 transduction obtained modification was introduced into the chromosome of the target strain. After transductions, the antibiotic resistance marker flanked by the attachment sites of the lambda phage was removed from the chromosome of the obtained strain using the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423), including the Int / Xis genes of the dependent site-specific recombination system of the lambda phage .
Первоначально был получен фрагмент ДНК для замены нативной регуляторной области гена galP.A DNA fragment was originally obtained to replace the native regulatory region of the galP gene.
Получение вышеупомянутого искусственного фрагмента ДНК, для интеграции в соответствующий участок бактериальной хромосомы, осуществлялось в несколько стадий. На первой стадии, с помощью ПЦР получен фрагмент ДНК, содержащий в начале участок узнавания эндонуклеазы рестрикции BglII, промотор Ptac, 18 нуклеотидов комплементарных области предшествующей кодирующей части гена galP и 18 нуклеотидов комплементарных 5′-концевой области кодирующей части гена galP. ПЦР проводили с использованием праймеров Р21 (SEQ ID NO: 51) и Р22 (SEQ ID NO: 52) и плазмиды pDR540 (последовательность с инвентарным номером U13847 в базе данных GenBank; gi: 595699) в качестве матрицы. Праймер Р21 содержит участок узнавания BglII и область гомологичную 5′-концу промотора Ptac. Праймер Р22 содержит 18 нуклеотидов комплементарных области предшествующей кодирующей части гена galP, 18 нуклеотидов комплементарных 5′-концевой области кодирующей части гена galΡ и область, комплементарную 3′-концу промотора Ptac. Температурный профиль для ПЦР: денатурация при 95°С в течение 5 мин; последующие 25 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 51°С, 60 сек при 72°С; и заключительная полимеризация: 7 мин при 72°С. Использовали Pfu ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксирибонуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва).Obtaining the aforementioned artificial DNA fragment, for integration into the corresponding section of the bacterial chromosome, was carried out in several stages. In the first step, PCR obtained DNA fragment containing the early recognition site of restriction endonuclease BglII, promoter is
Параллельно осуществляли вторую стадию конструирования фрагмента ДНК. Фрагмент ДНК, содержащий маркер CmR, кодируемый геном cat, получен при помощи ПЦР с использованием праймеров Р23 (SEQ ID NO: 53) и Р24 (SEQ ID NO: 54) и плазмиды pMW118-attL-Cm-attR (Каташкина Ж.И. и др., 2005 Направленное изменение уровня экспрессии генов в бактериальной хромосоме. Мол. Биол., 39 (5), 823-831) в качестве матрицы. Праймер Р23 содержит 36 нуклеотидов гомологичных участку ДНК, расположенному на 174 нуклеотида ранее кодирующей области гена galP и участок ДНК размером 28 нуклеотидов, комплементарный участку ДНК, расположенному на 3′-конце области attR. Праймер Р24 содержит участок узнавания BglII и участок ДНК размером 28 нуклеотидов, гомологичный участку ДНК, расположенному на 5′-конце области attL. Температурный профиль для ПЦР: денатурация при 95°С в течение 5 мин; последующие 25 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 52°С, 1 мин при 72°С; и заключительная полимеризация: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва).In parallel, the second stage of constructing the DNA fragment was carried out. A DNA fragment containing the Cm R marker encoded by the c a t gene was obtained by PCR using primers P23 (SEQ ID NO: 53) and P24 (SEQ ID NO: 54) and plasmid pMW118-attL-Cm-attR (Katashkina Zh . I. et al., 2005 Directional change in the level of gene expression in the bacterial chromosome. Mol. Biol., 39 (5), 823-831) as a matrix. Primer P23 contains 36 nucleotides homologous to the DNA site located at 174 nucleotides of the previously coding region of the galP gene and a 28-nucleotide DNA site complementary to the DNA site located at the 3 ′ end of the a ttR region. Primer P24 contains a BglII recognition site and a 28-nucleotide-sized DNA region homologous to the DNA region located at the 5 ′ end of the a ttL region. Temperature profile for PCR: denaturation at 95 ° C for 5 min; subsequent 25 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 52 ° C, 1 min at 72 ° C; and final polymerization: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania).
Полученные фрагменты ДНК очищали в агарозном геле и выделяли, в соответствии с рекомендациями производителя, с помощью Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit, с последующим осаждением этанолом.The resulting DNA fragments were purified on an agarose gel and isolated, according to the manufacturer's recommendations, using a Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit, followed by ethanol precipitation.
Два полученных фрагмента ДНК были обработаны эндонуклеазой рестрикции BglII с последующим лигированием с использованием Т4 ДНК-лигазы в соответствии со стандартной процедурой (Maniatis T., Fritsch Ε.F., Sambrook, J.: Molecular Cloning:A Laboratory Manual. 2nd edn. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989).The two DNA fragments obtained were treated with BglII restriction endonuclease, followed by ligation using T4 DNA ligase according to the standard procedure (Maniatis T., Fritsch Ε. F., Sambrook, J .: Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2 nd edn. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989).
Продукт лигирования амплифицировали с помощью ПЦР с использованием праймеров Р22 (SEQ ID NO: 52) и Р23 (SEQ ID NO: 53). Температурный профиль для ПЦР: денатурация при 98°С в течение 1 мин; последующие 30 циклов: 15 сек при 98°С, 15 сек при 55°С, 1 мин при 72°С; и заключительная полимеризация: 7 мин при 72°С. Использовали Phusion ДНК полимеразу и соответствующий буфер производства Finnzymes; дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Полученный ПЦР-продукт длиной 1756 п. н., очищали электрофорезом в агарозном геле и выделяли, в соответствии с рекомендациями производителя, с помощью Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, США). Итоговый фрагмент содержал промотор Ptac, ген устойчивости к хлорамфениколу (ген cat, кодирующий хлорамфениколацетилтрансферазу), фланкированный сайтами attL и attR фага лямбда, а также 36-звенные области фланговой гомологии с участком ДНК предшествующим кодирующей области гена galP и участком ДНК, включающим 5′-регион кодирующей области гена galP.The ligation product was amplified by PCR using primers P22 (SEQ ID NO: 52) and P23 (SEQ ID NO: 53). Temperature profile for PCR: denaturation at 98 ° C for 1 min; the next 30 cycles: 15 seconds at 98 ° C, 15 seconds at 55 ° C, 1 min at 72 ° C; and final polymerization: 7 min at 72 ° C. Used Phusion DNA polymerase and the appropriate buffer manufactured by Finnzymes; deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The resulting 1756 bp PCR product was purified by agarose gel electrophoresis and isolated using the Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, United States) according to the manufacturer's recommendations. The resulting fragment contained the P tac promoter, the chloramphenicol resistance gene (c a t gene encoding chloramphenicol acetyl transferase) flanked by the a ttL and a ttR sites of the lambda phage, as well as 36-unit regions of flank homology with a DNA region preceding the galP gene coding region and a DNA region including the 5′-region of the coding region of the galP gene.
Интеграцию полученного линейного фрагмента ДНК в хромосому штамма Е. coli MG1655 осуществляли с использованием системы Red-зависимой гомологичной рекомбинации фага λ.Integration of the obtained linear DNA fragment into the chromosome of E. coli strain MG1655 was carried out using the system of Red-dependent homologous recombination of phage λ.
Для этого рекомбинантную ДНК вводили электротрансформацией в клетки штамма Е. coli MG1655, содержащего плазмиду pKD46 (Datsenko, К.А. and Wanner, B.L., 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97(12):6640-6645).For this, recombinant DNA was introduced by electrotransformation into cells of the E. coli strain MG1655 containing the plasmid pKD46 (Datsenko, K.A. and Wanner, BL, 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97 (12): 6640-6645) .
Электрокомпетентные клетки штамма Ε. coli MG1655, содержащего плазмиду pKD46, получали как описано выше. Электропорацию проводили с использованием 70 мкл клеток и ~300 нг индивидуального ПЦР-продукта. После электропорации клетки инкубировали в 1 мл среды SOC (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) при 37°C в течение 2.5 часов, после чего высевали на чашки с L-агаром, содержащим 30 мкг/мл хлорамфеникола, и выращивали при 37°С для отбора CmR-рекомбинантов. Удаление плазмиды-помощника pKD46 осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с селекцией устойчивых к хлорамфениколу и чувствительных к ампициллину CmRApS вариантов.Electrocompetent cells of strain Ε. coli MG1655 containing the plasmid pKD46 was obtained as described above. Electroporation was performed using 70 μl of cells and ~ 300 ng of an individual PCR product. After electroporation, cells were incubated in 1 ml of SOC medium (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) at 37 ° C for 2.5 hours, after which they were plated on plates with L-agar containing 30 μg / ml chloramphenicol and grown at 37 ° C to select Cm R recombinants. The pKD46 helper plasmid was removed by sieving the clones to individual colonies on LB agar medium with selection of chloramphenicol-resistant and ampicillin-sensitive Cm R Ap S variants.
Факт соответствия предполагаемой и полученной экспериментально структур хромосомы соответствующих CmRApS колоний подтверждали ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р25 (SEQ ID NO: 55) и Р25 (SEQ ID NO: 56). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655 и праймеров Р25 и Р26 составляла 317 п.н. для интактной регуляторной области гена galP. Длина продукта ПЦР, полученного в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток мутантного штамма и праймеров Р25 и Р26, составляла 1845 п.н. для модифицированной регуляторной области гена galP. Также в хромосомах полученных клонов соответствие запланированной и экспериментально полученной нуклеотидной последовательности нового регуляторного элемента, введенного перед кодирующей областью гена galP, было подтверждено секвенированием.The fact that the proposed and experimentally obtained chromosome structures correspond to the corresponding Cm R Ap S colonies was confirmed by PCR analysis using locus-specific primers P25 (SEQ ID NO: 55) and P25 (SEQ ID NO: 56). The length of PCR products obtained by reactions using the parental strain MG1655 and primers P25 and P26 as a matrix of cells was 317 bp. for the intact regulatory region of the g a lP gene. The length of the PCR product obtained by the reaction using the mutant strain and primers P25 and P26 as a matrix of cells was 1845 bp. for the modified regulatory region of the gene g a lP. Also, in the chromosomes of the obtained clones, the correspondence between the planned and experimentally obtained nucleotide sequences of the new regulatory element introduced before the coding region of the galP gene was confirmed by sequencing.
На основе отобранного CmRApS варианта штамма, в котором нативная регуляторная область гена galP заменена промотором Ptac, сопряженным с геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, получен препарат соответствующего Р1-трансдуцирующего фага.Based on the selected Cm R Ap S variant strain in which the native regulatory region of the galP gene is replaced by the P tac promoter, conjugated to the c a t gene flanked by attachment sites of the lambda phage, a preparation of the corresponding P1 transducing phage was obtained.
Штамм Ε. coli с делетированными генами ackA-pta, poxB, ldhA, adhE и ptsG, и усиленной экспрессией гена galP, получен переносом в хромосому штамма MSG0.1 (Е. coli MG1655 ΔackA-pta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG) фрагмента хромосомы, в котором нативная регуляторная область гена galP заменена промотором Ptac, сопряженным с геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата трансдуцирующего фага, несущего целевую маркированную генетическую модификацию, как описано выше. Очистку полученных трансдуктантов от остаточных фаговых частиц осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с последующей селекцией устойчивых к хлорамфениколу CmR вариантов. В хромосомах клонов, формирующих наиболее быстрорастущие колонии правильной формы, замену нативной регуляторной области гена galP промотором Ptac, сопряженным с геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, подтверждали ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р25 (SEQ ID NO: 55) и Р26 (SEQ ID NO: 56). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MSG0.1, составляла 317 п.н. для интактной регуляторной области гена galP. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 1845 п.н. п.н. для регуляторной области гена galP, замененной промотором Ptac, сопряженным с геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда. С целью удаления из хромосом трансдуктантов маркера устойчивости к антибиотику, отобранные клоны трансформировали плазмидой pMWts-Int/Xis. Селекция трансформированных клонов производилась с использованием среды LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл). Ген cat был удален из трансформированных клонов путем выращивания отдельных колоний штаммов на чашках с LB средой с селекцией чувствительных к хлорамфениколу и устойчивых к ампициллину CmSApR вариантов. Удаление гена cat из хромосом трансдуктантов и делецию в них генов оперона ackA-pta, гена рохВ, гена ldhA, гена adhE, и гена ptsG, а также факт наличия промотора Ptac, перед геном galP, подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41) и Р4 (SEQ ID NO: 42), Р7 (SEQ ID NO: 43) и P8 (SEQ ID NO: 44), PI 1 (SEQ ID NO: 45) и P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) и PI6 (SEQ ID NO: 48), P19 (SEQ ID NO: 49) и P20 (SEQ ID NO: 50), P25 (SEQ ID NO: 55) и P26 (SEQ ID NO: 56). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток исходного штамма MG1655, составляла 3351 п.н. для интактного оперона ackA-pta, 1872 п.н. для интактного гена рохВ, 1299 п.н. для интактного гена ldhA, 2903 п.н. для интактного гена adhE, 1494 п.н. для интактного гена ptsG и 317 п.н. для интактной регуляторной области гена galP. Длина соответствующих продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток штамма с делетированными опероном ackA-pta, геном рохВ, геном ldhA, геном adhE, геном ptsG и содержащими промотор Ptac перед геном galP составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н., 329 п.н., 162 п.н. и 248 п.н.. В результате излечивания клонов от плазмиды-помощника pMWts-Int/Xis, проведенного с помощью повторного рассева до отдельных колоний на чашках с LB средой и селекции CmSApS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔackA-pta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP) с инактивированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE и ptsG, и усиленной экспрессией гена galP, названный MSG0.2.Strain Ε. coli with the deleted genes a ckA-pt a , poxB, ldhA, a dhE and ptsG, and enhanced expression of the galP gene, obtained by transfer to the chromosome of strain MSG0.1 (E. coli MG1655 Δ a ckA-pt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG) fragment of the chromosome in which the native regulatory region of the galP gene is replaced by the promoter P tac , conjugated to the cat gene, flanked by attachment sites of the lambda phage, using a transducing phage preparation carrying the targeted labeled genetic modification, as described above. Purification of the resulting transductants from residual phage particles was carried out by sieving the clones to individual colonies on an agarized LB medium, followed by selection of variants resistant to chloramphenicol Cm R. In the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct shape, the replacement of the native regulatory region of the galP gene with the P tac promoter, coupled to the c a t gene flanked by attachment sites of the lambda phage, was confirmed by PCR analysis using locus-specific primers P25 (SEQ ID NO: 55 ) and P26 (SEQ ID NO: 56). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MSG0.1 as a matrix of cells was 317 bp for the intact regulatory region of the galP gene. The length of the PCR products obtained by the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 1845 bp. bp for the regulatory region of the galP gene, replaced by the P tac promoter, conjugated to the c a t gene, flanked by attachment sites of the lambda phage. In order to remove the antibiotic resistance marker from the chromosomes of transductants, the selected clones were transformed with the plasmid pMWts-Int / Xis. The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The c a t gene was removed from transformed clones by growing separate strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the c a t gene from transductant chromosomes and deletion of the ckA-pt a operon a gene, the poxB gene, the ldhA gene, the dhE gene a , and the ptsG gene, as well as the presence of the P tac promoter in front of the galP gene, were confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41) and P4 (SEQ ID NO: 42), P7 (SEQ ID NO: 43) and P8 (SEQ ID NO: 44), PI 1 (SEQ ID NO: 45 ) and P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) and PI6 (SEQ ID NO: 48), P19 (SEQ ID NO: 49) and P20 (SEQ ID NO: 50), P25 (SEQ ID NO: 55) and P26 (SEQ ID NO: 56). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. The length of the PCR products obtained as a result of reactions using the original strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a , 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact gene a dhE, 1494 bp for the intact ptsG gene and 317 bp for the intact regulatory region of the galP gene. The length of the respective PCR products obtained from the reaction using as template cells from strain operon deleted a ckA-pt a, rohV gene, gene ldhA, genome a dhE, ptsG gene and containing a P tac promoter in front of galP gene was 323 bp ., 255 bp, 411 bp, 329 bp, 162 bp and 248 bp. As a result of curing the clones from the helper plasmid pMWts-Int / Xis, carried out by re-sieving to individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 was obtained ( Δ a ckA-pt a , ΔpohB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG, P tac -galP) with inactivated a ckA-pt a , pohB, ldhA, a dhE and ptsG genes, and enhanced galP gene expression named MSG0.2 .
1.3. Конструирование штамма MSG 1.0.1.3. Construction of the strain MSG 1.0.
Штамм MSG1.0 (Е. coli MG1655 ΔаскА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) получен на основе штамма MSG0.2 (Ε. coli MG1655 ΔackA-pta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP) в результате замены в нем нативной регуляторной области гена glk промотором PL фага лямбда.The strain MSG1.0 (E. coli MG1655 Δ a skA, Δpt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) was obtained on the basis of strain MSG0.2 (Ε. Coli MG1655 Δ a ckA-pt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG, P tac -galP) by replacing the native regulatory region of the glk gene in it with the P L lambda phage promoter.
Первоначально целевая хромосомная модификации была получена индивидуально с использованием в качестве реципиента штамма E.coli MG1655. Для усиления экспрессии гена glk промотор PL фага лямбда был интегрирован в хромосому реципиентного штамма перед кодирующим участком гена glk. На основе полученного штамма, несущего маркированную целевую хромосомную модификацию получен препарат соответствующего Р1-трансдуцирующего фага. Далее P1-трансдукций полученная модификация была внесена в хромосому целевого штамма. После трансдукции, из хромосомы полученного штамма осуществляли удаление маркера устойчивости к антибиотику, фланкированного аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием плазмиды pMWts-Int/Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423), включающей гены Int/Xis зависимой системы сайт-специфической рекомбинации фага лямбда.Initially, the target chromosome modification was obtained individually using strain E. coli MG1655 as a recipient. To enhance expression of the glk gene, the P L lambda phage promoter was integrated into the chromosome of the recipient strain in front of the coding region of the glk gene. Based on the obtained strain bearing the marked target chromosome modification, a preparation of the corresponding P1 transducing phage was obtained. Next, P1 transduction, the resulting modification was introduced into the chromosome of the target strain. After transduction, the antibiotic resistance marker flanked by the attachment sites of the lambda phage was removed from the chromosome of the obtained strain using the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423), including the Int / Xis genes of the dependent site-specific recombination system of the lambda phage .
Первоначально был получен фрагмент ДНК для замены нативной регуляторной области гена glk.A DNA fragment was originally obtained to replace the native regulatory region of the glk gene.
Получение вышеупомянутого искусственного фрагмента ДНК, для интеграции в соответствующий участок бактериальной хромосомы, осуществлялось в несколько стадий. На первой стадии, с помощью ПЦР получен фрагмент ДНК, содержащий в начале участок узнавания эндонуклеазы рестрикции BglII, PL фага лямбда и 35 нуклеотидов комплементарных области предшествующей кодирующей части гена glk. ПЦР проводили с использованием праймеров Р27 (SEQ ID NO: 57) и Р28 (SEQ ID NO: 58) и геномной ДНК фага лямбда (последовательность с инвентарным номером NC_001416.1 в базе данных GenBank, gi: 9626243) в качестве матрицы. Праймер Р27 содержит участок узнавания Bglll и область гомологичную 5′-концу промотора PL. Праймер Р28 содержит 35 нуклеотидов комплементарных области предшествующей кодирующей части гена glk и область, комплементарную 3′-концу промотора PL. Температурный профиль для ПЦР: денатурация при 95°С в течение 5 мин; последующие 25 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 51°С, 60 сек при 72°С; и заключительная полимеризация: 7 мин при 72°С. Использовали Pfu ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксирибонуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва).Obtaining the aforementioned artificial DNA fragment, for integration into the corresponding section of the bacterial chromosome, was carried out in several stages. At the first stage, PCR was used to obtain a DNA fragment containing, at the beginning, the recognition site for the restriction endonuclease BglII, P L lambda phage and 35 nucleotides complementary to the region of the previous coding part of the glk gene. PCR was performed using primers P27 (SEQ ID NO: 57) and P28 (SEQ ID NO: 58) and lambda phage genomic DNA (sequence with accession number NC_001416.1 in the GenBank database, gi: 9626243) as a template. Primer P27 contains a Bglll recognition region and a region homologous to the 5′-end of the P L promoter. Primer P28 contains 35 nucleotides complementary to the region of the preceding coding portion of the glk gene and a region complementary to the 3 ′ end of the P L promoter. Temperature profile for PCR: denaturation at 95 ° C for 5 min; subsequent 25 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 51 ° C, 60 sec at 72 ° C; and final polymerization: 7 min at 72 ° C. Used Pfu DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxyribonucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania).
Параллельно осуществляли вторую стадию конструирования фрагмента ДНК. Фрагмент ДНК, содержащий маркер CmR, кодируемый геном cat, получен при помощи ПЦР с использованием праймеров Р29 (SEQ ID NO: 59) и Р24 (SEQ ID NO: 54) и плазмиды pMW118-attL-Cm-attR (Каташкина Ж.И. и др., 2005 Направленное изменение уровня экспрессии генов в бактериальной хромосоме. Мол. Биол., 39 (5), 823-831) в качестве матрицы. Праймер Р29 содержит 36 нуклеотидов гомологичных участку ДНК, расположенному на 135 нуклеотида ранее кодирующей области гена glk и участок ДНК размером 28 нуклеотидов, комплементарный участку ДНК, расположенному на 3′-конце области attR. Праймер Р24 содержит участок узнавания BglII и участок ДНК размером 28 нуклеотидов, гомологичный участку ДНК, расположенному на 5′-конце области attL. Температурный профиль для ПЦР: денатурация при 95°С в течение 5 мин; последующие 25 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 52°С, 1 мин при 72°С; и заключительная полимеризация: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва).In parallel, the second stage of constructing the DNA fragment was carried out. A DNA fragment containing the Cm R marker encoded by the c a t gene was obtained by PCR using primers P29 (SEQ ID NO: 59) and P24 (SEQ ID NO: 54) and plasmid pMW118-attL-Cm-attR (Katashkina Zh . I. et al., 2005 Directional change in the level of gene expression in the bacterial chromosome. Mol. Biol., 39 (5), 823-831) as a matrix. Primer P29 contains 36 nucleotides homologous to the DNA region located 135 nucleotides of the previously coding region of the glk gene and a
Полученные фрагменты ДНК очищали в агарозном геле и выделяли, в соответствии с рекомендациями производителя, с помощью Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit, с последующим осаждением этанолом.The resulting DNA fragments were purified on an agarose gel and isolated, according to the manufacturer's recommendations, using a Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit, followed by ethanol precipitation.
Два полученных фрагмента ДНК были обработаны эндонуклеазой рестрикции BglII с последующим лигированием с использованием Т4 ДНК-лигазы в соответствии со стандартной процедурой (Maniatis T., Fritsch Ε.F., Sambrook, J.: Molecular Cloning:A Laboratory Manual. 2nd edn. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989).The two DNA fragments obtained were treated with BglII restriction endonuclease, followed by ligation using T4 DNA ligase according to the standard procedure (Maniatis T., Fritsch Ε. F., Sambrook, J .: Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2 nd edn. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989).
Продукт лигирования амплифицировали с помощью ПЦР с использованием праймеров Р28 (SEQ ID NO: 58) и Р29 (SEQ ID NO: 59). Температурный профиль для ПЦР: денатурация при 98°С в течение 1 мин; последующие 30 циклов: 15 сек при 98°С, 15 сек при 55°С, 1 мин при 72°С; и заключительная полимеризация: 7 мин при 72°С. Использовали Phusion ДНК полимеразу и соответствующий буфер производства Finnzymes; дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Полученный ПЦР-продукт длиной 1955 п.н., очищали электрофорезом в агарозном геле и выделяли, в соответствии с рекомендациями производителя, с помощью Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, США). Итоговый фрагмент содержал промотор PL фага лямбда, ген устойчивости к хлорамфениколу (ген cat, кодирующий хлорамфениколацетилтрансферазу), фланкированный сайтами attL и attR фага лямбда, а также области фланговой гомологии с участком ДНК предшествующим кодирующей области гена glk на 135 нуклеотидов и участком ДНК непосредственно предшествующим кодирующей области гена glk.The ligation product was amplified by PCR using primers P28 (SEQ ID NO: 58) and P29 (SEQ ID NO: 59). Temperature profile for PCR: denaturation at 98 ° C for 1 min; the next 30 cycles: 15 seconds at 98 ° C, 15 seconds at 55 ° C, 1 min at 72 ° C; and final polymerization: 7 min at 72 ° C. Used Phusion DNA polymerase and the appropriate buffer manufactured by Finnzymes; deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The resulting 1955 bp PCR product was purified by agarose gel electrophoresis and isolated using the Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, United States) according to the manufacturer's recommendations. The resulting fragment contained the P L lambda phage promoter, the chloramphenicol resistance gene (c a t gene encoding chloramphenicol acetyl transferase) flanked by the a ttL and a ttR phages of the lambda phage, as well as the flank homology region with the DNA region preceding the coding region of the glk gene for 135 nucleotides the DNA region immediately preceding the coding region of the glk gene.
Интеграцию полученного линейного фрагмента ДНК в хромосому штамма Е. coli MG1655 осуществляли с использованием системы Red-зависимой гомологичной рекомбинации фага λ.Integration of the obtained linear DNA fragment into the chromosome of E. coli strain MG1655 was carried out using the system of Red-dependent homologous recombination of phage λ.
Для этого рекомбинантную ДНК вводили электротрансформацией в клетки штамма Е. coli MG1655, содержащего плазмиду pKD46 (Datsenko, К.A. and Wanner, B.L., 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97(12):6640-6645).For this, recombinant DNA was introduced by electrotransformation into cells of E. coli strain MG1655 containing plasmid pKD46 (Datsenko, K.A. and Wanner, BL, 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97 (12): 6640-6645) .
Электрокомпетентные клетки штамма Ε. coli MG1655, содержащего плазмиду pKD46, получали как описано выше. Электропорацию проводили с использованием 70 мкл клеток и ~300 нг индивидуального ПЦР-продукта. После электропорации клетки инкубировали в 1 мл среды SOC (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) при 37°C в течение 2.5 часов, после чего высевали на чашки с L-агаром, содержащим 30 мкг/мл хлорамфеникола, и выращивали при 37°С для отбора CmR-рекомбинантов. Удаление плазмиды-помощника pKD46 осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с селекцией устойчивых к хлорамфениколу и чувствительных к ампициллину CmRApS вариантов.Electrocompetent cells of strain Ε. coli MG1655 containing the plasmid pKD46 was obtained as described above. Electroporation was performed using 70 μl of cells and ~ 300 ng of an individual PCR product. After electroporation, cells were incubated in 1 ml of SOC medium (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) at 37 ° C for 2.5 hours, after which they were plated on plates with L-agar containing 30 μg / ml chloramphenicol and grown at 37 ° C to select Cm R recombinants. The pKD46 helper plasmid was removed by sieving the clones to individual colonies on LB agar medium with selection of chloramphenicol-resistant and ampicillin-sensitive Cm R Ap S variants.
Факт соответствия предполагаемой и полученной экспериментально структур хромосомы соответствующих CmRApS колоний подтверждали ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р30 (SEQ ID NO: 60) и Р31 (SEQ ID NO: 61). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655 и праймеров Р30 и Р31 составляла 234 п.н. для интактной регуляторной области гена glk. Длина продукта ПЦР, полученного в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток мутантного штамма и праймеров Р30 и Р31, составляла 2015 п.н. для модифицированной регуляторной области гена glk. Также в хромосомах полученных клонов соответствие запланированной и экспериментально полученной нуклеотидной последовательности нового регуляторного элемента, введенного перед кодирующей областью гена glk, было подтверждено секвенированием.The fact that the proposed and experimentally obtained chromosome structures correspond to the corresponding Cm R Ap S colonies was confirmed by PCR analysis using locus-specific primers P30 (SEQ ID NO: 60) and P31 (SEQ ID NO: 61). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 and primers P30 and P31 as a matrix of cells was 234 bp. for the intact regulatory region of the glk gene. The length of the PCR product obtained by the reaction using the mutant strain and primers P30 and P31 as a matrix of cells was 2015 bp. for the modified regulatory region of the glk gene. Also, in the chromosomes of the obtained clones, the correspondence between the planned and experimentally obtained nucleotide sequences of the new regulatory element introduced before the coding region of the glk gene was confirmed by sequencing.
На основе отобранного CmRApS варианта штамма, в котором нативная регуляторная область гена galP заменена промотором PL фага лямбда, сопряженным с геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, получен препарат соответствующего P1-трансдуцирующего фага.Based on the selected variant Cm R Ap S variant strain in which the native regulatory region of the galP gene is replaced by the P L lambda phage promoter coupled to the c a t gene flanked by attachment sites of the lambda phage, a preparation of the corresponding P1 transducing phage was obtained.
Штамм Е. coli с делетированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE и ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk, получен переносом в хромосому штамма MSG0.2 (Е. coli MG1655 ΔackA-pta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP) фрагмента хромосомы, в котором нативная регуляторная область гена glk заменена промотором PL фага лямбда, сопряженным с геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата трансдуцирующего фага, несущего целевую маркированную генетическую модификацию, как описано выше. Очистку полученных трансдуктантов от остаточных фаговых частиц осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с последующей селекцией устойчивых к хлорамфениколу CmR вариантов. В хромосомах клонов, формирующих наиболее быстрорастущие колонии правильной формы, замену нативной регуляторной области гена glk промотором PL фага лямбда, сопряженным с геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, подтверждали ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р30 (SEQ ID NO: 60) и Р31 (SEQ ID NO: 61). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MSG0.2, составляла 234 п.н. для интактной регуляторной области гена glk. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 2015 п.н. п.н. для регуляторной области гена glk, замененной промотором PL фага лямбда, сопряженным с геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда. С целью удаления из хромосом трансдуктантов маркера устойчивости к антибиотику, отобранные клоны трансформировали плазмидой pMWts-Int/Xis. Селекция трансформированных клонов производилась с использованием среды LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл). Ген cat был удален из трансформированных клонов путем выращивания отдельных колоний штаммов на чашках с LB средой с селекцией чувствительных к хлорамфениколу и устойчивых к ампициллину CmSApR вариантов. Удаление гена cat из хромосом трансдуктантов и делецию в них генов оперона ackA-pta, гена рохВ, гена ldhA, гена adhE, и гена ptsG, а также факт наличия промотора Ptac, перед геном galP, и промотора PL фага лямбда перед геном glk подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41) и Р4 (SEQ ID NO: 42), Р7 (SEQ ID NO: 43) и P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) и P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) и P16 (SEQ ID NO: 48), P19 (SEQ ID NO: 49) и P20 (SEQ ID NO: 50), P25 (SEQ ID NO: 55) и P26 (SEQ ID NO: 56), P30 (SEQ ID NO: 60) и Р3 1 (SEQ ID NO: 61). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток исходного штамма MG1655, составляла 3351 п.н.; для интактного оперона ackA-pta, 1872 п.н. для интактного гена рохВ, 1299 п.н. для интактного гена ldhA, 2903 п.н. для интактного гена adhE, 1494 п.н. для интактного гена ptsG, 317 п.н. для интактной регуляторной области гена galP и 234 п.н. для интактной регуляторной области гена glk. Длина соответствующих продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток штамма с делетированными опероном аскА-pta, геном рохВ, геном ldhA, геном adhE, геном ptsG и содержащими промотор Ptac перед геном galP и промотор PL фага лямбда перед геном glk составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н., 329 п.н., 162 п.н., 248 п.н. и 418 п.н.. В результате излечивания клонфв от плазмиды-помощника pMWts-Int/Xis, проведенного с помощью повторного рассева до отдельных колоний на чашках с LB средой и селекции CmSApS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) с инактивированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE и ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk, названный MSG1.0.The E. coli strain with deleted a ckA-pt a , poxB, ldhA, a dhE and ptsG genes, and enhanced expression of the galP and glk genes was obtained by transferring the strain MSG0.2 (E. coli MG1655 Δ a ckA-pt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG, P tac -galP) of the chromosome fragment in which the native regulatory region of the glk gene is replaced by the promoter P L of the lambda phage linked to the c a t gene flanked by the attachment sites of the lambda phage using the transducing preparation carrying the targeted labeled genetic modification as described above. Purification of the resulting transductants from residual phage particles was carried out by sieving the clones to individual colonies on an agarized LB medium, followed by selection of variants resistant to chloramphenicol Cm R. In the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct form, the replacement of the native regulatory region of the glk gene with the P L phage lambda promoter coupled to the c a t gene flanked by the lambda phage sites was confirmed by PCR analysis using locus-specific P30 primers (SEQ ID NO : 60) and P31 (SEQ ID NO: 61). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MSG0.2 as a matrix of cells was 234 bp for the intact regulatory region of the glk gene. The length of the PCR products obtained as a result of the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 2015 bp. bp for the regulatory region of the glk gene, replaced by the P L lambda phage promoter, coupled to the c a t gene, flanked by the attachment sites of the lambda phage. In order to remove the antibiotic resistance marker from the chromosomes of transductants, the selected clones were transformed with the plasmid pMWts-Int / Xis. The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The c a t gene was removed from transformed clones by growing separate strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the c a t gene from the transductant chromosomes and deletion of the ckA-pt a operon a gene, the poxB gene, the ldhA gene, the dhE gene a , and the ptsG gene, as well as the presence of the P tac promoter in front of the galP gene and the P L promoter lambda phage in front of the glk gene were confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41) and P4 (SEQ ID NO: 42), P7 (SEQ ID NO: 43) and P8 (SEQ ID NO: 44) , P11 (SEQ ID NO: 45) and P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) and P16 (SEQ ID NO: 48), P19 (SEQ ID NO: 49) and P20 (SEQ ID NO: 50), P25 (SEQ ID NO: 55) and P26 (SEQ ID NO: 56), P30 (SEQ ID NO: 60) and P3 1 (SEQ ID NO: 61). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. The length of the PCR products obtained by reactions using the original MG1655 strain as a matrix of cells was 3351 bp; for the intact operon a ckA-pt a , 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact gene a dhE, 1494 bp for the intact ptsG gene, 317 bp for the intact regulatory region of the galP gene and 234 bp for the intact regulatory region of the glk gene. The length of the respective PCR products obtained from the reaction using as template cells of strain with deleted operon and ska-pt a, gene rohV genome ldhA, genome a dhE, gene ptsG and containing promoter P tac before gene galP promoter and P L of phage the lambda in front of the glk gene was 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 bp, 162 bp, 248 bp and 418 bp. As a result of treatment of the clonfv from the plasmid helper pMWts-Int / Xis, carried out by re-sieving to individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 was obtained ( Δ a ckA, Δpt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG, P tac -g a lP, P L -glk) with inactivated a ckA-pt a , pohB, ldhA, a dhE and ptsG genes, and enhanced expression genes g a lP and glk named MSG1.0.
1.4. Конструирование заявляемого штамма FUM1.0.1.4. The construction of the inventive strain FUM1.0.
Штамм FUM1.0 (Ε. coli MG1655 ΔаскА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, ΔaceA, ΔaceB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) был получен на основе штамма MSG1.0 (Ε. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) в результате инактивации в нем генов pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, асеА и aceB.Strain FUM1.0 (Ε. Coli MG1655 Δ and SKA, Δpt a, ΔrohV, ΔldhA, Δ a dhE, ΔpflB , ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, Δ a ceA, Δ a ceB, ΔptsG, P tac -galP, P L- glk) was obtained on the basis of strain MSG1.0 (Ε. Coli MG1655 Δ a ckA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG, P tac -galP, P L- glk) as a result of inactivation of pflB genes in it , frdA, frdB, sdhA, sdhB, and ceA and a ceB.
Первоначально все хромосомные модификации получены индивидуально с использованием в качестве реципиента штамма E.coli MG1655. На основе отобранных индивидуальных колоний штаммов, несущих маркированные целевые хромосомные модификации получены препараты соответствующих Р1-трансдуцирующих фагов. Далее серией последовательных трансдукций полученные модификации объединены в хромосоме целевого штамма. После каждого раунда трансдукций, из хромосомы полученных штаммов осуществляли удаление маркера устойчивости к антибиотику, фланкированного аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием плазмиды pMWts-Int/Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423), включающей гены Int/Xis зависимой системы сайт-специфической рекомбинации фага лямбда.Initially, all chromosomal modifications were obtained individually using E. coli strain MG1655 as a recipient. Based on selected individual colonies of strains carrying marked target chromosome modifications, preparations of the corresponding P1 transducing phages were obtained. Next, a series of sequential transductions of the resulting modifications are combined on the chromosome of the target strain. After each round of transductions, the antibiotic resistance marker flanked by the lambda phage sites was removed from the chromosome of the obtained strains using the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423), including the Int / Xis genes of the dependent site-specific recombination system phage lambda.
Первоначально получены фрагменты ДНК для инактивации генов pflB, frdA и frdB, sdhA и sdhB, асеА и aceB.DNA fragments were originally obtained for inactivation of the pflB, frdA and frdB, sdhA and sdhB, and ceA and a ceB genes.
Линейные фрагменты ДНК для делений целевых генов получены при помощи ПЦР с использованием пар праймеров Р32 (SEQ ID NO: 62) и Р33 (SEQ ID NO: 63), Р36 (SEQ ID NO: 64) и P37 (SEQ ID NO: 65), P40 (SEQ ID NO: 66) и P41 (SEQ ID NO: 67), P44 (SEQ ID NO: 68) и P45 (SEQ ID NO: 69) и плазмиды pMWl 18-attL-Cm-attR (Каташкина Ж.И. и др., 2005 Направленное изменение уровня экспрессии генов в бактериальной хромосоме. Мол. Биол., 39 (5), 823-831) в качестве матрицы.Linear DNA fragments for fission of target genes were obtained by PCR using primer pairs P32 (SEQ ID NO: 62) and P33 (SEQ ID NO: 63), P36 (SEQ ID NO: 64) and P37 (SEQ ID NO: 65) , P40 (SEQ ID NO: 66) and P41 (SEQ ID NO: 67), P44 (SEQ ID NO: 68) and P45 (SEQ ID NO: 69) and plasmids pMWl 18-attL-Cm-attR (Katashkina J. I. et al., 2005 Directional change in the level of gene expression in the bacterial chromosome, Mol. Biol., 39 (5), 823-831) as a matrix.
Праймеры Р32, Р36, Р40, и Р44 содержат участки ДНК размером в 36 нуклеотидов, гомологичные участкам ДНК, расположенным на 5′-концах генов pflB, frdA, sdhA и aceB, и участки ДНК размером 28 нуклеотидов, комплементарные участку ДНК, расположенному на 3′-конце области attR. Праймеры Р33, Р37, Р41 и Р45 содержат участки ДНК размером в 36 нуклеотидов, комплементарные участкам ДНК, расположенным на 3′-Концах генов pflB, frdB, sdhB и асеА, а также участки ДНК размером 28 нуклеотидов, гомологичные участку ДНК, расположенному на 5′-конце области attL. Температурный профиль для ПЦР: денатурация при 95°С в течение 5 мин; последующие 25 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 52°С, 1 мин при 72°С; и заключительная полимеризация: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксирибонуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва).Primers P32, P36, P40, and P44 contain 36 nucleotide DNA regions homologous to the DNA regions located at the 5 ′ ends of the pflB, frdA, sdhA, and a ceB genes, and 28 nucleotide DNA regions complementary to the DNA region located on 3′-end of the region a ttR. Primers P33, P37, P41, and P45 contain 36 nucleotide DNA regions complementary to the DNA regions located at the 3′-ends of the pflB, frdB, sdhB and a ceA genes, as well as 28 nucleotide DNA regions homologous to the DNA region located on 5′-end of the region a ttL. Temperature profile for PCR: denaturation at 95 ° C for 5 min; subsequent 25 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 52 ° C, 1 min at 72 ° C; and final polymerization: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxyribonucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania).
Полученные ПЦР-продукты длиной 1700 п.н. для инактивации генов pflB, frdA и frdB, sdhA и sdhB, асеА и aceB, индивидуально очищали электрофорезом в агарозном геле и выделяли, в соответствии с рекомендациями производителя, с помощью Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, США). Итоговые фрагменты содержат ген устойчивости к хлорамфениколу (ген cat, кодирующий хлорамфениколацетилтрансферазу), фланкированный сайтами attL и attR фага лямбда, а также 36-ти звенные области фланговой гомологии с кодирующими областями целевых генов.Received PCR products with a length of 1700 bp To inactivate the genes pflB, frdA and frdB, sdhA and sdhB, and ceA and a ceB, were individually purified by agarose gel electrophoresis and isolated using the Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, United States) according to the manufacturer's recommendations. The resulting fragments contain the chloramphenicol resistance gene (c a t gene encoding chloramphenicol acetyl transferase) flanked by the a ttL and a ttR sites of the lambda phage, as well as 36 linking regions of flank homology with coding regions of the target genes.
Интеграцию полученных линейных фрагментов ДНК в хромосому штамма Е. coli MG1655 осуществляли с использованием системы Red-зависимой гомологичной рекомбинации фага λ.Integration of the obtained linear DNA fragments into the chromosome of E. coli strain MG1655 was carried out using the system of Red-dependent homologous recombination of phage λ.
Для этого рекомбинантную ДНК вводили электротрансформацией в индивидуальные клоны штамма Е. coli MG1655, содержащего плазмиду pKD46 (Datsenko, К.А. and Wanner, B.L., 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97(12):6640-6645).For this, recombinant DNA was introduced by electrotransformation into individual clones of E. coli strain MG1655 containing the plasmid pKD46 (Datsenko, K.A. and Wanner, BL, 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97 (12): 6640-6645 )
Электрокомпетентные клетки штамма Ε. coli MG1655, содержащего плазмиду pKD46, получали как описано выше. Электропорацию проводили с использованием 70 мкл клеток и ~300 нг индивидуального ПЦР-продукта. После электропорации клетки инкубировали в 1 мл среды SOC (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) при 37°C в течение 2.5 часов, после чего высевали на чашки с L-агаром, содержащим 30 м кг/мл хлорамфеникола, и выращивали при 37°С для отбора CmR-рекомбинантов. Удаление плазмиды-помощника pKD46 осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с селекцией устойчивых к хлорамфениколу и чувствительных к ампициллину CmRApS вариантов.Electrocompetent cells of strain Ε. coli MG1655 containing the plasmid pKD46 was obtained as described above. Electroporation was performed using 70 μl of cells and ~ 300 ng of an individual PCR product. After electroporation, cells were incubated in 1 ml of SOC medium (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) at 37 ° C for 2.5 hours, after which they were plated on plates with L-agar containing 30 m kg / ml chloramphenicol and grown at 37 ° C to select Cm R recombinants. The pKD46 helper plasmid was removed by sieving the clones to individual colonies on LB agar medium with selection of chloramphenicol-resistant and ampicillin-sensitive Cm R Ap S variants.
Факты соответствия предполагаемых и полученных экспериментально структур хромосом отобранных CmRApS колоний подтверждали ПЦР анализом с помощью пар локус-специфичных праймеров Р34 (SEQ ID NO: 70) и Р35 (SEQ ID NO: 71), P38 (SEQ ID NO: 72) и P39 (SEQ ID NO: 73), P42 (SEQ ID NO: 74) и P43 (SEQ ID NO: 75), P46 (SEQ ID NO: 76) и P47 (SEQ ID NO: 77), для гена pflB, теть frdA и frdB, генов sdhA и sdhB, и генов aceA и асеВ, соответственно. Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С.Correspondence of the putative and experimentally obtained chromosome structures of the selected Cm R Ap S colonies was confirmed by PCR analysis using pairs of locus-specific primers P34 (SEQ ID NO: 70) and P35 (SEQ ID NO: 71), P38 (SEQ ID NO: 72) and P39 (SEQ ID NO: 73), P42 (SEQ ID NO: 74) and P43 (SEQ ID NO: 75), P46 (SEQ ID NO: 76) and P47 (SEQ ID NO: 77), for the pflB gene, aunt frdA and frdB, sdhA and sdhB genes, and a ceA and a ceB genes, respectively. Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C.
Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655, составляла 2566 п.н. для интактного гена pfl, 2676 п.н. для интактных генов frdA и frdB, 2731 п.н. для интактных генов sdhA и sdhB, и 3267 п.н. для генов асеА и асеВ. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток мутантных штаммов, составляла 1983 п.н. для инактивированного гена pflB, 1839 п.н. для инактивированных генов frdA и frdB, 1931 п.н. для инактивированных генов sdhA и sdhB, и 2030 п.н. для инактивированных генов асеА и асеВ.The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 as a matrix of cells was 2566 bp for the intact pfl gene, 2676 bp for intact genes frdA and frdB, 2731 bp for intact sdhA and sdhB genes, and 3267 bp for the genes a ceA and a ceB. The length of PCR products obtained as a result of the reaction using mutant strains as a matrix of cells was 1983 bp. for the inactivated pflB gene, 1839 bp for inactivated frdA and frdB genes, 1931 bp for inactivated sdhA and sdhB genes, and 2030 bp for inactivated genes a ceA and a ceB.
На основе отобранных индивидуальных CmRApS колоний штаммов с замененными геном cat геном pflB, и генами frdA и frdB, генами sdhA и sdhB, и генами асеА и асеВ по стандартной методике (Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) получены препараты соответствующих Ρ1-трансдуцирующих фагов.On the basis of the selected individual Cm R Ap S colonies of strains replaced gene c a t genome pflB, and genes frdA and frdB, genes sdhA and sdhB, and genes and CEA and a sowing by standard methods (Sambrook et al, "Molecular Cloning .: A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) prepared preparations of the corresponding Ρ1-transducing phages.
Штамм Ε. coli с делетированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB и ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk, получен переносом в хромосому штамма MSG1.0 (Ε. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ptac-galP, PL-glk) фрагмента хромосомы с геном pflB, замененным геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата трансдуцирующего фага, несущего целевую маркированную генетическую модификацию, как описано выше. Очистку полученных трансдуктантов от остаточных фаговых частиц осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с последующей селекцией устойчивых к хлорамфениколу CmR вариантов. В хромосомах клонов, формирующих наиболее быстрорастущие колонии правильной формы, подтверждали замену гена pflB геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р34 (SEQ ID NO: 70) и Р35 (SEQ ID NO: 71). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MSG1.0, составляла 2566 п.н. для интактного гена pflB. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 1983 п.н. для гена pflB, замененного геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда. С целью удаления из хромосом трансдуктантов маркера устойчивости к антибиотику, отобранные клоны трансформировали плазмидой pMWts-Int/Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). Селекция трансформированных клонов производилась с использованием среды LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл). Ген cat был удален из трансформированных клонов путем выращивания отдельных колоний штаммов на чашках с LB средой с селекцией чувствительных к хлорамфениколу и устойчивых к ампициллину CmSApR вариантов. Удаление гена cat из хромосом трансдуктантов и делению в них генов оперона ackA-pta, гена рохВ, гена ldhA, гена adhE, гена pflB и гена ptsG, а также факт наличия промотора Ptac, перед геном galP, и промотора PL фага лямбда перед геном glk подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41) и Р4 (SEQ ID NO: 42), Р7 (SEQ ID NO: 43) и P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) и P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) и P16 (SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 70) и P35 (SEQ ID NO: 71), PI9 (SEQ ID NO: 49) и P20 (SEQ ID NO: 50), P25 (SEQ ID NO: 55) и P26 (SEQ ID NO: 56), P30 (SEQ ID NO: 60) и P31 (SEQ ID NO: 61). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток исходного штамма MG1655, составляла 3351 п.н. для интактного оперона ackA-pta, 1872 п.н. для интактного гена рохВ, 1299 п.н. для интактного гена ldhA, 2903 п.н. для интактного гена adhE, 2566 п.н. для интактного гена pflB, 1494 п.н. для интактного гена ptsG, 317 п.н. для интактной регуляторной области гена galP и 234 п.н. для интактной регуляторной области гена glk. Длина соответствующих продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток штамма с делетированными опероном ackA-pta, геном рохВ, геном ldhA, геном adhE, геном pflB, геном ptsG и содержащими промотор Ptac перед геном galP и промотор PL фага лямбда перед геном glk составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н., 329 п.н., 386 п.н., 162 п.н., 248 п.н. и 418 п.н.. В результате излечивания клонов от плазмиды-помощника pMWts-Int/Xis, проведенного с помощью повторного рассева до отдельных колоний на чашках с LB средой и селекции CmSApS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔаскА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) с инактивированными генами ackA-pta, poxB, ldhA, adhE, pflB и ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk.Strain Ε. coli with the deleted genes a ckA-pt a , poxB, ldhA, a dhE, pflB and ptsG, and enhanced expression of the galP and glk genes, obtained by transferring the strain MSG1.0 (Ε. coli MG1655 Δ a ckA, Δpt a , ΔroxB , ΔldhA, Δ a dhE, ΔptsG, p tac -galP, P L -glk) of the chromosome fragment with the pflB gene replaced by the cat gene flanked by attachment sites of the lambda phage using a transducing phage preparation carrying the target tagged genetic modification as described above . Purification of the resulting transductants from residual phage particles was carried out by sieving the clones to individual colonies on an agarized LB medium, followed by selection of variants resistant to chloramphenicol Cm R. In the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct shape, the replacement of the pflB gene with the c a t gene, flanked attachment sites of the lambda phage, PCR analysis using locus-specific primers P34 (SEQ ID NO: 70) and P35 (SEQ ID NO: 71) was confirmed ) Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MSG1.0 as a matrix of cells was 2566 bp for the intact pflB gene. The length of PCR products resulting from the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 1983 bp. for the pflB gene, replaced by the c a t gene, flanked by attachment sites of the lambda phage. In order to remove the antibiotic resistance marker from the chromosomes of transductants, the selected clones were transformed with the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The c a t gene was removed from transformed clones by growing separate strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removing the c a t gene from transductant chromosomes and dividing the ckA-pt a operon a, poxB gene, ldhA gene, a dhE gene, pflB gene, and ptsG gene, as well as the presence of the P tac promoter, in front of the galP gene, and the promoter P L phage lambda in front of the glk gene was confirmed by PCR using the appropriate pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41) and P4 (SEQ ID NO: 42), P7 (SEQ ID NO: 43) and P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) and P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) and P16 (SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 70) and P35 ( SEQ ID NO: 71), PI9 (SEQ ID NO: 49) and P20 (SEQ ID NO: 50), P25 (SEQ ID NO: 55) and P26 (SEQ ID NO: 56), P30 (SEQ ID NO: 60 ) and P31 (SEQ ID NO: 61). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. The length of the PCR products obtained as a result of reactions using the original strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a , 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact a dhE gene, 2566 bp for the intact pflB gene, 1494 bp for the intact ptsG gene, 317 bp for the intact regulatory region of the galP gene and 234 bp for the intact regulatory region of the glk gene. The length of the respective PCR products obtained from the reaction using as template cells of strain with deleted operon a ckA-pt a, gene rohV genome ldhA, genome a dhE, gene pflB, gene ptsG and containing promoter P tac before gene galP promoter and The P L phage of the lambda in front of the glk gene was 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 bp, 386 bp, 162 bp, 248 bp and 418 bp. As a result of curing the clones from the helper plasmid pMWts-Int / Xis, carried out by re-sieving to individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 was obtained ( Δ a cKA, Δpta, ΔpohB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔpflB, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) with inactivated a ckA-pt a , poxB, ldhA, a dhE, pflB and ptsG genes, and amplified gene expression of galP and glk.
Штамм Ε. coli с делетированными генами ackA-pta, poxB, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB и ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk, получен переносом в хромосому штамма Е. coli MG1655 (ΔаскА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) фрагмента хромосомы с генами frdA и frdB, замененными геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата трансдуцирующего фага, несущего целевую маркированную генетическую модификацию, как описано выше. Очистку полученных трансдуктантов от остаточных фаговых частиц осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с последующей селекцией устойчивых к хлорамфениколу CmR вариантов. В хромосомах клонов, формирующих наиболее быстрорастущие колонии правильной формы, подтверждали замену генов frdA и frdB геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р38 (SEQ ID NO: 72) и Р39 (SEQ ID NO: 73). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655 (ΔаскА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk), составляла 2676 п. н. для интактных генов frdA и frdB. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 1839 п.н. для генов frdA и frdB, замененных геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда. С целью удаления из хромосом трансдуктантов маркера устойчивости к антибиотику, отобранные клоны трансформировали плазмидой pMWts-Int/Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). Селекция трансформированных клонов производилась с использованием среды LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл). Ген cat был удален из трансформированных клонов путем выращивания отдельных колоний штаммов на чашках с LB средой с селекцией чувствительных к хлорамфениколу и устойчивых к ампициллину CmSApR вариантов. Удаление гена cat из хромосом трансдуктантов и делецию в них генов оперона ackA-pta, гена рохВ, гена ldhA, гена adhE, гена pflB, генов frdA и frdB, и гена ptsG, а также факт наличия промотора Ptac, перед геном galP, и промотора Pl фага лямбда перед геном glk подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41) и Р4 (SEQ ID NO: 42), Р7 (SEQ ID NO: 43) и P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) и Ρ12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) и Ρ16 (SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 70) и P35 (SEQ ID NO: 71), P38 (SEQ ID NO: 72) и P39 (SEQ ID NO: 73), P19 (SEQ ID NO: 49) и P20 (SEQ ID NO: 50), P25 (SEQ ID NO: 55) и P26 (SEQ ID NO: 56), P30 (SEQ ID NO: 60) и P31 (SEQ ID NO: 61). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток исходного штамма MG1655, составляла 3351 п.н. для интактного оперона ackA-pta, 1872 п.н. для интактного гена рохВ, 1299 п.н. для интактного гена ldhA, 2903 п.н. для интактного гена adhE, 2566 п.н. для интактного гена pflB, 2676 п.н. для интактных генов frdA и frdB, 1494 п.н. для интактного гена ptsG, 317 п.н, для интактной регуляторной области гена galP и 234 п.н. для интактной регуляторной области гена glk. Длина соответствующих продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток штамма с делетированными опероном ackA-pta, геном рохВ, геном ldhA, геном adhE, геном pflB, генами frdA и frdB, геном ptsG и содержащими промотор Ptac перед геном galP и промотор PL фага лямбда перед геном glk составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н., 329 п.н., 386 п.н., 242 п.н., 162 п.н., 248 п.н. и 418 п.н.. В результате излечивания клонов от плазмиды-помощника pMWts-Int/Xis, проведенного с помощью повторного рассева до отдельных колоний на чашках с LB средой и селекции CmSApS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) с инактивированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB и ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk.Strain Ε. coli genes deleted from a ckA-pt a, poxB, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB and ptsG, and enhanced expression of genes galP and glk, obtained by transfer into the chromosome of E. coli MG1655 (Δ as SKA, Δpt a, ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔpflB, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) of the chromosome fragment with the frdA and frdB genes replaced by the cat gene flanked by attachment sites of the lambda phage using a preparation of a transducing phage that carries the target phage carrying the modification as described above. Purification of the resulting transductants from residual phage particles was carried out by sieving the clones to individual colonies on an agarized LB medium, followed by selection of variants resistant to chloramphenicol Cm R. In the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct form, the replacement of the frdA and frdB genes with the c a t gene, flanked attachment sites of the lambda phage, PCR analysis using locus-specific primers P38 (SEQ ID NO: 72) and P39 (SEQ ID NO : 73). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 as a matrix of cells (Δ a skA, Δpt a , ΔpohB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔpflB, ΔptsG, P tac- galP, P L -glk) was 2676 bp for intact frdA and frdB genes. The length of PCR products resulting from the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 1839 bp. for the frdA and frdB genes replaced by the cat gene, flanked by attachment sites of the lambda phage. In order to remove the antibiotic resistance marker from the chromosomes of transductants, the selected clones were transformed with the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The c a t gene was removed from transformed clones by growing separate strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Deleting gene c a t chromosome transductants and deletion in these genes operon a ckA-pt a, gene rohV, ldhA gene, a dhE, pflB gene, genes frdA and frdB, and ptsG gene as well as the fact of promoter P tac, before the galP gene, and the Pl promoter of the lambda phage before the glk gene, PCR was confirmed using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41) and P4 (SEQ ID NO: 42), P7 (SEQ ID NO: 43) and P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) and Ρ12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) and Ρ16 (SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 70) and P35 (SEQ ID NO: 71), P38 (SEQ ID NO: 72) and P39 (SEQ ID NO: 73), P19 (SEQ ID NO: 49) and P20 (SEQ ID NO: 50), P25 ( SEQ ID NO: 55) and P26 (SEQ ID NO: 56), P30 (SEQ ID NO: 60) and P31 (SEQ ID NO: 61). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. The length of the PCR products obtained as a result of reactions using the original strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a , 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact a dhE gene, 2566 bp for the intact pflB gene, 2676 bp for intact genes frdA and frdB, 1494 bp for the intact ptsG gene, 317 bp; for the intact regulatory region of the galP gene and 234 bp for the intact regulatory region of the glk gene. The length of the respective PCR products obtained from the reaction using as template cells of strain with deleted operon a ckA-pt a, gene rohV genome ldhA, genome a dhE, gene pflB, genes frdA and frdB, gene ptsG and containing promoter P tac before the galP gene and the P L promoter of the lambda phage before the glk gene was 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 bp, 386 bp, 242 bp, 162 bp, 248 bp and 418 bp. As a result of curing the clones from the helper plasmid pMWts-Int / Xis, carried out by re-sieving to individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 was obtained ( Δ a ckA, Δpt a , ΔpohB, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) with inactivated genes a ckA-pt a , pohB, ldhA, a dhEfl, , frdB and ptsG, and enhanced gene expression of galP and glk.
Штамм Ε. coli с делетированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB и ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk, получен переносом в хромосому штамма Е. coli MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) фрагмента хромосомы с генами sdhA и sdhB, замененными геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата трансдуцирующего фага, несущего целевую маркированную генетическую модификацию, как описано выше. Очистку полученных трансдуктантов от остаточных фаговых частиц осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с последующей селекцией устойчивых к хлорамфениколу CmR вариантов. В хромосомах клонов, формирующих наиболее быстрорастущие колонии правильной формы, подтверждали замену генов sdhA и sdhB геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р42 (SEQ ID NO: 74) и Р43 (SEQ ID NO: 75). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk), составляла 2731 п.н. для интактных генов sdhA и sdhB. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 1931 п.н. для генов sdhA и sdhB, замененных геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда. С целью удаления из хромосом трансдуктантов маркера устойчивости к антибиотику, отобранные клоны трансформировали плазмидой pMWts-Int/Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). Селекция трансформированных клонов производилась с использованием среды LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл). Ген cat был удален из трансформированных клонов путем выращивания отдельных колоний штаммов на чашках с LB средой с селекцией чувствительных к хлорамфениколу и устойчивых к ампициллину CmSApR вариантов. Удаление гена cat из хромосом трансдуктантов и делецию в них генов оперона ackA-pta, гена рохВ, гена ldhA, гена adhE, гена pflB, генов frdA и frdB, генов sdhA и sdhB и гена ptsG, а также факт наличия промотора Ptac, перед геном galP, и промотора PL фага лямбда перед геном glk подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41) и Р4 (SEQ ID NO: 42), Р7 (SEQ ID NO: 43) и P8 (SEQ ID NO: 44), PI 1 (SEQ ID NO: 45) и P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) и P16 (SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 70) и P35 (SEQ ID NO: 71), P38 (SEQ ID NO: 72) и P39 (SEQ ID NO: 73), P42 (SEQ ID NO: 74) и P43 (SEQ ID NO: 75), P19 (SEQ ID NO: 49) и P20 (SEQ ID NO: 50), P25 (SEQ ID NO: 55) и P26 (SEQ ID NO: 56), P30 (SEQ ID NO: 60) и P31 (SEQ ID NO: 61). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток исходного штамма MG1655, составляла 3351 п.н. для интактного оперона ackA-pta, 1872 п.н. для интактного гена рохВ, 1299 п.н. для интактного гена ldhA, 2903 п.н. для интактного гена adhE, 2566 п.н. для интактного гена pflB, 2676 п.н. для интактных генов frdA и frdB, 2731 п.н. для интактных генов sdhA и sdhB, 1494 п.н. для интактного гена ptsG, 317 п.н. для интактной регуляторной области гена galP и 234 п.н. для интактной регуляторной области гена glk. Длина соответствующих продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток штамма с делетированными опероном ackA-pta, геном рохВ, геном ldhA, геном adhE, геном pflB, генами frdA и frdB, генами sdhA и sdhB, геном ptsG и содержащими промотор Ptac перед геном galP и промотор PL фага лямбда перед геном glk составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н., 329 п.н., 386 п.н., 242 п.н., 334 п.н., 162 п.н., 248 п.н. и 418 п.н.. В результате излечивания клонов от плазмиды-помощника pMWts-Int/Xis, проведенного с помощью повторного рассева до отдельных колоний на чашках с LB средой и селекции CmSApS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔaclA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) с инактивированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB и ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk.Strain Ε. coli genes deleted from a ckA-pt a, rohV, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB and ptsG, and enhanced expression of genes galP and glk, obtained by transfer into the chromosome of E. coli MG1655 (Δ a ckA , Δpt a , ΔpohB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) of the chromosome fragment with sdhA and sdhB genes replaced by the cat gene, flanked attachment with phage sites a phage transducing preparation carrying a targeted labeled genetic modification as described above. Purification of the resulting transductants from residual phage particles was carried out by sieving the clones to individual colonies on an agarized LB medium, followed by selection of variants resistant to chloramphenicol Cm R. In the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct shape, the replacement of the sdhA and sdhB genes by the cat gene, flanked attachment sites of the lambda phage, PCR analysis using locus-specific primers P42 (SEQ ID NO: 74) and P43 (SEQ ID NO: 75) was confirmed ) Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 as a matrix of cells (Δ a ckA, Δpt a , ΔroxB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔptsG, P tac- galP, P L- glk ), amounted to 2731 bp for intact sdhA and sdhB genes. The length of the PCR products obtained by the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 1931 bp for the sdhA and sdhB genes replaced by the c a t gene flanked by attachment sites of the lambda phage. In order to remove the antibiotic resistance marker from the chromosomes of transductants, the selected clones were transformed with the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The c a t gene was removed from transformed clones by growing separate strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Deleting gene c a t chromosome transductants and deletion in these genes operon a ckA-pt a, rohV gene, ldhA gene, a dhE, pflB gene, genes frdA and frdB, genes sdhA and sdhB and ptsG gene as well as the fact of the promoter P tac , before the galP gene, and the promoter P L phage lambda before the glk gene was confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41) and P4 (SEQ ID NO: 42), P7 (SEQ ID NO : 43) and P8 (SEQ ID NO: 44), PI 1 (SEQ ID NO: 45) and P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) and P16 (SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 70) and P35 (SEQ ID NO: 71), P38 (SEQ ID NO: 72) and P39 (SEQ ID NO: 73), P42 (SEQ ID NO: 74) and P43 (SEQ ID NO : 75), P19 (SEQ ID NO: 49) and P20 (SEQ ID NO: 50), P25 (SEQ ID NO: 55) and P26 (SEQ ID NO: 56), P30 (SEQ ID NO: : 60) and P31 (SEQ ID NO: 61). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. The length of the PCR products obtained as a result of reactions using the original strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a , 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact a dhE gene, 2566 bp for the intact pflB gene, 2676 bp for intact genes frdA and frdB, 2731 bp for intact sdhA and sdhB genes, 1494 bp for the intact ptsG gene, 317 bp for the intact regulatory region of the galP gene and 234 bp for the intact regulatory region of the glk gene. The length of the corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using a ckA-pta operon strain, the poxB gene, the ldhA gene, the a dhE gene, the pflB gene, the frdA and frdB genes, the sdhA and sdhB genes, the ptsG and containing the P tac promoter in front of the galP gene and the P L promoter of the lambda phage in front of the glk gene was 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 bp, 386 bp, 242 bp n., 334 bp, 162 bp, 248 bp and 418 bp. As a result of curing the clones from the helper plasmid pMWts-Int / Xis, carried out by re-sieving to individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 was obtained ( Δ a clA, Δpta, ΔrohV, ΔldhA, Δ a dhE, ΔpflB , ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) inactivated genes a ckA-pt a, rohV, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB and ptsG, and enhanced expression of the galP and glk genes.
Штамм Ε. coli с делетированными генами ackA-pta, poxB, ldhA, adhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, aceA, асеВ и ptsG, и усиленной экспрессией генов galP, и glk, получен переносом в хромосому штамма Е. coli MG1655 (ΔаскА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) фрагмента хромосомы с генами асеА и асеВ, замененными геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата трансдуцирующего фага, несущего целевую маркированную генетическую модификацию, как описано выше. Очистку полученных трансдуктантов от остаточных фаговых частиц осуществляли рассевом клонов до отдельных колоний на агаризованной LB среде с последующей селекцией устойчивых к хлорамфениколу CmR вариантов. В хромосомах клонов, формирующих наиболее быстрорастущие колонии правильной формы, подтверждали замену генов асеА и асеВ геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р46 (SEQ ID NO: 76) и Р47 (SEQ ID NO: 77). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Использовали Taq ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва). Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655 (ΔаскА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk), составляла 3267 п. н. для интактных генов асеА и асеВ. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 2030 п.н. для генов асеА и асеВ, замененных геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда. С целью удаления из хромосом трансдуктантов маркера устойчивости к антибиотику, отобранные клоны трансформировали плазмидой pMWts-Int/Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). Селекция трансформированных клонов производилась с использованием среды LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл). Ген cat был удален из трансформированных клонов путем выращивания отдельных колоний штаммов на чашках с LB средой с селекцией чувствительных к хлорамфениколу и устойчивых к ампициллину CmSApR вариантов. Удаление гена cat из хромосом трансдуктантов и делецию в них генов оперона ackA-pta, гена рохВ, гена ldhA, гена adhE, гена pflB, генов frdA и frdB, генов sdhA и sdhB, генов асеА и асеВ, и гена ptsG, а также факт наличия промотора Ptac, перед геном galP, и промотора PL фага лямбда перед геном glk подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 41) и Р4 (SEQ ID NO: 42), Р7 (SEQ ID NO: 43) и P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) и P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) и P16 (SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 70) и P35 (SEQ ID NO: 71), P38 (SEQ ID NO: 72) и P39 (SEQ ID NO: 73), P42 (SEQ ID NO: 74) и P43 (SEQ ID NO: 75), P46 (SEQ ID NO: 76) и P47 (SEQ ID NO: 77), P19 (SEQ ID NO: 49) и P20 (SEQ ID NO: 50), P25 (SEQ ID NO: 55) и P26 (SEQ ID NO: 56), P30 (SEQ ID NO: 60) и P31 (SEQ ID NO: 61). Температурный профиль для ПЦР-проверки: денатурация при 95°С в течение 10 мин; профиль для 30 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 50°С, 2 мин при 72°С; заключительный шаг: 7 мин при 72°С. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток исходного штамма MG1655, составляла 3351 п.н. для интактного оперона ackA-pta, 1872 п.н. для интактного гена рохВ, 1299 п.н. для интактного гена ldhA, 2903 п.н. для интактного гена adhE, 2566 п.н. для интактного гена pflB, 2676 п.н. для интактных генов frdA и frdB, 2731 п.н. для интактных генов sdhA и sdhB, 3267 п.н. для интактных генов асеА и асеВ, 1494 п.н. для интактного гена ptsG, 317 п.н. для интактной регуляторной области гена galP и 234 п.н. для интактной регуляторной области гена glk. Длина соответствующих продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток штамма с делетированными опероном ackA-pta, геном рохВ, геном ldhA, геном adhE, геном pflB, генами frdA и frdB, генами sdhA и sdhB, генами асеА и асеВ, геном ptsG и содержащими промотор Ptac перед геном galP и промотор PL фага лямбда перед геном glk составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н., 329 п.н., 386 п.н., 242 п.н., 334 п.н., 433 п.н., 162 п.н., 248 п.н. и 418 п.н.. В результате излечивания клонов от плазмиды-помощника pMWts-Int/Xis, проведенного с помощью повторного рассева до отдельных колоний на чашках с LB средой и селекции CmSApS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, ΔaceA, ΔaceB, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) с инактивированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA, ΔdhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, aceA, асеВ и ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk, названный Escherichia coli FUM1.0.Strain Ε. coli with deleted genes a ckA-pt a , poxB, ldhA, a dhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, a ceA, and ceB and ptsG, and enhanced expression of the galP and glk genes, obtained by transfer to strain E chromosome . coli MG1655 (Δ as SKA, Δpt a, ΔrohV, ΔldhA, Δ a dhE, ΔpflB , ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) chromosome fragment genes as CEA and CEB and replaced by the cat gene, flanked by attachment sites of the lambda phage, using a transducing phage preparation carrying the targeted labeled genetic modification as described above. Purification of the resulting transductants from residual phage particles was carried out by sieving the clones to individual colonies on an agarized LB medium, followed by selection of variants resistant to chloramphenicol Cm R. In the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct form, the replacement of a ceA and a ceB genes with c a t, flanked attachment sites of the phage lambda, PCR analysis using locus-specific primers P46 (SEQ ID NO: 76) and P47 (SEQ ID NO: 77). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. Used Taq DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania). The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 as a matrix of cells (Δ a cKA, Δpt a , ΔpohB, ΔldhA, Δ a dhE, ΔpflB, ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, ΔptsG, P tac -gg P L -glk) was 3267 bp for the intact ACEA and ACEB genes. The length of the PCR products obtained by the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 2030 bp for the genes a ceA and a ceB, replaced by the c a t gene flanked by attachment sites of the lambda phage. In order to remove the antibiotic resistance marker from the chromosomes of transductants, the selected clones were transformed with the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005123423). The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The c a t gene was removed from transformed clones by growing separate strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Deleting gene c a t chromosome transductants and deletion in these genes operon a ckA-pt a, gene rohV, ldhA gene, a dhE, pflB gene, genes frdA and frdB, genes sdhA and sdhB, genes and CEA and a sowing, and the ptsG gene, as well as the fact of the presence of the P tac promoter, before the galP gene, and the P L promoter of the lambda phage before the glk gene, were confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 41) and P4 (SEQ ID NO: 42), P7 (SEQ ID NO: 43) and P8 (SEQ ID NO: 44), P11 (SEQ ID NO: 45) and P12 (SEQ ID NO: 46), P15 (SEQ ID NO: 47) and P16 ( SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 70) and P35 (SEQ ID NO: 71), P38 (SEQ ID NO: 72) and P39 (SEQ ID NO: 73), P42 (SEQ ID NO: 74 ) and P43 (SEQ ID NO: 75), P46 (SEQ ID NO: 76) and P47 (SEQ ID NO: 77), P19 (SEQ ID NO: 49) and P20 (SEQ ID NO: 50), P25 (SEQ ID NO: 55) and P26 (SEQ ID NO: 56), P30 (SEQ ID NO: 60) and P31 (SEQ ID NO: 61). Temperature profile for PCR testing: denaturation at 95 ° C for 10 min; profile for 30 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 50 ° C, 2 min at 72 ° C; final step: 7 min at 72 ° C. The length of the PCR products obtained as a result of reactions using the original strain MG1655 as a matrix of cells was 3351 bp for the intact operon a ckA-pt a , 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact a dhE gene, 2566 bp for the intact pflB gene, 2676 bp for intact genes frdA and frdB, 2731 bp for intact sdhA and sdhB genes, 3267 bp for intact genes a ceA and a ceB, 1494 bp for the intact ptsG gene, 317 bp for the intact regulatory region of the galP gene and 234 bp for the intact regulatory region of the glk gene. The length of the respective PCR products obtained from the reaction using as template cells of strain with deleted operon a ckA-pt a, gene rohV genome ldhA, genome a dhE, gene pflB, genes frdA and frdB, genes sdhA and sdhB, genes and ceA and a ceB, the ptsG gene and containing the P tac promoter before the galP gene and the P L promoter lambda phage before the glk gene were 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 bp, 386 bp, 242 bp, 334 bp, 433 bp, 162 bp, 248 bp and 418 bp. As a result of curing the clones from the helper plasmid pMWts-Int / Xis, carried out by re-sieving to individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 was obtained ( Δ a ckA, Δpta, ΔrohV, ΔldhA, Δ a dhE, ΔpflB , ΔfrdA, ΔfrdB, ΔsdhA, ΔsdhB, Δ a ceA, Δ a ceB, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) inactivated genes a ckA- pt a , poxB, ldhA, ΔdhE, pflB, frdA, frdB, sdhA, sdhB, a ceA, and ceB and ptsG, and enhanced expression of the galP and glk genes, called Escherichia coli FUM1.0.
Пример 2. Продукция фумаровой кислоты заявляемым штаммом бактерий Escherichia coli FUM1.0.Example 2. The production of fumaric acid of the inventive strain of bacteria Escherichia coli FUM1.0.
Клетки штамма FUM1.0 или контрольного исходного штамма MG1655 выращивают в течение ночи в среде М9 (Sambrook, J., Fritsch, Ε.F., and Maniatis, T., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989), содержащей 2 г/л глюкозы, при 37°С. По 5 мл полученных ночных культур разбавляют в 10 раз, добавляют 45 мл среды М9, содержащей 5 г/л триптона и 10 г/л глюкозы. Полученные культуры выращивают в колбах объемом 750 мл закрытых ватными пробками при 37°С на роторной качалке при 250 об/мин в течение 20 часов. Полученные клеточные суспензии центрифугируют в течение 15 минут при 4000 об/мин при 4°С. Осадки ресуспендируют в 15 мл минимальной солевой среды М9, содержащей 4,5 г/л глюкозы и 4,5 г/л NaHCO3. Затем проводят инкубацию полученных клеточных культур в течение 24 часов в пробирках объемом 15 мл закрытых невентилируемыми пробками при 37°С на роторной качалке при 250 об/мин. Концентрации органических кислот и остаточной глюкозы в культуральной жидкости, освобожденной от биомассы центрифугированием, определяют методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием системы Waters HPLC system (Waters, Milford, MA, USA). Для измерения концентраций органических кислот используют обращенно-фазовая колонка ReproSil-Pur C18-AQ (4×250 mm, 5 µm, Dr. Maisch, Ammerbuch, Germany). Детекцию осуществляют при длине волны 210 нм. В качестве подвижной фазы используют водный раствор фосфорной кислоты (100мМ) с ацетонитрилом и метанолом (каждый в объемной концентрации 0,5%) со скоростью потока 1 мл/мин. Для измерения концентрации глюкозы, система Waters HPLC system укомплектована рефрактивным детектором Waters 2414 и колонкой Spherisorb-NH2 (4.6×250 mm, 5 µm, Waters, USA). В качестве подвижной фазы используют смесь ацетонитрил/этилацетат/вода (объемное соотношение 76/4/20) со скоростью потока 1 мл/мин. Вещества идентифицируют при сравнении времени их удерживания с временем удерживания соответствующих стандартов.Cells of FUM1.0 strain or control starting MG1655 strain are grown overnight in M9 medium (Sambrook, J., Fritsch, F. F., and Maniatis, T., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) containing 2 g / l glucose at 37 ° C. 5 ml of the resulting overnight cultures are diluted 10 times, 45 ml of M9 medium containing 5 g / l tryptone and 10 g / l glucose are added. The resulting cultures were grown in 750 ml flasks closed with cotton plugs at 37 ° C on a rotary shaker at 250 rpm for 20 hours. The resulting cell suspensions are centrifuged for 15 minutes at 4000 rpm at 4 ° C. Precipitation was resuspended in 15 ml of M9 minimal saline containing 4.5 g / L glucose and 4.5 g / L NaHCO 3 . Then, the resulting cell cultures are incubated for 24 hours in 15 ml tubes closed with unventilated tubes at 37 ° C on a rotary shaker at 250 rpm. The concentrations of organic acids and residual glucose in the culture fluid freed from the biomass by centrifugation were determined by high performance liquid chromatography using a Waters HPLC system (Waters, Milford, MA, USA). To measure the concentration of organic acids, a ReproSil-Pur C18-AQ reverse phase column (4 × 250 mm, 5 μm, Dr. Maisch, Ammerbuch, Germany) was used. Detection is carried out at a wavelength of 210 nm. An aqueous solution of phosphoric acid (100 mM) with acetonitrile and methanol (each in a volume concentration of 0.5%) with a flow rate of 1 ml / min is used as the mobile phase. To measure glucose concentration, the Waters HPLC system is equipped with a Waters 2414 refractive detector and a Spherisorb-NH2 column (4.6 × 250 mm, 5 μm, Waters, USA). A mixture of acetonitrile / ethyl acetate / water (
Концентрацию этанола в культуральной жидкости определяют методом газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектором на колонке OmegaWax (30 м, 0,25 мм в.д., 0,25 мкм толщина пленки) ("Supelco", США). Используют хроматограф GC-17A "Shimadzu" (Япония), оснащенный автосамплером AOC-20i. В качестве газа носителя используют гелий с постоянной скоростью потока 1,5 мл/мин. Температура термостата колонки - 4 минуты 40°С с последующим подъемом до 200°С со скоростью 30°С /мин, выдержкой 1 мин и возвратом к начальной температуре. Температура инжектора = 150°С. Температура детектора = 240°С.The ethanol concentration in the culture fluid is determined by gas chromatography with a flame ionization detector on an OmegaWax column (30 m, 0.25 mm east, 0.25 μm film thickness) (Supelco, USA). A GC-17A "Shimadzu" chromatograph (Japan) equipped with an AOC-20i autosampler is used. Helium with a constant flow rate of 1.5 ml / min is used as carrier gas. The temperature of the column thermostat is 4
Молярные концентрации потребленной штаммами глюкозы, накопленных метаболитов и молярный выход фумаровой кислоты в результате соответствующих пробирочных ферментаций представлены в Таблице 1, из которой следует, что коэффициент конверсии глюкозы в фумаровую кислоту демонстрируемый заявляемым штаммом бактерий Escherichia coli FUM1.0 в анаэробной продуктивной фазе составляет 1,31 моль/моль, достигая 65,5% от теоретически возможного максимума, и значительно превосходит показатели всех известных на сегодняшний день бактериальных штаммов продуцентов фумаровой кислоты.The molar concentrations of glucose consumed by the strains, accumulated metabolites and the molar yield of fumaric acid as a result of the corresponding tube fermentations are presented in Table 1, from which it follows that the conversion rate of glucose to fumaric acid demonstrated by the inventive bacterial strain Escherichia coli FUM1.0 in the anaerobic productive phase is 1, 31 mol / mol, reaching 65.5% of the theoretically possible maximum, and significantly exceeds the performance of all currently known bacterial strains of producers fumaric acid.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014143897/10A RU2573936C1 (en) | 2014-10-30 | 2014-10-30 | Strain of bacteria escherichia coli - producer of fumaric acid and method of obtaining fumaric acid using this strain |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014143897/10A RU2573936C1 (en) | 2014-10-30 | 2014-10-30 | Strain of bacteria escherichia coli - producer of fumaric acid and method of obtaining fumaric acid using this strain |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2573936C1 true RU2573936C1 (en) | 2016-01-27 |
Family
ID=55237026
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014143897/10A RU2573936C1 (en) | 2014-10-30 | 2014-10-30 | Strain of bacteria escherichia coli - producer of fumaric acid and method of obtaining fumaric acid using this strain |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2573936C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110713962A (en) * | 2019-09-06 | 2020-01-21 | 南京农业大学 | Genetic engineering bacterium for high-yield production of malonyl coenzyme A and construction method and application thereof |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2330883C2 (en) * | 2005-07-25 | 2008-08-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО АГРИ) | BACTERIUM OF Escherichia GENUS WITH INACTIVATED pnp GENE PRODUCING L-THREONINE AND L-THREONINE TECHNIQUE |
CN101240259A (en) * | 2008-01-16 | 2008-08-13 | 南京工业大学 | Newly constructed high-yield fumaric acid genetic engineering bacteria and method for producing fumaric acid by using same |
CN102618570A (en) * | 2012-03-20 | 2012-08-01 | 南京工业大学 | Method for constructing escherichia coli genetic engineering bacteria for producing fumaric acid |
-
2014
- 2014-10-30 RU RU2014143897/10A patent/RU2573936C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2330883C2 (en) * | 2005-07-25 | 2008-08-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО АГРИ) | BACTERIUM OF Escherichia GENUS WITH INACTIVATED pnp GENE PRODUCING L-THREONINE AND L-THREONINE TECHNIQUE |
CN101240259A (en) * | 2008-01-16 | 2008-08-13 | 南京工业大学 | Newly constructed high-yield fumaric acid genetic engineering bacteria and method for producing fumaric acid by using same |
CN102618570A (en) * | 2012-03-20 | 2012-08-01 | 南京工业大学 | Method for constructing escherichia coli genetic engineering bacteria for producing fumaric acid |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SONG C.W. ET AL. Metabolic Engineering of Escherichia coli for the Production of Fumaric Acid // Biotechnol. Bioeng., 2013, 110(7), pp. 2025-2034. SONG C.W. ET AL. Rapid one-step inactivation of single or multiple genes in Escherichia coli. // Biotechnol. J. 2013, 8(7), pp. 776-784. HERNANDEZ-MONTALVO V. ET AL. Expression of galP and glk in a Escherichia coli PTS mutant restores glucose transport and increases glycolytic flux to fermentation products // Biotechnol. and Bioeng., 2003, vol. 83, no. 6, pp. 687-694:. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110713962A (en) * | 2019-09-06 | 2020-01-21 | 南京农业大学 | Genetic engineering bacterium for high-yield production of malonyl coenzyme A and construction method and application thereof |
CN110713962B (en) * | 2019-09-06 | 2022-06-21 | 南京农业大学 | Genetic engineering bacterium for high-yield production of malonyl coenzyme A and construction method and application thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2754949C (en) | Method for producing high amount of glycolic acid by fermentation | |
EP2201115B2 (en) | Mutants having capability to produce 1,4-butanediol and method for preparing 1,4-butanediol using the same | |
RU2504584C2 (en) | METHOD FOR OBTAINING PYRROLOQUINOLINE QUINONE (PQQ) USING BACTERIUM OF Methylobacterium OR Hyphomicrobium TYPE | |
CN108291231B (en) | Promoter system for inducible expression of 3-hydroxypropionic acid and method for biologically producing 3-hydroxypropionic acid using the same | |
KR20090029256A (en) | Glycolic acid production by fermentation from renewable resources | |
CA2700510A1 (en) | Mutant microorganisms having high ability to produce putrescine and method for producing putrescine using the same | |
CN101978052A (en) | Polypeptide having glyoxalase iii activity, polynucleotide encoding the same and uses thereof | |
EP3144385A1 (en) | Microorganism with improved l-threonine productivity, and method for producing l-threonine by using same | |
KR20240027853A (en) | Production and separation of 3-hydroxypropionic acid | |
EP3087174B1 (en) | Methods and organisms with increased carbon flux efficiencies | |
WO2011157728A1 (en) | Use of inducible promoters in the production of glycolic acid | |
Gulevich et al. | Metabolic engineering of Escherichia coli for 1, 3-butanediol biosynthesis through the inverted fatty acid β-oxidation cycle | |
RU2466186C2 (en) | BACTERIUM Escherichia coli - SUCCINIC ACID PRODUCER AND METHOD FOR PREPARING SUCCINIC ACID | |
KR20150133091A (en) | Genetically engineered bacterial cell and method of producing succinic acid using the same | |
RU2573936C1 (en) | Strain of bacteria escherichia coli - producer of fumaric acid and method of obtaining fumaric acid using this strain | |
RU2528056C2 (en) | RECOMBINANT BACTERIAL STRAIN Escherichia coli THAT IS SUCCINIC ACID PRODUCER (VERSIONS) AND METHOD FOR PREPARING SUCCINIC ACID WITH USING THIS STRAIN | |
Skorokhodova et al. | Anaerobic synthesis of succinic acid by recombinant Escherichia coli strains with activated NAD+-reducing pyruvate dehydrogenase complex | |
WO2009142541A1 (en) | A microorganism producing 1-butanol and a method for producing 1-butanol | |
RU2603004C1 (en) | Strain of bacteria escherichia coli-succinic acid producer (versions) and method for preparing succinic acid using this strain | |
US11781107B2 (en) | Microorganisms engineered for muconate production | |
WO2021060337A1 (en) | Method for producing 2-methyl-butyric acid by bacterial fermentation | |
CN112204146B (en) | Acid-tolerant yeast having an inhibited ethanol production pathway and method for producing lactic acid using same | |
RU2444568C2 (en) | Bacterium producer of product of reaction catalised by protein showing 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity, and method for producing such product | |
CN118652920A (en) | Corynebacterium glutamicum engineering bacteria producing 5-aminolevulinic acid and construction method thereof | |
KR20240105456A (en) | Microorganisms and methods for improved production of valine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20170327 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |