RU2603004C1 - Strain of bacteria escherichia coli-succinic acid producer (versions) and method for preparing succinic acid using this strain - Google Patents
Strain of bacteria escherichia coli-succinic acid producer (versions) and method for preparing succinic acid using this strain Download PDFInfo
- Publication number
- RU2603004C1 RU2603004C1 RU2015126449/10A RU2015126449A RU2603004C1 RU 2603004 C1 RU2603004 C1 RU 2603004C1 RU 2015126449/10 A RU2015126449/10 A RU 2015126449/10A RU 2015126449 A RU2015126449 A RU 2015126449A RU 2603004 C1 RU2603004 C1 RU 2603004C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- genes
- gene
- seq
- expression
- galp
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
- C12N1/205—Bacterial isolates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/0004—Oxidoreductases (1.)
- C12N9/0006—Oxidoreductases (1.) acting on CH-OH groups as donors (1.1)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/0004—Oxidoreductases (1.)
- C12N9/0008—Oxidoreductases (1.) acting on the aldehyde or oxo group of donors (1.2)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/10—Transferases (2.)
- C12N9/1025—Acyltransferases (2.3)
- C12N9/1029—Acyltransferases (2.3) transferring groups other than amino-acyl groups (2.3.1)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/10—Transferases (2.)
- C12N9/12—Transferases (2.) transferring phosphorus containing groups, e.g. kinases (2.7)
- C12N9/1217—Phosphotransferases with a carboxyl group as acceptor (2.7.2)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
- C12P7/44—Polycarboxylic acids
- C12P7/46—Dicarboxylic acids having four or less carbon atoms, e.g. fumaric acid, maleic acid
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
- C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
- C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
- C12R2001/185—Escherichia
- C12R2001/19—Escherichia coli
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Virology (AREA)
- 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 штаммам бактерий Escherichia coli - продуцентам янтарной кислоты, способным к эффективной продукции янтарной кислоты из глюкозы, а так же к способу получения янтарной кислоты, с использованием этих штаммов, с улучшенными показателями коэффициента конверсии субстрата в целевой продукт, приближенными к максимально теоретически возможным значениям.The present invention relates to biotechnology, in particular to strains of bacteria Escherichia coli - producers of succinic acid capable of efficient production of succinic acid from glucose, as well as a method for producing succinic acid using these strains, with improved rates of conversion of the substrate to the target product close to the maximum theoretically possible values.
Янтарная кислота рассматривается как один из важнейших "строительных блоков" для получения широкого спектра химических веществ с высокой добавленной стоимостью, таких как органические растворители, пластификаторы, биодеградируемые пластики и др. (Cukalovic A., Stevens C.V., Feasibility of production methods for succinic acid derivatives: a marriage of renewable resources and chemical technology. Biofuels, Bioprod Bioref., 2008, 2(6):505-529). Потенциальный объем рынка янтарной кислоты и ее производных оценивается в 6 млн. тон/год.Succinic acid is considered as one of the most important “building blocks” for the production of a wide range of high value-added chemicals such as organic solvents, plasticizers, biodegradable plastics, etc. (Cukalovic A., Stevens CV, Feasibility of production methods for succinic acid derivatives : a marriage of renewable resources and chemical technology. Biofuels, Bioprod Bioref., 2008, 2 (6): 505-529). The potential market for succinic acid and its derivatives is estimated at 6 million tons / year.
Традиционно, янтарную кислоту получают нефтехимическим синтезом из малеинового ангидрида, однако, в последние годы значительный прогресс был достигнут в коммерциализации и промышленной реализации процессов микробиологического синтеза янтарной кислоты из возобновляемого сырья (Jansen M.L., van Gulik W.M. Towards large scale fermentative production of succinic acid. Curr Opin Biotechnol., 2014, 30:190-197). Основу этих процессов составляет ферментация углевод-содержащих субстратов высокоэффэктивными микробными штаммами, полученными с помощью направленной метаболической инженерии. В силу относительной дешевизны и значительных объемов производства, предпочтительным субстратом для микробиологического получения янтарной кислоты является глюкоза, наиболее распространенный углевод в составе растительной биомассы (Song Н. Lee S.Y., Production of succinic acid by bacterial fermentation. Enz. Microbial Technol., 2006, 39(3):352-361). Наилучшие показатели конверсии глюкозы в янтарную кислоту демонстрируют штаммы-продуценты, созданные на основе бактерий Escherichia coli (Cheng К.К., et al. Improved succinate production by metabolic engineering. 2013 Biomed Res Int. doi: 10.1155/2013/538790).Traditionally, succinic acid is obtained by petrochemical synthesis from maleic anhydride, however, in recent years significant progress has been made in commercializing and industrializing the microbiological synthesis of succinic acid from renewable raw materials (Jansen ML, van Gulik WM Towards large scale fermentative production of succinic acid. Curr Opin Biotechnol., 2014, 30: 190-197). The basis of these processes is the fermentation of carbohydrate-containing substrates by highly effective microbial strains obtained using directed metabolic engineering. Due to the relative cheapness and significant production volumes, the preferred substrate for the microbiological production of succinic acid is glucose, the most common carbohydrate in plant biomass (Song N. Lee SY, Production of succinic acid by bacterial fermentation. Enz. Microbial Technol., 2006, 39 (3): 352-361). The best indicators of glucose to succinic acid conversion are demonstrated by producer strains based on Escherichia coli bacteria (Cheng K.K., et al. Improved succinate production by metabolic engineering. 2013 Biomed Res Int. Doi: 10.1155 / 2013/538790).
Факультативно анаэробная бактерия Escherichia coli способна синтезировать янтарную кислоту в ограниченном наборе биохимических реакций. К ним относятся реакции оксидативного цикла трикарбоновых кислот, реакции одной из ветвей смешаннокислотного брожения, известной как восстановительная ветвь цикла трикарбоновых кислот, и реакци глиоксилатного шунта.The optional anaerobic bacterium Escherichia coli is capable of synthesizing succinic acid in a limited set of biochemical reactions. These include reactions of the oxidative cycle of tricarboxylic acids, reactions of one of the branches of mixed acid fermentation, known as the reducing branch of the cycle of tricarboxylic acids, and the reaction of the glyoxylate shunt.
Наиболее эффективным процессом микробиологического получения янтарной кислоты является анаэробное сбраживание глюкозы, с формированием целевого вещества в восстановительной ветви цикла трикарбоновых кислот. В данном процессе максимально возможный коэффициент конверсии субстрата в продукт в расчете на углерод составляет 2 моль/моль. Это обуславливается фиксацией СО2 на стадии образования из гликолитических интермидиатов оксалоацетата - предшественника в анаэробном пути сбраживания глюкозы в янтарную кислоту. Однако практической реализуемости данного процесса препятствует его окислительно-восстановительная несбалансированность. Конверсия каждой из двух молекул оксалоацетата, полученных из интермедиатов гликолитической утилизации глюкозы, в янтарную кислоту требует 2-х восстановленных эквивалентов (NADH), в то время как в ходе гликолиза формируется лишь половина необходимых эквивалентов (1 NADH на одну молекулу оксалоацетата). Этим обуславливается то, что лучшие показатели продукции янтарной кислоты специально полученными мутантными штаммами достигаются в процессах биосинтеза, представляющих сочетание двух биохимических путей - восстановительной ветви цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатного шунта. С участием глиоксилатного шунта две молекулы янтарной кислоты могут быть синтезированы из одной молекулы оксалоацетата, двух молекул Ацетил-СоА и одного NADH. Глиоксилатный шунт, потребляющий меньшее количество NADH на каждую синтезируемую молекулу янтарной кислоты выступает в данном случае как донор "остаточных" гликолитических NADH для высокопродуктивного формирования целевого вещества в восстановительной части цикла трикарбоновых кислот. Однако, поскольку в глиоксилатный шунт, наряду с оксалоацетатом, вовлечены 2 молекулы Ацетил-СоА, формирующиеся из гликолитического предшественника с потерей СО2, вклад этого процесса в общий биосинтез янтарной кислоты приводит к снижению суммарного выхода продукта. Конечный выход целевого продукта определяется, таким образом, соотношение вкладов каждого из путей в биосинтез янтарной кислоты. В то время как ключевые реакции биосинтеза оксалоацетата из трехуглеродных гликолитических предшественников являются NADH независимыми, образование Ацетил-СоА из гликолитически сформированной пировиноградной кислоты может сопровождаться дополнительной генерацией NADH. В клетках Ε. coli окисление пирувата в Ацетил-СоА, в зависимости от условий аэрации, катализируется либо пируват дегидрогеназой, либо пируват формат лиазой. Конверсия пировиноградной кислоты в Ацетил-СоА под действием пируватформатлиазы не сопровождающаяся формированием NADH, в то время как действие пируватдегидрогеназы приводит к формированию дополнительной молекулы NADH на каждый образующийся Ацетил-СоА. В зависимости от участия конкретных ферментов в формировании Ацетил-КоА, биосинтез янтарной кислоты из глюкозы при совместном действии восстановительной ветви цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатного шунта может осуществляться в трех окислительно-восстановительно сбалансированных режимах, характеризующихся различными значениями максимального теоретически возможного выхода продукта.The most effective microbiological process for obtaining succinic acid is anaerobic fermentation of glucose, with the formation of the target substance in the reducing branch of the tricarboxylic acid cycle. In this process, the maximum possible conversion rate of the substrate into the product based on carbon is 2 mol / mol. This is due to the fixation of CO 2 at the stage of formation from glycolytic intermediates of oxaloacetate, a precursor in the anaerobic pathway of glucose fermentation into succinic acid. However, the feasibility of this process is hindered by its redox imbalance. The conversion of each of the two oxaloacetate molecules obtained from glycolytic glucose utilization intermediates to succinic acid requires 2 reduced equivalents (NADH), while only half of the required equivalents are formed during glycolysis (1 NADH per oxaloacetate molecule). This leads to the fact that the best indicators of the production of succinic acid by specially obtained mutant strains are achieved in biosynthesis processes, which are a combination of two biochemical pathways - the reducing branch of the tricarboxylic acid cycle and glyoxylate shunt. With the participation of the glyoxylate shunt, two succinic acid molecules can be synthesized from one oxaloacetate molecule, two acetyl-CoA molecules, and one NADH. The glyoxylate shunt consuming less NADH for each synthesized succinic acid molecule acts in this case as a donor of “residual” glycolytic NADH for highly productive formation of the target substance in the reduction part of the tricarboxylic acid cycle. However, since 2 Acetyl-CoA molecules formed from a glycolytic precursor with CO 2 loss are involved in the glyoxylate shunt, along with oxaloacetate, the contribution of this process to the total biosynthesis of succinic acid leads to a decrease in the total yield of the product. The final yield of the target product is thus determined by the ratio of the contributions of each of the pathways to the biosynthesis of succinic acid. While the key biosynthesis reactions of oxaloacetate from tri-carbon glycolytic precursors are NADH independent, the formation of Acetyl-CoA from glycolytically formed pyruvic acid may be accompanied by additional generation of NADH. In the cells Ε. coli oxidation of pyruvate to Acetyl-CoA, depending on aeration conditions, is catalyzed by either pyruvate dehydrogenase or pyruvate format lyase. The conversion of pyruvic acid to Acetyl-CoA under the action of pyruvate format lyase is not accompanied by the formation of NADH, while the action of pyruvate dehydrogenase leads to the formation of an additional NADH molecule on each formed Acetyl-CoA. Depending on the participation of specific enzymes in the formation of Acetyl-CoA, the biosynthesis of succinic acid from glucose under the combined action of the reducing branch of the tricarboxylic acid cycle and glyoxylate shunt can be carried out in three redox balanced modes, characterized by different values of the maximum theoretically possible yield of the product.
При формировании Ацетил-СоА под действием пируват формат лиазы, окислительно-восстановительно сбалансированный анаэробный биосинтез янтарной кислоты из глюкозы возможен в результате совместного действия восстановительной ветви цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатного шунта с распределением потока углерода между двумя путями в соотношении 60:40, обуславливающим максимально возможный коэффициент конверсии субстрата в целевой продукт 1,6 моль/моль. При формировании Ацетил-СоА под действием как пируват формат лиазы, так и пируват дегидрогеназы, анаэробный биосинтез янтарной кислоты из глюкозы может быть окислительно-восстановительно сбалансирован при распределении потока углерода между восстановительной ветвью цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатным шунтом в соотношении 50:50, обуславливающем максимально возможный коэффициент конверсии субстрата в целевой продукт 1,6(6) моль/моль. В случае формирования ацетил-СоА под действием исключительно пируват дегидрогеназы, распределение потока углерода между восстановительной ветвью цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатным шунтом в соотношении 57,14:42,86 обеспечивает окислительно-восстановительно сбалансированный анаэробный биосинтез янтарной кислоты из глюкозы и обуславливает максимально возможный коэффициент конверсии субстрата в целевой продукт 1,71 моль/моль.When Acetyl-CoA is formed under the action of pyruvate, the lyase format, redox balanced anaerobic biosynthesis of succinic acid from glucose is possible as a result of the combined action of the reducing branch of the tricarboxylic acid cycle and the glyoxylate shunt with a carbon flux distribution between the two pathways at a ratio of 60:40, which determines the maximum possible the conversion ratio of the substrate into the target product is 1.6 mol / mol. When Acetyl-CoA is formed under the influence of both pyruvate lyase format and pyruvate dehydrogenase, the anaerobic biosynthesis of succinic acid from glucose can be redox-balanced when the carbon flux is distributed between the reducing branch of the tricarboxylic acid cycle and the glyoxylate shunt in a ratio of 50:50, which determines the maximum the possible conversion rate of the substrate into the target product is 1.6 (6) mol / mol. In the case of the formation of acetyl-CoA under the action of pyruvate dehydrogenase exclusively, the distribution of the carbon flux between the reducing branch of the tricarboxylic acid cycle and the glyoxylate shunt in the ratio of 57.14: 42.86 provides redox balanced anaerobic biosynthesis of succinic acid from glucose and determines the maximum possible conversion coefficient the substrate in the target product is 1.71 mol / mol.
Следует отметить, что в E. coli конверсия пировиноградной кислоты в Ацетил-СоА в анаэробных условиях осуществляется под действием пируват формат лиазы, в то время как экспрессия генов пируват дегидрогеназного комплекса при анаэробиозе репрессирована (см., например, Soini J. et al., Norvaline is accumulated after a down-shift of oxygen in Escherichia coli W3110. Microb Cell Fact., 2008, 7:30, doi: 10.1186/1475-2859-7-30). Таким образом, вовлечение пируват дегидрогеназы в анаэробный биосинтез ацетил-СоА требует соответствующего усиления экспрессии генов, кодирующих компоненты указанного ферментативного комплекса.It should be noted that in E. coli, the conversion of pyruvic acid to Acetyl-CoA under anaerobic conditions is effected by the pyruvate lyase format, while the expression of the pyruvate dehydrogenase complex genes during anaerobiosis is repressed (see, for example, Soini J. et al., Norvaline is accumulated after a down-shift of oxygen in Escherichia coli W3110. Microb Cell Fact., 2008, 7:30, doi: 10.1186 / 1475-2859-7-30). Thus, the involvement of pyruvate dehydrogenase in the anaerobic biosynthesis of acetyl-CoA requires a corresponding increase in the expression of genes encoding the components of this enzymatic complex.
Среди штаммов Е. coli продуцентов янтарной кислоты, полученных с помощью направленной метаболической инженерии без привлечения методов мутагенеза и селекции, репрезентативными штаммами характеризующимися максимально возможным коэффициентом конверсии глюкозы в янтарную кислоту 1,6 моль/моль являются SBS550MG [pHL413] (Sánchez AM et al., Novel pathway engineering design of the anaerobic central metabolic pathway in Escherichia coli to increase succinate yield and productivity. Metab Eng. 2005, 7(3), 229-239; Cox S.J. et al., Development of a metabolic network design and optimization framework incorporating implementation constraints: A succinate production case study. Metab Eng., 2006, 8:46-57), SGM1.0 [pPYC] и SGM1.1 [pPYC] (RU 2528056). Штаммами Ε. coli продуцентами янтарной кислоты характеризующимися максимально возможным коэффициентом конверсии глюкозы в янтарную кислоту 1,6(6) моль/моль являются SGM2.0 [pPYC] и SGM2.1 [pPYC] (RU 2528056). Штаммам-продуцентам характеризующимися максимально возможным коэффициентом конверсии глюкозы в янтарную кислоту 1,71 моль/моль соответствуют NZ-041 (Zhu X. et al. Metabolic evolution of two reducing equivalent-conserving pathways for high-yield succinate production in Escherichia coli. Metab Eng., 2014, doi: 10.1016/j.ymben.2014.05.003), SGM3.0 [pPYC] и SGM3.1 [pPYC] (RU 2528056).Among E. coli strains of succinic acid producers obtained by directed metabolic engineering without the use of mutagenesis and selection methods, representative strains characterized by the highest possible conversion rate of glucose to succinic acid 1.6 mol / mol are SBS550MG [pHL413] (Sánchez AM et al. , Novel pathway engineering design of the anaerobic central metabolic pathway in Escherichia coli to increase succinate yield and productivity. Metab Eng. 2005, 7 (3), 229-239; Cox SJ et al., Development of a metabolic network design and optimization framework incorporating implementation constraints: A succinate production case study. Metab Eng., 2006, 8: 46-57), SGM1.0 [pPYC] and SGM1.1 [pPYC] (RU 25280 56). Strains Ε. coli succinic acid producers characterized by the highest possible conversion of glucose to succinic acid 1.6 (6) mol / mol are SGM2.0 [pPYC] and SGM2.1 [pPYC] (RU 2528056). The producing strains with the highest possible conversion rate of glucose to succinic acid 1.71 mol / mol correspond to NZ-041 (Zhu X. et al. Metabolic evolution of two reducing equivalent-conserving pathways for high-yield succinate production in Escherichia coli. Metab Eng ., 2014, doi: 10.1016 / j.ymben.2014.05.003), SGM3.0 [pPYC] and SGM3.1 [pPYC] (RU 2528056).
Штаммы Ε. coli SBS550MG [pHL413], SGM1.0 [pPYC], SGM1.1 [pPYC]; SGM2.0 [pPYC] и SGM2.1 [pPYC], а также NZ-041, SGM3.0 [pPYC] и SGM3.1 [pPYC] рассматриваем в качестве ближайших аналогов завляемых штаммов продуцентов янтарной кислоты.Strains Ε. coli SBS550MG [pHL413], SGM1.0 [pPYC], SGM1.1 [pPYC]; We consider SGM2.0 [pPYC] and SGM2.1 [pPYC], as well as NZ-041, SGM3.0 [pPYC] and SGM3.1 [pPYC] as the closest analogues of the induced strains of succinic acid producers.
Следует отметить, что направленные генетические модификации, приводящие к получению штаммов Е. coli продуцентов янтарной кислоты, способных синтезировать целевое вещество с выходами приближенными к соответствующим теоретическим значениям, 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 янтарной 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. При этом, реально достигаемые показатели коэффициентов конверсии глюкозы в янтарную кислоту для штаммов характеризующихся различными максимально возможными значениями выходов разнятся в зависимости от набора конкретных модификаций внесенных в соответствующие штаммы.It should be noted that directed genetic modifications leading to obtaining strains of E. coli of producers of succinic acid, capable of synthesizing the target substance with yields close to the corresponding theoretical values, can differ in their set. A rational choice of target genes, based only on the analysis of available information on the functioning of target biochemical pathways, cannot reliably determine success in improving the production of succinic acid 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. At the same time, the actually achieved indicators of the conversion rates of glucose to succinic acid for strains characterized by various maximum possible output values vary depending on the set of specific modifications introduced into the corresponding strains.
В штамме SBS550MG [pHL413] инактивированны гены асkА, pta, ldhA, adhE, iclR, кодирующие ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, лактат дегидрогеназу, альдегид/алкоголь дегидрогеназу и белок транскрипционный репрессор экспрессии генов, кодирующих ферменты глиоксилатного шунта и экспрессирован ген рус Lactococcus lactis, кодирующий пируват карбоксилазу. Вместе с тем, данный штамм содержит интактный ген рохВ, кодирующий пируват оксидазу, конкурирующую с биосинтезом янтарной кислоты за метаболит-предшественник пировиноградную кислоту. Конверсия пировиноградной кислоты в Ацетил-СоА в штамме SBS550MG [pHL413] осуществляется под действием пируват формат лиазы, что обуславливает максимально возможный коэффициент конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,6 моль/моль (Сох S.J. et al., Development of a metabolic network design and optimization framework incorporating implementation constraints: a succinate production case study. Metab. Eng., 2006, 8:46-57). В богатых комплексных средах штамм SBS550MG [pHL413] синтезирует янтарную кислоту из глюкозы с коэффициентом конверсии 1,59 моль/моль (Sánchez A.M. et al., Novel pathway engineering design of the anaerobic central metabolic pathway in Escherichia coli to increase succinate yield and productivity. Metab Eng. 2005, 7(3):229-239), 1,4 моль/моль (PCT/FR 2010/050230) и 1,25 моль/моль (Martínez I. et al., Metabolic impact of the level of aeration during cell growth on anaerobic succinate production by an engineered Escherichia coli strain. Metab Eng., 2010, 12:499-509) в зависимости от условий культивирования. Данные коэффициенты конверсии достигнуты при продукции штаммом янтарной кислоты в среде LB, содержащей значительное количество аминокислот. В условиях анаэробиоза окислительное дезаминирование аминокислот, сопровождающееся генерацией NADH, способно обеспечить дополнительные к гликолитическим восстановленные эквиваленты необходимые для формирования янтарной кислоты в восстановительной ветви цикла трикарбоновых кислот. При исчерпании в среде аминокислот, штамм лишается дополнительного источника восстановленных эквивалентов для эффективного биосинтеза янтарной кислоты. Действительно, при осуществлении процесса анаэробного биосинтеза янтарной кислоты из глюкозы штаммом SBS550MG [pHL413] в минимальной солевой среде с глюкозой коэффициент конверсии субстрата в целевой продукт составляет 1,3 моль/моль (WO 2009/083756).In the SBS550MG strain [pHL413], the genes aca, pta, ldhA, adhE, iclR, encoding acetate kinase, phosphotransacetylase, lactate dehydrogenase, aldehyde / alcohol dehydrogenase, and transcriptional repressor gene expressing coding for lactic enzyme pyruvate carboxylase. However, this strain contains an intact rohB gene encoding pyruvate oxidase, which competes with succinic acid biosynthesis for the metabolite precursor pyruvic acid. The conversion of pyruvic acid to Acetyl-CoA in strain SBS550MG [pHL413] is effected by the pyruvate lyase format, which determines the maximum possible conversion rate of glucose to succinic acid - 1.6 mol / mol (Cox SJ et al., Development of a metabolic network design and optimization framework incorporating implementation constraints: a succinate production case study. (Metab. Eng., 2006, 8: 46-57). In rich complex environments, the SBS550MG strain [pHL413] synthesizes succinic acid from glucose with a conversion factor of 1.59 mol / mol (Sánchez AM et al., Novel pathway engineering design of the anaerobic central metabolic pathway in Escherichia coli to increase succinate yield and productivity. Metab Eng. 2005, 7 (3): 229-239), 1.4 mol / mol (PCT / FR 2010/050230) and 1.25 mol / mol (Martínez I. et al., Metabolic impact of the level of aeration during cell growth on anaerobic succinate production by an engineered Escherichia coli strain. Metab Eng., 2010, 12: 499-509) depending on cultivation conditions. These conversion ratios were achieved with succinic acid production in LB medium containing a significant amount of amino acids. Under conditions of anaerobiosis, the oxidative deamination of amino acids, accompanied by the generation of NADH, can provide additional reduced glycolytic equivalents necessary for the formation of succinic acid in the reducing branch of the tricarboxylic acid cycle. When amino acids are exhausted in the medium, the strain loses an additional source of reduced equivalents for the effective biosynthesis of succinic acid. Indeed, when carrying out the process of anaerobic biosynthesis of succinic acid from glucose with the SBS550MG strain [pHL413] in a minimal salt medium with glucose, the conversion coefficient of the substrate into the target product is 1.3 mol / mol (WO 2009/083756).
В штаммах SGM1.0 [pPYC] и SGM1.1 [pPYC] инактивированны гены асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, кодирующие ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, пируват оксидазу, лактат дегидрогеназу, альдегид/алкоголь дегидрогеназу и экспрессирован ген русА Bacillus subtilis, кодирующий пируват карбоксилазу. В штамме SGM1.1 [pPYC] также инактивирован ген iclR, кодирующий белок транскрипционный репрессор экспрессии генов, кодирующих ферменты глиоксилатного шунта. Конверсия пировиноградной кислоты в Ацетил-СоА в штаммах SGM1.0 [pPYC] и SGM1.1 [pPYC] осуществляется под действием пируват формат лиазы, что обуславливает максимально возможный коэффициент конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,6 моль/моль. В минимальной солевой среде штаммы SGM1.0 [pPYC] и SGM1.1 [pPYC] синтезируют янтарную кислоту из глюкозы с коэффициентами конверсии 1,31 моль/моль и 1,32 моль/моль, соответственно (RU 2528056).In the strains SGM1.0 [pPYC] and SGM1.1 [pPYC], the genes acA, pta, poxB, ldhA, adhE, encoding acetate kinase, phosphotransacetylase, pyruvate oxidase, lactate dehydrogenase, aldehyde / alcohol dehydrogenase B, and coding pyruvate carboxylase. In the SGM1.1 [pPYC] strain, the iclR gene encoding a protein is also a transcriptional repressor of the expression of genes encoding glyoxylate shunt enzymes. The conversion of pyruvic acid to Acetyl-CoA in strains SGM1.0 [pPYC] and SGM1.1 [pPYC] is carried out under the action of the pyruvate lyase format, which determines the maximum possible conversion rate of glucose to succinic acid - 1.6 mol / mol. In a minimal salt medium, strains SGM1.0 [pPYC] and SGM1.1 [pPYC] synthesize succinic acid from glucose with conversion coefficients of 1.31 mol / mol and 1.32 mol / mol, respectively (RU 2528056).
В штаммах SGM2.0 [pPYC] и SGM2.1 [pPYC] инактивированны гены ackA, pta, poxB, ldhA, adhE, кодирующие ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, пируват оксидазу, лактат дегидрогеназу, альдегид/алкоголь дегидрогеназу, усилена экспрессия генов асеЕ, aceF и lpdA, кодирующих компоненты пируват дегидрогеназы, и экспрессирован ген рус А Bacillus subtilis, кодирующий пируват карбоксилазу. В штамме SGM2.1 [pPYC] также инактивирован ген iclR, кодирующий белок транскрипционный репрессор экспрессии генов, кодирующих ферменты глиоксилатного шунта. Конверсия пировиноградной кислоты в Ацетил-СоА в штаммах SGM2.0 [pPYC] и SGM2.1 [pPYC] осуществляется под действием как пируват формат лиазы, так и пируват дегидрогеназы, что обуславливает максимально возможный коэффициент конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,6(6) моль/моль. В минимальной солевой среде штаммы SGM2.0 [pPYC] и SGM2.1 [pPYC] синтезируют янтарную кислоту из глюкозы с коэффициентами конверсии 1,42 моль/моль и 1,49 моль/моль, соответственно (RU 2528056).In the SGM2.0 [pPYC] and SGM2.1 [pPYC] strains, the ackA, pta, poxB, ldhA, adhE genes encoding acetate kinase, phosphotransacetylase, pyruvate oxidase, lactate dehydrogenase, aldehyde / alcohol dehydrogenase, and aldehyde / alcohol dehydrogenase are inactivated. and lpdA encoding pyruvate dehydrogenase components, and the Bacillus subtilis Rus A gene encoding pyruvate carboxylase is expressed. In the SGM2.1 strain [pPYC], the iclR gene encoding a protein is also a transcriptional repressor of the expression of genes encoding glyoxylate shunt enzymes. The conversion of pyruvic acid into Acetyl-CoA in strains SGM2.0 [pPYC] and SGM2.1 [pPYC] is carried out under the action of both pyruvate lyase format and pyruvate dehydrogenase, which determines the maximum possible conversion rate of glucose to succinic acid - 1.6 ( 6) mol / mol. In a minimal salt medium, strains SGM2.0 [pPYC] and SGM2.1 [pPYC] synthesize succinic acid from glucose with conversion factors of 1.42 mol / mol and 1.49 mol / mol, respectively (RU 2528056).
В штамме NZ-041 инактивированны гены асkА, pta, ldhA, pflB, ptsl, кодирующие ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, лактат дегидрогеназу, пируват формат лиазу и фермент I фосфоенолпируват зависимой системы транспорта сахаров, а также усилена экспрессия генов асеЕ, aceF и lpdA, кодирующих компоненты пируват дегидрогеназы, гена pck, кодирующего фосфоенолпируват карбоксикиназу, и гена galP, кодирующего Н+-симпортер галактозы. Вместе с тем, данный штамм содержит интактные гены рохВ и adhE, кодирующие пируват оксидазу и альдегид/алкоголь дегидрогеназу, конкурирующие с биосинтезом янтарной кислоты за метаболиты-предшественники - пировиноградную кислоту и ацетил-СоА, соответсвенно. Конверсия пировиноградной кислоты в Ацетил-СоА в штамме NZ-041 осуществляется под действием пируват дегидрогеназы, что обуславливает максимально возможный коэффициент конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,71 моль/моль. В минимальной солевой среде штамм NZ-041 синтезирует янтарную кислоту из глюкозы с коэффициентом конверсии 1,31 моль/моль (Zhu X. et al. Metabolic evolution of two reducing equivalent-conserving pathways for high-yield succinate production in Escherichia coli. Metab Eng., 2014, doi: 10.1016/j.ymben.2014.05.003).In strain NZ-041, inactivated acA, pta, ldhA, pflB, ptsl genes encoding acetate kinase, phosphotransacetylase, lactate dehydrogenase, pyruvate format lyase and enzyme I phosphoenolpyruvate dependent sugar transport system, as well as increased expression of ACE, Ape, ace components of pyruvate dehydrogenase, the pck gene encoding phosphoenolpyruvate carboxykinase, and the galP gene encoding the galactose H + simporter. However, this strain contains intact genes poxB and adhE, encoding pyruvate oxidase and aldehyde / alcohol dehydrogenase, competing with succinic acid biosynthesis for the precursor metabolites pyruvic acid and acetyl-CoA, respectively. The conversion of pyruvic acid to Acetyl-CoA in strain NZ-041 is carried out under the action of pyruvate dehydrogenase, which determines the maximum possible conversion rate of glucose to succinic acid - 1.71 mol / mol. In a minimal salt medium, strain NZ-041 synthesizes succinic acid from glucose with a conversion coefficient of 1.31 mol / mol (Zhu X. et al. Metabolic evolution of two reducing equivalent-conserving pathways for high-yield succinate production in Escherichia coli. Metab Eng ., 2014, doi: 10.1016 / j.ymben.2014.05.003).
В штаммах SGM3.0 [pPYC] и SGM3.1 [pPYC] инактивированны гены ackA, pta, poxB, ldhA, adhE, pflB, кодирующие ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, пируват оксидазу, лактат дегидрогеназу, альдегид/алкоголь дегидрогеназу, пируват формат лиазу, усилена экспрессия генов асеЕ, aceF и lpdA, кодирующих компоненты пируват дегидрогеназы, и экспрессирован ген русА Bacillus subtilis, кодирующий пируват карбоксилазу. В штамме SGM3.1 [pPYC] также инактивирован ген iclR, кодирующий белок транскрипционный репрессор экспрессии генов, кодирующих ферменты глиоксилатного шунта. Конверсия пировиноградной кислоты в Ацетил-СоА в штаммах SGM3.0 [pPYC] и SGM3.1 [pPYC] осуществляется под действием пируват дегидрогеназы, что обуславливает максимально возможный коэффициент конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,71 моль/моль. В минимальной солевой среде штаммы SGM3.0 [pPYC] и SGM3.1 [pPYC] синтезируют янтарную кислоту из глюкозы с коэффициентами конверсии 1,46 моль/моль и 1,66 моль/моль, соответственно (RU 2528056).In the strains SGM3.0 [pPYC] and SGM3.1 [pPYC], the ackA, pta, poxB, ldhA, adhE, pflB genes encoding acetate kinase, phosphotransacetylase, pyruvate oxidase, lactate dehydrogenase, aldehyde / alcoholase dehydrogenase, dehydrogenase, dehydrogenase enhanced expression of ACEE, aceF and lpdA genes encoding pyruvate dehydrogenase components, and Bacillus subtilis RusA gene encoding pyruvate carboxylase was expressed. In the SGM3.1 strain [pPYC], the iclR gene encoding a protein is also a transcriptional repressor of the expression of genes encoding glyoxylate shunt enzymes. The conversion of pyruvic acid to Acetyl-CoA in strains SGM3.0 [pPYC] and SGM3.1 [pPYC] is carried out under the action of pyruvate dehydrogenase, which determines the maximum possible conversion rate of glucose to succinic acid - 1.71 mol / mol. In a minimal salt medium, the strains SGM3.0 [pPYC] and SGM3.1 [pPYC] synthesize succinic acid from glucose with conversion ratios of 1.46 mol / mol and 1.66 mol / mol, respectively (RU 2528056).
Задача заявляемого изобретения состоит в расширении ассортимента штаммов бактерий Escherichia coli - продуцентов янтарной кислоты, способных синтезировать целевое вещество с повышенной эффективностью, и способов получения янтарной кислоты с использованием этих штаммов.The objective of the invention is to expand the range of strains of bacteria Escherichia coli - producers of succinic acid, capable of synthesizing the target substance with increased efficiency, and methods for producing succinic acid using these strains.
Задача решена путемThe problem is solved by
- констрирования штаммов Escherichia coli - продуцентов янтарной кислоты:- construction of strains of Escherichia coli - producers of succinic acid:
1. MSG1.0 [pPYC], обладающего инактивированными генами ackA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, кодирующими ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, пируват оксидазу, лактат дегидрогеназу, альдегид/алкоголь дегидрогеназу и пермеазу глюкозы, соответственно, усиленной экспрессией генов galP и glk, кодирующих Н+-симпортер галактозы и глюкокиназу, а также активностью пируват карбоксилазы;1. MSG1.0 [pPYC], which has the inactivated ackA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG genes encoding acetate kinase, phosphotransacetylase, pyruvate oxidase, lactate dehydrogenase, aldehyde / alcohol dehydrogenase, and genomegase glucose, enhanced glucose, and glk, encoding the N + -simporter galactose and glucokinase, and pyruvate carboxylase activity;
2. MSG1.1 [pPYC], обладающего инактивированными генами ackA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, iclR, кодирующими ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, пируват оксидазу, лактат дегидрогеназу, альдегид/алкоголь дегидрогеназу, пермеазу глюкозы и транскрипционный репрессор генов, кодирующих ферменты глиоксилатного шунта, соответственно, усиленной экспрессией генов galP и glk, кодирующих Н+-симпортер галактозы и глюкокиназу, а также активностью пируват карбоксилазы;2. MSG1.1 [pPYC], which has the inactivated ackA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, iclR genes encoding acetate kinase, phosphotransacetylase, pyruvate oxidase, lactate dehydrogenase, aldehyde / alcohol dehydrogenase, permerase transgenase, permease glucose repressase, permerase encoding glyoxylate shunt enzymes, respectively, by enhanced expression of the galP and glk genes encoding the galactose H + simporter and glucokinase, as well as pyruvate carboxylase activity;
3. MSG2.0 [pPYC], обладающего инактивированными генами ackA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, кодирующими ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, пируват оксидазу, лактат дегидрогеназу, альдегид/алкоголь дегидрогеназу и пермеазу глюкозы, соответственно, усиленной экспрессией генов galP и glk, кодирующих Н+-симпортер галактозы и глюкокиназу, усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA, кодирующих компоненты пируват дегидрогеназы, а также активностью пируват карбоксилазы;3. MSG2.0 [pPYC], which has inactivated ackA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG genes encoding acetate kinase, phosphotransacetylase, pyruvate oxidase, lactate dehydrogenase, aldehyde / alcohol dehydrogenase, and genomegase glucose, permease glucose, and glk encoding the H + -symptor of galactose and glucokinase, enhanced expression of the ACEE, aceF and lpdA genes encoding the components of pyruvate dehydrogenase, as well as the activity of pyruvate carboxylase;
4. MSG2.1 [pPYC], обладающего инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, iclR, кодирующими ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, пируват оксидазу, лактат дегидрогеназу, альдегид/алкоголь дегидрогеназу, пермеазу глюкозы и транскрипционный репрессор генов, кодирующих ферменты глиоксилатного шунта, соответственно, усиленной экспрессией генов galP и glk, кодирующих Н+-симпортер галактозы и глюкокиназу, усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA, кодирующих компоненты пируват дегидрогеназы, а также активностью пируват карбоксилазы;4. MSG2.1 [pPYC], which has the inactivated genes of acA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, iclR, encoding acetate kinase, phosphotransacetylase, pyruvate oxidase, lactate dehydrogenase, aldehyde / alcohol dehydrogenase, permerase transgenase, permerase transgenase, permerase, dehydrogenase, permease encoding glyoxylate shunt enzymes, respectively, by enhanced expression of the galP and glk genes encoding the H + -symptor of galactose and glucokinase, enhanced expression of the aceEE, aceF and lpdA genes, encoding pyruvate dehydrogenase components, as well as pyruvate carboxylase activity;
5. MSG3.0 [pPYC], обладающего инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, pflB, кодирующими ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, пируват оксидазу, лактат дегидрогеназу, альдегид/алкоголь дегидрогеназу, пермеазу глюкозы и пируват формат лиазу, соответственно, усиленной экспрессией генов galP и glk, кодирующих Н+-симпортер галактозы и глюкокиназу, усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA, кодирующих компоненты пируват дегидрогеназы, а также активностью пируват карбоксилазы;5. MSG3.0 [pPYC], which has the inactivated genes akA, pta, pohB, ldhA, adhE, ptsG, pflB, encoding acetate kinase, phosphotransacetylase, pyruvate oxidase, lactate dehydrogenase, aldehyde / alcohol dehydrogenase, permease lyase, permease, permease, permease, respectively, enhanced expression of the galP and glk genes encoding the H + -symptor of galactose and glucokinase, enhanced expression of the aceeE, aceF and lpdA genes encoding the components of pyruvate dehydrogenase, as well as the activity of pyruvate carboxylase;
6. MSG3.1 [pPYC], обладающего инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, pflB, iclR, кодирующими ацетат киназу, фосфотрансацетилазу, пируват оксидазу, лактат дегидрогеназу, альдегид/алкоголь дегидрогеназу, пермеазу глюкозы, пируват формат лиазу и транскрипционный репрессор генов, кодирующих ферменты глиоксилатного шунта, соответственно, усиленной экспрессией генов galP и glk, кодирующих Н+-симпортер галактозы и глюкокиназу, усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA, кодирующих компоненты пируват дегидрогеназы, а также активностью пируват карбоксилазы;6. MSG3.1 [pPYC], which has the inactivated genes acA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, pflB, iclR, encoding acetate kinase, phosphotransacetylase, pyruvate oxidase, lactate dehydrogenase, aldehyde / alcohol glucose dehydrogenase, dehydrogenase, dehydrogenase, dehydrogenase lyase and transcriptional repressor genes encoding enzymes of the glyoxylate shunt, respectively, enhanced expression of genes galP and glk, encoding the N + -simporter galactose and glucokinase, enhanced expression of genes aseE, aceF and lpdA, coding for pyruvate dehydrogenase component and the activity of pyruvate carbo silazy;
- разработки способа получения янтарной кислоты с использованием заявляемых штаммов.- development of a method for producing succinic acid using the claimed strains.
Конверсия пировиноградной кислоты в Ацетил-СоА осуществляется в заявляемых штаммах либо под действием пируват формат лиазы, либо под действием пируват формат лиазы и пируват дегидрогеназы, либо под действием исключительно пируват дегидрогеназы что обуславливает максимально возможные коэффициенты конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,6 моль/моль, 1,6(6) моль/моль, 1,71 моль/моль. Заявляемые штаммы способны анаэробно синтезировать янтарную кислоту из глюкозы с коэффициентами конверсии, приближенными к максимальным теоретически возможным значениям.The conversion of pyruvic acid to Acetyl-CoA is carried out in the claimed strains either under the influence of pyruvate format lyase, or under the influence of pyruvate format lyase and pyruvate dehydrogenase, or under the action of exclusively pyruvate dehydrogenase which determines the maximum possible conversion rates of glucose to succinic acid - 1.6 mol / mol, 1.6 (6) mol / mol, 1.71 mol / mol. The inventive strains are capable of anaerobically synthesizing succinic acid from glucose with conversion coefficients close to the maximum theoretically possible values.
Объектом настоящего изобретения являются штаммы бактерий вида Escherichia coli, обладающие способностью к эффективной конверсии глюкозы в янтарную кислоту.The object of the present invention are bacterial strains of the species Escherichia coli, with the ability to efficiently convert glucose to succinic acid.
Также объектом настоящего изобретения является штамм бактерий Escherichia coli с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, усиленной экспрессией генов galP и glk, и обладающий активностью пируват карбоксилазы - продуцент янтарной кислоты с максимально возможным коэффициентом конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,6 моль/моль;Also an object of the present invention is a bacterial strain Escherichia coli with inactivated genes acA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, enhanced expression of the galP and glk genes, and having pyruvate carboxylase activity - producing succinic acid with the highest possible conversion of glucose to succinic acid - 1.6 mol / mol;
Также объектом настоящего изобретения является штамм бактерий Escherichia coli с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, iclR, усиленной экспрессией генов galP и glk, и обладающий активностью пируват карбоксилазы - продуцент янтарной кислоты с максимально возможным коэффициентом конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,6 моль/моль;Also an object of the present invention is a bacterial strain Escherichia coli with inactivated genes asA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, iclR, enhanced by the expression of galP and glk genes, and having pyruvate carboxylase activity - producing succinic acid with the highest possible glucose to succinic conversion rate acid - 1.6 mol / mol;
Также объектом настоящего изобретения является штамм бактерий Escherichia coli с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, усиленной экспрессией генов galP и glk, усиленной экспрессией генов асеЕ, асе F и lpdA, и обладающий активностью пируват карбоксилазы - продуцент янтарной кислоты с максимально возможным коэффициентом конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,6(6) моль/моль;Also an object of the present invention is a bacterial strain Escherichia coli with inactivated genes of acA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, enhanced expression of the galP and glk genes, enhanced expression of the ACEE, ACE F and lpdA genes, and having pyruvate carboxylase activity, a producer of succinic acid with the highest possible conversion rate of glucose to succinic acid - 1.6 (6) mol / mol;
Также объектом настоящего изобретения является штамм бактерий Escherichia coli с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, iclR, усиленной экспрессией генов galP и glk, усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA, и обладающий активностью пируват карбоксилазы - продуцент янтарной кислоты с максимально возможным коэффициентом конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,6(6) моль/моль;Also an object of the present invention is a bacterial strain Escherichia coli with inactivated genes askA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, iclR, enhanced expression of the galP and glk genes, enhanced expression of the ACEE, aceF and lpdA genes, and with the activity of amber pyruvate carboxylase acids with the highest possible conversion rate of glucose to succinic acid - 1.6 (6) mol / mol;
Также объектом настоящего изобретения является штамм бактерий Escherichia coli с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, pflB, усиленной экспрессией генов galP и glk, усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA, и обладающий активностью пируват карбоксилазы - продуцент янтарной кислоты с максимально возможным коэффициентом конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,71 моль/моль;Also an object of the present invention is a bacterial strain Escherichia coli with inactivated genes askA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, pflB, enhanced expression of the galP and glk genes, enhanced expression of the ACEE, aceF and lpdA genes, and with the activity of amber pyruvate carboxylase acids with the highest possible conversion rate of glucose to succinic acid - 1.71 mol / mol;
Также объектом настоящего изобретения является штамм бактерий Escherichia coli с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, pflB, iclR, усиленной экспрессией генов galP и glk, усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA, и обладающий активностью пируват карбоксилазы - продуцент янтарной кислоты с максимально возможным коэффициентом конверсии глюкозы в янтарную кислоту - 1,71 моль/моль;Also an object of the present invention is a bacterial strain Escherichia coli with inactivated genes asA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, pflB, iclR, enhanced expression of the galP and glk genes, enhanced expression of the acee, aceF and lpdA genes, and having pyruvate carboxylase activity - succinic acid producer with the highest possible conversion rate of glucose to succinic acid - 1.71 mol / mol;
Также объектом настоящего изобретения являются штаммы бактерий Escherichia coli, описанные выше, при этом активность пируват карбоксилазы обеспечивается за счет введения в бактерию молекулы ДНК, содержащей ген, кодирующий фермент, обладающий активностью, классифицируемой как К.Ф. 6.4.1.1.Also the subject of the present invention are Escherichia coli bacterial strains described above, wherein pyruvate carboxylase activity is provided by introducing into the bacterium a DNA molecule containing a gene encoding an enzyme having an activity classified as K.F. 6.4.1.1.
Также объектом настоящего изобретения являются штаммы бактерий Escherichia coli, описанные выше, в которых экспрессия генов galP и glk усилена за счет замены в хромосомах штаммов нуклеотидных последовательностей природных промоторов, контролирующих экспрессию генов galP и glk, на более сильные промоторы.Also an object of the present invention are Escherichia coli bacterial strains described above, in which the expression of galP and glk genes is enhanced by replacing the nucleotide sequences of natural promoters controlling the expression of galP and glk genes on chromosomes with stronger promoters.
Также объектом настоящего изобретения являются рекомбинантные штаммы бактерий Escherichia coli, в которых экспрессия генов асеЕ, aceF и lpdA усилена за счет замены в хромосомах штаммов нуклеотидной последовательности природного промотора, контролирующего экспрессию генов aceEF-lpdA оперона, на более сильный промотор.Also an object of the present invention are recombinant strains of Escherichia coli bacteria in which the expression of the ACEE, aceF and lpdA genes is enhanced by replacing the nucleotide sequence of the natural promoter controlling the expression of the aceEF-lpdA gene of the operon on the chromosome with a stronger promoter.
Также объектом настоящего изобретения является способ получения янтарной кислоты, включающий стадии культивирования штаммов, описанных выше, в питательной среде; и выделения произведенной и накопленной янтарной кислоты из культуральной жидкости.Another object of the present invention is a method for producing succinic acid, comprising the steps of culturing the strains described above in a nutrient medium; and isolating the produced and accumulated succinic acid from the culture fluid.
Также объектом настоящего изобретения является, описанный выше способ, в котором процесс культивирования рекомбинантных штаммов включает в себя аэробную стадию накопления биомассы и анаэробную стадию продукции янтарной кислоты.Another object of the present invention is the method described above, in which the process of culturing recombinant strains includes an aerobic stage of biomass accumulation and an anaerobic stage of production of succinic 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 асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG означает, что указанная бактерия была модифицирована таким образом, что в результате модификации такая бактерия содержит пониженное количество белков AckA, Pta, РохВ, LdhA, AdhE, PtsG по сравнению с немодифицированной бактерией, или указанная бактерия не способна синтезировать белки AckA, Pta, РохВ, LdhA, AdhE, PtsG.The term “bacterial strain Escherichia coli with inactivated genes asA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG means that the bacterium has been modified so that as a result of the modification such a bacterium contains a reduced amount of proteins AckA, Pta, PoxB, LdhA, AdhE, PtsG compared with an unmodified bacterium, or the specified bacterium is not able to synthesize AckA, Pta, PoxB, LdhA, AdhE, PtsG proteins.
Термин «штамм бактерий Escherichia coli с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, iclR» означает, что указанная бактерия была модифицирована таким образом, что в результате модификации такая бактерия содержит пониженное количество белков AckA, Pta, РохВ, ldhA, AdhE, PtsG и lclR по сравнению с немодифицированной бактерией, или указанная бактерия не способна синтезировать белки AckA, Pta, РохВ, LdhA, AdhE, PtsG и IclR.The term "bacterial strain Escherichia coli with inactivated genes asA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, iclR" means that the bacterium has been modified so that as a result of the modification this bacterium contains a reduced amount of proteins AckA, Pta, PoxB, ldhA , AdhE, PtsG and lclR compared to an unmodified bacterium, or the indicated bacterium is not able to synthesize AckA, Pta, PoxB, LdhA, AdhE, PtsG and IclR proteins.
Термин «штамм бактерий Escherichia coli с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, pflB» означает, что указанная бактерия была модифицирована таким образом, что в результате модификации такая бактерия содержит пониженное количество белков AckA, Pta, РохВ, LdhA, AdhE, PtsG и PflB по сравнению с немодифицированной бактерией, или указанная бактерия не способна синтезировать белки AckA, Pta, РохВ, LdhA, AdhE, PtsG и PflB.The term "bacterial strain Escherichia coli with inactivated genes asA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, pflB" means that the bacterium has been modified so that as a result of the modification this bacterium contains a reduced amount of proteins AckA, Pta, PoxB, LdhA , AdhE, PtsG and PflB compared with an unmodified bacterium, or the indicated bacterium is not able to synthesize AckA, Pta, PoxB, LdhA, AdhE, PtsG and PflB proteins.
Термин «штамм бактерий Escherichia coli с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, pflB, iclR» означает, что указанная бактерия была модифицирована таким образом, что в результате модификации такая бактерия содержит пониженное количество белков AckA, Pta, РохВ, LdhA, AdhE, PtsG, PflB и IclR по сравнению с немодифицированной бактерией, или указанная бактерия не способна синтезировать белки AckA, Pta, РохВ, LdhA, AdhE, PtsG, PflB и IclR.The term "bacterial strain Escherichia coli with inactivated genes asA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, pflB, iclR" means that the bacterium has been modified so that as a result of the modification this bacterium contains a reduced amount of AckA, Pta, PoxB proteins , LdhA, AdhE, PtsG, PflB and IclR compared with an unmodified bacterium, or the specified bacterium is not able to synthesize AckA, Pta, PoxB, LdhA, AdhE, PtsG, PflB and IclR proteins.
Термин «инактивация генов асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, 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 соответствующих генов, такие как промоторы, энхансеры, аттенуаторы, и т.д.The term "inactivation of the genes akA, pta, pohB, ldhA, adhE, ptsG" means that the natural expression of modified DNA regions is impossible due to deletions of these genes or their parts or modification of regions adjacent to genes that include sequences that control the expression of the corresponding genes, such as promoters, enhancers, attenuators, etc.
Термин «инактивация гена iclR» означает, что естественная экспрессия модифицированного участка ДНК невозможна из-за делеций данного гена или его части или модификации примыкающих к гену областей, которые включают последовательности, контролирующие экспрессию гена, такие как промоторы, энхансеры, аттенуаторы, и т.д.The term “iclR gene inactivation” means that natural expression of a modified DNA region is not possible due to deletions of a given gene or part of it or modification of regions adjacent to a gene that include sequences that control gene expression, such as promoters, enhancers, attenuators, etc. d.
Термин «инактивация гена pflB» означает, что естественная экспрессия модифицированного участка ДНК невозможна из-за делеций данного гена или его части или модификации примыкающих к гену областей, которые включают последовательности, контролирующие экспрессию гена, такие как промоторы, энхансеры, аттенуаторы, и т.д.The term "inactivation of the pflB gene" means that the natural expression of a modified portion of DNA is impossible due to deletions of a given gene or part of it or modification of regions adjacent to a gene that include sequences that control gene expression, such as promoters, enhancers, attenuators, etc. d.
Наличие или отсутствие генов асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, а также iclR и/или pflB 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-ПААГ-электрофорез с последующим иммуноблотингом ПЦР (блоттинг по Вестерну) и т.п.The presence or absence of acA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, and iclR and / or pflB genes on the chromosome of a bacterium can be determined by known methods, including PCR, Southern blotting, 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-PAGE electrophoresis followed by PCR immunoblotting (Western blotting) and the like.
Ген асkА (синонимы: ЕСК2290, b2296) кодирует белок АсkА (синоним: В2296), проявляющий активность ацетаткиназы, классифицируемую как К.Ф. 2.7.2.1. Ген асkА (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 AckA, кодируемого геном асkА, 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 асkА и открытой рамкой считывания yfcC на хромосоме штамма Е. coli Κ12. Нуклеотидная последовательность гена pta и аминокислотная последовательность Pta, кодируемого геном pta, приведены в Перечне последовательностей под номерами 3 (SEQ ID NO: 3) и 4 (SEQ ID NO: 4) соответственно. Ген poxB (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 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: ЕСК1377, 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 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 AdhE, кодируемого геном adhE, приведены в Перечне последовательностей под номерами 9 (SEQ ID NO: 9) и 10 (SEQ ID NO: 10) соответственно. Ген ptsG (синонимы: ЕСК1087, b1101) кодирует белок PtsG (синоним: В1101), 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 11 (SEQ ID NO: 11) и 12 (SEQ ID NO: 12) соответственно. Ген iclR (синонимы: ЕСК4010, b4018) кодирует белок IclR (синоним: В4018) являющийся транскрипционным репрессором асеВАК оперона, кодирующего ферменты глиоксилатного шунта. Ген iclR (нуклеотиды комплементарные нуклеотидам с 4,220,827 по 4,221,651 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 49175990) расположен между геном arpA и геном metH на хромосоме штамма Е. coli К-12. Нуклеотидная последовательность гена iclR и аминокислотная последовательность IclR, кодируемого геном iclR, приведены в Перечне последовательностей под номерами 13 (SEQ ID NO: 13) и 14 (SEQ ID NO: 14) соответственно. Ген pflΒ (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 PflB, кодируемого геном pfl, приведены в Перечне последовательностей под номерами 15 (SEQ ID NO: 15) и 16 (SEQ ID NO: 16) соответственно.AskA gene (synonyms: ESK2290, b2296) encodes an AskA protein (synonym: B2296), which exhibits acetate kinase activity, classified as K.F. 2.7.2.1. The acA gene (nucleotides from 2,411,492 to 2,412,694 in the sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 49175990) is located between the open reading frame yfbV and the pta gene on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the ackA gene and the amino acid sequence of AckA encoded by the asKA gene are shown in the Sequence Listing Numbers 1 (SEQ ID NO: 1) and 2 (SEQ ID NO: 2), respectively. The pta gene (synonyms: ESK2291, b2297) encodes a Pta protein (synonym: B2297), which exhibits phosphotransacetylase activity, classified as K.F. 2.3.1.8. The pta 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 askA gene and the open yfcC reading frame on the chromosome of E. coli Κ12 strain. The nucleotide sequence of the pta gene and the amino acid sequence of Pta encoded by the pta gene are shown in the Sequence Listing under the numbers 3 (SEQ ID NO: 3) and 4 (SEQ ID NO: 4), respectively. The poxB gene (synonyms: ESK0862, b0871) encodes the PohB protein (synonym: B0871), exhibiting 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 PohB encoded by the PohB gene are shown in the Sequence Listing under the numbers 5 (SEQ ID NO: 5) and 6 (SEQ ID NO: 6), respectively. The ldhA gene (synonyms: ESK1377, 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 LdhA encoded by the ldhA gene are shown in the Sequence Listing under the numbers 7 (SEQ ID NO: 7) and 8 (SEQ ID NO: 8), respectively. The adhE gene (synonyms: ESK1235, b1241) encodes an AdhE protein (synonym: B1241), which shows the activity of alcohol dehydrogenase and aldehyde dehydrogenase, classified as K.F. 1.1.1.1. and K.F. 1.2.1.3. The adhE 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 adhE gene and the amino acid sequence of AdhE encoded by the adhE gene are shown in the sequence Listing under the numbers 9 (SEQ ID NO: 9) and 10 (SEQ ID NO: 10), respectively. The ptsG gene (synonyms: ESK1087, 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 numbers 11 (SEQ ID NO: 11) and 12 (SEQ ID NO: 12), respectively. The iclR gene (synonyms: ESK4010, b4018) encodes the IclR protein (synonym: B4018), which is a transcriptional repressor of the aseBAC operon encoding glyoxylate shunt enzymes. The iclR gene (nucleotides complementary to nucleotides 4,220,827 to 4,221,651 in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 49175990) is located between the arpA gene and metH gene on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the iclR gene and the amino acid sequence of the IclR encoded by the iclR gene are shown in the Sequence Listing Nos. 13 (SEQ ID NO: 13) and 14 (SEQ ID NO: 14), respectively. The pflΒ gene (synonyms: ESK0894, b0903) encodes a PflB protein (synonym: B0903), which exhibits 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 encoded by the pfl gene are shown in the Sequence Listing Nos. 15 (SEQ ID NO: 15) and 16 (SEQ ID NO: 16), 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), 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, кодирующие варианты белков AckA, Pta, РохВ, LdhA, AdhE, PtsG, IclR и PflB. Термин «вариант белка» в значении, в котором он используется в настоящем изобретении, означает белок, имеющий изменения в аминокислотной последовательности, а именно делеции, вставки, добавления или замены аминокислот. Количество изменений в варианте белка зависит от положения аминокислотного остатка в трехмерной структуре или его типа. 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 и SEQ ID NO: 16. 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 Gln, His или Lys, замену Asn на Glu, Gln, Lys, His или Asp, замену Asp на Asn, Glu или Gln, замену Cys на Ser или Ala, замену Gln на Asn, Glu, Lys, His, Asp или Arg, замену Glu на Asn, Gln, Lys или Asp, замену Gly на Pro, замену His на Asn, Lys, Gln, Arg или Tyr, замену Ile на Leu, Met, Val или Phe, замену Leu на Ile, Met, Val или Phe, замену Lys на Asn, Glu, Gln, His или Arg, замену Met на Ile, Leu, Val или Phe, замену Phe на Trp, Tyr, Met, Ile 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 асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, iclR и pflB. 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 и SEQ ID NO: 15 с использованием, например, сайт-специфического мутагенеза, таким образом, что 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 experience some variations in the nucleotide sequences, the concept of an inactivated gene is not limited to the 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 ), but may 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 encoding variants of the AckA, Pta, PoxB, LdhA, AdhE, PtsG, IclR, and PflB proteins. 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 deletion, 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 its type. 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 and SEQ ID NO: 16. 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 replacement 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 Gln, His or Lys, replacing Asn with Glu, Gln, Lys, His or Asp, replacing Asp with Asn, Glu or Gln, replacing Cys with Ser or Ala, replacing Gln with Asn, Glu, Lys, His, Asp or Arg, replacing Glu with Asn, Gln, Lys or Asp, replacing Gly with Pro, replacing His with Asn, Lys, Gln, Arg or Tyr, replacing Ile with Leu, Met, Val or Phe, replace Leu with Ile, Met, Val or Phe, replace Lys with Asn, Glu, Gln, His or Arg, replace Met with Ile, Leu, Val or Phe, replace Phe with Trp, Tyr, Met, Ile 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 replacements, deletions, insertions, additions, permutations, etc. described above one or more amino acid residues include naturally occurring mutations (mutant or variant) depending on species differences or individual differences in microorganisms containing the genes asA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, iclR and pflB. 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 and SEQ ID NO: 15 using, for example, site-specific mutagenesis, such that the site-specific amino acid residue in the corresponding encoded protein includes substitutions, deletions, insertions or additions.
Следовательно, варианты белков, кодируемых генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, iclR и pflB, 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 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 и SEQ ID NO: 16, соответственно.Therefore, variants of the proteins encoded by the genes akA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, iclR and pflB can have a homology of at least 80%, preferably at least 90%, and most preferably at least 95%, relative to the total amino acid the sequence shown in the List of sequences numbered 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, and SEQ ID NO: 16, respectively.
В связи с этим гены асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, iclR и pflB 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), 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 akA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, iclR and pflB can be variants that hybridize under stringent conditions with the nucleotide sequences shown in the Sequence Listing No. 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), or with a probe that can be synthesized based on the indicated nucleotide sequence. "Stringent conditions" include those conditions under which specific hybrids, for example hybrids with a homology of at least 60%, preferably at least 70%, more preferably at least 80%, even more preferably at least 90%, and most preferably at least 95 % are formed, and non-specific hybrids, 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, is 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 асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, а также iclR и/или pflB 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., Biol. Chem., 1997, 272:8611-8617; Kwon, D. H. et al., J. Antimicrob. Chemother., 2000, 46:793-796). Экспрессия генов асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, а также iclR и/или pflB 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., Biotechnol Prog., 1999, 15:58-64).The expression of the genes akA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, as well as iclR and / or pflB can be weakened by introducing a mutation into the corresponding gene on the chromosome, in which the intracellular activity of the protein encoded by the gene is reduced or absent compared to the 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., Biol. Chem., 1997, 272: 8611-8617; Kwon, DH et al., J. Antimicrob. Chemother., 2000, 46: 793-796). Expression of the genes akA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, as well as iclR and / or pflB can also be attenuated by modification of regulatory sequences, such as the promoter or Shine-Dalgarno (SD) sequence (PCT application WO 95/34672; Carrier, T.A. and Keasling, JD, Biotechnol Prog., 1999, 15: 58-64).
Например, следующие методы могут применяться 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. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 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.For example, 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 One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97 (12): 6640-6645) or a method using a plasmid whose temperature-sensitive replication is (US patent 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., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97:12: 5978-5983; Datsenko K.A. and Wanner B.L., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97(12):6640-6645) 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 disruption using homologous recombination, and / or mutagenesis insertion deletion (Yu D. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97:12: 5978-5983; Datsenko KA and Wanner BL, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97 (12): 6640-6645) 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 K-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 based on the gene sequence, in situ fluorescence hybridization (FISH), and the like. The level of gene expression can be determined by various known methods, including Northern blotting, quantitative RT-PCR, etc. In addition, strains that can be used as a control include, for example, Escherichia coli K-12.
Ген galP (синонимы: ЕСK2938, b2943) 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 yggI на хромосоме штамма Е. coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена galP и аминокислотная последовательность белка GalP, кодируемого геном galP, приведены в Перечне последовательностей под номерами 17 (SEQ ID NO: 17) и 18 (SEQ ID NO: 18) соответственно. Ген glk (синонимы: ЕСK2384, b2388) 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 K-12. Нуклеотидная последовательность гена glk и аминокислотная последовательность белка Glk, кодируемого геном glk, приведены в Перечне последовательностей под номерами 19 (SEQ ID NO: 19) и 20 (SEQ ID NO: 20) соответственно.The galP gene (synonyms: ECK2938, b2943) 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 reading frame yggI 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 under numbers 17 (SEQ ID NO: 17) and 18 (SEQ ID NO: 18), respectively. The glk gene (synonyms: ECK2384, 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 reading frame yfeO 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 Numbers 19 (SEQ ID NO: 19) and 20 (SEQ ID NO: 20), respectively.
Гены асеЕ, aceF и lpdA (синонимы: b0114, ЕСK0113; b0115, ЕСK0114; b0116, ЕСK0115) кодируют белки АсеЕ, AceF и LpdA - компоненты ферментативного комплекса NAD+-восстанавливающей пируват дегидрогеназы. Гены aceEF-lpdA оперона (нуклеотиды, гомологичные нуклеотидам с 123017 по 129336; в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank, gi: 49175990) расположены между генами pdhR и уасН на хромосоме Е. coli K-12. Нуклеотидные последовательности генов асеЕ, aceF и lpdA и аминокислотные последовательности белков АсеЕ, AceF и LpdA, кодируемых генами асеЕ, aceF и lpdA представлены в SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 25 и SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 26, соответственно.Genes aseE, aceF and lpdA (synonyms: b0114, ESK0113; b0115, ESK0114; b0116, ESK0115) encode proteins AseE, AceF and LpdA - enzymatic complex components regenerate NAD + pyruvate dehydrogenase. The aceEF-lpdA genes of the operon (nucleotides homologous to nucleotides 123017 through 129336; in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database, gi: 49175990) are located between the pdhR and ucH genes on the E. coli K-12 chromosome. The nucleotide sequences of the ACEE, aceF and lpdA genes and the amino acid sequences of the ACEE, AceF and LpdA proteins encoded by the ACEE, aceF and lpdA genes are shown in SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 25 and SEQ ID NO: 22 , SEQ ID NO: 24, SEQ ID NO: 26, respectively.
Понятие "вариант белка" также применимо для белков GalP и Glk, кодирующих глюкокиназу и Н+-симпортер галактозы, и белков АсеЕ, AceF и LpdA - компонентов ферментативного комплекса NAD+-воссτанавливающей пируват дегидрогеназы. Термин "вариант белка" трактуется аналогично тому, как это описано выше.The term “protein variant” is also applicable to the GalP and Glk proteins encoding glucokinase and the H + galactose simulator, and the AcEE, AceF, and LpdA proteins, which are components of the NAD + pyruvate dehydrogenase enzymatic complex. The term "protein variant" is interpreted in the same way as described above.
В связи с этим гены galP, glk и гены асеЕ, aceF и lpdA также могут существовать в виде вариантов, которые гибридизуются в жестких условиях с нуклеотидными последовательностями, представленными в SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 19 и в SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 25, или с зондами, которые могут быть синтезированы на основе указанных нуклеотидных последовательностей, при условии, что они кодируют функциональные белки GalP, Glk и АсеЕ, AceF и LpdA. Термин "жесткие условия" трактуется аналогично тому, как это описано выше.In this regard, the galP, glk genes and the ACEE, aceF and lpdA genes can also exist as variants that hybridize under stringent conditions with the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 19 and SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 25, or with probes that can be synthesized based on the indicated nucleotide sequences, provided that they encode the functional proteins GalP, Glk and AcEE, AceF and LpdA. 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, 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 target sequences present on the chromosome in multiple copies. 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, 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, 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 L. et al., Annu. Rev. Microbiol., 1981, 35:365-403; Hui A. et al., EMBO J., 1984,3:623-629).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 L. et al., Annu. Rev. Microbiol., 1981, 35: 365-403; Hui A. et al., EMBO J., 1984.3: 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.
Штаммами бактерий Escherichia coli, согласно настоящему изобретению, также являются штаммы, описанные выше, модифицированные таким образом, что приобретают активность пируват карбоксилазы. Активность пируват карбоксилазы может обеспечиваться, в частности, присутствием в бактерии молекулы ДНК, содержащей ген, кодирующий пируват карбоксилазу.The bacterial strains of Escherichia coli according to the present invention are also the strains described above, modified in such a way that they acquire pyruvate carboxylase activity. Pyruvate carboxylase activity can be achieved, in particular, by the presence in the bacterium of a DNA molecule containing a gene encoding pyruvate carboxylase.
Пируват карбоксилаза - фермент, способный катализировать реакцию карбоксилирования пировиноградной кислоты с образованием щавелеуксусной кислоты: АТФ+пируват+НСО3 -=АДФ+фосфат+оксалоацетат. Указанную активность классифицируют как К.Ф. 6.4.1.1. Наличие активности пируват карбоксилазы может быть установлено, например, с использованием метода, описанного Peters-Wendisch P.G. et al. (Pyruvate carboxylase from Corynebacterium glutamicum: characterization, expression and inactivation of the рус gene. Microbiology, 1998, 144:915-927). Примером фермента, обладающего активностью пируват карбоксилазы, может являться белок РусА из Bacillus subtilis (последовательность с инвентарным номером NP_389369.1 в базе данных GenBank, gi: 16078550), кодируемый геном русА (нуклеотиды с 1554185 по 1557631 в последовательности с инвентарным номером NC_000964.3 в базе данных GenBank, gi: 255767013). Нуклеотидная последовательность гена русА и аминокислотная последовательность кодируемого им белка РусА представлены в SEQ ID NO: 27 и SEQ ID NO: 28, соответственно.Pyruvate carboxylase is an enzyme capable of catalyzing the carboxylation reaction of pyruvic acid to form oxalacetic acid: ATP + pyruvate + HCO 3 - = ADP + phosphate + oxaloacetate. The indicated activity is classified as K.F. 6.4.1.1. The presence of pyruvate carboxylase activity can be ascertained, for example, using the method described by Peters-Wendisch PG et al. (Pyruvate carboxylase from Corynebacterium glutamicum: characterization, expression and inactivation of the rus gene. Microbiology, 1998, 144: 915-927). An example of an enzyme having pyruvate carboxylase activity is RusA protein from Bacillus subtilis (sequence with accession number NP_389369.1 in the GenBank database, gi: 16078550) encoded by the RusA gene (nucleotides 1554185 to 1557631 in sequence with accession number NC_000964.3 in the GenBank database, gi: 255767013). The nucleotide sequence of the RusA gene and the amino acid sequence of the RusA protein encoded by it are shown in SEQ ID NO: 27 and SEQ ID NO: 28, respectively.
Понятие "вариант белка" также применимо для пируват карбоксилазы. Термин "вариант белка" трактуется аналогично тому, как это описано выше.The term "protein variant" is also applicable to pyruvate carboxylase. The term "protein variant" is interpreted in the same way as described above.
В связи с этим ген русА также может существовать в виде вариантов, которые гибридизуются в жестких условиях с нуклеотидной последовательностью, представленной в SEQ ID NO: 27, или с зондом, который может быть синтезирован на основе указанной нуклеотидной последовательности, при условии, что они кодируют функциональный белок РусА. Термин "жесткие условия" трактуется аналогично тому, как это описано выше.In this regard, the rusA gene can also exist in the form of variants that hybridize under stringent conditions with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 27, or with a probe that can be synthesized based on the specified nucleotide sequence, provided that they encode functional protein RusA. The term "stringent conditions" is interpreted in the same way as described above.
Молекула ДНК, содержащая ген, кодирующий пируват карбоксилазу может быть введена в бактерию в составе плазмидного вектора или же интегрированна в хромосому бактерии методом гомологичной рекомбинации или Mu интеграции. Ген русА может быть получен с помощью ПЦР с использованием в качестве матрицы хромосомы организма, природно содержащего данный ген, и праймеров, синтезированных в соответствии с целевой нуклеотидной последовательностью.A DNA molecule containing the gene encoding pyruvate carboxylase can be introduced into the bacterium as part of a plasmid vector or integrated into the bacterial chromosome by homologous recombination or Mu integration. The rusA gene can be obtained by PCR using the body chromosome naturally containing this gene and primers synthesized in accordance with the target nucleotide sequence as a matrix.
Штаммами бактерий Escherichia coli, согласно настоящему изобретению, являются штаммы, описанные выше, модифицированные таким образом, что приобретают активность пируват карбоксилазы за счет введения в бактерию молекулы ДНК, содержащей ген, кодирующий пируват карбоксилазу в составе плазмидного вектора.The Escherichia coli bacterial strains of the present invention are the strains described above, modified in such a way that they acquire pyruvate carboxylase activity by introducing into the bacterium a DNA molecule containing the gene encoding the pyruvate carboxylase in the plasmid vector.
Методы приготовления плазмидной ДНК, рестрикции и лигирования ДНК, трансформации, выбора нуклеотидов в качестве праймера 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 DNA, DNA restriction and ligation, transformation, selection of nucleotides as a primer, etc. may be conventional 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 янтарной кислоты в общем виде.A method of obtaining succinic acid in General.
Заявляемый способ продукции янтарной кислоты осуществляют путем культивирования заявляемого штамма бактерий Escherichia coli в питательной среде, обеспечивающей продукцию, накопление янтарной кислоты в культуральной жидкости и выделение янтарной кислоты или ее соли из культуральной жидкости.The inventive method for the production of succinic acid is carried out by culturing the inventive strain of bacteria Escherichia coli in a nutrient medium that provides production, the accumulation of succinic acid in the culture fluid and the allocation of succinic acid or its salt from the culture fluid.
Согласно заявляемому способу выращивание, выделение и очистку янтарной кислоты или ее соли из культуральной или подобной ей жидкости осуществляют способом, подобным традиционным способам ферментации, в которых янтарная 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, isolation and purification of succinic acid or its salt from a culture or similar liquid is carried out in a manner similar to traditional fermentation methods in which succinic 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 introduced into the medium by means of 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. Обычно, культивирование в течение от 1-го до 5-ти дней приводит к накоплению янтарной 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. Usually, culturing for 1 to 5 days leads to the accumulation of succinic 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 янтарная кислота или ее соль может быть выделена и очищена методами электродиализа, 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 succinic acid or its salt can be isolated and purified by electrodialysis, 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 и плазмиды - The following strains and plasmids were designed and used -
В качестве базового для конструирования всех рекомбинантных штаммов использован штамм дикого типа Escherichia coli K-12 MG1655 (ВКПМ В-6195). Плазмида pPYC, содержащая ген рус А, кодирующий функционально активную пируваткарбоксилазу из Bacillus subtilis, известна (RU 2466186).The wild-type strain Escherichia coli K-12 MG1655 (VKPM B-6195) was used as the base for the construction of all recombinant strains. The plasmid pPYC containing the Rus A gene encoding the functionally active pyruvate carboxylase from Bacillus subtilis is known (RU 2466186).
1.1. Конструирование штамма MSG0.1.1.1. Construction of the strain MSG0.1.
Штамм MSG0.1 (Е. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG) получен на основе штамма E.coli MG1655 в результате инактивации генов асkА, 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., Recombineering: In Vivo Genetic Engineering in E.coli, S. enterica, and Beyond. Methods in Enzymology., 2007, 421:171-199), а примеры его практического применения, например, в (RU 2330883).The strain MSG0.1 (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG) was obtained on the basis of strain E. coli MG1655 as a result of inactivation of the genes asA, pta, roxB, ldhA, adhE and ptsG by recombinant on a method using λRed-dependent homologous recombination. The principle of the method is described in detail, for example, in (Sawitzke J. et al., Recombineering: In Vivo Genetic Engineering in E. coli, S. enterica, and Beyond. Methods in Enzymology., 2007, 421: 171-199), and examples its 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 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.
Сначала получены фрагменты ДНК для инактивации генов асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE и ptsG.First, DNA fragments were obtained for inactivation of the genes akA, pta, poxB, ldhA, adhE and ptsG.
Линейные фрагменты ДНК для делеций целевых генов получены при помощи ПЦР с использованием пар праймеров P1 (SEQ ID NO: 29) и Р2 (SEQ ID NO: 30), Р5 (SEQ ID NO: 31) и Р6 (SEQ ID NO: 32), P9 (SEQ ID NO: 33) и P10 (SEQ ID NO: 34), P13 (SEQ ID NO: 35) и P14 (SEQ ID NO: 36), P17 (SEQ ID NO: 37) и P18 (SEQ ID NO: 38) и плазмиды pMW118-attL-Cm-attR (Каташкина Ж.И. и др., Направленное изменение уровня экспрессии генов в бактериальной хромосоме. Мол. Биол., 2005, 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: 29) and P2 (SEQ ID NO: 30), P5 (SEQ ID NO: 31) and P6 (SEQ ID NO: 32) , P9 (SEQ ID NO: 33) and P10 (SEQ ID NO: 34), P13 (SEQ ID NO: 35) and P14 (SEQ ID NO: 36), P17 (SEQ ID NO: 37) and P18 (SEQ ID NO: 38) and plasmids pMW118-attL-Cm-attR (Katashkina J.I. et al., Directional change in the level of gene expression in the bacterial chromosome. Mol. Biol. 2005, 39 (5): 823-831) as matrices.
Праймеры P1, Р5, Р9, Р13 и Р17 содержат участки ДНК размером в 36 нуклеотидов, гомологичные участкам ДНК, расположенным на 5'-концах генов асkА, рохВ, ldhA, adhE и ptsG, и участки ДНК размером 28 нуклеотидов, комплементарные участку ДНК, расположенному на 3'-конце области attR. Праймеры Р2, Р6, P10, Р14 и Р18 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 acA, poxB, ldhA, adhE, and ptsG genes, and 28 nucleotide DNA regions complementary to the DNA region, located at the 3'-end of the attR region. Primers P2, P6, P10, P14, and P18 contain 36 nucleotide DNA regions complementary to the DNA regions located at the 3'-ends of the pta, poxB, ldhA, adhE and ptsG genes, as well as 28 nucleotide DNA regions homologous to the DNA region located at the 5'-end of the attL. 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 асkА и 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 for inactivation of the genes akA and pta, poxB, ldhA, adhE and ptsG, 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 (the cat gene encoding chloramphenicolacetyltransferase) flanked by the attL and attR 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 K.А., Wanner B.L. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 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 PаrаB, 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., Wanner BL One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97 (12): 6640-6645) contains a phage DNA fragment λ 2154 bp long (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 (genes γ, β, exo) under the control of the promoter P ar-B induced by arabinose. 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 CmRАрS 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 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 CmRАрS колоний подтверждали ПЦР анализом с помощью пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40), Р7 (SEQ ID NO: 41) и P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) и P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) и P20 (SEQ ID NO: 48), 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: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40), P7 (SEQ ID NO: 41) and P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) and P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) and P20 (SEQ ID NO: 48), for the ackA-pta operon and the poxB, ldhA, adhE, and ptsG 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 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 ackA-pta, 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact adhE 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 ackA-pta, 1852 bp for inactivated RohB gene, 2008 bp for the inactivated ldhA gene, 1926 bp for the inactivated adhE 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.Based on selected individual Cm R Ap S colony of strains with the cat gene replaced by the ackA-pta operon and the poxB, ldhA, adhE and ptsG genes according to the standard method (Sambrook et al, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989), preparations of the corresponding P1 transducing phages were obtained.
Штамм Ε. coli с делетированными генами асkА, 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 СаСl2, 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: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40). 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 (ΔасkА, Δpta) с делетированным генами асkА, pta.Strain Ε. coli with deleted akA, pta genes was obtained by transferring a chromosome fragment to the chromosome of E. coli strain MG1655, with the ackA-pta operon replaced by the cat gene, flanked by attachment sites of the lambda phage, using a transducing phage preparation that carries the targeted marked genetic modification. For this, E. coli strain 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 transducing phage 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 ackA-pta operon genes with the cat gene, flanked attachment sites of the lambda phage, PCR analysis using locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40). 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 ackA-pta operon. 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 ackA-pta operon 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 cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the cat gene from transductant chromosomes and deletion of the ackA-pta operon genes in them was confirmed by PCR using the corresponding 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 ackA-pta operon. The length of the PCR products obtained by the reaction using the ackA-pta operon strain as a matrix of cells was 323 bp. As a result of subsequent curing of the clones from the pMWts-Int / Xis helper plasmid, re-screened to of individual colonies on plates with LB medium and selection of Cm S Ap S variants, E. coli strain MG1655 (ΔackA, Δpta) with deleted akA, pta genes was obtained.
Штамм Е. coli с делетированными генами асkА, 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: 41) и Р8 (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 (ΔасkА, Δpta), 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 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 и гена рохВ подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 39), Р4 (SEQ ID NO: 40) и P7 (SEQ ID NO: 41), P8 (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. 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 (ΔасkА, Δpta, ΔрохВ) с делетированным генами ackA-pta и рохВ.The E. coli strain with deleted akA, pta, and poxB genes was obtained by transferring a chromosome fragment to the chromosome of E. coli strain MG1655 (ΔackA-pta) with the poxB gene replaced by the cat gene flanked by attachment sites of the lambda phage using a preparation of a transducing phage carrying 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 cat gene, flanked attachment sites of the lambda phage, PCR analysis using locus-specific primers P7 (SEQ ID NO: 41) and P8 (SEQ ID NO: 42) 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 (ΔackA, Δpta) 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 cat gene, flanked by attachment sites of the phage lambda. 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 cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the cat gene from the transductant chromosomes and deletion of the ackA-pta operon and roxB genes in them was confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 39), P4 (SEQ ID NO: 40) and P7 (SEQ ID NO: 41), P8 (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. 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 ackA-pta operon and 1872 bp for the intact rohB gene. The length of the corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using the ackA-pta operon strain and the poxB gene as a matrix of cells 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 (ΔackA, Δpta, ΔroxB) with the ackA-pta and roxB genes deleted.
Штамм Е. coli с делетированными генами асkА, pta, рохВ и ldhA получен переносом в хромосому штамма Е. coli MG1655 (ΔасkА, Δpta, 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 Ρ11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (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, 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 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 и гена ldhA подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40), Р7 (SEQ ID NO: 41) и P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (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, 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 (ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA) с делетированным генами асkА, pta, рохВ и ldhA.The E. coli strain with deleted genes askA, pta, poxB and ldhA was obtained by transferring the chromosome fragment to the chromosome of E. coli strain MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔpoxB), with the ldhA gene replaced by the cat gene flanked by attachment sites using phage lambda a transducing phage carrying the targeted 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 ldhA gene was replaced by the cat gene, flanked by the phage lambda sites, by PCR analysis using locus-specific primers Ρ11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (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. 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 (ΔackA-pta, 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 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 cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the cat gene from transductant chromosomes and deletion of the ackA-pta operon gene, the poxB gene, and the ldhA gene in them was confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40), P7 (SEQ ID NO: 41) and P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (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 ackA-pta, 1872 bp for the intact RohB gene and 1299 bp for the intact ldhA gene. The length of the corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using the ackA-pta operon strain, the poxB gene and the ldhA gene as a cell matrix was 323 bp, 255 bp and 411 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 ( ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA) with the deleted genes acA, pta, poxB and ldhA.
Штамм Е. coli с делетированными генами асlА, pta, рохВ, ldhA и adhE получен переносом в хромосому штамма Е. coli MG1655 (ΔасkА, Δpta, 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: 45) и PI6 (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, Δpta, ΔpoxB, 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 CmSАрR 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: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40), Р7 (SEQ ID NO: 41) и P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) и P16 (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, 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 E.coli MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE) с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA и adhE.The strain E. coli with deleted genes aslA, pta, poxB, ldhA and adhE was obtained by transferring the chromosome fragment to the chromosome of E. coli strain MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA) with the adhE gene replaced by the cat gene, flanked attachment site using a phage-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 shape, the replacement of the adhE gene with the cat gene, flanked attachment sites of the lambda phage, PCR analysis using locus-specific primers P15 (SEQ ID NO: 45) and PI6 (SEQ ID NO: 46) 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. Taq DNA polymerase, the corresponding buffer and deoxynucleoside triphosphates manufactured by Fermentas (Lithuania) were used. The length of PCR products resulting from reactions using the parental strain MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA) as a matrix of cells was 2903 bp for the intact adhE gene. 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 adhE 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 cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the cat gene from the transductant chromosomes and the division of the ackA-pta operon, roxB gene, ldhA gene, and adhE gene into them was confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40 ), P7 (SEQ ID NO: 41) and P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) and P16 (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 ackA-pta, 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene and 2903 bp for the intact adhE gene. The length of the corresponding PCR products obtained by the reaction using the ackA-pta operon strain, the poxB gene, the ldhA gene and the adhE gene as a cell matrix 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 ( ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE) with inactivated genes akA, pta, pohB, ldhA and adhE.
Штамм Ε. coli с делегированными генами ackA-pta, рохВ, ldhA, adhE и ptsG получен переносом в хромосому штамма Е. coli MG1655 (ΔасkА, Δpta, 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: 47) и Р20 (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 (ΔасkА, Δpta, 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 CmSАрR 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: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40), Р7 (SEQ ID NO: 41) и P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) и P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) и P20 (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, 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 CmSАрS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG) с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE и ptsG, названный MSG0.1.Strain Ε. coli with delegated genes ackA-pta, poxB, ldhA, adhE and ptsG was obtained by transferring the E. coli strain MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE) chromosome fragment to the chromosome, with the ptsG gene replaced by the at lambda, 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. On the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct shape, the replacement of the ptsG gene with the cat gene, flanked attachment sites of the lambda phage, PCR analysis using locus-specific primers P19 (SEQ ID NO: 47) and P20 (SEQ ID NO: 48) 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 (ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE) 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 cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the cat gene from the transductant chromosomes and deletion of the ackA-pta operon gene, poxB gene, ldhA gene, adhE gene and ptsG gene in them was confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40), P7 (SEQ ID NO: 41) and P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) and P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) and P20 (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 ackA-pta, 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact adhE gene and 1494 bp for the intact ptsG gene. The length of the corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using the ackA-pta operon strain, the poxB gene, the ldhA gene, the adhE gene, and the ptsG gene as a cell matrix was 323 bp, 255 bp, 411 bp n., 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 ( ΔackA, Δpta, ΔpohB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG) with inactivated genes askA, pta, pohB, ldhA, adhE and ptsG, named MSG0.1.
1.2. Конструирование штамма MSG0.2.1.2. Construction of the strain MSG0.2.
Штамм MSG0.2 (Е. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP) получен на основе штамма MSG0.1 (Е. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG) в результате замены в нем нативной регуляторной области гена galP промотором Ptac.Strain MSG0.2 (E. coli MG1655 ΔaskA, Δpta, ΔrohV, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP) obtained based on the strain MSG0.1 (E. coli MG1655 ΔaskA, Δpta, ΔrohV, ΔldhA, ΔadhE, 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 Рtac, 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 Ρ1-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 galP gene, a truncated variant 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 carrying the marked target chromosome modification, the preparation of the corresponding Ρ1-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 .
Сначала был получен фрагмент ДНК для замены нативной регуляторной области гена galP.First, a DNA fragment was 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 Ptас, 18 нуклеотидов комплементарных области предшествующей кодирующей части гена galP и 18 нуклеотидов комплементарных 5'-концевой области кодирующей части гена gal Р. ПЦР проводили с использованием праймеров Р21 (SEQ ID NO: 49) и Р22 (SEQ ID NO: 50) 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 Рtас. Праймер Р22 содержит 18 нуклеотидов комплементарных области предшествующей кодирующей части гена galP, 18 нуклеотидов комплементарных 5'-концевой области кодирующей части гена galP 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. At the first stage, PCR was used to obtain a DNA fragment containing the BglII restriction endonuclease recognition site, the Ptac promoter, 18 nucleotides complementary to the region of the preceding coding part of the galP gene, and 18 nucleotides complementary to the 5'-terminal region of the coding part of the gal R gene. PCR was performed. using primers P21 (SEQ ID NO: 49) and P22 (SEQ ID NO: 50) and plasmid pDR540 (sequence with accession number U13847 in the GenBank database; gi: 595699) as a matrix. Primer P21 contains a BglII recognition site and a region homologous to the 5'-end of the promoter P tac . Primer P22 contains 18 nucleotides complementary to the region of the preceding coding part of the galP gene, 18 nucleotides complementary to the 5 ′ end region of the coding part of the galP gene, and a region complementary to the 3 ′ end of the P tac 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 Р23 (SEQ ID NO: 51) и Р24 (SEQ ID NO: 52) и плазмиды pMW118-attL-Cm-attR (Каташкина Ж.И. и др., Направленное изменение уровня экспрессии генов в бактериальной хромосоме. Мол. Биол., 2005, 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. The DNA fragment containing the Cm R marker encoded by the cat gene was obtained by PCR using primers P23 (SEQ ID NO: 51) and P24 (SEQ ID NO: 52) and plasmid pMW118-attL-Cm-attR (Katashkina J.I. . et al., Directional change in the level of gene expression in the bacterial chromosome, Mol. Biol., 2005, 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 attR 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 attL 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 E.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 EF, 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: 50) и Р23 (SEQ ID NO: 51). 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-ти 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: 50) and P23 (SEQ ID NO: 51). 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 (cat gene encoding chloramphenicol acetyl transferase) flanked by the attL and attR sites of the lambda phage, as well as 36 flank homology regions with a DNA region preceding the galP gene coding region and a DNA region containing 5 'region of the coding region of the galP gene.
Интеграцию полученного линейного фрагмента ДНК в хромосому штамма E.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 E.coli MG1655, содержащего плазмиду pKD46 (Datsenko К.А., Wanner B.L. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 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., Wanner BL One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000 97 (12): 6640-6645).
Электрокомпетентные клетки штамма E.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 E. coli strain MG1655 containing plasmid pKD46 were 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 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 CmRАрS колоний подтверждали ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р25 (SEQ ID NO: 53) и P26 (SEQ ID NO: 54). 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: 53) and P26 (SEQ ID NO: 54). 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 galP 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 galP 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 galP gene was confirmed by sequencing.
На основе отобранного CmRApS варианта штамма, в котором нативная регуляторная область гена galP заменена промотором Рtac, сопряженным с геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, получен препарат соответствующего Р1-трансдуцирующего фага.Based on the selected Cm R Ap S variant of the strain in which the native regulatory region of the galP gene is replaced by the P tac promoter, conjugated to the cat 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 асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, и усиленной экспрессией гена galP, получен переносом в хромосому штамма MSG0.1 (Е. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, 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: 53) и Р26 (SEQ ID NO: 54). 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-специфичньгх праймеров Р3 (SEQ ID NO: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40), Р7 (SEQ ID NO: 41) и P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) и P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) и P20 (SEQ ID NO: 48), P25 (SEQ ID NO: 53) и P26 (SEQ ID NO: 54). 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 (ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP) с инактивированными генами асkА, pta, poxΒ, ldhA, adhE и ptsG, и усиленной экспрессией гена galP, названный MSG0.2.The E. coli strain with deleted genes acA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, and enhanced expression of the galP gene was obtained by transferring the strain MSG0.1 (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, to the chromosome) a fragment of the chromosome in which the native regulatory region of the galP gene is replaced by the P tac promoter, 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. The chromosomes clones forming most rapidly growing colonies of the correct form, replacing the native regulatory region of the gene galP promoter P tac, conjugate with the gene cat, flanked attechment sites of lambda phage, was confirmed by PCR analysis using locus specific primers P25 (SEQ ID NO: 53) and P26 (SEQ ID NO: 54). 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 regulatory region for galP, the replaced gene promoter P tac, conjugate with the gene cat, flanked attechment sites of 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 cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the cat gene from transductant chromosomes and deletion of the ackA-pta operon gene, the poxB gene, the ldhA gene, the adhE gene, and the ptsG gene in them, as well as the presence of the P tac promoter in front of the galP gene, was confirmed by PCR using the corresponding locus-specific pairs primers P3 (SEQ ID NO: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40), P7 (SEQ ID NO: 41) and P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) and P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) and P20 (SEQ ID NO: 48), P25 (SEQ ID NO: 53) and P26 (SEQ ID NO: 54). 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 ackA-pta, 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact adhE gene, 1494 bp for the intact ptsG gene and 317 bp for the intact regulatory region of the galP gene. The length of the corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using the ackA-pta operon strain, the poxB gene, the ldhA gene, the adhE gene, and the ptsG gene and containing the P tac promoter in front of the 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 ( ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP) with inactivated genes askA, pta, poxΒ, ldhA, adhE and ptsG, and enhanced expression of the galP gene, called MSG0.2.
1.3. Конструирование штамма MSG1.0.1.3. Construction of the strain MSG1.0.
Штамм MSG1.0 (Е. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) получен на основе штамма MSG0.2 (Ε. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, 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 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) was obtained on the basis of the strain MSG0.2 (Ε. Coli MG1655 ΔackA, Δpta, Δhax, Δhax , ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP) as a result of replacing the native regulatory region of the glk gene in it with the promoter P L phage lambda.
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 P1-трансдуцирующего фага. Далее Р1-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 .
Сначала был получен фрагмент ДНК для замены нативной регуляторной области гена glk.First, a DNA fragment was 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: 55) и Р28 (SEQ ID NO: 56) 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 BglII 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: 55) and P28 (SEQ ID NO: 56) and the lambda phage genomic DNA (sequence with accession number NC_001416.1 in the GenBank database, gi: 9626243) as a template. Primer P27 contains a BglII recognition site and a region homologous to the 5'-end of the P L promoter. Primer P28 contains region complementary to the 35 preceding the coding portion glk gene and a region complementary to the 3'-end of the promoter P L nucleotides. 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: 57) и Р24 (SEQ ID NO: 52) и плазмиды pMW118-attL-Cm-attR (Каташкина Ж.И. и др., Направленное изменение уровня экспрессии генов в бактериальной хромосоме. Мол. Биол., 2005, 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 cat gene was obtained by PCR using primers P29 (SEQ ID NO: 57) and P24 (SEQ ID NO: 52) and plasmid pMW118-attL-Cm-attR (Katashkina J.I. . et al., Directional change in the level of gene expression in the bacterial chromosome, Mol. Biol., 2005, 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 E.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 EF, 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: 56) и Р29 (SEQ ID NO: 57). 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: 56) and P29 (SEQ ID NO: 57). 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 (cat gene encoding chloramphenicol acetyltransferase) flanked by the attL and attR sites of the lambda phage, as well as the flank homology region with the DNA region preceding the 135 coding region of the glk gene and the DNA region itself 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.А., Wanner B.L. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97(12):6640-6645).For this, recombinant DNA was introduced by electrotransformation into cells of strain E, coli MG1655 containing plasmid pKD46 (Datsenko K.A., Wanner BL One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000 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 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: 58) и Р31 (SEQ ID NO: 59). 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: 58) and P31 (SEQ ID NO: 59). 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 CmRАрS варианта штамма, в котором нативная регуляторная область гена glk заменена промотором PL фага лямбда, сопряженным с геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, получен препарат соответствующего Ρ1-трансдуцирующего фага.Based on the selected Cm R Ap S variant of the strain in which the native regulatory region of the glk gene was replaced by the P L phage lambda promoter, coupled to the cat gene, flanked by attachment sites of the lambda phage, a preparation of the corresponding Ρ1-transducing phage was obtained.
Штамм Е. coli с делетированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk, получен переносом в хромосому штамма MSG0.2. (Е. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, 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: 58) и Р31 (SEQ ID NO: 59). 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: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40), Р7 (SEQ ID NO: 41) и P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) и P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) и P20 (SEQ ID NO: 48), P25 (SEQ ID NO: 53) и P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) и P31 (SEQ ID NO: 59). 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 ackA-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 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 (ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, и усиленной экспрессией генов galP и glk, названный MSG1.0.The E. coli strain with deleted genes askA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, and enhanced expression of the galP and glk genes was obtained by transferring the strain MSG0.2 to the chromosome. (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP) of the chromosome fragment in which the native regulatory region of the glk gene is replaced by the P L lambda phage promoter, conjugated to the cat gene, flanked by the attachment 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 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 cat gene, flanked by attachment sites of the lambda phage, was confirmed by PCR analysis using locus-specific primers P30 (SEQ ID NO: 58 ) and P31 (SEQ ID NO: 59). 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 cat 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 cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the cat gene from transductant chromosomes and deletion of the ackA-pta operon gene, poxB gene, ldhA gene, adhE gene, and ptsG gene in them, as well as the presence of the P tac promoter in front of the galP gene and the P L lambda phage promoter in front of the glk gene PCR was confirmed using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40), P7 (SEQ ID NO: 41) and P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) and P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) and P20 (SEQ ID NO: 48), P25 (SEQ ID NO: 53) and P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) and P31 (SEQ ID NO: 59). 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 ackA-pta, 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact adhE 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 corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using the ackA-pta operon strain, the poxB gene, the ldhA gene, the adhE gene, the ptsG gene and containing the P tac promoter in front of the galP gene and the P L promoter in front of the gene glk was 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 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 ( ΔaskA, Δpta, ΔrohV, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) inactivated genes askA, pta, rohV, ldhA, adhE, ptsG, and enhanced expression of genes galP and glk, named MSG1.0.
1.4. Конструирование штамма MSG1.1.1.4. Construction of the strain MSG1.1.
Штамм MSG1.1 (Е. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔiclR, Ptac-galP, PL-glk) получен на основе штамма MSG1.0 (Ε. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) в результате инактивации в нем гена iclR.The strain MSG1.1 (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔiclR, P tac- galP, P L -glk) was obtained on the basis of strain MSG1.0 (Ε. Coli MG1655 ΔackA, Δpta, Δpt , ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) as a result of inactivation of the iclR gene in it.
Первоначально целевая хромосомная модификации была получена индивидуально с использованием в качестве реципиента штамма E.coli MG1655. На основе полученного штамма, несущего маркированную целевую хромосомную модификацию получен препарат соответствующего Р1-трансдуцирующего фага. Далее Р1-трансдукций полученная модификация внесена в хромосому целевого рекомбинантного 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 2005 123423), 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. 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 introduced into the chromosome of the target recombinant strain. After transduction, the antibiotic resistance marker flanked by attachment to lambda phage sites was removed from the chromosome of the obtained strain using the plasmid pMWts-Int / Xis (WO 2007 013638; RU 2005 123423), including the Int / Xis genes of the dependent site-specific phage recombination system lambda.
Сначала был получен фрагмент ДНК для инактивации гена iclR.A DNA fragment was first obtained to inactivate the iclR gene.
Линейный фрагмент ДНК для делении целевого гена получен при помощи ПЦР с использованием праймеров Р32 (SEQ ID NO: 60) и Р33 (SEQ ID NO: 61) и плазмиды pMW118-attL-Cm-attR (Каташкина Ж.И. и др., Направленное изменение уровня экспрессии генов в бактериальной хромосоме. Мол. Биол., 2005, 39(5):823-831) в качестве матрицы.A linear DNA fragment for dividing the target gene was obtained by PCR using primers P32 (SEQ ID NO: 60) and P33 (SEQ ID NO: 61) and plasmid pMW118-attL-Cm-attR (Katashkina J.I. et al., Directional change in the level of gene expression in the bacterial chromosome (Mol. Biol. 2005, 39 (5): 823-831) as a matrix.
Праймер Р32 содержит участок ДНК размером в 36 нуклеотидов, гомологичный участку ДНК, расположенному на 5'-конце гена iclR и участок ДНК размером 28 нуклеотидов, комплементарный участку ДНК, расположенному на 3'-конце области attR. Праймер Р33 содержит участок ДНК размером в 36 нуклеотидов, комплементарный участку ДНК, расположенному на 3'-конце гена iclR, а также 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 дезоксирибонуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва).Primer P32 contains a 36 nucleotide DNA region homologous to the DNA region located at the 5 ′ end of the iclR gene and a 28 nucleotide DNA region complementary to the DNA region located at the 3 ′ end of the attR region. Primer P33 contains a 36-nucleotide DNA region complementary to the DNA region located at the 3 ′ end of the iclR gene, as well as a 28 nucleotide DNA region homologous to the DNA region located at the 5 ′ end of the attL 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).
Полученный ПЦР-продукт длиной 1700 п.н. для инактивации гена iclR очищали электрофорезом в агарозном геле и выделяли, в соответствии с рекомендациями производителя, с помощью Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, США). Итоговый фрагмент содержит 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 целевого гена.The resulting PCR product with a length of 1700 bp to inactivate the iclR gene, they were purified by agarose gel electrophoresis and isolated, according to the manufacturer's recommendations, using the Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, USA). The resulting fragment contains the chloramphenicol resistance gene (the cat gene encoding chloramphenicolacetyltransferase) flanked by the attL and attR sites of the lambda phage, as well as 36 linking regions of flank homology with coding regions of the target 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., Wanner B.L. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 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., Wanner BL One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000 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 CmRАрS 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 L plates. 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 хромосом отобранных CmRАрS колоний подтверждали ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р34 (SEQ ID NO: 62) и Р35 (SEQ ID NO: 63). 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.The fact that the putative and predicted chromosome structures corresponded to the selected Cm R Ap S colonies was confirmed by PCR analysis using locus-specific primers P34 (SEQ ID NO: 62) and P35 (SEQ ID NO: 63). 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 продукта ПЦР, полученного в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655, составляла 946 п.н. для интактного гена iclR. Длина продукта ПЦР, полученного в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток мутантного штамма, составляла 1781 п.н. для инактивированного гена iclR.The length of the PCR product obtained by reactions using the parental strain MG1655 as a matrix of cells was 946 bp for the intact iclR gene. The length of the PCR product obtained by the reaction using a mutant strain as a matrix of cells was 1781 bp for the inactivated iclR gene.
На основе отобранного CmRАрS варианта штамма с замененными геном cat геном iclR был получен препарат соответствующего Ρ1-трансдуцирующего фага.Based on the selected Cm R Ap S strain variant with the cat gene replaced by the iclR gene, a preparation of the corresponding Ρ1-transducing phage was obtained.
Штамм Е. coli с делетированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, iclR, и усиленной экспрессией генов galP и glk, получен переносом в хромосому штамма MSG 1.0 (Ε. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) фрагмента хромосомы, с геном iclR, 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 iclR геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р34 (SEQ ID NO: 62) и Р35 (SEQ ID NO: 63). 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 946 п.н. для интактного гена iclR. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 1781 п.н. для гена iclR, 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. 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 ptsG, и гена iclR, 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: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40), Р7 (SEQ ID NO: 41) и P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) и P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) и P20 (SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 62) и P35 (SEQ ID NO: 63), P25 (SEQ ID NO: 53) и P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) и P31 (SEQ ID NO: 59). 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, 946 п.н. для интактного гена iclR, 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 ptsG, геном iclR 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., 184 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 (ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔiclR, Ptac-galP, PL-glk) с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, iclR, и усиленной экспрессией генов galP и glk, названный MSG1.1.The E. coli strain with deleted genes acA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, iclR, and enhanced expression of the galP and glk genes was obtained by transferring to the chromosome of strain MSG 1.0 (MG. Coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔhdA, E , ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) chromosome fragment with the gene iclR, gene replaced cat, flanked attechment sites of lambda phage, using the preparation transducing phage carrying the labeled target 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. On the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct shape, the iclR gene was replaced by the cat gene, flanked by the phage lambda sites, by PCR analysis using locus-specific primers P34 (SEQ ID NO: 62) and P35 (SEQ ID NO: 63). 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 946 bp for the intact iclR gene. The length of the PCR products obtained as a result of the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 1781 bp for the iclR 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. The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Deleting gene cat chromosome transductants and deletion in these genes operon ackA-pta, rohV gene, ldhA gene, adhE gene, ptsG gene and iclR gene as well as the fact of promoter P tac, before genome galP, and a promoter P L of phage lambda PCR was confirmed before the glk gene using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40), P7 (SEQ ID NO: 41) and P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) and P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) and P20 (SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 62) and P35 (SEQ ID NO: 63), P25 (SEQ ID NO: 53) and P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) and P31 ( SEQ ID NO: 59). 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 ackA-pta, 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact adhE gene, 1494 bp for the intact ptsG gene, 946 bp for the intact iclR 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 by the reaction using the ackA-pta operon strain, roxB gene, ldhA gene, adhE gene, ptsG gene, iclR gene and containing the P tac promoter in front of the galP gene and the P L phage promoter as a cell matrix the lambda in front of the glk gene was 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 bp, 162 bp, 184 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 ( ΔackA, Δpta, ΔpohB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔiclR, P tac -galP, P L -glk) with inactivated acA, pta, pohB, ldhA, adhE, ptsG, iclR genes, and enhanced gene expression gal, and galP MSG1.1.
1.5. Конструирование штамма MSG2.0.1.5. Construction of the strain MSG2.0.
Штамм MSG2.0 (Е. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) получен на основе штамма MSG 1.0 (Ε. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) в результате замены в нем нативной регуляторной области оперона aceEF-lpdA промотором PL фага лямбда.The strain MSG2.0 (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP, P L- glk, P L -aceEF-lpdA) was obtained on the basis of strain MSG 1.0 (Ε. Coli MG1655 ΔackA , Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) by replacing the native regulatory region of the aceEF-lpdA operon in it with the P L phage lambda promoter.
Первоначально целевая хромосомная модификации была получена индивидуально с использованием в качестве реципиента штамма E.coli MG1655. Для усиления экспрессии асеЕ, aceF и IpdA, составляющих оперон aceEF-lpdA, промотор PL фага лямбда, соединенный с природной последовательностью Shine-Dalgarno (последовательность SD) гена асеЕ, был интегрирован перед кодирующим участком гена асеЕ, расположенного первым в составе соответствующего оперона, в хромосому реципиентного штамма. На основе полученного штамма, несущего маркированную целевую хромосомную модификацию получен препарат соответствующего Ρ1-трансдуцирующего фага. Далее Р1-трансдукций полученная модификация была внесена в хромосому целевого рекомбинантного 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 the expression of the ACEE, aceF, and IpdA constituting the aceEF-lpdA operon, the PL promoter of the lambda phage linked to the naturally occurring Shine-Dalgarno (SD sequence) ACEE gene was integrated upstream of the coding region of the ACEE gene, which is the first in the corresponding operon, in chromosome of the recipient strain. Based on the obtained strain bearing the marked target chromosome modification, a preparation of the corresponding Ρ1-transducing phage was obtained. Next, P1 transduction, the resulting modification was introduced into the chromosome of the target recombinant 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 .
Сначала был получен фрагмент ДНК для замены нативной регуляторной области aceEF-lpdA оперонаA DNA fragment was first obtained to replace the native regulatory region of the aceEF-lpdA operon
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 PL, последовательность SD гена асеЕ и, наконец, 36 нуклеотидов комплементарных 5'-концу кодирующей области гена асеЕ. Фрагмент получали в два этапа. На первом этапе, с использованием в качестве матрицы геномной ДНК фага лямбда (последовательность с инвентарным номером NC_001416.1 в базе данных GenBank, gi: 9626243), получен фрагмент ДНК, содержащий в начале участок узнавания BglII, промотор PL и последовательность SD гена асеЕ. ПЦР проводили с использованием праймеров Р27 (SEQ ID NO: 55) и Р36 (SEQ ID NO: 64). Праймер P27 содержит участок узнавания BglII и область гомологичную 5'-концу промотора PL. Праймер Р36 содержит последовательность SD гена асеЕ 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. In the first step, PCR obtained DNA fragment containing the early recognition site of restriction endonuclease BglII, promoter P L, SD sequence of the gene aseE and finally 36 nucleotides complementary to the 5'-end of the coding region of the gene aseE. The fragment was obtained in two stages. At the first stage, using the lambda phage genomic DNA as a template (sequence with accession number NC_001416.1 in the GenBank database, gi: 9626243), a DNA fragment containing the BglII recognition site, the P L promoter, and the ACeE gene SD sequence was obtained at the beginning . PCR was performed using primers P27 (SEQ ID NO: 55) and P36 (SEQ ID NO: 64). Primer P27 contains a BglII recognition site and a region homologous to the 5'-end of the P L promoter. Primer P36 contains the ACEE gene SD sequence 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).
Полученный ПЦР-продукт, очищенный в агарозном геле и выделенный в соответствии с рекомендациями производителя с помощью Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit, был использован в качестве матрицы в следующем раунде ПЦР. Использовали праймеры Р27 (SEQ ID NO: 55) и Р37 (SEQ ID NO: 65). Праймер P37 содержит область, комплементарную 3'-концу промотора PL, последовательность SD гена асеЕ и 36 нуклеотидов из рамки считывания гена асеЕ. Температурный профиль для ПЦР: денатурация при 95°С в течение 5 мин; последующие 25 циклов: 30 сек при 95°С, 30 сек при 53°С, 60 сек при 72°С; и заключительная полимеризация: 7 мин при 72°С. Использовали Pfu ДНК полимеразу, соответствующий буфер и дезоксинуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва).The resulting PCR product, purified on an agarose gel and isolated according to the manufacturer's recommendations using the Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit, was used as a template in the next round of PCR. Primers P27 (SEQ ID NO: 55) and P37 (SEQ ID NO: 65) were used. Primer P37 contains a region complementary to the 3 ′ end of the P L promoter, an ACEE gene SD sequence, and 36 nucleotides from the ACEE gene reading frame. Temperature profile for PCR: denaturation at 95 ° C for 5 min; subsequent 25 cycles: 30 sec at 95 ° C, 30 sec at 53 ° C, 60 sec at 72 ° C; and final polymerization: 7 min at 72 ° C. Used Pfu DNA polymerase, the appropriate buffer and deoxynucleoside 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 Р38 (SEQ ID NO: 66) и Р24 (SEQ ID NO: 52) и плазмиды pMW118-attL-Cm-attR (Каташкина Ж.И. и др., Направленное изменение уровня экспрессии генов в бактериальной хромосоме. Мол. Биол., 2005, 39(5):823-831) в качестве матрицы. Праймер Р38 содержит 36 нуклеотидов гомологичных участку ДНК предшествующему непосредственно кодирующей области гена асеЕ 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 cat gene was obtained by PCR using primers P38 (SEQ ID NO: 66) and P24 (SEQ ID NO: 52) and plasmid pMW118-attL-Cm-attR (Katashkina J.I. . et al., Directional change in the level of gene expression in the bacterial chromosome, Mol. Biol., 2005, 39 (5): 823-831) as a matrix. Primer P38 contains 36 nucleotides homologous to the DNA region preceding the directly coding region of the ACEE gene and a DNA region of 28 nucleotides in size complementary to the DNA region located at the 3'-end of the attR 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 attL 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 E.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 EF, 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 Р37 (SEQ ID NO: 65) и Р38 (SEQ ID NO: 66). 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 1970 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, соединенный с природной последовательностью Shine-Dalgarno (последовательность SD) гена асеЕ, 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 предшествующем непосредственно кодирующей области гена асеЕ и 5'-регионом кодирующей области гена асеЕ.The ligation product was amplified by PCR using primers P37 (SEQ ID NO: 65) and P38 (SEQ ID NO: 66). 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 1970 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 promoter linked to the natural Shine-Dalgarno sequence (SD sequence) of the ACEE gene, the chloramphenicol resistance gene (cat gene encoding chloramphenicol acetyl transferase) flanked by the attL and attR sites of the lambda phage, as well as 36-unit regions of flank homology with the DNA region immediately preceding the coding region of the ACEE gene and the 5'-region of the coding region of the ACEE 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.Α., Wanner B.L. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97(12):6640-6645).For this, recombinant DNA was introduced by electrotransformation into cells of E. coli strain MG1655 containing plasmid pKD46 (Datsenko K.Α., Wanner BL One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000 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 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 CmRАрS колоний подтверждали ПЦР анализом с помощью пар локус-специфичных праймеров Р39 (SEQ ID NO: 67) и Р40 (SEQ ID NO: 68), P27 (SEQ ID NO: 55) и P40 (SEQ ID NO: 68). Длина продукта ПЦР, полученного в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655 и праймеров Р39 и Р40 составляла 201 п.н. для интактной регуляторной области оперона aceEF-lpdA. Длина продукта ПЦР, полученного в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток мутантного штамма и праймеров Р39 и Р40, составляла 2099 п.н. для модифицированной регуляторной области оперона aceEF-lpdA. При использовании пары праймеров Р27 и Р40 и хромосомы родительского штамма в качестве матрицы специфические фрагменты не наблюдались среди продуктов ПЦР в силу отсутствия в хромосоме штамма Е. coli дикого типа промотора PL фага лямбда. Длина продукта ПЦР, полученного в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток мутантного штамма и праймеров Р27 и Р40 составляла 377 п.н. Также в хромосомах полученных клонов соответствие запланированной и экспериментально полученной нуклеотидной последовательности нового регуляторного элемента, введенного перед кодирующей областью гена асеЕ, 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 pairs of locus-specific primers P39 (SEQ ID NO: 67) and P40 (SEQ ID NO: 68), P27 (SEQ ID NO: 55) and P40 (SEQ ID NO: 68). The length of the PCR product obtained by the reaction using the parental strain MG1655 and primers P39 and P40 as a matrix of cells was 201 bp for the intact regulatory region of the aceEF-lpdA operon. The length of the PCR product obtained by the reaction using the mutant strain and primers P39 and P40 as a matrix of cells was 2099 bp. for the modified regulatory region of the aceEF-lpdA operon. When using a pair of primers P27 and P40 and the chromosome of the parent strain as a template, specific fragments were not observed among PCR products due to the absence of the wild-type promoter P L lambda phage in the chromosome of E. coli strain. The length of the PCR product obtained by the reaction using the mutant strain and primers P27 and P40 as a matrix of cells was 377 bp. 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 ACEE gene was confirmed by sequencing.
На основе отобранного CmRApS варианта штамма, в котором нативная регуляторная область оперона aceEF-lpdA заменена промотором РL, соединенным с последовательностью SD гена асеЕ и 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 aceEF-lpdA operon is replaced by the P L promoter linked to the ACEE SD gene sequence and linked to the cat 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 асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, усиленной экспрессией генов galP и glk, и усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA получен переносом в хромосому штамма MSG1.0 (Е. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk) фрагмента хромосомы, в котором нативная регуляторная область оперона aceEF-lpdA заменена промотором PL, соединенным с последовательностью SD гена асеЕ и 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 оперона aceEF-lpdA искусственным регуляторным элементом, сопряженным с геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, подтверждали ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р39 (SEQ ID NO: 67) и Р40 (SEQ ID NO: 68). 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 MSG 1.0, составляла 201 п.н. для интактной регуляторной области оперона aceEF-lpdA. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 2099 п.н. для регуляторной области оперона aceEF-lpdA, замененной искусственным регуляторным элементом, 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, гена ptsG, а также факт наличия промотора Ptac, перед геном galP, промотора PL фага лямбда перед геном glk, и промотора PL фага лямбда перед генами оперона aceEF-lpdA подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40), Р7 (SEQ ID NO: 41) и P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) и P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) и P20 (SEQ ID NO: 48), P25 (SEQ ID NO: 53) и P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) и P31 (SEQ ID NO: 59), P39 (SEQ ID NO: 67) и P40 (SEQ ID NO: 68). 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, 234 п.н. для интактной регуляторной области гена glk и 201 п.н. для интактной регуляторной области оперона aceEF-lpdA. 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, промотор PL фага лямбда перед геном glk и промотор PL фага лямбда перед генами оперона aceEF-lpdA составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н., 329 п.н., 162 п.н., 248 п.н., 418 п.н. и 502 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 CmSАрS-вариантов, получен штамм E.coli MG1655 (ΔackA, Δpta, ApoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, усиленной экспрессией генов galP и glk, и усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA, названный MSG2.0.The E. coli strain with deleted genes askA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, enhanced expression of the galP and glk genes, and enhanced expression of the acee, aceF, and lpdA genes was obtained by transfer to the chromosome of strain MSG1.0 (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk) of the chromosome fragment in which the native regulatory region of the aceEF-lpdA operon is replaced by the P L promoter linked to the ACeE gene SD sequence and linked to the cat gene, flanks attachment to lambda phage sites 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 native regulatory region of the aceEF-lpdA operon by an artificial regulatory element conjugated to the cat gene, flanked by attachment sites of the lambda phage, was confirmed by PCR analysis using locus-specific primers P39 (SEQ ID NO: 67 ) and P40 (SEQ ID NO: 68). 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 MSG 1.0 as a matrix of cells was 201 bp. for the intact regulatory region of the aceEF-lpdA operon. The length of PCR products resulting from the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 2099 bp. for the regulatory region of the aceEF-lpdA operon, replaced by an artificial regulatory element conjugated to 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. The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removing the cat gene from the transductant chromosomes and deleting the ackA-pta operon gene, the poxB gene, the ldhA gene, the adhE gene, the ptsG gene, and the presence of the P tac promoter in front of the galP gene, the P L lambda phage promoter in front of the glk gene, and promoter P L phage lambda in front of the aceEF-lpdA operon genes was confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40), P7 (SEQ ID NO: 41) and P8 ( SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) and P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47 ) and P20 (SEQ ID NO: 48), P25 (SEQ ID NO: 53) and P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) and P31 (SEQ ID NO: 59), P39 (SEQ ID NO: 67) and P40 (SEQ ID NO: 68). 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 ackA-pta, 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact adhE gene, 1494 bp for the intact ptsG gene, 317 bp for the intact regulatory region of the galP gene, 234 bp for the intact regulatory region of the glk gene and 201 bp for the intact regulatory region of the aceEF-lpdA operon. The length of the corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using the ackA-pta operon strain, the poxB gene, the ldhA gene, the adhE gene, the ptsG gene, and containing the P tac promoter in front of the galP gene, the P L promoter of the lambda phage the glk genome and the P L promoter of the lambda phage in front of the aceEF-lpdA operon genes were 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 bp, 162 bp, 248 bp , 418 bp and 502 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 ( ΔackA, Δpta, ApoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk, P L -aceEF-lpdA) with inactivated genes akA, pta, pohB, ldhA, adhE, ptsG, enhanced by the expression of galP and glk genes , and enhanced expression of the ACEE, aceF, and lpdA genes, named MSG2.0.
1.6. Конструирование штамма MSG2.1.1.6. Construction of the strain MSG2.1.
Штамм MSG2.1 (E.coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔiclR, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) получен на основе штамма MSG2.0 (E.coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) в результате инактивации в нем гена iclR.The strain MSG2.1 (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔiclR, P tac -galP, P L- glk, P L -aceEF-lpdA) was obtained on the basis of strain MSG2.0 (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP, P L- glk, P L -aceEF-lpdA) as a result of inactivation of the iclR gene in it.
Штамм E.coli с делетированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, iclR, усиленной экспрессией генов galP и glk, и усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и IpdA получен переносом в хромосому штамма MSG2.0 (E.coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) фрагмента хромосомы, с геном iclR, замененным геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата соответствующего трансдуцирующего фага, полученного ранее (Пример 1.4). Р1-трансдукцию осуществляли, 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 iclR геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р34 (SEQ ID NO: 62) и Р35 (SEQ ID NO: 63). 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 MSG2.0, составляла 946 п.н. для интактного гена iclR. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 1781 п.н. для гена iclR, 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. 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 ptsG, и гена iclR, а также факт наличия промотора Ptac, перед геном galP, промотора PL фага лямбда перед геном glk и промотора PL фага лямбда перед генами оперона aceEF-lpdA подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40), Р7 (SEQ ID NO: 41) и P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) и P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) и P20 (SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 62) и P35 (SEQ ID NO: 63), P25 (SEQ ID NO: 53) и P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) и P31 (SEQ ID NO: 59), P39 (SEQ ID NO: 67) и P40 (SEQ ID NO: 68). 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, 946 п.н. для интактного гена iclR, 317 п.н. для интактной регуляторной области гена galP, 234 п.н. для интактной регуляторной области гена glk и 201 п.н. для интактной регуляторной области оперона aceEF-lpdA. 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, геном iclR и содержащими промотор Рtac перед геном galP, промотор PL фага лямбда перед геном glk и промотор PL фага лямбда перед генами оперона aceEF-lpdA составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н., 329 п.н., 162 п.н., 184 п.н., 248 п.н., 418 п.н. и 502 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 CmSАрS-вариантов, получен штамм Е. coli MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔiclR, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, iclR, усиленной экспрессией генов galP и glk, и усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA, названный MSG2.1.The E. coli strain with deleted genes aca, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, iclR, enhanced expression of the galP and glk genes, and enhanced expression of the aceE, aceF and IpdA genes was obtained by transfer of the MSG2.0 strain (E. coli MG1655 to the chromosome ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk, P L -aceEF-lpdA) fragment of the chromosome, with the iclR gene replaced by the cat gene, flanked by attachment sites of the lambda phage using the preparation transducing phage obtained previously (Example 1.4). P1 transduction was carried out 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. On the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct shape, the iclR gene was replaced by the cat gene, flanked by the phage lambda sites, by PCR analysis using locus-specific primers P34 (SEQ ID NO: 62) and P35 (SEQ ID NO: 63). 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 MSG2.0 as a matrix of cells was 946 bp for the intact iclR gene. The length of the PCR products obtained as a result of the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 1781 bp for the iclR 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. The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removing the cat gene from the transductant chromosomes and dividing the ackA-pta operon, roxB gene, ldhA gene, adhE gene, ptsG gene, and iclR gene in them, as well as the presence of the P tac promoter, in front of the galP gene, the P L lambda phage promoter the glk gene and the P L lambda phage promoter in front of the aceEF-lpdA operon genes were confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40), P7 (SEQ ID NO: 41) and P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) and P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) and P20 (SEQ ID NO: 48), P34 (SEQ ID NO: 62) and P35 (SEQ ID NO: 63), P25 (SEQ ID NO: 53) and P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) and P31 (SEQ ID NO: 59), P39 (SEQ ID NO: 67) and P40 (SEQ ID NO: 68). 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 ackA-pta, 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact adhE gene, 1494 bp for the intact ptsG gene, 946 bp for the intact iclR gene, 317 bp for the intact regulatory region of the galP gene, 234 bp for the intact regulatory region of the glk gene and 201 bp for the intact regulatory region of the aceEF-lpdA operon. The length of the corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using the ackA-pta operon strain, roxB gene, ldhA gene, adhE gene, ptsG gene, iclR gene and containing the P tac promoter in front of the galP gene, P L phage promoter, as a cell matrix the lambda in front of the glk gene and the promoter P L phage of the lambda in front of the aceEF-lpdA operon genes was 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 bp, 162 bp, 184 bp n., 248 bp, 418 bp and 502 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 (ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA , ΔadhE, ΔptsG, ΔiclR, P tac -galP, P L- glk, P L -aceEF-lpdA) with inactivated genes akA, pta, pohV, ldhA, adhE, ptsG, iclR, enhanced by the expression of galP and glk genes, and enhanced expression of ACEE, aceF and lpdA genes, named MSG2.1.
1.7. Конструирование штамма MSG3.0.1.7. Construction of the strain MSG3.0.
Штамм MSG3.0 (Ε. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) получен на основе штамма MSG2.0 (Ε. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) в результате инактивации в нем гена pflB.The strain MSG3.0 (Ε. Coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, P tac -galP, P L -glk, P L -aceEF-lpdA) was obtained on the basis of strain MSG2.0 (Ε. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP, P L -glk, P L -aceEF-lpdA) as a result of inactivation of the pflB gene in it.
Первоначально целевая хромосомная модификации была получена индивидуально с использованием в качестве реципиента штамма E.coli MG1655. 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 рекомбинантного 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. 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 recombinant 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 .
Сначала был получен фрагмент ДНК для инактивации гена pflB.A DNA fragment was first obtained to inactivate the pflB gene.
Линейный фрагмент ДНК для делеции целевого гена получен при помощи ПЦР с использованием праймеров Р41 (SEQ ID NO: 69) и Р42 (SEQ ID NO: 70) и плазмиды pMW118-attL-Cm-attR (Каташкина Ж.И. и др., Направленное изменение уровня экспрессии генов в бактериальной хромосоме. Мол. Биол., 2005, 39(5):823-831) в качестве матрицы.A linear DNA fragment for deletion of the target gene was obtained by PCR using primers P41 (SEQ ID NO: 69) and P42 (SEQ ID NO: 70) and plasmid pMW118-attL-Cm-attR (Katashkina J.I. et al., Directional change in the level of gene expression in the bacterial chromosome (Mol. Biol. 2005, 39 (5): 823-831) as a matrix.
Праймер Р41 содержит участок ДНК размером в 36 нуклеотидов, гомологичный участку ДНК, расположенному на 5'-конце гена pflB и участок ДНК размером 28 нуклеотидов, комплементарный участку ДНК, расположенному на 3'-конце области attR. Праймер Р42 содержит участок ДНК размером в 36 нуклеотидов, комплементарный участку ДНК, расположенному на 3'-конце гена pflB, а также 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 дезоксирибонуклеозидтрифосфаты производства Fermentas (Литва).Primer P41 contains a 36 nucleotide DNA region homologous to the DNA region located at the 5 ′ end of the pflB gene and a 28 nucleotide DNA region complementary to the DNA region located at the 3 ′ end of the attR region. Primer P42 contains a 36 nucleotide DNA region complementary to the DNA region located at the 3 ′ end of the pflB gene, and a 28 nucleotide DNA region homologous to the DNA region located at the 5 ′ end of the attL 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).
Полученный ПЦР-продукт длиной 1700 п.н. для инактивации гена pflB очищали электрофорезом в агарозном геле и выделяли, в соответствии с рекомендациями производителя, с помощью Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, США). Итоговый фрагмент содержал ген устойчивости к хлорамфениколу (ген cat, кодирующий хлорамфениколацетилтрансферазу), фланкированный сайтами attL и attR фага лямбда, а также 36-звенные области фланговой гомологии с кодирующими областями целевого гена.The resulting PCR product with a length of 1700 bp to inactivate the pflB gene, it was purified by agarose gel electrophoresis and isolated, according to the manufacturer's recommendations, using the Qiagen QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, USA). The resulting fragment contained the chloramphenicol resistance gene (the cat gene encoding chloramphenicolacetyltransferase) flanked by the attL and attR sites of the lambda phage, as well as 36-link flank homology regions with coding regions of the target 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., Wanner B.L. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 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., Wanner BL One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products. Proc Natl Acad Sci USA, 2000 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 L plates. 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 хромосом отобранных CmRАрS колоний подтверждали ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р43 (SEQ ID NO: 71) и Р44 (SEQ ID NO: 72). 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.The fact that the proposed and experimentally obtained chromosome structures corresponded to the selected Cm R Ap S colonies was confirmed by PCR analysis using locus-specific primers P43 (SEQ ID NO: 71) and P44 (SEQ ID NO: 72). 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 продукта ПЦР, полученного в результате реакций с использованием в качестве матрицы клеток родительского штамма MG1655, составляла 2566 п.н. для интактного гена pflB. Длина продукта ПЦР, полученного в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток мутантного штамма, составляла 1983 п.н. для инактивированного гена iclR.The length of the PCR product obtained by reactions using the parental strain MG1655 as a matrix of cells was 2566 bp for the intact pflB gene. The length of the PCR product obtained by the reaction using a mutant strain as a matrix of cells was 1983 bp. for the inactivated iclR gene.
На основе отобранного CmRApS варианта штамма с замененными геном cat геном pflB получен препарат соответствующего Р1-трансдуцирующего фага.Based on the selected Cm R Ap S variant of the strain with the cat gene replaced by the pflB gene, a preparation of the corresponding P1 transducing phage was obtained.
Штамм Е. coli с делегированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, pflB, усиленной экспрессией генов galP и glk, и усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA получен переносом в хромосому штамма MSG2.0 (Е. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, Ptac-galP, ΡL-glk, PL-aceEF-lpdA) 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 Р43 (SEQ ID NO: 71) и Р44 (SEQ ID NO: 72). 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 MSG2.0, 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 делецию в них генов оперона ackA-pta, гена рохВ, гена ldhA, гена adhE, гена ptsG, и гена pflB, а также факт наличия промотора Ptac, перед геном galP, промотора PL фага лямбда перед геном glk и промотора PL фага лямбда перед генами оперона aceEF-lpdA подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40), Р7 (SEQ ID NO: 41) и P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) и P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) и P20 (SEQ ID NO: 48), P43 (SEQ ID NO: 71) и P44 (SEQ ID NO: 72), P25 (SEQ ID NO: 53) и P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) и P31 (SEQ ID NO: 59), P39 (SEQ ID NO: 67) и P40 (SEQ ID NO: 68). 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, 2566 п.н. для интактного гена pflB, 317 п.н. для интактной регуляторной области гена galP, 234 п.н. для интактной регуляторной области гена glk и 201 п.н. для интактной регуляторной области оперона aceEF-lpdA. 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, геном pflB и содержащими промотор Ptac перед геном galP, промотор PL фага лямбда перед геном glk и промотор PL фага лямбда перед генами оперона aceEF-lpdA составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н., 329 п.н., 162 п.н., 386 п.н., 248 п.н., 418 п.н. и 502 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 (ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, pflB, усиленной экспрессией генов galP и glk, и усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA, названный MSG3.0.The E. coli strain with delegated genes acA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, pflB, enhanced expression of the galP and glk genes, and enhanced expression of the aceE, aceF and lpdA genes was obtained by transfer of the MSG2.0 strain to the chromosome (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔpohB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, P tac -galP, Ρ L- glk, P L -aceEF-lpdA) of the chromosome fragment, with the pflB gene replaced by the cat gene, flanked by the lambda phage sites using the lambda phage with phage carrying the targeted 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. On the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct shape, the replacement of the pflB gene with the cat gene, flanked attachment sites of the lambda phage, PCR analysis using locus-specific primers P43 (SEQ ID NO: 71) and P44 (SEQ ID NO: 72) 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 MSG2.0 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 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 cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the cat gene from transductant chromosomes and deletion of the ackA-pta operon gene, poxB gene, ldhA gene, adhE gene, ptsG gene, and pflB gene in them, as well as the presence of the P tac promoter in front of the galP gene, P L lambda phage promoter before the glk gene and the P L lambda phage promoter in front of the aceEF-lpdA operon genes were confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40), P7 (SEQ ID NO: 41) and P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) and P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) and P20 (SEQ ID NO: 48), P43 (SEQ ID NO: 71) and P44 (SEQ ID NO: 72), P25 (SEQ ID NO: 53) and P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) and P31 (SEQ ID NO: 59), P39 (SEQ ID NO: 67) and P40 (SEQ ID NO: 68). 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 ackA-pta, 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact adhE gene, 1494 bp for the intact ptsG gene, 2566 bp for the intact pflB gene, 317 bp for the intact regulatory region of the galP gene, 234 bp for the intact regulatory region of the glk gene and 201 bp for the intact regulatory region of the aceEF-lpdA operon. The length of the corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using the ackA-pta operon strain, roxB gene, ldhA gene, adhE gene, ptsG gene, pflB gene and containing the P tac promoter in front of the galP gene, P L phage promoter, as a cell matrix the lambda in front of the glk gene and the promoter P L phage of the lambda in front of the aceEF-lpdA operon genes was 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 bp, 162 bp, 386 bp n., 248 bp, 418 bp and 502 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 ( ΔackA, Δpta, ΔrohB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, P tac -galP, P L -glk, P L -aceEF-lpdA) with inactivated genes askA, pta, pohB, ldhA, adhE, ptsG, galP and glk genes, and enhanced expression of the ACEE, aceF, and lpdA genes, called MSG3.0.
1.8. Конструирование штамма MSG3.1.1.8. Construction of the strain MSG3.1.
Штамм MSG3.1 (Е. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, ΔiclR, Ptac-galP, РL-glk, PL-aceEF-lpdA) получен на основе штамма MSG3.0 (Ε. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) в результате инактивации в нем гена iclR.Strain MSG3.1 (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, ΔiclR, P tac -galP, P L -glk, P L -aceEF-lpdA) was obtained on the basis of strain MSG3.0 ( Col. Coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, P tac -galP, P L -glk, P L -aceEF-lpdA) as a result of inactivation of the iclR gene in it.
Штамм Е. coli с делетированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, pflB, iclR, усиленной экспрессией генов galP и glk, и усиленной экспрессией генов асеЕ, aceF и lpdA получен переносом в хромосому штамма MSG3.0 (Е. coli MG1655 ΔасkА, Δpta, ΔрохВ, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) фрагмента хромосомы, с геном iclR, замененным геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, с использованием препарата соответствующего трансдуцирующего фага, полученного ранее (Пример 1.4). Р1-трансдукцию осуществляли, 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 iclR геном cat, фланкированным аттечмент сайтами фага лямбда, ПЦР анализом с помощью локус-специфичных праймеров Р34 (SEQ ID NO: 62) и Р35 (SEQ ID NO: 63). 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 MSG3.0, составляла 946 п.н. для интактного гена iclR. Длина продуктов ПЦР, полученных в результате реакции с использованием в качестве матрицы клеток полученных трансдуктантов, составляла 1781 п.н. для гена iclR, 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. 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 ptsG, гена pflΒ, и гена iclR, а также факт наличия промотора Ptac, перед геном galP, промотора PL фага лямбда перед геном glk и промотора PL фага лямбда перед генами оперона aceEF-lpdA подтверждали ПЦР с помощью соответствующих пар локус-специфичных праймеров Р3 (SEQ ID NO: 39) и Р4 (SEQ ID NO: 40), Р7 (SEQ ID NO: 41) и P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) и P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) и P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) и P20 (SEQ ID NO: 48), P43 (SEQ ID NO: 71) и P44 (SEQ ID NO: 72), P34 (SEQ ID NO: 62) и P35 (SEQ ID NO: 63), P25 (SEQ ID NO: 53) и P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) и P31 (SEQ ID NO: 59), P39 (SEQ ID NO: 67) и P40 (SEQ ID NO: 68). 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, 2566 п.н. для интактного гена pflB, 946 п.н. для интактного гена iclR, 317 п.н. для интактной регуляторной области гена galP, 234 п.н. для интактной регуляторной области гена glk и 201 п.н. для интактной регуляторной области оперона aceEF-lpdA. 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, геном pflB, геном iclR и содержащими промотор Ptac перед геном galP, промотор PL фага лямбда перед геном glk и промотор PL фага лямбда перед генами оперона aceEF-lpdA составляла 323 п.н., 255 п.н., 411 п.н., 329 п.н., 162 п.н., 386 п.н., 184 п.н., 248 п.н., 418 п.н. и 502 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 E.coli MG1655 (ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, ΔiclR, Ptac-galP, PL-glk, PL-aceEF-lpdA) с инактивированными генами асkА, pta, рохВ, ldhA, adhE, ptsG, pflB, iclR, усиленной экспрессией генов galP и glk, и усиленной экспрессией генов асеЕ, aceFn lpdA, названный MSG3.1.The E. coli strain with deleted genes askA, pta, poxB, ldhA, adhE, ptsG, pflB, iclR, enhanced expression of the galP and glk genes, and enhanced expression of the acee, aceF and lpdA genes was obtained by transferring the strain MSG3.0 to the chromosome (E. coli MG1655 ΔackA, Δpta, ΔroxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, P tac -galP, P L -glk, P L -aceEF-lpdA) chromosome fragment, with iclR gene replaced by cat gene, flanked attachment site using the preparation of the corresponding transducing phage obtained previously (Example 1.4). P1 transduction was carried out 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. On the chromosomes of the clones that form the fastest growing colonies of the correct shape, the iclR gene was replaced by the cat gene, flanked by the phage lambda sites, by PCR analysis using locus-specific primers P34 (SEQ ID NO: 62) and P35 (SEQ ID NO: 63). 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 MSG3.0 as a matrix of cells was 946 bp for the intact iclR gene. The length of the PCR products obtained as a result of the reaction using the obtained transductants as a matrix of cells was 1781 bp for the iclR 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. The selection of transformed clones was performed using LB medium containing ampicillin (100 μg / ml). The cat gene was removed from transformed clones by growing individual strain colonies on plates with LB medium with selection of chloramphenicol-sensitive and ampicillin-resistant Cm S Ap R variants. Removal of the cat gene from transductant chromosomes and deletion of the ackA-pta operon gene, poxB gene, ldhA gene, adhE gene, ptsG gene, pflΒ gene, and iclR gene, as well as the presence of the P tac promoter, in front of the galP gene, P L promoter lambda phage in front of the glk gene and the P L promoter phage lambda in front of the aceEF-lpdA operon genes were confirmed by PCR using the corresponding pairs of locus-specific primers P3 (SEQ ID NO: 39) and P4 (SEQ ID NO: 40), P7 (SEQ ID NO : 41) and P8 (SEQ ID NO: 42), P11 (SEQ ID NO: 43) and P12 (SEQ ID NO: 44), P15 (SEQ ID NO: 45) and P16 (SEQ ID NO: 46), P19 (SEQ ID NO: 47) and P20 (SEQ ID NO: 48), P43 (SEQ ID NO: 71) and P44 (SEQ ID NO: 72), P34 (SEQ ID NO: 62) and P35 (SEQ ID NO: 63), P25 (SEQ ID NO: 53) and P26 (SEQ ID NO: 54), P30 (SEQ ID NO: 58) and P31 (SEQ ID NO: 59), P39 (SEQ ID NO: 67) and P40 (SEQ ID NO: 68). 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 ackA-pta, 1872 bp for the intact RohB gene, 1299 bp for the intact ldhA gene, 2903 bp for the intact adhE gene, 1494 bp for the intact ptsG gene, 2566 bp for the intact pflB gene, 946 bp for the intact iclR gene, 317 bp for the intact regulatory region of the galP gene, 234 bp for the intact regulatory region of the glk gene and 201 bp for the intact regulatory region of the aceEF-lpdA operon. The length of the corresponding PCR products obtained as a result of the reaction using the ackA-pta operon strain, roxB gene, ldhA gene, adhE gene, ptsG gene, pflB gene, iclR gene and containing the P tac promoter in front of the galP gene, the promoter The P L phage lambda in front of the glk gene and the promoter P L phage lambda in front of the aceEF-lpdA operon genes was 323 bp, 255 bp, 411 bp, 329 bp, 162 bp, 386 bp, 184 bp, 248 bp, 418 bp and 502 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 ( ΔackA, Δpta, ΔpoxB, ΔldhA, ΔadhE, ΔptsG, ΔpflB, ΔiclR, P tac -galP, P L- glk, P L -aceEF-lpdA) with inactivated genes as AkA, pta, pokhB, ldhA, adhE, adhF, iclR, enhanced expression of the galP and glk genes, and enhanced expression of the acEE genes, aceFn lpdA, named MSG3.1.
1.9. Получение штаммов MSG1.0 [pPYC], MSG1.1 [pPYC], MSG2.0 [pPYC], MSG2.1 [pPYC], MSG3.0 [pPYC], MSG3.1 [pPYC].1.9. Obtaining strains MSG1.0 [pPYC], MSG1.1 [pPYC], MSG2.0 [pPYC], MSG2.1 [pPYC], MSG3.0 [pPYC], MSG3.1 [pPYC].
Штаммы бактерий Escherichia coli MSG1.0 [pPYC], MSG1.1 [pPYC], MSG2.0 [pPYC], MSG2.1 [pPYC], MSG3.0 [pPYC], MSG3.1 [pPYC] - продуценты янтарной кислоты - получены в результате трансформации штаммов MSG1.0, MSG1.1, MSG2.0, MSG2.1, MSG3.0, MSG3.1 плазмидой pPYC, содержащей ген русА, кодирующий функционально активную пируват карбоксилазу из Bacillus subtilis (RU 2466186), по стандартной методике (Sambrook et al, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989).Bacterial strains Escherichia coli MSG1.0 [pPYC], MSG1.1 [pPYC], MSG2.0 [pPYC], MSG2.1 [pPYC], MSG3.0 [pPYC], MSG3.1 [pPYC] - succinic acid producers - obtained by transformation of strains MSG1.0, MSG1.1, MSG2.0, MSG2.1, MSG3.0, MSG3.1 with the pPYC plasmid containing the RusA gene encoding the functionally active pyruvate carboxylase from Bacillus subtilis (RU 2466186), according to standard technique (Sambrook et al, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989).
Пример 2. Продукция янтарной кислоты заявляемыми штаммами бактерий Escherichia coli.Example 2. Production of succinic acid by the claimed strains of bacteria Escherichia coli.
2.1. Характеристика коэффициентов конверсии глюкозы в янтарную кислоту заявляемыми штаммами бактерий Escherichia coli.2.1. Characterization of the conversion rates of glucose to succinic acid by the claimed bacterial strains of Escherichia coli.
Клетки штамма MSG1.0 [pPYC] или MSG1.1 [pPYC] или MSG2.0 [pPYC] или MSG2.1 [pPYC] или MSG3.0 [pPYC] или MSG3.1 [pPYC] выращивают в течение ночи в среде М9 (Sambrook, J., Fritsch, E.F., and Maniatis, T., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989), содержащей 2 г/л глюкозы и 1 г/л триптона, 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 7 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 5 г/л глюкозы и 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. Для поддержания плазмиды pPYC все среды содержат дополнительно 100 мг/л ампициллина. 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 ион-эксклюзионную колонку Rezex ROA-Organic Acid Н+ (8%) (300×7,8 mm, 8 µm, Phenomenex, USA). Детекцию осуществляют при длине волны 210 нм. В качестве подвижной фазы используют водный раствор серной кислоты (2,5 мМ) со скоростью потока 0,5 мл/мин. Для измерения концентрации глюкозы, система Waters HPLC system комплектуют 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 со временем удерживания соответствующих стандартов.Cells of strain MSG1.0 [pPYC] or MSG1.1 [pPYC] or MSG2.0 [pPYC] or MSG2.1 [pPYC] or MSG3.0 [pPYC] or MSG3.1 [pPYC] are grown overnight in M9 medium (Sambrook, J., Fritsch, EF, and Maniatis, T., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) containing 2 g / l glucose and 1 g / l tryptone, 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 7 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 salt medium containing 5 g / l glucose and 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. To maintain the pPYC plasmid, all media contain an additional 100 mg / L ampicillin. 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 organic acid concentrations, a Rezex ROA-Organic Acid H + ion-exclusion column (8%) (300 × 7.8 mm, 8 μm, Phenomenex, USA) was used. Detection is carried out at a wavelength of 210 nm. As the mobile phase, an aqueous solution of sulfuric acid (2.5 mmol) is used with a flow rate of 0.5 ml / min. To measure glucose concentration, the Waters HPLC system is equipped with a Waters 2414 refractory detector and a Spherisorb-NH2 column (4.6 × 250 mm, 5 μm, Waters, USA). A mixture of acetonitrile / ethyl acetate / water (volume ratio 76/4/20) with a flow rate of 1 ml / min is used as the mobile phase. Substances are identified by comparing their retention times with the retention times of their respective standards.
Молярные концентрации потребленной штаммами глюкозы, накопленных метаболитов и молярные выходы янтарной кислоты в результате соответствующих пробирочных ферментаций представлены в Таблице 1.The molar concentrations of glucose consumed by the strains, accumulated metabolites and molar yields of succinic acid as a result of the corresponding in vitro fermentation are presented in Table 1.
Коэффициенты конверсии глюкозы в янтарную кислоту демонстрируемые заявляемыми штаммами бактерий Escherichia coli MSG 1.0 [pPYC] и MSG 1.1 [pPYC] составляют 1,56 моль/моль и 1,59 моль/моль и превосходят аналогичные показатели штаммов ближайших аналогов SBS550MG [pHL413], SGM1.0 [pPYC] и SGM1.1 [pPYC] (1,3 моль/моль, 1,31 моль/моль и 1,32 моль/моль), достигая 97% и 99% от соответствующего теоретического максимума -1,6 моль/моль.The conversion rates of glucose to succinic acid demonstrated by the claimed bacterial strains of Escherichia coli MSG 1.0 [pPYC] and MSG 1.1 [pPYC] are 1.56 mol / mol and 1.59 mol / mol and are superior to those of the strains of the closest analogues SBS550MG [pHL413], SGM1 .0 [pPYC] and SGM1.1 [pPYC] (1.3 mol / mol, 1.31 mol / mol and 1.32 mol / mol), reaching 97% and 99% of the corresponding theoretical maximum of -1.6 mol / mol.
Коэффициенты конверсии глюкозы в янтарную кислоту демонстрируемые заявляемыми штаммами бактерий Escherichia coli MSG2.0 [pPYC] и MSG2.1 [pPYC] составляют 1,64 моль/моль и 1,65 моль/моль и превосходят аналогичные показатели штаммов ближайших аналогов SGM2.0 [pPYC] и SGM2.1 [pPYC] (1,42 моль/моль и 1,49 моль/моль), достигая 98% и 99% от соответствующего теоретического максимума - 1,6(6) моль/моль.The conversion rates of glucose to succinic acid demonstrated by the claimed bacterial strains of Escherichia coli MSG2.0 [pPYC] and MSG2.1 [pPYC] are 1.64 mol / mol and 1.65 mol / mol and are superior to similar strains of the closest analogs of SGM2.0 [ pPYC] and SGM2.1 [pPYC] (1.42 mol / mol and 1.49 mol / mol), reaching 98% and 99% of the corresponding theoretical maximum - 1.6 (6) mol / mol.
Коэффициент конверсии глюкозы в янтарную кислоту демонстрируемый заявляемыми штаммами бактерий Escherichia coli MSG3.0 [pPYC] и MSG3.1 [pPYC] составляет 1,7 моль/моль и превосходит аналогичные показатели штаммов ближайших аналогов NZ-041, SGM3.0 [pPYC] и SGM3.1 [pPYC] (1,31 моль/моль, 1,46 моль/моль и 1,66 моль/моль), достигая 99% от соответствующего теоретического максимума - 1,71 моль/моль.The conversion rate of glucose to succinic acid demonstrated by the claimed bacterial strains of Escherichia coli MSG3.0 [pPYC] and MSG3.1 [pPYC] is 1.7 mol / mol and exceeds the similar rates of strains of the closest analogues NZ-041, SGM3.0 [pPYC] and SGM3.1 [pPYC] (1.31 mol / mol, 1.46 mol / mol and 1.66 mol / mol), reaching 99% of the corresponding theoretical maximum of 1.71 mol / mol.
2.2. Характеристика накопления янтарной кислоты заявляемыми штаммами бактерий Escherichia coli MSG3.0 [pPYC] и MSG3.1 [pPYC].2.2. Characterization of succinic acid accumulation by the claimed bacterial strains of Escherichia coli MSG3.0 [pPYC] and MSG3.1 [pPYC].
Клетки штамма MSG3.0 [pPYC] или MSG3.1 [pPYC] выращивают в течение ночи в среде М9 (Sambrook, J., Fritsch, E.F., and Maniatis, T., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989), содержащей 2 г/л глюкозы и 1 г/л триптона, при 37°С. По 5 мл полученных ночных культур разбавляют в 10 раз, добавляют 45 мл среды М9, содержащей 10 г/л глюкозы и 4 мл раствора нейтрализованного до рН 7,0 кислотного гидролизата пшеничного глютена (Cargill, Ефремово, Россия), с содержанием растворенного сухого вещества 115 г/л. Полученные культуры выращивают в колбах объемом 750 мл закрытых ватными пробками при 37°С на роторной качалке при 250 об/мин в течение 7 часов. Затем, клеточные суспензии засевают в ферментационный аппарат (1L Microbial BioBundle System, Applikon Biotechnology, Netherlands), содержащий 450 мл нейтрализованной комбинированной среды (3 г/л КН2РO4, 6,8 г/л К2НРO4×3Н2O; 1 г/л NaCl; 5 г/л (NH4)2HPO4; 0,25 г/л MgSO4×7H2O; 0,01 г/л СаСl2×2Н2O; 5 мг/л тиамина и 40 мл/л кислотного гидролизата пшеничного глютена, 100 мг/л ампициллина, 2 г/л глюкозы). Аэробное накопление биомассы осуществляют при 37°С в течение 7 часов при оборотах мешалки 800 об/мин и потоке воздуха 0,6 л/л/мин. Анаэробную продуктивную стадию инициируют добавлением 100 мл 50% раствора глюкозы, до конечной концентрации 83,3(3) г/л, снижением оборотов мешалки до 250 об/мин и заменой входящего газа на СO2 со скоростью потока 0,5 л/мин. В течение анаэробной фазы рН среды поддерживают на значении 7,0 автоматическим добавлением 40% раствора NaOH (суммарный объем ~110 мл). Определение концентраций янтарной кислоты в культуральной жидкости осуществляют методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, как описано выше (Пример 2.1).Cells of strain MSG3.0 [pPYC] or MSG3.1 [pPYC] are grown overnight in M9 medium (Sambrook, J., Fritsch, EF, and Maniatis, T., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) containing 2 g / l glucose and 1 g / l tryptone at 37 ° C. 5 ml of the resulting overnight cultures are diluted 10 times, 45 ml of M9 medium containing 10 g / l glucose and 4 ml of a solution of wheat gluten neutralized acid hydrolyzate to pH 7.0 (Cargill, Efremovo, Russia) are added with dissolved solids 115 g / l The resulting cultures were grown in 750 ml flasks closed with cotton plugs at 37 ° C on a rotary shaker at 250 rpm for 7 hours. Then, cell suspensions are seeded in a fermentation apparatus (1L Microbial BioBundle System, Applikon Biotechnology, Netherlands) containing 450 ml of neutralized combination medium (3 g / L KH 2 PO 4 , 6.8 g / L K 2 HPO 4 × 3H 2 O ; 1 g / l NaCl; 5 g / l (NH 4 ) 2 HPO 4 ; 0.25 g / l MgSO 4 × 7H 2 O; 0.01 g / l CaCl 2 × 2H 2 O; 5 mg / l thiamine and 40 ml / l of wheat gluten acid hydrolyzate, 100 mg / l of ampicillin, 2 g / l of glucose). Aerobic biomass accumulation is carried out at 37 ° C for 7 hours at a stirrer speed of 800 rpm and an air flow of 0.6 l / l / min. An anaerobic productive stage is initiated by adding 100 ml of a 50% glucose solution to a final concentration of 83.3 (3) g / l, reducing the stirrer speed to 250 rpm and replacing the incoming gas with CO 2 at a flow rate of 0.5 l / min. During the anaerobic phase, the pH of the medium is maintained at a value of 7.0 by automatically adding 40% NaOH solution (total volume ~ 110 ml). The concentration of succinic acid in the culture fluid is determined by high performance liquid chromatography as described above (Example 2.1).
Репрезентативные значения концентраций янтарной кислоты накопленной в результате соответствующих ферментаций с использованием штаммов бактерий Escherichia coli MSG3.0 [pPYC] и MSG3.1 [pPYC] представлены в Таблице 2.Representative concentrations of succinic acid accumulated as a result of the corresponding fermentations using Escherichia coli bacterial strains MSG3.0 [pPYC] and MSG3.1 [pPYC] are presented in Table 2.
Таким образом, заявляемые штаммы бактерий Eshcerichia coli являются высокоэффективными и перспективными для использовании в промышленности продуцентами, позволяющими получать янтарную кислоту из глюкозы с высокими коэффициентами конверсии, приближенными к максимально возможным значениям.Thus, the claimed strains of bacteria Eshcerichia coli are highly effective and promising for use in industry by producers, allowing to obtain succinic acid from glucose with high conversion ratios, close to the maximum possible values.
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015126449/10A RU2603004C1 (en) | 2015-07-02 | 2015-07-02 | Strain of bacteria escherichia coli-succinic acid producer (versions) and method for preparing succinic acid using this strain |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015126449/10A RU2603004C1 (en) | 2015-07-02 | 2015-07-02 | Strain of bacteria escherichia coli-succinic acid producer (versions) and method for preparing succinic acid using this strain |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2603004C1 true RU2603004C1 (en) | 2016-11-20 |
Family
ID=57760210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015126449/10A RU2603004C1 (en) | 2015-07-02 | 2015-07-02 | Strain of bacteria escherichia coli-succinic acid producer (versions) and method for preparing succinic acid using this strain |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2603004C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803258C1 (en) * | 2022-04-12 | 2023-09-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (ФГАОУ ВО НИ ТПУ) | Method of carbohydrate fermentation by escherichia coli bacteria |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2528056C2 (en) * | 2012-10-19 | 2014-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП "ГосНИИгенетика") | RECOMBINANT BACTERIAL STRAIN Escherichia coli THAT IS SUCCINIC ACID PRODUCER (VERSIONS) AND METHOD FOR PREPARING SUCCINIC ACID WITH USING THIS STRAIN |
-
2015
- 2015-07-02 RU RU2015126449/10A patent/RU2603004C1/en active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2528056C2 (en) * | 2012-10-19 | 2014-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП "ГосНИИгенетика") | RECOMBINANT BACTERIAL STRAIN Escherichia coli THAT IS SUCCINIC ACID PRODUCER (VERSIONS) AND METHOD FOR PREPARING SUCCINIC ACID WITH USING THIS STRAIN |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
LIN H. ET AL. Metabolic engineering of aerobic succinate production systems in Escherichia coli to improve process productivity and achieve the maximum theoretical succinate yield // Metabolic Engineering, 2005, 7 pp. 116-127. LU J. ET AL. Combinatorial modulation of galP and glk gene expression for improved alternative glucose utilization. // Appl Microbiol Biotechnol. 2012 Mar;93(6):2455-62. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803258C1 (en) * | 2022-04-12 | 2023-09-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (ФГАОУ ВО НИ ТПУ) | Method of carbohydrate fermentation by escherichia coli bacteria |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2355763C2 (en) | Mutant acetolactase synthase and method of producing branched l-amino acids | |
KR100420743B1 (en) | Methods for the preparation of novel lysine decarboxylase genes and L-lysine | |
KR102321146B1 (en) | Recombinant microorganism for improved production of fine chemicals | |
KR101188432B1 (en) | Variant Microorganism Having Putrescine Producing Ability and Method for Preparing Putrescine Using the Same | |
TW200306352A (en) | Method for producing L-amino acid | |
CA2700510A1 (en) | Mutant microorganisms having high ability to produce putrescine and method for producing putrescine using the same | |
KR20180011313A (en) | Recombinant microorganism for improved production of fine chemicals | |
RU2215782C2 (en) | Method for preparing l-amino acids, strain escherichia coli as producer of l-amino acid (variants) | |
US20070249018A1 (en) | Reduced overflow metabolism and methods of use | |
US20130210097A1 (en) | Glycolic acid fermentative production with a modified microorganism | |
RU2692645C2 (en) | Escherichia genus microorganism producing l-tryptophan, and method of producing l-tryptophan using thereof | |
RU2466186C2 (en) | BACTERIUM Escherichia coli - SUCCINIC ACID PRODUCER AND METHOD FOR PREPARING SUCCINIC ACID | |
EP3102675B1 (en) | Improved microorganisms for succinic acid production | |
EP3670526B1 (en) | Method for the fermentative production of l-lysine using c. glutamicum strains with a mutated kup transporter | |
EP3102674B1 (en) | Modified microorganism with improved biomass separation behaviour | |
RU2528056C2 (en) | RECOMBINANT BACTERIAL STRAIN Escherichia coli THAT IS SUCCINIC ACID PRODUCER (VERSIONS) AND METHOD FOR PREPARING SUCCINIC ACID WITH USING THIS STRAIN | |
RU2603004C1 (en) | Strain of bacteria escherichia coli-succinic acid producer (versions) and method for preparing succinic acid using this strain | |
KR101028039B1 (en) | Microorganism Enhanced Resistance of Succinic Acid and Method for Preparing Succinic Acid Using the Same | |
KR102683624B1 (en) | Microorganisms with stabilized copy numbers of functional DNA sequences and related methods | |
RU2573936C1 (en) | Strain of bacteria escherichia coli - producer of fumaric acid and method of obtaining fumaric acid using this strain | |
EP3625337B1 (en) | Process for producing an organic compound | |
KR20100130564A (en) | Recombinant microorganism producing taurine and method for preparing taurine using the same | |
RU2215784C2 (en) | Method for preparing l amino acids, strain escherichia coli as producer of l-amino acid (variants) | |
RU2775206C1 (en) | Escherichia coli strain with inactivated yjem gene - l-threonine producer | |
KR102682476B1 (en) | Novel itaconic acid production pathway and method of itaconic acid production |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20170621 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |