RU2810742C1 - Method of determining activity of restriction endonucleases in cell extracts of microorganisms - Google Patents
Method of determining activity of restriction endonucleases in cell extracts of microorganisms Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810742C1 RU2810742C1 RU2023111276A RU2023111276A RU2810742C1 RU 2810742 C1 RU2810742 C1 RU 2810742C1 RU 2023111276 A RU2023111276 A RU 2023111276A RU 2023111276 A RU2023111276 A RU 2023111276A RU 2810742 C1 RU2810742 C1 RU 2810742C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- restriction endonucleases
- activity
- microorganisms
- cell extract
- Prior art date
Links
- 108091008146 restriction endonucleases Proteins 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000284 extract Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 244000005700 microbiome Species 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000003298 DNA probe Substances 0.000 claims abstract description 8
- 108020003215 DNA Probes Proteins 0.000 claims abstract description 7
- QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol;hydron;chloride Chemical compound Cl.OCC(N)(CO)CO QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- GNBHRKFJIUUOQI-UHFFFAOYSA-N fluorescein Chemical group O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC=C(O)C=C1OC1=CC(O)=CC=C21 GNBHRKFJIUUOQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 2
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 abstract description 7
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 abstract description 7
- 238000002866 fluorescence resonance energy transfer Methods 0.000 abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229940124276 oligodeoxyribonucleotide Drugs 0.000 abstract description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 2
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 9
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 9
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 9
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 8
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 108010042407 Endonucleases Proteins 0.000 description 3
- 108010064978 Type II Site-Specific Deoxyribonucleases Proteins 0.000 description 3
- JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N [3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-hydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methyl [5-(6-aminopurin-9-yl)-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate Polymers Cc1cn(C2CC(OP(O)(=O)OCC3OC(CC3OP(O)(=O)OCC3OC(CC3O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)C(COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3CO)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)O2)c(=O)[nH]c1=O JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 description 3
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 102000004533 Endonucleases Human genes 0.000 description 2
- 241000701959 Escherichia virus Lambda Species 0.000 description 2
- 102000016943 Muramidase Human genes 0.000 description 2
- 108010014251 Muramidase Proteins 0.000 description 2
- 108010062010 N-Acetylmuramoyl-L-alanine Amidase Proteins 0.000 description 2
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 2
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 description 2
- 239000011543 agarose gel Substances 0.000 description 2
- 238000000246 agarose gel electrophoresis Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- ZMMJGEGLRURXTF-UHFFFAOYSA-N ethidium bromide Chemical compound [Br-].C12=CC(N)=CC=C2C2=CC=C(N)C=C2[N+](CC)=C1C1=CC=CC=C1 ZMMJGEGLRURXTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960005542 ethidium bromide Drugs 0.000 description 2
- 239000012139 lysis buffer Substances 0.000 description 2
- 229960000274 lysozyme Drugs 0.000 description 2
- 235000010335 lysozyme Nutrition 0.000 description 2
- 239000004325 lysozyme Substances 0.000 description 2
- YBYRMVIVWMBXKQ-UHFFFAOYSA-N phenylmethanesulfonyl fluoride Chemical compound FS(=O)(=O)CC1=CC=CC=C1 YBYRMVIVWMBXKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- UMCMPZBLKLEWAF-BCTGSCMUSA-N 3-[(3-cholamidopropyl)dimethylammonio]propane-1-sulfonate Chemical compound C([C@H]1C[C@H]2O)[C@H](O)CC[C@]1(C)[C@@H]1[C@@H]2[C@@H]2CC[C@H]([C@@H](CCC(=O)NCCC[N+](C)(C)CCCS([O-])(=O)=O)C)[C@@]2(C)[C@@H](O)C1 UMCMPZBLKLEWAF-BCTGSCMUSA-N 0.000 description 1
- 241000203069 Archaea Species 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 238000009010 Bradford assay Methods 0.000 description 1
- 101710150423 DNA nickase Proteins 0.000 description 1
- 241000206602 Eukaryota Species 0.000 description 1
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- 241000590002 Helicobacter pylori Species 0.000 description 1
- 108010025076 Holoenzymes Proteins 0.000 description 1
- 241000588653 Neisseria Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000013592 cell lysate Substances 0.000 description 1
- 230000006037 cell lysis Effects 0.000 description 1
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 1
- 238000001663 electronic absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 229940037467 helicobacter pylori Drugs 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- GUUBJKMBDULZTE-UHFFFAOYSA-M potassium;2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid;hydroxide Chemical compound [OH-].[K+].OCCN1CCN(CCS(O)(=O)=O)CC1 GUUBJKMBDULZTE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- DGVVWUTYPXICAM-UHFFFAOYSA-N β‐Mercaptoethanol Chemical compound OCCS DGVVWUTYPXICAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области биохимии и касается способа определения активности ферментов рестрикции (эндонуклеазы рестрикции) в клеточном экстракте, полученном из разнообразных микроорганизмов.The invention relates to the field of biochemistry and concerns a method for determining the activity of restriction enzymes (restriction endonucleases) in a cell extract obtained from a variety of microorganisms.
Эндонуклеазы рестрикции (рестриктазы), которые расщепляют обе нити ДНК сайт-специфическим образом, являются фундаментальным инструментом молекулярной биологии. Открытие эндонуклеаз началось в 1960-х годах и привело к их коммерческой доступности в начале 1970-х годов. Хотя в основном эндонуклеазы рестрикции обнаружены в бактериальных геномах и плазмидах, они также существуют у архей, вирусов и эукариот. По оценкам, каждая четвертая исследованная бактерия может содержать одну или несколько рестриктаз (Roberts, R. J. and Halford, S. E. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY. 1993). Neisseria и Helicobacter pylori представляют собой наиболее богатые источники ферментов рестрикции. В отдельных штаммах этих микроорганизмов было обнаружено от 7 до 14 генов эндонуклеаз, хотя некоторые гены активно не экспрессируются (Stein, D.C., Gunn, J.S., Radlinska, М., Piekarowicz, A. Gene. 1995, Lin, L-F. Posfai, J., Roberts, R. J., and Kong, H. Nuc. Acids Res. 2001).Restriction endonucleases (restriction enzymes), which cleave both strands of DNA in a site-specific manner, are a fundamental tool in molecular biology. The discovery of endonucleases began in the 1960s and led to their commercial availability in the early 1970s. Although restriction endonucleases are primarily found in bacterial genomes and plasmids, they also exist in archaea, viruses, and eukaryotes. It is estimated that one in four bacteria examined may contain one or more restriction enzymes (Roberts, R. J. and Halford, S. E. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY. 1993). Neisseria and Helicobacter pylori are the richest sources of restriction enzymes. In individual strains of these microorganisms, from 7 to 14 endonuclease genes were found, although some genes are not actively expressed (Stein, D.C., Gunn, J.S., Radlinska, M., Piekarowicz, A. Gene. 1995, Lin, L-F. Posfai, J. , Roberts, R. J., and Kong, H. Nuc. Acids Res. 2001).
В настоящее время известно 3500 ферментов рестрикции (всех возможных типов), которые распознают 259 различных последовательностей ДНК. Подавляющее большинство из них, около 3460 ферментов, распознающих 234 последовательности ДНК, классифицируются как эндонуклеазы рестрикции типа II. Как правило, распространенные эндонуклеазы рестрикции типа II являются гомодимерами (в большинстве случаев с массой мономерной субъединицы между 25 и 35 кДа), нуждаются в двухвалентном металле (Mg2+) для катализа и расщепляют ДНК внутри палиндромов, частичных палиндромов или прерванных палиндромов. Несмотря на разную первичную последовательность, эндонуклеазы рестрикции типа II имеют схожую трехмерную структуру: U-образный димерный холофермент, в котором каждая из идентичных субъединиц располагается таким образом, что по бокам находятся домены, вносящие свой вклад в распознавание и катализ, а внизу мостиковые (соединительные) домены. Мономеры эндонуклеаз рестрикции типа II сами по себе не обладают активностью.There are currently 3,500 known restriction enzymes (of all possible types) that recognize 259 different DNA sequences. The vast majority of them, about 3460 enzymes recognizing 234 DNA sequences, are classified as type II restriction endonucleases. In general, common type II restriction endonucleases are homodimers (in most cases with a monomeric subunit mass between 25 and 35 kDa), require a divalent metal (Mg 2+ ) for catalysis, and cleave DNA within palindromes, partial palindromes, or interrupted palindromes. Despite their different primary sequences, type II restriction endonucleases have a similar three-dimensional structure: a U-shaped dimeric holoenzyme in which each of the identical subunits is arranged so that on the sides there are domains that contribute to recognition and catalysis, and at the bottom bridging (connecting) ) domains. Type II restriction endonuclease monomers are not active by themselves.
В настоящее время известно лишь 16 сайт-специфических ДНК-никаз, расщепляющих одну из цепей ДНК в специфическом сайте. Всего на сегодняшний день клонировано 297 ферментов рестрикции. Эндонуклеазы рестрикции все еще остаются областью активных исследований, включающих в себя такие аспекты, как механизм расщепления, функции in vivo, эволюционное происхождение и как объект модели сайт-специфического распознавания ДНК. Но даже несмотря на то, что количество охарактеризованных ферментов, которые являются основным продуктом молекулярной биологии, продолжает расти, количество поставщиков и разнообразие их продуктовых линеек увеличивается, до сих пор нет универсального подхода для скрининга рестриктазной активности в клеточных экстрактах различного происхождения.Currently, only 16 site-specific DNA nickases are known that cleave one of the DNA strands at a specific site. A total of 297 restriction enzymes have been cloned to date. Restriction endonucleases are still an area of active research, including aspects such as cleavage mechanism, in vivo functions, evolutionary origins, and as the subject of a site-specific DNA recognition model. But even as the number of characterized enzymes that are a staple of molecular biology continues to grow, the number of suppliers and the variety of their product lines increase, there is still no universal approach for screening restriction enzyme activity in cell extracts of various origins.
В связи с этим, разработка способа скрининга для определения активности эндонуклеаз рестрикции в клеточных экстрактах является актуальной задачей и чрезвычайно важна для развития биотехнологических и генетических технологий.In this regard, the development of a screening method for determining the activity of restriction endonucleases in cell extracts is an urgent task and is extremely important for the development of biotechnological and genetic technologies.
Активность фермента характеризуют величиной каталитической константы kcat, равной числу оборотов фермента в единицу времени. За удельную активность (А) фермента принимают, как широко распространено в энзимологии, количество мкмоль продукта, образующегося в минуту, в расчете на 1 мг фермента (мкмоль × мин-1 × мг-1), (Биохимия, 2004, Т. 69, Вып. 1, С. 134-144).Enzyme activity is characterized by the value of the catalytic constant k cat , equal to the number of enzyme revolutions per unit time. As is widely accepted in enzymology, the specific activity (A) of an enzyme is taken to be the number of micromoles of product formed per minute per 1 mg of enzyme (µmol × min -1 × mg -1 ), (Biochemistry, 2004, T. 69, Issue 1, pp. 134-144).
Известен способ тестирования бактериальных штаммов на наличие активности эндонуклеаз рестрикции, заключающийся в том, что собранные клетки обрабатывают лизоцимом и тритоном Х-100 и после центрифугирования супернатант анализируют на наличие специфической эндонуклеазной активности с помощью электрофореза в агарозном геле. Способ позволяет за 3-4 часа провести анализ до 100 колоний (Белавин П.А., Дедков B.C., Дегтярев С.Х. Прикладная биохимия и микробиология. 1988).A known method for testing bacterial strains for the presence of restriction endonuclease activity involves treating the collected cells with lysozyme and Triton X-100 and, after centrifugation, the supernatant is analyzed for the presence of specific endonuclease activity using agarose gel electrophoresis. The method allows you to analyze up to 100 colonies in 3-4 hours (Belavin P.A., Dedkov V.S., Degtyarev S.Kh. Applied biochemistry and microbiology. 1988).
Несколькими годами позже этот способ был немного дополнен. Клетки бактериальных штаммов, обработанные лизоцимом и тритоном Х-100, инкубировали в течении 3 часов с ДНК фага λ или плазмидой. Результат анализировали с помощью электрофореза в агарозном геле (Дедков B.C., Дегтярев С.Х. Прикладная биохимия и микробиология. 1992).A few years later, this method was slightly expanded. Cells of bacterial strains treated with lysozyme and Triton X-100 were incubated for 3 hours with phage λ DNA or plasmid. The result was analyzed using agarose gel electrophoresis (Dedkov B.S., Degtyarev S.Kh. Applied biochemistry and microbiology. 1992).
Основными недостатками известных способов являются многостадийность и многокомпонентность используемых подходов.The main disadvantages of the known methods are the multi-stage and multi-component nature of the approaches used.
Наиболее ближайшим к заявленному способу - прототипом, является способ определения активности рестриктазы PspXI в клетках культуры, заключающийся в следующем. Реакцию запускают путем смешивания раствора субстрата и клеточного лизата и инкубируют смесь при 37°С в течении часа. Продукты реакции разделяют в агарозном геле и, после окрашивания бромистым этидием, гель визуализируют в УФ-свете. В качестве субстрата используют ДНК фага λ, гидролизованную эндонуклеазой рестрикции HindIII или плазмиды pBluescriptSK(+) (pBS). Взаимодействие эндонуклеазы рестрикции с ДНК-субстратом приводит к расщеплению 2'-дезоксирибозофосфатного остова по специфическому сайту. В результате чего в геле видны продукты реакции, образующиеся при действии эндонуклеазы рестрикции HindIII и дополнительные продукты реакции, характерные для новой эндонуклеазы рестрикции (Гончар Д.А., Абдурашитов М.А., Беличенко О.А., Дедков B.C., Мезенцева Н.В., Томилова Ю.Э., Дегтярев С.Х. Вестник биотехнологии. 2005).The prototype closest to the claimed method is a method for determining the activity of restriction enzyme PspXI in culture cells, which consists of the following. The reaction is started by mixing the substrate solution and cell lysate and incubating the mixture at 37°C for an hour. The reaction products are separated on an agarose gel and, after staining with ethidium bromide, the gel is visualized under UV light. As a substrate, DNA of phage λ, hydrolyzed with the restriction endonuclease HindIII or plasmid pBluescriptSK(+) (pBS), is used. The interaction of a restriction endonuclease with a DNA substrate leads to cleavage of the 2'-deoxyribose phosphate backbone at a specific site. As a result, the reaction products formed under the action of the HindIII restriction endonuclease and additional reaction products characteristic of the new restriction endonuclease are visible in the gel (Gonchar D.A., Abdurashitov M.A., Belichenko O.A., Dedkov V.S., Mezentseva N. V., Tomilova Yu.E., Degtyarev S.Kh. Bulletin of Biotechnology. 2005).
Недостатками прототипа являются трудоемкость способа, связанная с разделением продуктов реакции в геле, а также низкая чувствительность способа, вследствие того, что достоверная визуализация продуктов реакции после окрашивания бромистым этидием достигается при концентрации продукта не менее 50 нг.The disadvantages of the prototype are the laboriousness of the method associated with the separation of reaction products in the gel, as well as the low sensitivity of the method, due to the fact that reliable visualization of the reaction products after staining with ethidium bromide is achieved at a product concentration of at least 50 ng.
Задачей изобретения является упрощение способа и повышение производительности определения активности эндонуклеаз рестрикции в клеточном экстракте за счет использования флуоресцентных ДНК-зондов.The objective of the invention is to simplify the method and increase the productivity of determining the activity of restriction endonucleases in a cell extract through the use of fluorescent DNA probes.
Технический результат: упрощение способа и повышение производительности определения активности эндонуклеаз рестрикции в клеточных экстрактах микроорганизмов.Technical result: simplifying the method and increasing the productivity of determining the activity of restriction endonucleases in cell extracts of microorganisms.
Поставленная задача достигается предлагаемым способом, заключающимся в регистрации во времени изменения интенсивности флуоресценции субстрата в реакционной смеси при взаимодействии с клеточным экстрактом, полученным из микроорганизмов различного происхождения. Для анализа активности ферментов рестрикции используют ДНК-зонд, представляющий собой дуплекс:This task is achieved by the proposed method, which consists in recording over time changes in the fluorescence intensity of the substrate in the reaction mixture when interacting with a cell extract obtained from microorganisms of various origins. To analyze the activity of restriction enzymes, a DNA probe is used, which is a duplex:
5'-FAM - CACACANNNNNNGTAGTAGTA-3'5'-FAM - CACACANNNNNNGTAGTAGTA-3'
3'-BHQ1 - GTGTGTNNNNNNCATCATCAT-5'3'-BHQ1 - GTGTGTNNNNNNCATCATCAT-5'
где FAM - остаток флуоресцеина, BHQ1 - остаток тушителя black hole quencher 1, NNNNNN - 6-звенный фрагмент вырожденной последовательности (фиг.1).where FAM is a fluorescein residue, BHQ1 is a residue of the black hole quencher 1 quencher, NNNNNN is a 6-unit fragment of a degenerate sequence (Fig. 1).
На первом этапе готовят клеточный экстракт.В стерильных условиях колонию переносят в 1.5 мл пробирку, содержащую 200 мкл лизис-буфера (20 мМ HEPES-KOH рН 7.5, 40 мМ NaCl). Для количественного лизиса клеток полученную суспензию обрабатывают ультразвуком (10 импульсов по 30 с, 22 ГГц). После каждого импульса суспензию клеток охлаждают в ванне со льдом в течение 90 с. Полученный клеточный экстракт центрифугируют 20 мин при 14500 об/мин, 4°С.At the first stage, a cell extract is prepared. Under sterile conditions, the colony is transferred into a 1.5 ml tube containing 200 μl of lysis buffer (20 mM HEPES-KOH pH 7.5, 40 mM NaCl). For quantitative cell lysis, the resulting suspension is treated with ultrasound (10 pulses of 30 s, 22 GHz). After each pulse, the cell suspension is cooled in an ice bath for 90 s. The resulting cell extract is centrifuged for 20 minutes at 14500 rpm, 4°C.
Общую концентрацию белка в экстракте определяют исходя из оптической плотности растворов на длине волны 280 нм в электронных спектрах поглощения. В каждом отдельном эксперименте общее количество белка в растворе клеточного экстракта было равно 20 мкг. Клеточный экстракт готовят каждый раз непосредственно перед работой.The total protein concentration in the extract is determined based on the optical density of solutions at a wavelength of 280 nm in electronic absorption spectra. In each individual experiment, the total amount of protein in the cell extract solution was 20 μg. The cell extract is prepared each time immediately before work.
Реакцию запускают путем смешивания раствора субстрата в рабочем буфере и клеточного экстракта в соотношении 1:1. Возбуждение флуоресценции проводят на длине волны 494 нм, регистрацию проводят в спектральном диапазоне 500-550 нм. Изменение интенсивности флуоресценции субстрата регистрируют в интервале времени 15-3600 с. Каждую кинетическую кривую усредняют минимум по трем экспериментальным кривым.The reaction is started by mixing a solution of the substrate in the working buffer and the cell extract in a 1:1 ratio. Fluorescence is excited at a wavelength of 494 nm, registration is carried out in the spectral range of 500-550 nm. The change in the fluorescence intensity of the substrate is recorded in the time interval of 15-3600 s. Each kinetic curve is averaged over at least three experimental curves.
Кинетические кривые обрабатывают, используя уравнение (1) с помощью программы OriginPro 8.1 (OriginLab Corp., США). Полученное в результате обработки значение константы скорости каталитической реакции kobs, характеризует активность фермента.Kinetic curves are processed using equation (1) using the OriginPro 8.1 program (OriginLab Corp., USA). The value of the catalytic reaction rate constant k obs obtained as a result of processing characterizes the activity of the enzyme.
где F0 - амплитуда, kobs - константа скорости каталитической реакции.where F 0 is the amplitude, k obs is the rate constant of the catalytic reaction.
В качестве субстрата используют ДНК-зонд, представляющий собой комплементарный олигонуклеотид, содержащий 6-звенный участок вырожденной последовательности. На 5'- и 3'-концах этого олигодезоксирибонуклеотида находятся флуоресцентные красители, которые подобранны таким образом, что спектр испускания флуоресценции одного красителя (флуоресцеин, FAM) перекрывается со спектром поглощения второго красителя (тушитель флуоресценции, BHQ1). Образование дуплекса приводит к пространственному сближению флуорофора FAM и тушителя флуоресценции BHQ1, в результате чего происходит эффективное тушение интенсивности флуоресценции (резонансный перенос энергии флуоресценции, FRET).A DNA probe is used as a substrate, which is a complementary oligonucleotide containing a 6-mer region of a degenerate sequence. At the 5' and 3' ends of this oligodeoxyribonucleotide there are fluorescent dyes, which are selected in such a way that the fluorescence emission spectrum of one dye (fluorescein, FAM) overlaps with the absorption spectrum of a second dye (fluorescence quencher, BHQ1). The formation of a duplex leads to spatial proximity of the fluorophore FAM and the fluorescence quencher BHQ1, resulting in effective quenching of fluorescence intensity (fluorescence resonance energy transfer, FRET).
Взаимодействие субстрата и фермента приводит к расщеплению 2'-дезоксирибозофосфатного остова ДНК по специфическому сайту (определенная последовательность для каждой эндонуклеазы рестрикции). В результате чего в продукте реакции цепи олигонуклеотидов расходятся, что приводит к пространственному разделению флуорофора и тушителя. Интенсивность флуоресценции увеличивается по мере накопления продукта реакции.The interaction of the substrate and the enzyme leads to cleavage of the 2'-deoxyribose phosphate backbone of DNA at a specific site (a specific sequence for each restriction endonuclease). As a result, the oligonucleotide chains in the reaction product diverge, which leads to spatial separation of the fluorophore and quencher. The fluorescence intensity increases as the reaction product accumulates.
Отличиями заявленного способа от прототипа являются:The differences between the claimed method and the prototype are:
- использование в качестве ДНК-зонда дуплекса олигонуклеотидов, несущего 6-звенный участок вырожденной последовательности, что позволяет в одной пробе реализовать сразу 4096 варианта сайтов узнавания эндонуклеаз рестрикции;- use as a DNA probe of a duplex of oligonucleotides carrying a 6-mer region of a degenerate sequence, which allows 4096 variants of restriction endonuclease recognition sites to be realized in one sample;
- регистрацию интенсивности флуоресценции субстрата проводят в планшетном флуориметре (а не разделение продуктов реакции в агарозном геле), что позволяет значительно сократить объем биологического материала для проведения анализа и увеличить производительность способа за счет сокращения времени проведения анализа в 3-4 раза.- registration of the fluorescence intensity of the substrate is carried out in a tablet fluorimeter (rather than separation of reaction products in an agarose gel), which allows to significantly reduce the volume of biological material for analysis and increase the productivity of the method by reducing the analysis time by 3-4 times.
- кинетические кривые обрабатывают с помощью программы OriginPro8.1 (OriginLab Corp., США), которая позволяет минимизировать время обработки кинетических кривых и достоверно рассчитать V0 - начальную скорость накопления продукта.- kinetic curves are processed using the OriginPro8.1 program (OriginLab Corp., USA), which allows you to minimize the processing time of kinetic curves and reliably calculate V 0 - the initial rate of product accumulation.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.The invention is illustrated by the following examples of specific implementation.
Пример 1Example 1
Определение активности эндонуклеаз рестрикции в клеточном экстракте, полученном из клеток микроорганизма Priestia aryabhattai.Determination of restriction endonuclease activity in a cell extract obtained from cells of the microorganism Priestia aryabhattai.
Для определения активности эндонуклеаз рестрикции готовят буфер следующего состава: 50 мМ Tris-HCl рН 7.5, 50 мМ KCl, 1 мМ ЭДТА, 5 мМ MgCl2, 1 мМ ДТТ, 7% глицерин. Приготавливают в буфере 20 мкМ раствор субстрата, представляющий собой дуплекс олигонуклеотидов, несущий 6-звенный участок вырожденной последовательности (фиг.1).To determine the activity of restriction endonucleases, prepare a buffer with the following composition: 50 mM Tris-HCl pH 7.5, 50 mM KCl, 1 mM EDTA, 5 mM MgCl 2 , 1 mM DTT, 7% glycerol. A 20 μM substrate solution is prepared in a buffer, which is a duplex of oligonucleotides carrying a 6-unit region of a degenerate sequence (Fig. 1).
Лизис клеток Priestia aryabhattai проводят в буфере состава 10 мМ Tris-HCl, рН 7.5, 1 мМ MgCl2, 1 мМ EDTA, 0,5% CHAPS, 10% глицерин, 0,1 мМ PMSF, 0,5 мМ β-меркаптоэтанол. К клеточному осадку добавляют 150 мкл лизис-буфера, выдерживают на льду в течение 30 минут, затем центрифугируют (14500 об/мин, 10 мин). Общую концентрацию белка в полученном супернатанте определяют по методу Бредфорда (для анализа в каждую пробу берут по 20 мкг общего белка).Lysis of Priestia aryabhattai cells is carried out in a buffer composition of 10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 1 mM MgCl 2 , 1 mM EDTA, 0.5% CHAPS, 10% glycerol, 0.1 mM PMSF, 0.5 mM β-mercaptoethanol. 150 μl of lysis buffer is added to the cell pellet, kept on ice for 30 minutes, then centrifuged (14500 rpm, 10 min). The total protein concentration in the resulting supernatant is determined using the Bradford method (20 μg of total protein is taken for analysis in each sample).
Запускают реакцию путем смешивания растворов субстрата и экстракта в соотношении 1:1 и регистрируют изменение интенсивности флуоресценции субстрата в интервале времени 15-3600 с при температуре 37°С. Возбуждение флуоресценции проводят на длине волны 485 нм, регистрацию флуоресценции проводят на длине волны 520 нм.The reaction is started by mixing solutions of the substrate and extract in a 1:1 ratio and the change in fluorescence intensity of the substrate is recorded in the time interval of 15-3600 s at a temperature of 37°C. Fluorescence is excited at a wavelength of 485 nm, and fluorescence is recorded at a wavelength of 520 nm.
На фиг.2 представлены результаты регистрации FRET-сигнала для клеточного экстракта из Priestia aryabhattai.Figure 2 shows the results of recording the FRET signal for a cell extract from Priestia aryabhattai.
Кинетическую кривую анализируют с помощью программы OriginPro8.1 (OriginLab Corp., США), которая позволяет рассчитать параметры ур. 1. В результате обработки получают значение kobs = 0,0003±0,00002 с-1, характеризующую активность эндонуклеаз рестрикции в клеточном экстракте.The kinetic curve is analyzed using the OriginPro8.1 program (OriginLab Corp., USA), which allows you to calculate the parameters of eq. 1. As a result of processing, the value k obs = 0.0003±0.00002 s -1 is obtained, characterizing the activity of restriction endonucleases in the cell extract.
Пример 2Example 2
Определение активности рекомбинантных препаратов эндонуклеаз рестрикции на примере коммерчески доступных эндонуклеаз рестрикции NheI и HpaII с использованием заявленного способа.Determination of the activity of recombinant preparations of restriction endonucleases using the example of commercially available restriction endonucleases NheI and HpaII using the claimed method.
Для определения активности рекомбинантных препаратов эндонуклеаз рестрикции NheI и HpaII готовят буфер следующего состава: 50 мМ Tris-HCl рН 7.5, 50 мМ KCl, 1 мМ ЭДТА, 5 мМ MgCl2, 1 мМ ДТТ, 7% глицерин. Приготавливают в буфере 20 мкМ раствор субстрата, представляющий собой дуплекс олигонуклеотидов, несущий 6-звенный участок вырожденной последовательности (фиг.1).To determine the activity of recombinant preparations of restriction endonucleases NheI and HpaII, prepare a buffer of the following composition: 50 mM Tris-HCl pH 7.5, 50 mM KCl, 1 mM EDTA, 5 mM MgCl 2 , 1 mM DTT, 7% glycerol. A 20 μM substrate solution is prepared in a buffer, which is a duplex of oligonucleotides carrying a 6-unit region of a degenerate sequence (Fig. 1).
Используют концентрацию рекомбинантного фермента равную 20 мкМ. Запускают реакцию путем смешивания растворов субстрата и экстракта в соотношении 1:1 и регистрируют изменение интенсивности флуоресценции субстрата в интервале времени 15-3600 с при температуре 37°С. Возбуждение флуоресценции проводят на длине волны 485 нм, регистрацию флуоресценции проводят на длине волны 520 нм.A recombinant enzyme concentration of 20 μM is used. The reaction is started by mixing solutions of the substrate and extract in a 1:1 ratio and the change in fluorescence intensity of the substrate is recorded in the time interval of 15-3600 s at a temperature of 37°C. Fluorescence is excited at a wavelength of 485 nm, and fluorescence is recorded at a wavelength of 520 nm.
На фиг.3 представлены результаты регистрации FRET-сигнала, полученного при взаимодействии эндонуклеаз рестрикции NheI и HpaII с ДНК-зондом, содержащим вырожденную 6-звенную последовательность.Figure 3 shows the results of recording the FRET signal obtained from the interaction of restriction endonucleases NheI and HpaII with a DNA probe containing a degenerate 6-mer sequence.
Кинетические кривые анализируют с помощью программы OriginPro8.1 (OriginLab Corp., США), которая позволяет рассчитать параметры ур. 1. В результате обработки получают значения kobs = 0,0009±0,0002 с-1 и kobs = 0,0012±0,0004 с-1 для NheI и HpaII, соответственно, которые характеризуют активность рекомбинантных эндонуклеаз рестрикции.Kinetic curves are analyzed using the OriginPro8.1 program (OriginLab Corp., USA), which allows you to calculate the parameters of eq. 1. As a result of processing, the values of k obs = 0.0009±0.0002 s -1 and k obs = 0.0012±0.0004 s -1 are obtained for NheI and HpaII, respectively, which characterize the activity of recombinant restriction endonucleases.
Использование способа позволяет упростить определение активности ферментов рестрикции в клеточном экстракте, и, наряду с этим, ускорить проведение анализа, что необходимо для повышения производительности поиска новых ферментов рестрикции.Using the method makes it possible to simplify the determination of the activity of restriction enzymes in a cell extract, and, at the same time, speed up the analysis, which is necessary to increase the productivity of the search for new restriction enzymes.
Claims (7)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2810742C1 true RU2810742C1 (en) | 2023-12-28 |
Family
ID=
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1634714A1 (en) * | 1988-10-26 | 1991-03-15 | Научно-Исследовательский Конструкторско-Технологический Институт Биологически Активных Веществ | Method for testing restrictases sac ii and sst ii from microorganisms of the genus streptomyces |
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1634714A1 (en) * | 1988-10-26 | 1991-03-15 | Научно-Исследовательский Конструкторско-Технологический Институт Биологически Активных Веществ | Method for testing restrictases sac ii and sst ii from microorganisms of the genus streptomyces |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Д.А. Гончар, М.А. Абдурашитов и др., Новая эндонуклеаза рестрикции PspXI узнает необычную последовательность днк 5’-VC^TCGAGB-3’, Вестник биотехнологии, 2005, 1, N 1, с. 18-23. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
He et al. | High-throughput and all-solution phase African Swine Fever Virus (ASFV) detection using CRISPR-Cas12a and fluorescence based point-of-care system | |
AU2010236074B2 (en) | Methods and Materials Using Signaling Probes | |
US20100212040A1 (en) | Isolation of living cells and preparation of cell lines based on detection and quantification of preselected cellular ribonucleic acid sequences | |
CN114375341A (en) | Method and kit for detecting African swine fever virus | |
US20050214809A1 (en) | Real-time detection of nucleic acids and proteins | |
CN114391046A (en) | Method and kit for detecting African swine fever virus | |
CN113355459B (en) | Method and kit for detecting and screening N501Y mutation of new coronavirus | |
CN107389646B (en) | A kind of fluorescence chemical sensor and its detection method detecting transcription factor NF-KB p50 | |
RU2810742C1 (en) | Method of determining activity of restriction endonucleases in cell extracts of microorganisms | |
WO2013101290A1 (en) | Methods of using telomeres as markers for aging | |
Jung et al. | Selective fluorogenic chemosensors for distinct classes of nucleases | |
WO2023115314A1 (en) | Nucleic acid testing method based on crispr-cas system and fluorescence resonance energy transfer | |
CN113652473B (en) | Fluorescent chemical sensor for detecting DNA damage site by single molecule, method and application | |
Mekler et al. | CRISPR–Cas molecular beacons as tool for studies of assembly of CRISPR–Cas effector complexes and their interactions with DNA | |
RU2820345C1 (en) | MEANS FOR DETECTING NUCLEIC ACIDS BASED ON ScCas12a PROTEIN FROM SEDIMENTISPHAERA CYANOBACTERIORUM | |
JP2009529875A (en) | Gene selection method for plasmid high productivity E. coli clones. | |
JP2005052061A (en) | Method for detecting target nucleic acid using zinc finger protein | |
CN112608913B (en) | Gene expression regulation and control system based on C2C2 and application thereof | |
Bhattacharya | Application of genomics tools in meat quality evaluation | |
CN113308575B (en) | Method and kit for detecting and screening N439K mutation of new coronavirus | |
CN114634972B (en) | Method for detecting nucleic acid by using Cas enzyme | |
Chen et al. | Rapid detection of multiple phytoplasma with an All-In-One Dual (AIOD) CRISPR assay | |
CN117050970A (en) | Cas3/Cascade protein complex, CRISPR/Cas system, detection method and application thereof | |
US20030027142A1 (en) | Novel genome analyzing method | |
CN115287375A (en) | Method and kit for detecting and screening new coronavirus Y453F mutation |