WO1988001641A1 - Micro-organisms and plasmids for producing 2,4-dichlorophenoxy acetic acid (2,4-d)-monooxygenase and process for producing these plasmids and strains - Google Patents

Micro-organisms and plasmids for producing 2,4-dichlorophenoxy acetic acid (2,4-d)-monooxygenase and process for producing these plasmids and strains Download PDF

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Kenneth N. Timmis
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Definitions

  • the present invention relates to the genetic engineering production of plasmids and bacterial strains which contain the gene tfdA or a gene essentially identical to tfdA on a short, precisely characterizable DNA section.
  • the new plasmids and microorganisms are particularly well suited for the production of 2, 4-D-monooxygenase and as a starting product for the technical transfer of the 2, 4-D-degrading properties of this enzyme to various organisms (including the 2, 4- D tolerance in genetically transformed plants).
  • the 2,4-D-monooxygenase is an enzyme that catalyzes the first step in the metabolism of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) in many 2,4-D-degrading organisms.
  • Soil bacteria such as e.g. belong to 2, 4-D-degrading organisms.
  • Acinetobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Corynebacterium and Pseudomonas [(see also GR. Bell, Can. J. Microbiol. 3: 821 (1 957); JM Bollag et al., J. Agric. Food Chem. 16: 826 (1 968); R. H. Don et al., J. Bacteriol. 145: 681 (1 981); WC Evans et al., Proc. Biochem. Soc. Biochem. J. 57: 4 (1 954); WC Evans et al., Biochem.
  • the Alcaligenes eutrophus JMP134 strain is the best known and best characterized in the group of 2,4-D-degrading wild-type bacteria. It is home to the approximately 80 kilobase plasmid pJP4, which contains all the genes important for the degradation of 2,4-D (R.H. Don et al., I.c.). The plasmid pJP4 has also recently been isolated and characterized [R.H. Don et al., J. Bacteriol. 161: 466 (1985)].
  • the present invention has now succeeded for the first time in isolating, cloning and characterizing the tfdA gene. It is thus possible to make this gene available for transmission to other organisms with the aim of expressing the 2,4-D-monooxygenase encoded by tfdA in these organisms. These can be microorganisms, but also higher organisms, e.g. Plants are possible.
  • this substance acts as an auxin-analogous plant hormone and is therefore used in cell culture technology; in higher concentrations, it acts on the plant cell as well as on the entire plant as a growth inhibitor, which justifies its use as a herbicide.
  • a haploid cell suspension culture of Nicotiana silvestris adaptation to increasing concentrations of 2,4-D made it possible to achieve a tolerance to this synthetic growth substance, which is based on an increased metabolization rate [M.H. Zenk, 1974. Haploids in physiological and biochemical research. In Haploids in higher plants. Advances and potential. Proceedings of the First International Symposium, Guelph, Ontario, Canada. p339].
  • the present invention consists first of all in that, using a mutation method known per se, from a bacterial strain which can use 2,4-D as a growth substrate, e.g. Alcaligenes eutrophus JMP134, a hitherto unknown mutant in which the structural gene for the 2,4-D-monooxygenase is inactivated.
  • This mutant is used using the known methods of recombinant DNA in vitro, transformation with recombinant DNA and conjugative transfer of DNA for the selection of recombinant DNA which contains tfdA or genes essentially identical to tfdA.
  • the invention relates to plasmids which contain the gene tfdA or genes which are essentially identical to tfdA, and to plasmids which contain parts of these genes, including the promoter region.
  • the plasmids according to the invention can be produced by digesting DNA from wild-type bacteria which have genes for the metallization of 2,4-D or 2,4-D-like compounds with restriction endonucleases and the resulting DNA fragments with the aid of a DNA ligase linked to a plasmid vector which has previously been converted to its linear form by the same restriction enzyme.
  • the tfdA-containing plasmids according to the invention can be identified from the resulting recombinant plasmids in that the Brings plasmids into bacterial strains, from which the clones containing tfdA can then be selected directly on the basis of an ability mediated by tfdA.
  • Such bacterial strains have the property of being able to use the products formed by the 2,4-D-monooxygenase in vivo in an enzymatic reaction, but not their substrates as sources of carbon and energy.
  • strains with the stated property are the tfdA mutants according to the invention, in which all genes for the degradation of 2,4-dichlorophenol are active, furthermore the strain Alcaligenes eutrophus JMP222, which has degradation pathways for phenol, and Pseudomonas sp. B13, which can utilize 4-chlorophenol.
  • a number of other bacterial strains which can degrade differently substituted phenols and are mainly found in the group of gram-negative bacteria, are also conceivable as recipients for the selection and identification of cloned tfdA genes.
  • Plasmids with a broad host range are preferably used as cloning vectors, which are able to replicatively replicate in bacterial strains other than E. coli. However, plasmids that can further multiply their DNA or parts of their DNA by integration into the genome of the host cell are also possible.
  • Mobilizable plasmid vectors are preferably used for the conjugative transfer of cloned DNA.
  • the genes required for the transfer are provided either by so-called helper plasmids or by specially designed mobilizing strains.
  • the plasmids containing tfdA can be identified as unique by known methods Isolate definable chemical substances.
  • the advantage of the direct selection of tfdA-containing strains by growth test consists primarily in the fact that, in contrast to the previously known methods, which are all based on relatively complex enzyme tests, it enables the identification of a tfdA-containing plasmid from a very large number of different plasmids, as preferred in the production of gene banks, ie randomized cloning of DNA fragments of genomic DNA.
  • the advantage therefore lies in the broad applicability of the method, since cloning of tfdA genes is no longer restricted to wild-type strains which carry the tfdA gene on a plasmid which can be easily isolated, but is possible from almost all wild-type strains, including those which carry the gene contained on a poorly accessible plasmid or the chromosome.
  • the plasmids according to the invention are obtained, for example, by cutting the plasmid pJP4 from Alcaligenes eutrophus JMP134, on which the genes for the degradation of 2,4-D lie, with the restriction endonuclease Hindlll, separating the resulting DNA fragments electrophoretically and isolating the individual Fragments ligated with the HindIII cut and dephosphorylated vector pVK101.
  • the mobilizing strain E. coli S17-1 is transformed with the recombinant DNA and plasmid-containing strains are selected on medium containing tetracycline.
  • the plasmid DNA is transferred by conjugation to the tfdA mutant JMP134: Tn5-2 mentioned above and the expression of the cloned tfdA gene by growth of the host strain to 2,4-D- containing minimal medium.
  • the plasmid pVJH21 can be identified, which the Contains gene tfdA on a 21 kilobase HindIII fragment, derived from pJP4. The identity of the cloned fragment can be confirmed by isolation of the plasmid and subsequent restriction analysis.
  • the plasmids according to the invention can also be produced by subcloning from recombinant plasmids which contain the gene tfdA.
  • these plasmids are digested with one or more restriction endonucleases and the resulting fragments are linked with the aid of a DNA ligase to a vector plasmid which has been converted into its linear form with the same restriction endonucleases. From the resulting plasmids, those containing tfdA can be selected in the manner described above.
  • the plasmid pGJS3 can be produced by linking DNA fragments of the plasmid pVJH21 generated with Sacl to the Sacl-cut vector plasmid pGSS33. From the number of newly encapsulated plasmids, those can be selected which contain an intact tfdA gene by first converting the recombinant plasmid DNA into the mobilizing strain E. coli S17-1 and then from there by conjugation into the tfdA mutant JMP134: Tn5-2 is transferred.
  • plasmids which contain a 3 kilobase SacI insert, the origin of which can be traced back to the 21 Kilobase HindIII fragment from pVJH21 and thus to pJP4 by restriction analysis.
  • the 3 kilobase SacI fragment from pGJS3 can be cloned into the vector pKT231, whereby the plasmids pKJS31 and pKJS32 are formed, which are more advantageous compared to pGJS3 due to a cheaper restriction map and the kanamycin resistance which is well expressed in many gram-negative bacteria offer further characterization of tfdA.
  • the conjugative transfer from E. coli S17-1 to the strain Alcaligenes eutrophus JMP222 followed by a test for the utilization of phenoxyacetic acid as a growth substrate is preferred as a method for the detection of tfdA expression by plasmids derived from pKT231, as described below.
  • This System offers the advantages over the tfdA mutants that the conjugative transfer takes place with higher efficiency with this recipient strain and that another selectable marker is available with the kanamycin resistance.
  • tfdA-containing DNA fragments can also be incorporated into expression vectors on which tfdA genes are expressed with the help of a foreign promoter.
  • the 2.8 kilobase Sacl / Sall fragment, the 2.0 kilobase BamHI / Sall fragment and the 1.4 kilobase Xbal / Sall fragment are inserted into the expression vectors pT7-5 and pT7-6 directly following a phage promoter by which gene expression can be switched on with the help of a promoter-specific RNA polymerase.
  • the tfdA gene product expressed by the newly combined plasmids pTJSS'035, pTJS'B435 and pTJS'X535, the production of which is described in Examples 8, 9 and 10, can be identified by specific labeling with radioactive methionine and subsequent gel electrophoresis.
  • the system can also be used to generate large amounts of 2,4-D-monooxygenase in an E. coli strain, which considerably simplifies the purification and subsequent protein-chemical and enzymatic characterization of the gene product compared to its isolation from the wiid-type strain , which means that other biotechnological applications can only be researched.
  • tfdA-containing DNA fragments in phage vectors of the M13 phage type enables the production of single-stranded DNA. It can be used to determine the base sequence using the Sanger method [F. Sanger, S. Nicklen, and AR Coulson. 1977. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc. Natl. Acad. Be. USA 74: 5463], it can also be used for the targeted mutagenesis of individual bases by means of oligonucleotides, a known method which allows the generation of restriction sites in a gene or the change in the amino acid sequence.
  • the plasmids according to the invention can furthermore be obtained by modification from plasmids containing tfdA.
  • Treatment of such plasmids with one or more resection endonukeases, possible treatment with exonucleases and subsequent relinking of the DNA ends to a ring-shaped molecule results in deleted, i.e. plasmids reduced by a certain DNA segment, which may contain a still intact tfdA gene.
  • a series of phages can be generated, in each of which different areas of the cloned DNA are the starting point for sequencing is closest.
  • the sequence of a 2 kilobase BamHI / Sall fragment can then be composed of the overlapping sequenced sub-areas.
  • Knowledge of the base sequence can then be used to derive further properties of the tfdA-containing DNA, such as, for. B. the location and length of the coding region and the location of restriction sites, which can be of considerable benefit for the further use of tfdA.
  • plasmids according to the invention can be obtained which only contain parts of a tfdA gene.
  • the plasmid pKJE ⁇ B130 is produced which only contains the 5 'end of tfdA, ie the promoter and the sequence coding for the N-terminus, and not is more capable of expressing an enzymatically active gene product.
  • Parts of genes can be used to construct plasmids in which the 5 'end of a coding DNA, including its promoter, are linked in the same reading frame to the 3' end of another coding DNA and thus for the expression of a so-called fusion protein in those organisms lead who recognize the respective promoter.
  • Another possibility of modifying the plasmids according to the invention is to insert a foreign DNA segment.
  • the insertion can be used to insert new functional DNA sequences, e.g. of restriction sites, promoters, resistance genes, translation and transcription stop signals.
  • the insertion of part of a foreign gene sequence can also lead to the formation of fusion proteins.
  • An example of the insertion of a foreign DNA is the insertion of the omega fragment into the BglII site of the plasmid pTJS'X535, which is located in the middle of the coding region of tfdA (Example 11). With this fragment, translation stop codons are inserted in all reading frames and transcription stop signals together with a selectable antibiotic resistance. As can be demonstrated by specific radioactive labeling of the gene product and by in vivo enzyme test for 2,4-D-monooxygenase (Example 15), this leads to the expression of a shortened, no longer enzymatically active protein by the recombinant plasmid pTJS'X535omega.
  • Cloned fragments that contain tfdA or parts of tfdA can be used to detect homologous DNA sequences and thus to find tfdA genes in other organisms.
  • these fragments are cut out of the plasmids according to the invention with the aid of suitable restriction enzymes, isolated and by methods known from the literature, for example by incorporating radionuclides marked.
  • fragments which have homology with tfdA can be identified in the entire DNA of an organism or in a gene bank produced therefrom. In this way, those containing a sequence homologous with tfdA can also be recognized among a population of different organisms.
  • the method can be used to detect new 2,4-D degrading organisms and to find tfdA genes in these organisms.
  • tfdA genes can either be transferred directly to other organisms using the plasmids according to the invention, insofar as they are suitable, or after modification using known genetic engineering methods.
  • the transmission can have the purpose of expressing the 2,4-D-monooxygenase encoded by tfdA in these organisms and thus giving them the property of being able to degrade 2,4-D or 2,4-D-like substances.
  • tfdA-containing plasmids with a broad host range into various gram-negative bacteria described in Example 14, to give them the ability to add 2,4-D or 2,4-D-like substances to the corresponding one Implement phenol.
  • this can lead to an expansion of the spectrum of the compounds that can be degraded by this strain.
  • the Alcaligenes eutrophus JMP222 strain has genes for the metallization of phenol, for example. The expression of tfdA thus gives him the completely new possibility to use phenoxyacetic acid as a growth substrate.
  • the Pseudomonas B13 strain can metabolize both phenol and 4-chlorophenol, and tfdA analogously gives it the ability to grow on phenoxyacetic acid and 4-chlorophenoxyacetic acid.
  • tfdA analogously gives it the ability to grow on phenoxyacetic acid and 4-chlorophenoxyacetic acid.
  • the degradation of variously substituted phenoxyacetic acids such as 4-chloro-2-methylphenoxyacetic acid, 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid and similar compounds by organisms which contain tfdA and can react the corresponding phenols is conceivable.
  • tfdA gene Another possible use for the tfdA gene is its transfer to plants. Methods for transforming plants with foreign DNA are known and tried in the literature. So far, two processes have been distinguished: one uses the functions of the Ti plasmid from Agrobacterium tumefaciens, the other is based on the transformation of plant protoplasts with the aid of physical and chemical agents such as electroporation, heat shock, calcium chloride or polyethylene glycol treatment. While the transformation of plant cells by one or the other method is always possible in principle, the regeneration of whole plants from individual cells or cell tissues does not always succeed. This is currently the main obstacle to genetic engineering manipulation of monocotyledonous plants.
  • the preferred goal of the transformation of plants with tfdA is the expression of the genetic trait, i.e. the 2,4-D-monooxygenase activity in the transformed plant.
  • the plant would thus be able to degrade the phenoxyacetic acid derivatives, which act as auxin-analogous plant hormones in low concentrations and in high concentrations as growth inhibitors, to give the phytochemically inactive phenols. This property would be of importance as a selectable marker for genetically transformed plants.
  • prokaryotic gene such as tfdA
  • tfdA In order for a prokaryotic gene such as tfdA to be expressed in plant cells, it must be coupled with the plant-specific signal sequences necessary for transcription and translation. There are known indications that this coupling can take place through the randomly controlled integration of a gene into the genome of a plant transformed therewith.
  • prokaryotic genes are preferably combined in vitro with the appropriate plant-specific expression signals.
  • a general application The process is, for example, that the 5 'end of a structural gene, including the associated plant promoter, is linked to the coding sequence of the prokaryotic gene in such a way that a fusion protein is synthesized in a plant cell transformed therewith which is composed of the N-terminal amino acids of the vegetable protein and a predominant portion of the prokaryotic protein and which is similar in its essential properties to the prokaryotic protein [RT Fraley et al. 1983. Expression of bacterial genes in plant cells. Proc. Natl. Acad. Be. USA 80: 4803, J. Paszkowski, and MW Saul, 1986. Direct gene transfer to plants.
  • a prerequisite for the construction of a gene that can be expressed in plants from a prokaryotic gene with the aid of the vector plasmids mentioned is knowledge of the base sequence as it exists for the tfdA gene. It allows the exact localization of restriction sites and thus enables the base-specific linking of the different DNA segments. Furthermore, it enables targeted mutagenesis to create new functionally important DNA sequences, such as the introduction of new restriction interfaces.
  • E. coli HMS 174 (pT7-5) (DSM 3829)
  • E. coli HMS 174 (pT7-6) (DSM 3830)
  • E. coli LE 392 (pTJSS'035) (DSM 3832)
  • E. coli HB101 (pVK101) (DSM 3833)
  • E. coli S17-1 (pKJS31) (DSM 3835)
  • E. coli S17-1 (pKJS32 RH ⁇ S ') (DSM 3836)
  • E. coli S17-1 (pKJS (X) 630) (DSM 3837)
  • E. coli K38 (pGT1-2 / pTJS'X535) (DSM 3839)
  • Fig. 1 - shows the origin and the restriction map of the 21 kb Hind III fragment cloned from pJP4 (example 1) and the subfragments derived therefrom (example
  • Fig. 2. 3. 4 show the plasmids derived from pKT231, which contain tfdA or parts of tfdA (Examples 3 to 7).
  • the thin lines denote the portion derived from the vector plasmid, the thick lines denote the insert derived from pJP4.
  • Fig. 5, 6. 7 show the plasmids derived from the T7 promoter plasmids pT7-5 and pT7-6 with insert fragments containing tfdA (Examples 8 to 11).
  • the thin lines denote the portion derived from the vector plasmid, the thick lines denote the insert derived from pJP4.
  • Fig. 7 b shows the insertion of the Omega fragment into the plasmid pTJS'X535 (Example 11).
  • Fig. 8 shows specifically radioactively labeled proteins on the autoradiogram of a polyacrylamide gel, which are expressed in high yield by the plasmids containing tfdA with the aid of the T7 promoter (Example 15).
  • a denotes completely labeled total cell protein
  • b denotes specifically labeled protein after induction of the T7 promoter.
  • Fig. 9 - shows that of plasmid pTJS'X535omega using the
  • Fig. 10 - shows the base sequence of the 2058 base long
  • Example 1 Preparation of plasmid pVJH21 a) Isolation of plasmids pJP4 and pVK101
  • Alcabgenes eutrophus JMP134 is grown in 250 ml PYF medium (peptone, 3 g / 1; yeast extract, 3 g / I; fructose, 2 g / 1) for 16 hours at 30 ° C.
  • the plasmid pJP4 is removed from the centrifuged cells by the method from J. Bacteriol. 135: 227 (1978) isolated.
  • the plasmid ⁇ VK101 [VCKnauf et al., Plasmid 8:45 (19822] is made from E. coli HB101 according to the generally known alkaline lysis method of T. Maniatis et al. (Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbor Laboratory , Cold Spring Harbor, New York, 1982).
  • a further reaction mixture consisting of 50 ⁇ l (14 ⁇ g) pVK101, 5.5 ⁇ l TAS buffer and 1 ⁇ l (20 units) undiluted Hindlll solution are incubated for 90 min at 37 ° C., then 1 ⁇ l (30 units) Calf Ihtestinal Alcaline Phosphatase (DIP, Boehringer Mannheim) added and incubated for a further 60 min. 9 ⁇ l of each of the two reaction mixtures are separated electrophoretically on a 0.7% low-melting agarose gel. The gel is then stained in an ethidium bromide solution (5 ⁇ g / ml) for 15 min and the DNA bands made visible in the UV 300 nm.
  • the single 20 kb band of the pVK101 restriction and the second largest band (21 kb) of the pJP4 restriction are excised from the gel, both bands are combined and the DNA is extracted from the agarose according to the method of T. Maniatis et al. (Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York, 1982).
  • a rapid preparation of the plasmid DNA is carried out from the tetracycline-resistant colonies obtained in this way using the alkaline lysis method, as described by T. Maniatis et al. is described.
  • the alkaline phosphatase treatment procedure described above ensures that each of the tetracycline resistant clones contains the desired insert.
  • restriction enzyme digestion with EcoRI and subsequent electrophoretic separation of the DNA fragments in a 0.7% agarose gel according to T. Maniatis et al. see above the recombinant plasmids are identified.
  • a strain obtained in this way which contains the plasmid pVJH21, is grown for 16 hours at 37 ° C. in 400 ml LB medium which contains 20 ⁇ g / ml tetracycline.
  • the plasmid DNA is extracted from the centrifuged cells by the alkaline lysis method according to T. Maniatis et al. (see above) isolated.
  • the isolated plasmid DNA from pVJH21 is digested in various batches with the enzymes EcoRI, BamHI and Sacl individually, and with the following 9 combinations of several enzymes: EcoRI / BamHI (1), EcoRI / SacI (2), BamHI / SacI (3) , Hindlll / EcoRI (4), Hindlll / BamHI (5), Hindlll / Sacl (6), Hindlll / EcoRI / BamHI (7), Hindlll / EcoRI / Sacl (8) and Hindlll / BamHI / SacI (9).
  • the DNA fragments are in a 0.7% agarose gel according to T. Maniatis et al.
  • the recombinant strain E. coli S17-1 which contains the plasmid pVJH21 produced in Example 1, and E. coli JA221 with the vector plasmid pGSS33 [G.S. Sharpe Gene 29:93 (1984]] are grown for 16 hours in 300 ml LB medium containing 20 ⁇ g / ml tetracycline at 37 ° C.
  • the two plasmids are removed from the centrifuged cells by the method of alkaline lysis according to T. Maniatis et al. (See above) isolated.
  • a reaction mixture consisting of 10 ⁇ l (5 ⁇ g) pVJH21, 10 ⁇ l (1 ⁇ g) pGSS33, 4 ⁇ l TAS buffer, 16 ⁇ l water and 0.5 ⁇ l (10 units) Sacl is incubated at 37 ° C. for 90 min.
  • the restriction enzyme is then inactivated by heating at 68 ° C. for 15 minutes.
  • the DNA is precipitated with ethanol according to T. Maniatis et al. (see above) and the dried precipitate is taken up in 40 ⁇ l ligation buffer.
  • T4 DNA ligase After addition of 1 ⁇ l (1 unit) of T4 DNA ligase, the ligation mixture is incubated at 14 ° C. for 16 hours.
  • E. coli LE392 [N.E.
  • Murray et al. Mol. Gen. Genet. 150: 53 (19772] is made competent for DNA uptake by the method of TJ Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbor Laboratory. Cold Spring Harbor, New York, 1984), 0.2 ml of competent cells are mixed with 5 ⁇ l of ligation mixture mixed, left on ice for 40 min and transformed by heating for 3 minutes at 42 ° C. After dilution with 2 ml of LB medium and incubation at 30 ° C., portions of 50 ⁇ l to 200 ⁇ l are placed on LB agar plates Contain 20 ⁇ g / ml chloramphenicol, streaked, and plates are incubated for 16 hours at 37 ° C.
  • the chloramphenicol-resistant cones thus obtained are spread in parallel on two LB agar plates, one of which contains 25 ⁇ g / ml streptomycin and the other 20 ⁇ g / ml chloramphenicol. From clones that prove to be streptomycin-sensitive in this test, the plasmid DNA is extracted using the rapid method of alkaline lysis according to T. Maniatis et al. (see above) isolated.
  • the plasmid pGJS3 is a recombinant plasmid composed of pGSS33 and a 3-kilobase DNA fragment. Since the plasmid pVK101 itself does not have an interface for SacI, the cloned DNA fragment clearly originates from the 21-kilobase HindIII fragment of PJP4.
  • Example 3 Preparation of plasmids pKJS31 and pKJS32 a) Isolation of plasmids pGJS3 and pKT231
  • E. coli SKI592 with the vector plasmid pKT231 [M. Bagdasarian et al., Current Topics in Microbiology and Immunology 96:47 (1982)] is grown in 400 ml LB medium with the addition of 50 ⁇ g / ml kanamycin under the same conditions.
  • the two plasmids are removed from the centrifuged cells by the alkaline lysis method according to T. Maniatis et al. (see above) isolated.
  • 0.2 ml competent cells from E. coli LE392, prepared by the method of T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York, 1984) are mixed with 10 ⁇ l of the ligation mixture, left on ice for 40 min, heated to 42 ° C. for 3 min, mixed with 2 ml LB medium and Incubated for 60 minutes at 37 ° C. Portions of 50 ⁇ l to 200 ⁇ l are spread on LB agar plates containing 50 ⁇ g / ml kanamycin. The plates are incubated at 37 ° C for 16 hours.
  • the plasmid pKJS32 is the form of the two possibilities in which the EcoRI part of the insert is closest to the EcoRI part of the vector part. This plasmid yields two EcoRI fragments of sizes 0.9 and 15 kilobases.
  • the plasmid pKJS31 represents the construction with the opposite orientation of the insert, it delivers two EcoRI fragments of the sizes 2.3 and 13.5 kilobases.
  • Example 3 The clone of E. coli LE392 obtained in Example 3, which contains the recombined plasmid pKJS31, is grown in 400 ml LB medium with the addition of 50 ⁇ g / ml kanamycin for 16 hours at 37 ° C. and the plasmid is removed from the centrifuged cells -DNA using alkaline lysis according to T. Maniatis et al. (see above) isolated.
  • a reaction mixture consisting of 10 ⁇ l (500 ng) pKJS31, 7 ⁇ l water, 2 ⁇ l TAS buffer and 1 ⁇ l (1 unit) of a diluted BamHI solution is incubated for 60 min at 37 ° C. and then the enzymatic reaction is heated up 68 ° C stopped for 15 min. The restriction mixture is then mixed with 50 ⁇ l water, 8 ⁇ l 10-fold ligation buffer and 2 ⁇ l (2Units) T4-DNA ligase and incubated at 14 ° C. for 16 hours.
  • 0.2 ml competent cells from E. coli S17-1 produced by the known method of TJ Silhavy et al. (Experiments with gene fusions.
  • the plasmid DNA is obtained from the kanamycin-resistant clones thus obtained by means of the known rapid process of alkaline lysis according to T. Maniatis et al. (see above) isolated. Restriction of the plasmids with BglII and electrophoretic separation of the DNA fragments in a 0.7% agarose gel identify plasmids which have lost the small BamHI fragment from pKJS31. These plasmids have only a single BglII site and therefore deliver a BglII fragment of 13.2 kilobases in size. They can thus be clearly distinguished from their original plasmid pKJS31 and are referred to as pKJSB330.
  • E. coli LE392 obtained in Example 3 which contains the recombined plasmid pKJS32, and E. coli SBC107 (pRMEI) are each in 400 ml LB medium with the addition of 50 ⁇ g / ml kanamycin at 37 ° C. for 16 hours dressed.
  • the plasmids are removed from the centrifuged cells by means of alkaline lysis according to T. Maniatis et al. (see above) isolated.
  • a reaction mixture consisting of 10 ⁇ l (500 ng) pKJS32, 10 ⁇ l (1 ⁇ g) pRMEI, 15 ⁇ l water, 4 ⁇ l TAS buffer, 0.5 ⁇ l (1 unit) diluted Hindlll solution and 0.5 ⁇ l (1 unit) of diluted Sall solution are incubated for 120 min at 37 ° C and the enzymatic reaction is stopped by heating at 68 ° C for 15 min. Then 10 ⁇ l of the restriction mixture are mixed with 25 ⁇ l water, 4 ⁇ l 10-fold concentrated ligation buffer and 1 ⁇ l (1 unit) T4 DNA ligase and incubated for 16 hours at 14 ° C.
  • competent cells from E. coli S17-1 are mixed with 10 ⁇ l of the ligation mixture, left on ice for 40 min, heated to 42 ° C for 3 min and after mixing with 2 ml LB medium, spread for 60 min on LB agar plates containing 50 ⁇ g / ml kanamycin. The plates are incubated at 37 ° C for 16 hours.
  • the plasmid DNA is obtained from the kanamycin-resistant clones thus obtained by means of the known rapid process of alkaline lysis according to T. Maniatis et al. (see above) isolated. By restriction with BamHI and electrophoretic separation of the DNA fragments obtained, plasmids are identified in which, starting from pKJS32, the smaller DNA section between the HindIII interface located on the vector portion in the middle of the kanamycin resistance gene and the SalI interface located on the insert is removed and has been replaced by that HindIII / SalI fragment from pRMEI which carries the 3 'end of the coding region of the kanamycin resistance gene.
  • plasmids provide two BamHI fragments with lengths of 13.3 and 2.0 kilobases and thus clearly differ from the starting products and other possible by-products of the ligation. They represent constructions in which a 0.2 kilobase DNA section of the 3.0 kilobase insert from pKJS32 has been removed and in which part of the kanamycin resistance gene has been replaced by another gene fragment of the same genetic origin. These plasmids are called pKJS32RH ⁇ S '.
  • each of dilute solutions of the enzymes EcoRI, BamHI and PstI consisting of 10 ⁇ l (250 ng) pKT231, 6 ⁇ l water, 2 ⁇ l TAS buffer and 1 ⁇ l (1 unit) each of dilute solutions of the enzymes EcoRI and BamHI are incubated at 37 ° C. for 120 minutes and heated to 68 ° C. for 15 minutes to stop the reaction.
  • the kanamycin-resistant clones obtained in this way are streaked in parallel on two LB agar plates, one of which contains 25 ⁇ g / ml streptomycin and the other 50 ⁇ g / ml kanamycin.
  • the plasmid DNA was rapidly processed according to T. Maniatis et al. (see above) isolated. Restriction of the DNA with Xhol and subsequent electrophoretic separation of the DNA fragments in a 0.7% agarose gel allows the identification of recombined plasmids which give two Xhol fragments with the sizes 3.0 and 9.7 kilobases.
  • the electrophoretic analysis shows two fragments of sizes 1.5 and 11.2 kilobases.
  • the plasmids identified in this way are. are recombinants from the large EcoRI / BamHI fragment from pKT231 and the 1.5 kilobase large EcoRI / BamHI fragment derived from the insert DNA of the plasmid pKJS32. They are referred to as pKJE ⁇ B130.
  • the clone of E. coli S17-1 obtained in Example 4, which contains the recombined plasmid pKJSB330, is grown in 400 ml of LB medium with the addition of 50 ⁇ g / ml of kanamycin at 37 ° C. for 16 hours and is removed from the centrifuged cells the plasmid DNA by means of alkaline lysis according to T. Maniatis et al. (see above) isolated.
  • a reaction mixture consisting of 20 ⁇ l (1 ⁇ g) pKJSB330, 15 ⁇ l water, 4 ⁇ l TAS buffer, 0.5 ⁇ l (2 units) diluted Xbal solution and 0.5 ⁇ l (2 units) diluted BamHI solution, is 120 min at 37 ° C incubated. Then 20 ⁇ l of buffered phanol according to T. Maniatis et al. (see above) added, mixed, after adding 20 ⁇ l chloroform: isoamyl alcohol (24: 1), the mixture is mixed again and centrifuged off. The upper aqueous phase is removed and mixed with 120 ⁇ l of -20 ° C cold ethanol. The mixture is kept at -20 ° C for 30 minutes and then centrifuged.
  • the mixture is then mixed with 80 ⁇ l ligation buffer containing 25 U / ml T4 DNA ligase and left for 6 hours at room temperature. It is then incubated for 16 hours at 14 ° C.
  • 0.2 ml of a suspension of competent cells from E. coli S17-1, prepared by the method of TJ Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbor Laboratory. Cold Spring Harbor, New York, 1984), are mixed with 10 ⁇ l of the ligation mixture, after 40 min incubation on ice, transformed by heat treatment (3 min, 42 ° C.), with 2 ml LB -Mixed medium and incubated at 37 ° C for 60 min. Portions of 50 to 200 ⁇ l of the cell suspension are then spread onto LB agar plates containing 50 ⁇ g / m kanamycin. The plates are incubated at 37 ° C for 16 hours.
  • the plasmid DNA is obtained from the kanamycin-resistant clones thus obtained by means of the known rapid process of alkaline lysis according to T. Maniatis et al. (see above), isolated.
  • plasmids are identified which have lost the DNA section between the BamHI site and the Xbal cut sections on the insert of pKJSB330.
  • these plasmids provide two Smal fragments with a length of 2.6 and 9.9 kilobases and are referred to as pKJS (X) 630. This clearly distinguishes them from the starting product pKJSB330.
  • Example 8 Preparation of plasmids pTJSS'035 and pTJSS'036 a) Isolation of plasmids pT7-5, pT7-6 and pKJS32
  • E. coli HMS174 Two strains of E. coli HMS174, one of which contains the plasmid pT7-5, the other of the plasmid pT7-6, are each in 400 ml LB medium according to T. Maniatis et al. (see above) with an addition of 50 ⁇ g / ml ampicillin for 16 hours at 37 ° C. From the centrifuged cells Plasmid DNA isolated by the known method of alkaline lysis according to T. Maniatis. The isolation of pKJS32 is described in Example 5.
  • reaction mixture (A) consisting of 20 ⁇ l (1 ⁇ g) pKJS32, 15 ⁇ l water, 4 ⁇ l TAS buffer and 0.5 ⁇ l (2nd Units) of the enzymes Sacl and Sall are incubated at 37 ° C for 120 min.
  • Two further reaction mixtures consisting of either 2 ⁇ l (1 ⁇ g) pT7-5 (B) or 2 ⁇ l (1 ⁇ g) pT7-6 (C), 15 ⁇ l water, 2 ⁇ l TAS buffer and 0.5 ⁇ l (2 units) each of the enzymes Sacl and Sall are incubated under the same conditions.
  • the plasmid DNA is obtained from the ampicillin-resistant clones thus obtained by the known rapid method of alkaline lysis according to T. Maniatis et al. (see above), isolated.
  • restriction of the plasmids with BglII and BamHI, as well as by double restriction with BamHI and Hindlll and subsequent electrophoretic separation of the fragments in a 0.7% agarose gel plasmids are identified which consist of one of the two vector plasmids pT7-5 or pT7-6 and the small Sacl / Sall fragment of pKJS32 exist.
  • these newly combined plasmids provide two BgHI fragments of the sizes 3.0 kilobases and 2.2 kilobases, a BamHI fragment of the sizes 5.2 kilobases and two BamHI / Hindlll fragments of the sizes 3.2 and 2.0 kilobases and are used as pTJSS Denoted '035.
  • pT7-6 as the starting product two BglII fragments of the size 2.8 kilobases and 2.2 kilobases, one BamHI fragment of the size 5.0 kilobases and two BamHI / Hindlll fragments of the sizes 3.0 kilobases and 2.0 kilobases; they are referred to as pTJSS'036.
  • the recombinant plasmids thus clearly differ from their starting products pKJS32 and pT7-5 or pT7-6.
  • Example 9 Preparation of plasmids pTJS 'B435 and pTJS' B436 a) Isolation of plasmids pT7-5, pT7-6 and pKJSB330
  • Example 7 The isolation of pT7-5 and pT7-6 is already described in Example 8, the isolation of pKJSB330 is described in Example 7.
  • Two further reaction mixtures, consisting of 2 ⁇ l (1 ⁇ g) pT7-5 (B) or 2 ⁇ l (1 ⁇ g) pT7-6 (C), 20 ⁇ l water, 3 ⁇ l TAS buffer and 2.5 ⁇ l (4 units) each of dilute solutions of the enzymes Sall and BamHI are incubated under the same conditions. The reactions are stopped by heating at 68 ° C for 15 min.
  • the entire restriction mixture A (pKJSB330) is in an agarose gel [0.7% agarose in TBE buffer according to T. Maniatis et al. (see above), which contains 0.5 ⁇ g / ml ethidium bromide, according to T. Maniatis et al. (see above)] electrophoretically separated. From the two DNA bands visible under UV light (300 nm), the smaller, 2.0 kilobase band is isolated from the gel by the DEAE membrane elution method in the following way: A suitably dimensioned piece of a DEAE membrane (Schleicher and Schuell S&S NA-45) is placed in an incision 1 to 2 mm below the band to be eluted.
  • a DEAE membrane Schoell S&S NA-45
  • the membrane is then removed from the gel and washed for 10 min with 10 ml of NET buffer (150 mM NaCl, 0.1 mM EDTA, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0).
  • the washed membrane is incubated in 150 ⁇ l HNET buffer (1 M NaCl, 0.1 mM EDTA, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0) at 68 ° C. for 30 min.
  • the solution is removed and the membrane is incubated for a further 10 min with 50 ⁇ l HNET buffer.
  • the combined elution solutions (200 ⁇ l) are diluted with 200 ⁇ l water, mixed with 800 ⁇ l cold (-20 ° C) ethanol and stored at -20 ° C for 30 min.
  • the felled DNA is centrifuged off and the precipitate is taken up in 90 ⁇ l of water.
  • Maniatis et al. (see above) is precipitated again with 200 ⁇ l of cold ethanol (30 min, -20 ° C.), centrifuged off, the precipitate is washed with cold 70% ethanol, dried in vacuo and taken up in 80 ⁇ l of ligation buffer.
  • 40 ⁇ l of each are mixed with 3 ⁇ l (100 ng) of the restriction mixture B (pT7-5) or 3 ⁇ l (100 ng) of the restriction mixture C (pT7-6) and 2 ⁇ l (1 unit) of T4 DNA ligase and Incubated for 16 hours at 14 ° C.
  • 0.2 ml competent cells from E. coli LE392, produced according to the method of TJ Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbor Laboratory. Cold Spring Harbor, New York, 1984), are mixed with 15 ⁇ l of the ligation mixture, 40 Leave on ice for min, heated to 42 ° C for 3 min, mixed with 2 ml LB medium and incubated at 37 ° C for 60 min. Portions of 50 ⁇ l to 200 ⁇ l are spread on LB agar plates containing 50 ⁇ g / ml ampicillin. The plates are incubated at 37 ° C for 16 hours.
  • the DNA is prepared using the known rapid method of alkaline lysis according to T. Maniatis et al. (see above) isolated.
  • plasmids are identified which contain the small Sal / BamHI fragment from pKJSB330 in one of the two vector plasmids.
  • Recombinant plasmids with pT7-5 as the starting product give two EcoRI fragments of the sizes 3.0 kilobases and 1.5 kilobases and are called pTJS'B435, those with pT7-6 as the starting product provide two EcoRI fragments of the sizes 2.8 kilobases and 1.5 kilobases and are included named pTJS'B436.
  • Example 10 Preparation of the plasmids pTJS'X535 and pTJS'X536 a) Isolation of the plasmids pT7-5, pT7-6 and pTJSS'035 E. coli LE392, which contains the plasmid pTJSS'035 prepared in Example 8, is in 400 ml LB medium with an addition of 50 ⁇ g / ml ampicillin for 16 hours at 37 ° C. The plasmid DNA according to T. Maniatis et al. (see above) isolated. The isolation of pT7-5 and pT7-6 is described in Example 8. b) Cloning of the small Sall / Xbal fragment from pTJSS'035 into pT7-5 and pT7-6
  • a reaction mixture (A) consisting of 6 ⁇ l (3 ⁇ g) pTJSS'035, 15 ⁇ l water, 3 ⁇ l TAS buffer and 2 ⁇ l (5 units) each of dilute solutions of the enzymes Xbal, Sall and BamHI is added for 120 min Incubated at 37 ° C.
  • Two further reaction mixtures consisting of either 2 ⁇ l (1 ⁇ g) pT7-5 (B) or 2 ⁇ l (1 ⁇ g) pT7-6 (C), 23 ⁇ l water, 3 ⁇ l TAS buffer and 1 ⁇ l (2.5 units) each of diluted solutions of the enzymes Xbal and Sall are incubated in the same way. The reactions are stopped by heating at 68 ° C for 15 min.
  • Recombinant plasmids with pT7-5 as the starting product yield two EcoRI fragments of the sizes 3.0 and 0.8 kilobases, two Smal fragments of the sizes 2.4 and 1.4 kilobases and three EcoRI / Sall fragments of the sizes 2.4, 0.8 and 0.6 kilobases; they are referred to as pTJS'X535.
  • Recombinant plasmids with pT7-6 as the starting product provide two EcoRI fragments of the sizes 2.8 and 0.8 kilobases, two Smal fragments of the sizes 2.2 and 1.4 kilobases and three EcoRI / Sall fragments of the sizes 2.2, 0.8 and 0.6 kilobases; they are named pTJS'X536.
  • the recombinant plasmids thus clearly differ from their starting products.
  • Example 11 Preparation of plasmid pTJS'X535omega a) Isolation of plasmids pTJS'X535 and pDOC37
  • the plasmid pDOC37 contains the omega fragment between two EcoRI restriction parts.
  • the plasmid pHP45omega described by Prentki and Krisch, 1984, in Gene 29: 103 can likewise serve as a source for the omega fragment.
  • Portions of 50 ⁇ l to 200 ⁇ l are spread on LB agar plates containing 50 ⁇ g / ml ampicillin and 80 ⁇ g / ml spectinomycin. The plates are incubated at 37 ° C for 16 hours. Selection using spectinomycin ensures that all growing clones contain a plasmid with the omega fragment, since this contains the gene for the expression of spectinomycin resistance.
  • Hindlll fragments of the sizes 0.6, 2.0 and 3.2 kilobases, these are derivatives of pTJS'X535 that do the job Omega fragment installed on the former Bglll interface.
  • the restriction sites BglII and BamHI at the junction are lost.
  • These recombined plasmids are called pTJS'X535omega.
  • Example 12 Preparation of the phages MJSS'030 and_MJSS'031 a) Isolation of the plasmid pKJS32 and the double-stranded forms of the
  • Phages M13tg130 and M13tg131 The strain E. coli JM101 [J.Messing et al. Nucl. Acids Res. 9: 309 (1981)] and double-stranded DNA of the vectors M13tg130 and M13tg131 [M.P. Kieny et al. Gene 26:91 (1983)] can be obtained from Amer sham Buchler GmbH & Co. KG, Braunschweig. Double-stranded DNA can also be obtained by the following procedure: 0.2 ml competent cells from E. coli JM101, produced according to T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbor Laboratory. Cold Spring Harbor, New York, 1984) are used with single-stranded or double-stranded DNA of the M13 vectors according to a literature method
  • Enzymes Sacl and Sall is incubated at 37 ° C for 120 min. Two further reaction message sizes, consisting of 10 ⁇ l (300 ng) double-stranded DNA from
  • M13tg130 (B) or M13tg131 (C) 25 ⁇ l water, 4 ⁇ l TAS buffer and 0.5 ⁇ l (1 unit) each of dilute solutions of the enzymes Sacl and Sall, are in incubated in the same way and heated to 68 ° C. for 15 min to stop the reactions.
  • the entire restriction mixture A is separated electrophoretically in an agarose gel (0.7% agarose, 0.5 ⁇ g / ml ethidium bromide in TBE buffer according to T. Maniatis et al. (See above)).
  • the smaller 2.8 kilobase Sacl / Sall band is isolated from the gel in the same way by means of a DEAE membrane, as is described for the 2.0 kilobase band in Example 9.
  • the DNA is finally taken up in 80 ⁇ l of water, of which 40 ⁇ l are mixed with 20 ⁇ l of restriction mixtures A (M13tg130) or B (M13tg13D and 40 ⁇ l of water, with 100 ⁇ l of buffered phenol / chloroform according to T.
  • Maniatis et al. The upper aqueous phases are removed and, after addition of 10 ⁇ l of 3 M sodium acetate solution according to T. Maniatis et al.
  • plaques thus obtained, those come from recombinant phages which have no blue color.
  • the double-stranded and the single-stranded DNA are isolated from the colorless plaques by methods known from the literature, summarized in the "M13 Cloning and Sequencing Handbook" from Amersham.
  • BglII restriction of the double-stranded DNA with BglII and subsequent electrophoretic separation of the DNA fragments, derivatives of M13tg130 or M13tg131 are identified that contain the small SacI / Sall fragment from PKJS32.
  • Recombinant phages with M13tg130 as vector yield three BglII fragments of sizes 0.7, 2.2 and 7.1 kilobases and are designated as MJSS * 030, those with M13tg131 result in four BglII fragments of sizes 0.6, 0.7, 2.2 and 6.6 kilobases and are referred to as MJSS'031. This clearly distinguishes them from their source products.
  • Example 13 Production of the tfdA mutants Alcaligenes eutrophus JMP134: Tn5-2 and JMP134: Tn5-4 a) Transposon mutagenesis of Alcaligenes eutrophus JMP134
  • 10 ml of PYE medium (3 g / 1 peptone, 3 g / 1 yeast extract) are mixed with 0.5 ml of an overnight culture (16 hours, 30 ° C.) from Alcaligenes eutrophus JMP134 [R.H. Don et al. J. Bacteriol. 145: 681 (1981)] and shaken at 30 ° C for 8 hours.
  • 10 ml LB medium according to T. Maniatis et al. are inoculated with 0.1 ml of an overnight culture of E. coli S17-1 [Biotechnology 1: 784 (1983)], which contains the plasmid pSUP2021, and shaken for 5 hours at 37 ° C.
  • the optical density of both cultures is then determined at 600 nm in the photometer.
  • the cultures are mixed in a ratio of 1: 1 in terms of their optical density and 1.5 ml of the mixture are placed on a PYE agar plate [R.H. Don et al. J. Bacteriol. 145: 681 (1981)].
  • the plate is incubated for 16 hours at 30 ° C.
  • the bacteria are then rinsed off the plate with 1.5 ml of sterile 0.7% NaCl solution and the bacterial suspension is diluted 1:10 (0.1 ml + 0.9 ml) with 0.7% NaCl solution in two steps.
  • Portions of 50 ⁇ l, 100 ⁇ l, 200 ⁇ l and 400 ⁇ l of each dilution are placed on minimal agar plates (1.6 g / 1 dipotassium hydrogen phosphate, 0.4 g / 1 potassium dihydrogen sulfate, 1 g / 1 ammonium sulfate, 0.05 g / 1 magnesium sulfate x 7 water, 0.01 g / 1 iron (II) sulfate x 7 water, 15 g / 1 agar), which additionally contain 2 g / 1 fructose and 380 ⁇ g / ml kanamycin.
  • the plates are incubated at 30 ° C for 3 to 7 days.
  • the kanamycin-resistant clones obtained in this way represent descendants of the JMP134 strain, which have stably integrated the transposon Tn5 in their genome. They are spread in parallel on two minimal agar plates, one of which contains 1 mM 2,4-dichlorophenoxyacetic acid, sodium salt (2,4-D), the other 2 g / 1 fructose and 380 ⁇ g / ml kanamycin. The plates are incubated at 30 ° C for 3 days. Strains that have a mutation in one of the genes responsible for 2,4-D degradation cannot use 2,4-D as a growth substrate (2,4-D negative). They occur with a frequency of 0.1 to 1%, based on the total of the transposon-containing Kanamycin-resistant clones.
  • the cells are harvested by centrifugation at 4 ° C., washed three times in 10 ml of cold (4 ° C.) minimal medium (without a carbon source) and recentrifuged, and finally suspended in sufficient minimal medium that an optical density at 420 nm of 30 results.
  • a commercially available oxygen electrode the oxygen uptake is then monitored over 10 min without the addition of substrate.
  • 2,4-D is added to a final concentration of 1 mM or 2,4-dichlorophenol to a final concentration of 0.2 mM and the decrease in the oxygen concentration is monitored over 20 min.
  • This test distinguishes tfdA mutants from all other mutation types and from the wild-type strain JmP134: after addition of 2,4-D, they show no increase in oxygen consumption, whereas after addition of 2,4-dichlorophenol, there is a significant increase in oxygen uptake.
  • the wild-type strain and tfdB mutants show an increased oxygen consumption after the addition of 2,4-D as substrate and thus an intact 2,4-D-monooxygenase.
  • the two transposon mutants JMP134: Tn5-2 and JMP134: Tn5-4 are two 2,4-D-negative, 3-CB-positive mutants with a detectable 2,4-dichlorophenol hydroxylase but without detectable 2,4-D -monooxygenase. They can be identified as tfdA mutants. This assignment is confirmed by further experiments described in the following examples.
  • Plasmids Based on mobilizable vectors with a broad host range such as pVKI01 [V.C. Knauf et al. Plasmid 8:45 (1982)], pGSS33 [G.S. Sharpe, Gene 29:93 (1984)] and pKT231 [M. Bagdasarian et al. Current Topics in Microbiology and Immunology 96:47 (1982)] constructed plasmids, the production of which is described in Examples 1 to 7, can be derived from the mobilizing strain E. coli S17-1 [Biotechnology 1: 784 (1983)] by conjugation other gram-negative bacteria such as Alcaligenes eutrophus and Pseudomonas putida are transmitted.
  • E. coli S17-1 E. coli S17-1
  • the clones of E. coli LE392 which contain the plasmid in question, the plasmid DNA according to T. Maniatis et al. (see above) isolated.
  • 0.2 ml competent cells from E. coli LE392, manufactured according to T.J. Silhavy et al. are mixed with 1 ⁇ l of the isolated plasmid DNA, left on ice for 40 min, heated to 42 ° C for 3 min 2 ml LB medium mixed and incubated at 37 ° C for 60 min.
  • Portions of 50 ⁇ l to 200 ⁇ l are spread on LB agar plates which contain the appropriate antibiotic suitable for selection. The plates are incubated at 37 ° C for 16 hours.
  • Example 13 One of the two tfdA mutants isolated in Example 13 is used as a recipient
  • tfdA mutant this leads to the complementation of the mutation and thus to the restoration of the wild-type property with regard to the utilization of 2,4-D, ie, 2,4-D-positive strains are formed which are based on 2,4- D-minimal agar plates grow.
  • the 2,4-D-monooxygenase encoded by tfdA is also capable, in addition to 2,4-D, of enzymatically converting the compounds phenoxyacetic acid and 4-chlorophenoxyacetic acid chemically related to 2,4-D, the products being phenol and 4 -Chlorphenol are formed. Since the Alcaligenes eutrophus JMP222 strain now has genes for the complete metabolism of phenol, after conjugative transfer of tfdA-containing plasmids, strains result in case B with the new property of using phenoxyacetic acid as a growth substrate.
  • a plasmid containing tfdA enables a Pseudomonas B13 equipped with it, which has complete degradation pathways for phenol and 4-chlorophenol, to grow on the substrates phenoxyacetic acid and 4-chlorophenoxyacetic acid (case C).
  • the test for the utilization of a specific substrate, as described above, is particularly suitable for the detection of the expression of the tfdA gene by in mobilizable broad host range vectors cloned DNA fragments and their truncated derivatives, the preparation of which is described in Examples 1 to 7.
  • plasmids pVJH21, pGJS3, pKJS31, pKJS32, DKJSE330, pKJS32RH ⁇ S 'and PKJS (X) 630 all contain an intact tfdA gene, while the plasmid pKJE ⁇ B130 does not encode a functional gene product.
  • Example 15 Enrichment of tfdA-encoded 2,4-D-monooxygenase in E. coli a) Production of highly producing E. coli strains
  • the recombinant plasmids prepared on the basis of the vectors pT7-5 and pT7-6 constructed by Tabor and described in Examples 8, 9, 10 and 11 contain cloned DNA fragments following a strong promoter of the phage T7. Plasmids from this group, which contain an intact tfdA gene in the correct orientation to the promoter, can under the influence of the plasmid pGP1-2 [S. Tabor et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82: 1074 (1985)] produce expressed T7 RNA polymerase in E. coli K38 in large amounts of 2,4-D-monooxygenase.
  • the promoter is only specifically recognized by the T7 RNA polymerase, and since this is on the plasmid pGP1-2 under the control of a heat-sensitive lambda repressor, the synthesis of the gene product can be induced by heat.
  • the bacterial RNA polymerases can also be inhibited by adding rifampicin.
  • the plasmid DNA from the plasmid-containing strains of E. coli LE392 obtained in Examples 8 to 11 according to T. Maniatis et al. (see above) isolated. E.
  • coli K38 which contains the plasmid pGP1-2, is grown for 16 hours at 30 ° C in LB medium to which 50 ⁇ g / ml kanamycin has been added for selection on pGP1-2.
  • Competent cells are grown from the grown culture by the method of T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbor Laboratory. Cold Spring Harbor, New York, 1984).
  • 0.2 ml of competent cells are mixed with 1 ⁇ l of the isolated DNA, left on ice for 40 minutes, heated to 37 ° C. for 5 minutes, mixed with 2 ml of LB medium and incubated at 30 ° C. for 60 minutes.
  • Portions of 50 ul to 200 ul are spread on LB agar plates containing 50 ug / ml ampicillin and 50 ug / ml kanamycin. The plates are incubated at 30 ° C for 16 hours.
  • the ampicillin and kanamyein resistant clones thus obtained contain the plasmid pGP1-2 and one of the recombinant pT7 derivatives. you will be in 10 ml LB medium with the addition of 50 ⁇ g / ml ampicillin and 50 ⁇ g / ml kanamycin at 30 ° C. At an optical density of 0.5, measured at 590 nm, 0.2 ml of culture are centrifuged off. The cells are in 5 ml M9 medium according to T. Maniatis et al.
  • the cells are then centrifuged off, suspended in 120 ⁇ l application buffer (60 mM Tris-HCl, pH 6.8, 1% sodium lauryl sulfate, 1% 2-mercaptoethanol, 10% glycerol, 0.01% bromophenol blue) and heated to 95 ° C. for 3 min.
  • application buffer 60 mM Tris-HCl, pH 6.8, 1% sodium lauryl sulfate, 1% 2-mercaptoethanol, 10% glycerol, 0.01% bromophenol blue
  • the gel is dried on a filter paper (Whatman 3MM) with the aid of a commercially available gel dryer, then T. Maniatis et al. (see above) the autoradiography was carried out with an X-ray film (Kodak Industrex AX) and the film was developed. On the autoradiograms, a single labeled protein is identified in those strains which, in addition to pGP1-2, contain one of the plasmids pTJSS'035, pTJS'B435, PTJS'X535 or PTJS 'X535omega. All these homologous plasmids have in common that the cloned fragment is transcribed from the T7 RNA polymerase to the Sall end.
  • strains of E. coli K38 obtained above which contain pGP1-2 and one of the plasmids pTJSS'035, pTJS'B435, pTJS'X535 or pTJS'X535omega, are at 20 ° C. in 20 ml of LB medium with the addition of 50 ⁇ g / ml ampicillin and 50 ⁇ g / ml kanamycin. At an optical density of 1.0 at 590 nm, the temperature is raised to 42 ° C and the culture is shaken for 25 minutes.
  • beta-phenylethylamine 0.5 ml of beta-phenylethylamine are pipetted into the central vessel of the Warburg flask and 2 ml of 1 M sulfuric acid are injected into the cell suspension. After shaking for 1 hour at 21 ° C., the beta-phenylethylamine is taken up in 5 ml of counting liquid (rotiszint 22, Roth) and the radioactivity of the sample is measured in the scintillation counter.
  • coli K38 which, in addition to pGP1-2, contain one of the plasmids pTJSS'035, pTJS'B435 or pTJS'X535, have high enzyme activity in this test, whereas those with the plasmid pTJS'X535omega express no enzyme activity.
  • EXAMPLE 16 Determination of the Base Sequence of the DNA Cloned in M13 a) Production of Deleted Phages from MJSS'030 and MJSS'031 For Sequencing the 2 Kilobase BamHI / Sall Fragment of the Recombinant Phages by the Method of Sanger [Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463 (1977)] is initially carried out by directional deletion using a method known from the literature [G. Henikoff, Gene 28: 351 (1984)] produced a series of differently shortened phages which allow the entire bases to be obtained by overlapping sequencing of 200 to 300 bases each to determine sequence. For this purpose, the double-stranded DNA is isolated from strains of E.
  • coli JM101 which contain the phages MJSS'030 and MJSS'031 produced in Example 12 using the method described there for the phage vectors M13tg130 and M13tg131.
  • 10 ⁇ g of double-stranded DNA from phage MJSS'030 are cut with the enzymes PstI and Sall
  • 10 ⁇ g of double-stranded DNA from phage MJSS'031 are cut with the enzymes BamHI and Sacl.
  • the restriction batches are extracted with phenol and the cut DNA is precipitated with ethanol.
  • E. coli JM101 is grown in 2 ml of TY medium (Example 12) at 37 ° C. for 16 hours. 1 ml of this culture is diluted with 100 ml of TY medium and 2 ml of the diluted cell suspension are infected with one of the plaques obtained above. The cultures are shaken at 37 ° C for 5 hours and then centrifuged. The single-stranded DNA is obtained from the supernatants of the centrifugation according to the method given by Amersham [M13 Cloning and Sequencing Handbook, 1984]. The double-stranded DNA according to T. Maniatis et al. (see above) isolated.
  • the double-stranded DNA of the truncated phages resulting from MJSS'030 is digested with BglII, that of the phages resulting from MJSS'031 with EcoRI and Sall. Subsequent electrophoretic separation of the fragments on a 2% agarose gel according to T. Maniatis et al. (see above), the size of the respective deletion is determined.
  • the base sequence is obtained from the single-stranded DNA of the truncated phages obtained above and from the single-stranded DNA of MJSS'030 and MJSS'031 prepared in Example 12 by the method known from the literature Dideoxynucleotide sequencing [proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463 (1977)].
  • the regulation given by Amersham [M13 Cloning and Sequencing Handbook, 1094] is followed.
  • a 55 cm long gel with a thickness increasing from 0.1 mm to 0.4 mm is used to separate the DNA fragments.
  • the identified DNA sequences of the truncated phages are determined using a computer program [c. Queen et al. Nucl. Acids Res.
  • 1390 1400 1410 1420 1430 1440 GGCGCGCACGCG AGCCACGTCGAAGGCCTTCCGGTGGCCGAAGGCCGGATGCTGCTTGCG
  • GAGCTTCTCGAGC ACGCGACACAGCGGGAATTCGTGTACCGGCATCGCTGGAACGTGGGA
  • CTCG AAATGACGCTGGCCGCGAACCGCGCCGGCATCGTTGCGGTGCCTTTGAACTGGCAT

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Description

Microorganismen und Plasmide für die 2 , 4-Dichlorphenoxy- essigsäure ( 2 , 4-D) -monooxigenase - Bildung und Verfahren zur Herstellung dieser Plasmide und Stämme
Die vorliegende Erfindung betrifft die gentechnische Herstellung von Plasmiden und Bakterienstämmen, die das Gen tfdA oder ein im Wesentlichen mit tfdA identisches Gen auf einem kurzen genau charakterisierbaren DNA-Abschnitt enthalten. Die neuen Plasmide und Mikroorganismen eignen sich besonders gut zur Produktion von 2 ,4-D-monooxigenase sowie als Ausgangsprodukt für die gen technische Übertragung der 2 , 4-D-abbauenden Eigenschaften dieses Enzyms auf verschiedene Organismen (einschließlich der damit erreichbaren 2 , 4-D-Toleranz bei genetisch transformierten Pflanzen) .
Die 2 , 4-D-monooxigenase ist ein Enzym , das in vielen 2 ,4-D-abbauenden Organismen den ersten Schritt bei der Metabo lisierung von 2 ,4-Dichlorphenoxyessigsäure (2 ,4-D) katalysiert. Zu 2 , 4-D-abbauenden Organismen gehören besonders Bodenbakterien wie z .B. Acinetobacter, Alcaligenes , Arthrobacter, Corynebacterium und Pseudomonas[(vgl. hierzu G.R . Bell , Can. J. Microbiol. 3 :821 ( 1 957) ; J.M. Bollag et al. , J. Agric. Food Chem. 16 :826 ( 1 968 ) ; R .H. Don et al . , J. Bacteriol. 145 :681 ( 1 981 ) ; W.C. Evans et al. , Proc. Biochem. Soc. Biochem. J. 57:4 ( 1 954) ; W.C. Evans et al. , Biochem.
J. 122:543 (1971); R.P. Fisher et al., J. Bacteriol. 135:798 (1978); T.I. Steenson et al., J. Gen. Microbiol. 16:146 (1957); J.M. Tiedje et al., J. Agric. Food Chem. 17:1080 (1969); J.E. Tyler et al., Appl. Microbiol. 28:181 (1974); J.M. Tiedje et al., J. Agric Food Chem. 17:1021 (1969)7. Sie spielen bei der Entgiftung des Erdbodens und der Abwässer von halogenierten aromatischen Verbindungen, wie sie gerade unter den landwirtschaftlich genützten Pestiziden und Herbiziden vorkommen, eine bedeutende Rolle.
In der Gruppe der 2,4-D-abbauenden Wildtypbakterien ist der Stamm Alcaligenes eutrophus JMP134 der bekannteste und am besten charakterisierte. Er beherbergt das etwa 80 Kilobasen große Plasmid pJP4, das sämtliche für den Abbau von 2,4-D wichtigen Gene enthält (R.H. Don et al., I.c.). Das Plasmid pJP4 wurde kürzlich auch isoliert und charakterisiert [R.H. Don et al., J. Bacteriol. 161:466 (1985)].
Fünf am Abbau von 2,4-D beteiligte Gene, bezeichnet als tfdB, tfdC, tfdD, tfdE und tfdF, wurden durch Transposonmutagenese lokalisiert und in E. coli kloniert. Vier Genen konnte dabei von R.H. Don et al. [J . Bacteriol. 161:85 (1985)] durch biochemische Studien eine Einzymfunktion zugeordnet werden. Es ist jedoch bisher noch nicht gelungen, das Gen tfdA auf dem Plasmid pJP4 oder auf einem Subfragment von diesem zu lokalisieren, zu isolieren und seine Struktur aufzuklären.
Durch die vorliegende Erfindung ist es nun erstmals gelungen, das Gen tfdA zu isolieren, klonieren und charakterisieren. Es ist damit möglich, dieses Gen für eine Übertragung auf andere Organismen verfügbar zu machen mit dem Ziel, die von tfdA kodierte 2,4-D-monooxigenase in diesen Organismen zur Expression zu bringen. Dabei kann es sich um Mikroorganismen handeln, aber auch höhere Organismen, wie z.B. Pflanzen, kommen dafür in Frage.
Die gezielte Übertragung von tfdA auf andere Mikroorganismen bietet die Möglichkeit, das Spektrum der von diesen Organismen abbaubaren Substanzen zu erweitern. Für Bakterien ist die Übertragung und Expression von Genen des gesamten 2,4-D-Abbaus bereits in J. Bacteriol. 145:681 (1981) und in Arch. Microbiol. 134:92 (1983) beschrieben worden. Es wurde jedoch noch kein Versuch unternommen, ein isoliertes tfdA-Gen in gramnegativen Bakterien wie Pseudonomas oder Alkaligenes zur Expression zu bringen. Ebensowenig ist ein solcher Versuch für Pflanzen bekannt. Die Metabolisierung von 2,4-D durch einige Pflanzenarten wurde verschiedentlich berichtet [Weed Science 24:557 (1976) und Z. Pflanzenphysiol. 110:395 (1983)]. In niederen Konzentrationen wirkt diese Substanz als auxinanaloges Pflanzenhormon und wird deshalb in der Zellkulturtechnik verwendet, in höheren Konzentrationen wirkt es auf die Pflanzenzelle wie auch auf die Gesamtpflanze als Wuchshemmstoff, was seinen Einsatz als Herbizid begründet. In einer haploiden Zellsuspensionskultur von Nicotiana silvestris konnte durch Adaption an steigende Konzentrationen von 2,4-D eine Toleranz gegenüber diesem sythetischen Wuchsstoff erreicht werden, die auf einer erhöhten Metabolisierungsrate beruht [M.H. Zenk, 1974. Haploids in physiological and biochemical research. In Haploids in higher plants. Advances and potential. Proceedings of the First International Symposium, Guelph, Ontario, Canada. p339].
Da das Gen tfdA die Abspaltung der Seitenkette von 2,4-D vermittelt, könnte die Fähigkeit, 2,4-D zu inaktivieren, mit Hilfe des aus Bakterien gewonnenen Gens auf all diejenigen Pflanzen übertragen werden, für die eine derartige gentechnische Manipulation möglich ist. Verfahren zur Übertragung fremder Gene auf Pflanzen und deren Nachkocmmenschaft sind heute bereits für einige Pflanzenarten erprobt(M. De Block, L. Herrera-Estrella, M. Van Montagu, J. Schell, and P. Zambryski. 1984. Expression of foreign genes in regenerated plants and in their progeny. EMBO J. 3:1681 sowie R.D. Shillito, M.W. Saul, J. Paszkowski, M. Müller, and J. Potrykus, 1985. High efficiency direct gene transfer to plants. Bio/technology 3:1099]und werden in nächster Zeit eine breitere Anwendbarkeit erlangen.
In die genetische Transformation von Pflanzen werden große Hoffnungen gesetzt, insbesondere was die Erzeugung neuer, für den Menschen wichtiger Nutzpflanzen betrifft [J.L. Marx, 1985. Plant gene transfer becomes a fertile field. Science 230:11487. Mit dem Gen tfdA stünde dafür eine neue genetisch übertragbare und in vivo selektierbare Eigenschaft in Form einer Toleranz gegenüber einem Wachstumshemmstoff zur Verfügung, wie sie bisher nur für wenige Antibiotika- bzw. Herbizidtoleranzen bekannt ist [R.T. Fraley et al. 1983. Expression of bacterial genes in plant cells. Proc. Natl. Acad. Sei. USA 80:4803 und Nature 317:741 (1985)].
Die vorliegende Erfindung besteht zunächst darin, daß unter Anwendung eines an sich bekannten Mutationsverfahrens von einem Bakterienstamm, der 2,4-D als Wachstumssubstrat verwenden kann, wie z.B. Alcaligenes eutrophus JMP134, eine bisher nicht bekannte Mutante hergestellt wird, in welcher das Strukturgen für die 2 ,4-D-monooxigenase inaktiviert ist. Diese Mutante wird unter Anwendung der bekannten Verfahren der DNA-Rekombination in vitro, der Transformation mit rekombinanter DNA und des konjugativen Transfers von DNA zur Selektion von rekombinanter DNA eingesetzt, welche tfdA oder mit tfdA im Wesentlichen identische Gene enthält.
Gegenstand der Erfindung sind Plasmide, die das Gen tfdA oder mit tfdA im Wesentlichen identische Gene enthalten, sowie Plasmide, weiche Teile dieser Gene einschließlich der Promotorregion enthalten.
Die erfindungsgemäßen Plasmide können hergestellt werden, indem man DNA aus Wildtypbakterien, welche Gene für die Metallisierung von 2,4-D oder 2 ,4-D-ähnlichen Verbindungen besitzen, mit Restriktionsendonukleasen verdaut und die entstandenen DNA-Fragmente mit Hilfe einer DNA-Ligase mit einem Plasmidvektor verknüpft, welcher zuvor durch das gleiche Restriktionsenzym in seine lineare Form umgewandelt worden ist.
Unter den so entstandenen rekombinanten Plasmiden können die erfindungsgemäßen tfdA-haltigen Plasmide dadurch identifiziert werden, daß man die Plasmide in Bakterienstämme bringt, aus denen dann die tfdA-haltigen Klone direkt aufgrund einer von tfdA vermittelten Fähigkeit selektiert werden können.
Solche Bakterienstämme besitzen die Eigenschaft, die in einer enzymatischen Reaktion in vivo von der 2,4-D-monooxigenase gebildeten Produkte, nicht jedoch deren Substrate als Kohlenstoff- und Energiequellen verwenden zu können.
Beispiele für Stämme mit der genannten Eigenschaft sind die erfindungsgemäßen tfdA-Mutanten, in denen alle Gene für den Abbau von 2,4-Dichlorphenol aktiv sind, ferner der Stamm Alcaligenes eutrophus JMP222, welcher Abbauwege für Phenol besitzt, sowie Pseudomonas sp. B13, der 4-Chlorphenol verwerten kann. Aber auch eine Reihe weiterer Bakterienstämme, welche verschieden substituierte Phenole abbauen können und vorwiegend in der Gruppe der gram-negativen Baktreien angetroffen werden, sind als Rezipienten zur Selektion und Identifizierung von klonierten tfdA-Genen vorstellbar.
Als Klonierungsvektoren werden bevorzugt Plasmide mit breitem Wirtsbereich verwendet, die in der Lage sind, sich auch in anderen Bakterienstämmen als E. coli replikativ zu vermehren. Aber auch Plasmide, die ihre DNA oder Teile ihrer DNA durch Integration in das Genom der Wirtszelle weitervermehren können, kommen dafür in Frage.
Als Verfahren zur Einführung von DNA in die lebenden Zellen besagter Bakterienstämme eignet sich einmal die direkte Transformation dieser Stämme, sofern Methoden dafür bekannt sind. So gibt es z.B. Transformationsverfahren für Pseudomonas und verwandte gramnegative Bakterien [A.A. Mercer and J.S. Loutit. 1979. Transformation and transfection of Pseudomonas aeruginosa: effects of metal ions. J. Bacteriol. 140:37-42; A.M. Chakrabarty, J.R. Mylroie, D.A. Friello, and J.G. Vacca. 1975. Transformation of Pseudomonas putida and Escherichia coli with plasmid-linked drug-resistance factor DNA. Proc. Natl. Acad. Sei. USA 72:3647-36517. Für alle gramnegativen Bakterien anwendbar und wesentlich effektiver ist hingegen die Transformation eines E. coli Stammes nach einer literaturbekannten Methode mit anschließende konjugativen Transfer der Plasmide in die betreffenden Bakteriensfämme. Für den konjugativen Transfer klonierter DNA werden bevorzugt mobilisierbare Plasmidvektoren verwendet. Die für den Transfer erforderlichen Gene werden dabei entweder von sogenannten Helferplasmiden oder von speziell dafür konstruierten mobilisierenden Stämmen zur Verfügung gestellt.
Aus den besagten Bakterienstämmen, welche direkt durch Selektion auf geeigneten Wachstumssubstraten gewonnen werden, oder aus Klonen von E. coli, welche durch das geschilderte Verfahren oder andere bekannte Testsysteme auf Expression von tfdA identifiziert werden, lassen sich die tfdA enthaltenden Plasmide nach bekannten Verfahren als eindeutig definierbare chemische Substanzen isolieren.
Der Vorteil der direkten Selektion tfdA-haltiger Stämme durch Wachstumstest besteht vor allem darin, daß er im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren, die alle auf relativ aufwendigen Enzymtests beruhen, die Identifizierung eines tfdA-haltigen Plasmids unter einer sehr großen Anzahl verschiedener Plasmide ermöglicht,wie sie bevorzugt bei der Herstellung von Genbanken, d.h. der randomisierten Klonierung von DNA-Bruchstücken genomischer DNA entstehen. Der Vorteil besteht damit in der breiten Anwendbarkeit des Verfahrens, denn Klonierung von tfdA-Genen ist damit nicht mehr auf Wildtypstämme beschränkt, die das Gen tfdA auf einem gut isolierbaren Plasmid tragen, sondern ist aus beinahe allen Wildtypstämmen möglich, auch solchen, die das Gen auf einem schlecht zugänglichen Plasmid oder dem Chromosom enthalten.
Die erfindungsgemäßen Plasmide werden erhalten, indem man z.B. das aus Alcaligenes eutrophus JMP134 stammende Plasmid pJP4, auf dem die Gene für den Abbau von 2,4-D liegen, mit der Restriktionsendonuklease Hindlll schneidet, die entstandenen DNA-Fragmente elektrophoretisch trennt und die einzelnen isolierten Fragmente mit dem Hindlll-geschnittenen und dephosphorylierten Vektor pVK101 ligiert. Der mobilisierende Stamm E. coli S17-1 wird mit der rekombinanten DNA transformiert und plasmidhaltige Stämme werden auf tetracyclin-haltigem Medium selektiert. Aus Stämmen, welche durch Restriktionsanalyse identifizierte rekombinante Plasmide enthalten, wird die Plasmid-DNA durch Kunjugation auf die oben erwähnte tfdA-Mutante JMP134:Tn5-2 übertragen und die Expression des klonierten tfdA-Gens durch Wachstum des Wirtsstammes auf 2,4-D-haltigem Minimalmedium nachgewiesen. Auf diese Weise kann das Plasmid pVJH21 identifiziert werden, welches das Gen tfdA auf einem 21 Kilobasen großen Hindlll-Fragment, stammend aus pJP4, enthält. Durch Isolierung des Plasmids und anschließende Restriktionsanalyse kann die Identität des klonierten Fragments bestätigt werden.
Die erfindungsgemäßen Plasmide können außerdem durch Subklonieren aus rekombinanten Plasmiden hergestellt werden, die das Gen tfdA enthalten. Dazu werden diese Plasmide mit einer oder mehreren Restriktionsendonukleasen verdaut und die entstandenen Bruchstücke werden mit Hilfe einer DNA-Ligase mit einem Vektorplasmid verknüpft, das mit den gleichen Restriktionsendonukleasen in seine lineare Form überführt worden ist. Aus den entstandenen Plasmiden können tfdA-haltige auf die oben geschilderte Weise selektiert werden.
So kann z.B. das Plasmid pGJS3 dadurch hergestellt werden, daß mit Sacl erzeugte DNA-Fragmente des Plasmids pVJH21 mit dem Sacl-geschnittenen Vektorplasmid pGSS33 verknüpft werden. Aus der Anzahl der neukcmbinierten Plasmide können solche selektiert werden, die ein intaktes tfdA-Gen enthalten, indem die rekombinante Plasmid-DNA zuerst durch Transformation in den mobilisierendenStamm E. coli S17-1 und dann von dort durch Konjugation in die tfdA-Mutante JMP134:Tn5-2 überführt wird. Durch Selektion auf 2,4-Dhaltigern Medium werden Plasmide identifiziert, welche ein 3 Kilobasen großes Sacl-Insert enthalten, dessen Herkunft durch Restriktionsanalyse eindeutig auf das 21 Kilobasen große Hindlll-Fragment aus pVJH21 und damit auf pJP4 zurückgeführt werden kann.
Durch Subklonieren von tfdA enthaltenden DNA-Abschnitten können auch solche erfindungsgemäßen Plasmide hergestellt werden, die sich je nach dem verfolgten Anwendungsziel in der Art der verwendeten Plasmidvektoren unterscheiden.
So kann z.B. das 3 Kilobasen große SacI-Fragment aus pGJS3 in den Vektor pKT231 umkloniert werden, wobei die Plasmide pKJS31 und pKJS32 entstehen, die gegenüer pGJS3 durch eine günstigere Restriktionskarte und die in vielen gram-negativen Bakterien gut exprimierte Kanamycin-Resistenz Vorteile für die weitere Charakterisierung von tfdA bieten. Als Verfahren zum Nachweis der tfdA-Expression durch von pKT231 abgeleitete Plasmide, wie sie im Folgenden beschrieben werden, wird der konjugative Transfer aus E. coli S17-1 in den Stamm Alcaligenes eutrophus JMP222 mit anschließendem Test auf Verwertung von Phenoxyessigsäure als Wachstumssubstrat bevorzugt. Dieses System bietet gegenüber den tfdA-Mutanten die Vorteile, daß bei diesem Rezipientenstamm der konjugative Transfer mit höherer Effizienz stattfindet und mit der Kanamycin-Resistenz ein weiterer selektierbarer Marker zur Verfügung steht.
Durch Subklonieren können tfdA enthaltende DNA-Fragmente auch in Expressionsvektoren eingebaut werden, auf denen tfdA-Gene mit Hilfe eines fremden Promotors exprimiert werden.
So können z.B. das 2.8 Kilobasen große Sacl/Sall-Fragment, das 2.0 Kilobasen große BamHI/Sall-Fragment und das 1.4 Kilobasen große Xbal/Sall-Fragment in die Expressionsvektoren pT7-5 und pT7-6 direkt im Anschluß an einen Phagenpromotor eingebaut werden, durch den die Genexpression mit Hilfe einer Promotor-spezifischen RNA-Polymerase gezielt angeschaltet werden kann. Das von den neu kombinierten Plasmiden pTJSS'035, pTJS'B435 und pTJS'X535, deren Herstellung in den Beispielen 8, 9 und 10 beschrieben wird, exprimierte tfdA-Genprodukt kann durch spezifische Markierung mit radioaktivem Methionin und anschließende Gelelektrophorese identifiziert werden. Das System kann ferner dazu benutzt werden, in einem E. coli-Stamm große Mengen an 2,4-D-monooxigenase zu erzeugen, was die Reinigung und die anschließende proteinchemische und enzymatische Charakterisierung des Genprodukts im Vergleich zu seiner Isolierung aus dem wiidtypstamm wesentlich erleichtert, wodurch weitere biotechnologische Anwendungsmöglichkeiten erst erforschbar werden.
Die Subklonierung von tfdA enthaltenden DNA-Fragmenten in Phagenvektoren vom Typ des M13-Phagen ermöglicht die Herstellung von Einzelstrang-DNA. Sie kann zur Bestimmung der Basensequenz nach dem Verfahren von Sanger [F. Sanger, S. Nicklen, and A.R. Coulson. 1977. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc. Natl. Acad. Sei. USA 74:5463]eingesetzt werden, sie kann ferner zur gezielten Mutagenese einzelner Basen mittels Oligonukleotiden dienen, ein bekanntes Verfahren, das die Erzeugung von-Restriktionsschnittstellen in einem Gen oder die Änderung der Aminosäureabfolge erlaubt. Die Einfügung von Restriktionsstellen in Genen erweitert deren Anwendungsmöglichkeiten, weil dadurch Schnittstellen für den Einbau von fremden Promotoren und die Verknüpfung von Genfragmenten zur Bildung von Fusionsproteinen geschaffen werden, wie sie z.B. für die Expression prokaryotischer Gene in Eukaryonten nötig sind. Die Subkionierung des 2.8 Kilobasen großen Sacl/Sall-Fragments aus pKJS32 in die Phagenvektoren M13tg130 und M13tg131, wie sie im Beispiel 16 beschrieben wird, stellt eine Möglichkeit dar, um das Gen tfdA für eine Sequenzierung zugänglich zu machen. Durch Modifikation der Doppelstrang- DNA der rekombinanten Phagen MJSS'030 und MJSS'031 können weitere Veränderungen an der Insert-DNA vorgenommen werden.
Die erfindungsgemäßen Plasmide können ferner durch Modifikation aus tfdA-haltigen Plasmiden hervorgehen. Durch Behandlung solcher Plasmide mit einer oder mehreren Resteiktionsendonukeasen, eventueller Behandlung mit Exonukleasen und anschließender Wiederverknüpfung der DNA-Enden zu einem ringförmigen Molekül, erhält man deletierte, d.h. um einen bestimmten DNA-Abschnitt verkleinerte Plasmide, welche ein weiterhin intaktes tfdA-Gen enthalten können.
So ist es z.B. möglich, durch Entfernen von definierten DNA-Fragmenten aus den Plasmiden pKJS31 und pKJS32 das darin enthaltene 3 Kilobasen große Insert bis zu der Xbal-Schnittstelle auf der einen Seite und bis zu der Sall-Schnittsteile auf der anderen Seite zu verkleinern, ohne daß die Aktivität von tfdA dabei verloren geht. Die so erzeugten, in den Beispielen 4, 5 und 7 beschriebenen Plasmide pKJSB330, pKJS(X)630 und pKJS32RHΔS' sind in der Lage, tfdA-Genaktivität zu exprimieren. Auf diese Weise kann die Lage des Gens auf ein 1.4 Kilobasen großes Xbal/Sall-Fragment eingegrenzt werden.
Durch die in Beispiel 16 beschriebene Deletion von verschieden langen DNA- Abschnitten aus den doppelsträngigen Formen der rekombinanten Phagen MJSS' 030 und MJSS'031 mittels Exonuklease III, kann eine Reihe von Phagen erzeugt werden, bei denen jeweils verschiedene Bereiche der klonierten DNA dem Startpunkt für die Sequenzierung am nächsten liegen. Die Sequenz eines 2 Kilobasen großen BamHI/Sall-Fragments kann dann aus den überlappend sequenzierten Teilbereichen zusammengesetzt werden. Aus der Kenntnis der Basensequenz lassen sich dann weitere Eigenschaften der tfdA enthaltenden DNA ableiten, wie z. B. die Lage und Länge der kodierenden Region und die Lage von Restriktionsschnittstellen, was für die weitere Verwendung von tfdA von erheblichem Nutzen sein kann. Durch Deletion von DNA-Fragmenten aus tfdA enthaltenden Plasmiden bzw. durch Subklonieren von DNA-Fragmenten können auch weitere erfindungsgemäße Plasmide erhalten werden, die nur noch Teile eines tfdA-Gens enthalten. So entsteht z.B. durch Subklonieren des 1.5 Kilobasen großen EcoRl/BamHI-Fragments aus pKJS32 in pKT231 das Plasmid pKJEΔB130, das nur noch das 5'-Ende von tfdA, d.h. den Promotor und die für den N-Terminus kodierende Sequenz, enthält und das nicht mehr zur Expression eines enzymatisch aktiven Genprodukts befähigt ist. Teile von Genen können zur Konstruktion von Plasmiden Verwendung finden, bei denen das 5'-Ende einer kodierenden DNA einschließlich deren Promotor im gleichen Leseraster mit dem 3'-Ende einer anderen kodierenden DNA verknüpft sind und die somit zur Expression eines sogenannten Fusionsproteins in denjenigen Organismen führen, die den jeweiligen Promotor erkennen.
Eine weitere Möglichkeit der Modifikation der erfindungsgemäßen Plasmide besteht in der Insertion eines fremden DNA-Segments. Die Insertion kann zur Einfügung neuer funktioneller DNA-Sequenzen dienen, z.B. von Restriktionsschnittstellen, Promotoren, Resistenzgenen, Translations- und Transkriptionsstopsignalen. Die Insertion eines Teils einer fremden Gensequenz kann auch zur Bildung von Fusionsproteinen führen.
Ein Beispiel für die Insertion einer fremden DNA ist die Insertion des Omega-Fragments in die Bglll-Schnittstelle des Plasmids pTJS'X535, die inmitten der kodierenden Region von tfdA gelegen ist (Beispiel 11 ). Mit diesem Fragment werden Translations-Stopkodons in allen Leserastern und Transkriptions- Stopsignale zusammen mit einer selektierbaren Antibiotikaresistenz eingebaut. Wie durch spezifische radioaktive Markierung des Genprodukts sowie durch in vivo Enzymetest auf 2,4-D-monooxigenase (Beispiel 15) nachgewiesen werden kann, führt dies zur Expression eines verkürzten, nicht mehr enzymatisch aktiven Proteins durch das rekombinante Plasmid pTJS'X535omega.
Klonierte Fragmente, die tfdA oder Teile von tfdA enthalten, können zur Detektion homologer DNA-Sequenzen und damit zum Auffinden von tfdA-Genen in anderen Organismen dienen. Dazu werden diese Fragmente aus den erfindungsgemäßen Plasmiden mit Hilfe geeigneter Restriktionsenzyme herausgeschnitten, isoliert und nach literaturbekannten Methoden z.B. durch Radionuklideinbau markiert. Durch das bekannte Verfahren der Hybridisierung können in der gesamten DNA eines Organismus oder in einer daraus hergestellten Genbank Fragmente identifiziert werden, die eine Homologie mit tfdA aufweisen. Auf diese Weise können auch unter einer Population verschiedener Organismen jene erkannt werden, die eine solche mit tfdA homologe Sequenz enthalten. Das Verfahren kann zum Aufspüren neuer 2,4-D abbauender Organismen sowie zum Auffinden von tfdA-Genen in diesen Organismen verwendet werden.
tfdA-Gene können entweder direkt mit Hilfe der erfindungsgemäßen Plasmide, soweit sie dafür geeignet sind, oder nach Veränderung mittels bekannter Verfahren der Gentechnik auf andere Organismen übertragen werden. Die Übertragung kann den Zweck verfolgen, die von tfdA kodierte 2,4-D-monooxigenase in diesen Organismen zu exprimieren und diesen damit die Eigenschaft zu verschaffen, 2,4-D oder 2,4-D-ähnliche Substanzen abbauen zu können.
So ist es z.B. möglich, durch den in Beispiel 14 beschriebenen konjugativen Transfer tfdA-haltiger Plasmide mit breitem Wirtsbereich in verschiedene gram-negative Bakterien diesen die Fähigkeit zu verleihen, 2,4-D oder 2,4-D-ähnliche Substanzen zu dem korrespondierenden Phenol umzusetzen. In Verbindung mit einer dem jeweiligen Stamm eigenen Abbauleistung kann dies zu einer Erweiterung des Spektrums der von diesem Stamm abbaubaren Verbindungen führen. Der Stamm Alcaligenes eutrophus JMP222 besitzt z.B. Gene für die Metallisierung von Phenol. Die Expression von tfdA vermittelt ihm somit die völlig neue Möglichkeit, Phenoxyessigsäure als Wachstumssubstrat zu nutzen. Der Stamm Pseudomonas B13 kann sowohl Phenol als auch 4-Chlorphenol metabolisieren, und erhält durch tfdA auf analoge Weise die Fähigkeit zum Wachstum auf Phenoxyessigsäure und 4-Chlorphenoxyessigsäure. Ebenso ist der Abbau verschieden substituierter Phenoxyessigsäuren wie 4-Chlor-2-methylphenoxyessigsäure, 2,4,5-Trichlorphenoxyessigsäure und ähnlicher Verbindungen durch Organismen denkbar, welche tfdA enthalten und die korrespondierenden Phenole umsetzen können. Wenn die damit erreichbare Erweiterung des Spektrums der Abbauleistungen eines Organismus auch nicht in jedem Falle zur Schaffung einer neuen, in der Natur bisher nicht verwirklichten Eigenschaft führt, so kann sie doch zu einer qualitativen Verbesserung dienen, insofern als damit Stämme mit einer im Vergleich zu Wildtypstämmen höheren Abbauleistung konstruiert werden können, oder solche mit einer höheren Toleranz gegenüber möglicherweise toxischen Substraten oder Produkten eines Abbauweges. Solche Stämme würden sich speziell unter Bedingungen als nützlich erweisen, wie sie nicht in natürlicher Umgebung, sondern in künstlichen Systemen wie z.B. in Kläranlagen zur Reinigung industrieller Abwässer vorherrschen. Eine Übersicht über die bisher auf dem Gebiet des mikrobiellen Abbaus halogenierter aromatischer Verbindungen mit Hilfe neukonstruierter Stämme erreichbaren Leistungen wurde kürzlich veröffentlicht [D. Ghosal, I.-S. You, D.K. Chatterjee, A.M. Chakrabarty. 1985. Microbial degradation of halogented compounds. Science 228:135-142].
Eine weitere Verwendungsmöglichkeit für das Gen tfdA stellt seine Übertragung auf Pflanzen dar. Methoden zur Transformation von Pflanzen mit fremder DNA sind in der Literatur bekannt und erprobt. Bisher sind im Wesentlichen zwei Verfahren zu unterscheiden: Die eine bedient sich der Funktionen des Ti-Plasmids aus Agrobacterium tumefaciens, die andere basiert auf der Transformation pflanzlicher Protoplasten unter Zuhilfenahme physikalischer und chemischer Agentien wie Elektroporation, Hitzeschock, Kalziumchloridoder Polyethylenglykolbehandlung. Während die Transformation pflanzlicher Zellen durch die eine oder andere Methode prinzipiell immer möglich ist, gelingt nicht in jedem Fall die Regeneration ganzer Pflanzen aus einzelnen Zellen oder Zellgeweben. Dies stellt im Moment das Haupthindernis für die gentechnische Manipulation von monokotylen Pflanzen dar.
Bevorzugtes Ziel der Transformation von Pflanzen mit tfdA ist die Expression der Geneigenschaft, d.h. der 2,4-D-monooxigenase-Aktivität in der transformierten Pflanze. Die Pflanze wäre damit in der Lage, die in niederen Konzentrationen als auxinanaloges Pflanzenhormon und in hohen Konzentrationen als Wuchshemmstoff wirkenden Derivate der Phenoxyessigsäure zu den phytochemisch unwirksamen Phenolen abzubauen. Somit käme dieser Eigenschaft eine Bedeutung als selektierbarer Marker für genetisch transformierte Pflanzen zu.
Damit ein prokaryotisches Gen wie tfdA in Pflanzenzellen exprimiert werden kann, muß es mit den für die Transkription und die Translation notwendigen pflanzenspezifischen Signalsequenzen gekoppelt sein. Es sind Hinweise bekannt, daß diese Koppelung durch die zufallsgesteuerte Integration eines Gens in das Genom einer damit transformierten Pflanze stattfinden kann. Prokaryotische Gene werden jedoch bevorzugt in vitro mit den geeigneten pflanzenspezifischen Expressionssignalen kombiniert. Ein allgemein anwend bares Verfahren besteht z.B. darin, daß das 5'-Ende eines Strukturgens einschließlich des dazugehörigen pflanzlichen Promotors mit der kodierenden Sequenz des prokaryotischen Gens in der Weise verknüpft wird, daß in einer damit transformierten Pflanzenzelle ein Fusionsprotein sythetisiert wird, das aus den N-terminalen Aminosäuren des Pflanzenproteins und einem überwiegenden Anteil des prokaryotischen Proteins besteht und das in seinen wesentlichen Eigenschaften dem prokaryotischen Protein gleicht [R.T. Fraley et al. 1983. Expression of bacterial genes in plant cells. Proc. Natl. Acad. Sei. USA 80:4803, J. Paszkowski, and M.W. Saul, 1986. Direct gene transfer to plants. In S.P. Colowick and N.A. Kaplan (ed.), Methods in Enzymology 118:668] . Eine ähnliche Methode verwendet nur den pflanzlichen Promotor einschließlich eines Teils der 5'-untran sla tierten Region der transkribierten m-RNA und verzichtet auf das 5'-Ende der kodierenden Region eines pflanzlichen Gens. Bei der Expression in Pflanzen dient dann ein ATG-Kodon des prokaryotischen Genteils als Start für die Translation. In analoger Weise lassen sich die Expressionssignale von Pflanzenviren verwenden [N. Brisson, and T. Hohn. 1986, Plant virus vectors; cauliflower mosaic virus. In S. P. Colowick and N. O. Kaplan (ed.), Methods in Enzymology 118:659].Vektoren für die Expression prokaryotischer Gene in pflanzen sind literaturbekannt und stehen allgemein zur Verfügung.
Voraussetzung für die Konstruktion eines in Pflanzen exprimierbaren Gens aus einem prokaryotischen Gen mit Hilfe der genannten Vektorplasmide ist die Kenntnis der Basensequenz, wie sie für das Gen tfdA vorliegt. Sie erlaubt die exakte Lokalisation von Restriktionsschnittstellen und ermöglicht damit die basengenaue Verknüpfung der verschiedenen DNA-Segmente. Ferner ermöglicht sie erst die gezielte Mutagenese zur Schaffung neuer funktionell wichtiger DNA-Sequenzen, wie z.B. die Einführung von neuen Restriktionsschnittstellen.
Im Nachstehenden wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen und Beispielen näher erläutert. In den Beispielen wurden in der Fachwelt allgemein bekannte und erprobte Methoden der Gentechnik benutzt. Die Klonierung von Genen und die Analyse von Genstrukturen wurden nach den gentrechnischen Standardverfahren durchgeführt, die bereits Eingang in die Lehrbücher von E.-L. Winnacker (Gene und Klone, Verlag Chemie, Weinheim, 1985) und von R.
W. Old und S.B. Primrose (Principles of gene manipulation, Blackwell
Scientific Publ., Oxford, 1985) gefunden haben. In I.K. Setlow und A. Hollaender (Genetic engineering: principles and methods. Plenum Publ. Corp. N.Y.) z.B. werden die Methoden und Techniken jeweils auf den neuesten Stand gebracht. Neben den speziellen Veröffentlichungen wurden vielfach auch allgemeine Arbeitsvorschriften in Form von Laborhandbüchern [R.W.
Davis et al., Advanced bacterial genetics: a manual for genetic engineering. T. Maniatis et al., Molecular cloning; T.J. Silhavy et al., Experiments with gene fusions, alle aus Cold Spring Harbour Lab., N.Y.; A. Pühler and
K.N. Timmis, Advanced molecular genetics, Springer, Berlin, 1984; D.M.
Glover, DNA cloning: a practical approach, JRL Press, Oxford, Washington,
D.C., 1985] herangezogen.
Am 28. August 1986 wurden bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen (DSM) in Göttingen, Bundesrepublik Deutschland, folgende Mikroorganismen hinterlegt (Hinterlegungsnummer):
E. coli HMS 174 (pT7-5) (DSM 3829)
E. coli HMS 174 (pT7-6) (DSM 3830)
E. coli JA 221 (pGSS33) (DSM 3831)
E. coli LE 392 (pTJSS'035) (DSM 3832)
E. coli HB101 (pVK101) (DSM 3833)
E. coli SK1592 (pKT231 ) (DSM 3834)
E. coli S17-1 (pKJS31) (DSM 3835)
E. coli S17-1 (pKJS32 RHΔS') (DSM 3836)
E. coli S17-1 (pKJS(X)630) (DSM 3837)
E. coli SBC107 (pRME1) (DSM 3838)
E. coli K38 (pGT1-2/pTJS'X535) (DSM 3839)
Alcaligenes eutrophus JMP134 (pJP4) (DSM 3840)
Alcaligenes eutrophus JMP222 (DSM 3841)
Alcaligenes eutrophus JMP134:Tn5-2 (pJP4:Tn5-2) (DSM 3842)
Alcaligenes eutrophus JMP134:Tn5-4 (pJP4:Tn5-4) (DSM 3843)
Beschreibung der Abbildungen:
Abkürzungen:
Ap - Ampicillinresistenz
Km - Kanamycinresistenz kb - Kilobasen
M - Molekulargewichtsmarker kD - Kilodalton
Abbildungen:
Abb. 1 - zeigt die Herkunft und die Restriktionskarte des 21 kb großen, aus pJP4 klonierten Hindlll-Fragments (Beispiel 1) und der davon abgeleiteten Subfragmente (Beispiel
3 bis 7), sowie die Expression des Phenoxyessigsäureabbaus in Alcaligenes eutrophus JMP222 durch die entsprechenden Plasmide mit breitem Wirtsbereich (Beispiel 14). Der Pfeil markiert die genaue Lage von tfdA im Plasmid pJP4.
Abb. 2. 3. 4 zeigen die von pKT231 abgeleiteten Plasmide, die tfdA oder Teile von tfdA enthalten (Beispiele 3 bis 7). Die dünnen Linien bezeichnen den vom Vektorplasmid stammenden Anteil, die dicken Linien bezeichnen das aus pJP4 stammende Insert.
Abb. 5, 6. 7 zeigen die von den T7-Promotorplasmiden pT7-5 und pT7-6 abgeleiteten Plasmide mit tfdA enthaltenden Insertfragmenten (Beispiele 8 bis 11). Die dünnen Linien bezeichnen den vom Vektorplasmid stammenden Anteil, die dicken Linien bezeichnen das aus pJP4 stammende Insert.
Abb. 7 b zeigt die Insertion des Omegafragments in das Plasmid pTJS'X535 (Beispiel 11).
Abb. 8 zeigt spezifisch radioaktiv markierte Proteine auf dem Autoradiogramm eines Polyacrylamidgels, die von den tfdA enthaltenden Plasmiden mit Hilfe des T7-Promotors in hoher Ausbeute exprimiert werden (Beispiel 15). 1: pTJSS'035, 2: pTJS'B435, 3: pTJS'XSSS, 4: pTJSS'036, 5: pTJS'B436, 6: pTJS'X536. a bezeichnet vollständig markiertes Gesamtzellprotein, b bezeichnet nach Induktion des T7-Promotors spezifisch markiertes Protein.
Abb. 9 - zeigt das von Plasmid pTJS'X535omega mit Hilfe des
T7-Promotors exprimierte, verkürzte tfdA-Genprodukt
(2b) im Vergleich zum unverkürzten, von pTJS'X535 exprimierten Protein (3b) und zum insertfreien Vektorplasmid pT7-5 (1b). a bezeichnet vollständig markiertes Gesamtzellprotein, b bezeichnet nach Induktion des T7-Promotors spezifisch markiertes Protein.
Abb. 10 - zeigt die Basensequenz des 2058 Basen langen
BamHI/Sall-Fragments, auf dem das Gen tfdA vom 5'-Ende zum 3'-Ende hin transkribiert wird. Die Pfeile bezeichnen den Anfang und das Ende der kodierenden Region von tfdA (Beispiel 16).
Beispiel 1: Herstellung des Plasmids pVJH21 a) Isolierung der Plasmide pJP4 und pVK101
Alcabgenes eutrophus JMP134 wird in 250 ml PYF-Medium (Pepton, 3 g/1; Hefeextrakt, 3 g/I; Fructose, 2 g/1) 16 Stunden bei 30 °C angezogen. Aus den abzentrifugierten Zellen wird das Plasmid pJP4 nach dem Verfahren aus J. Bacteriol. 135:227 (1978) isoliert. Das Plasmid ρVK101[V.C.Knauf et al., Plasmid 8:45 (19822] wird aus E. coli HB101 nach dem allgemein bekannten Verfahren der alkalischen Lyse von T. Maniatis et al. (Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbour Laboratory, Cold Spring Harbour, New York, 1982) isoliert.
b) Klonierung des 21 Kilobasen Hindlll-Fragments aus pJP4 Eine Reaktionsmischung, bestehend aus 20μl (500 ng) pJP4, 2.5 μl TAS-Puffer (0.33 M Tris-acetat, 0.65 M Kaliumacetat, 0.1 M Magnesiumacetat, 5 mM Dithiothreitol (DTT), 30 mM Spermidin, pH 7.9) und 2.5 μl (1 Unit) einer verdünnten Hindlll-Lösung, werden 120 min bei 37 ºC inkubiert. Eine weitere Reaktionsrmischung, bestehend aus 50 μl (14 μg) pVK101 , 5.5 μl TAS-Puffer und 1 μl (20 Units) unverdünnter Hindlll-Lösung, werden 90 min bei 37 ºC inkubiert, danach wird 1 μl (30 Units) Calf Ihtestinal Alcaline Phosphatase (DIP, Boehringer Mannheim) zugesetzt und weitere 60 min inkubiert. 9 μl von jeder der beiden Reaktionsmischungen werden auf einem 0.7%igen Low-Melting-Agarose-Gel elektrophoretisch aufgetrennt. Das Gel wird anschließend 15 min in einer Ethidiumbromidl ösung (5 μg/ml) gefärbt und die DNA-Banden im UV 300nm sichtbar gemacht. Die einzelne 20 kb Bande der pVK101-Restriktion sowie die zweitgrößte Bande (21 kb) der pJP4-Restriktion werden aus dem Gel ausgeschnitten, beide Banden werden vereinigt, und die DNA wird aus der Agarose nach dem Verfahren von T. Maniatis et al. (Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbour Laboratory, Cold Spring Harbour, New York, 1982)isoliert. Die ethanolgefällte DNA wird in 10 μl Ligationspuffer (66 mM Tris-HCl, 6.6 mM MgCl2 10 mM DTT, 1 mM ATP, pH 7.5) aufgenommen, mit 1 μl (0.1 Unit) verdünnter T4-DNA-Ligase versetzt und 16 Stunden bei 14 °C inkubiert (=Ligationsansatz). Kompetente Zellen von E. coli S17-1[Biotechnology 1 :784 (1983)] werden nach dem Verfahren von T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory, Cold Spring Harbour, New York, 1984)hergestellt. 0.2 ml der so gewonnenen kompetenten Zellen werden mit 5 μl Ligationsansatz gemischt, 40 min auf Eis belassen, dann 3 min auf 42 °C erhitzt (=Transformation), anschließend mit 2 ml LB-Medium nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) verdünnt und 60 min be 30 ºC inkubiert (= phänotypische Expression). Danach werden Portionen von je 0.2 ml auf LB-Agar-Platten, enthaltend 10 μl/ml Tetracyclin, ausgestrichen. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 ºC bebrütet. Es zeigen sich mehrere Tetracyclin-resistente Kolonien.
c) Identifizierung von pVJH2
Aus den so gewonnenen Tetracyclin-resistenten Kolonien wird nach dem Verfahren der alkalischen Lyse eine Schnellpräparation der Plasmid-DNA durch- geführt, wie sie von T. Maniatis et al. beschrieben wird. Durch das oben beschriebene Verfahren der Behandlung mit alkalischer Phosphatase wird gewährleistet, daß jeder der Tetracyclin-resistenten Klone das gewünschte Insert enthält. Durch Restriktionsenzymverdauung mit EcoRI und anschließender elektrophoretischer Trennung der DNA-Fragmente in einem 0.7%igen Agarosegel nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) werden die rekombinanten Plasmide identifiziert. Durch Vergleich der Größen der erhaltenen EcoRI-Fragmente mit den Größenverhältnissen, die bezüglich EcoRI und Hindlll für pJP4 und pVK101 aus der Literatur bekannt sind[R.H. Don, J. Bacteriol. 161:466 (1985) und V.C.Knauf et al. Plasmid 8:45 (1982)], gelingt eine genaue Identifizierung der Insert-DNA sowie seiner Orientierung im Vektorplasmid pVK101.
d) Restriktionskarte des Hindlll-Inserts in pVJH21
Ein so gewonnener Stamm, der das Plasmid pVJH21 enthält, wird in 400 ml LB-Medium, das 20 μg/ml Tetracyclin enthält, 16 Stunden bei 37 °C angezogen. Aus den abzentrifugierten Zellen wird die Plasmid-DNA nach der Methode der alkalischen Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Die isolierte Plasmid-DNA von pVJH21 wird in verschiedenen Ansätzen mit den Enzymen EcoRI, BamHI und Sacl einzeln, sowie mit folgenden 9 Kombinationen mehrerer Enzyme verdaut: EcoRI/BamHI (1), EcoRI/SacI (2), BamHI/SacI (3), Hindlll/EcoRI (4), Hindlll/BamHI (5), Hindlll/Sacl (6), Hindlll/EcoRI/BamHI (7), Hindlll/EcoRI/ Sacl (8) und Hindlll/BamHI/SacI (9). Die DNA-Fragmente werden in einem 0,7%igen Agarosegel nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) aufgetrennt und ihre Größen werden durch Vergleich mit Hindlll-geschnittener lambda-DNA ermittelt. Mit den daraus gewonnen Daten wird zusammen mit den für die Plasmide DJP4[R.H. Don, J. Bacteriol. 161:466 (1985)]und pVK101[V.C.Knauf et al. Plasmid 8:45 ( 1982)] bezüglich EcoRI, BamHI und Hindlll bekannten Größenverhältnissen die Restriktionskarte erstellt. Beispiel 2: Herstellung des Plasmids ρGJ53 a) Isolierung der Plasmide pVJH21 und pGSS33
Der rekombinante Stamm E. coli S17-1, der das in Beispiel 1 hergestellte Plasmid pVJH21 enthält, und E. coli JA221 mit dem Vektorplasmid pGSS33 [G.S. Sharpe Gene 29:93 (1984]] werden in je 300 ml LB-Medium, das 20 μg/ml Tetracyclin enthält, 16 Stunden bei 37 ºC angezogen. Aus den abzentrifugierten Zellen werden die beiden Plasmide nach der Methode der alkalischen Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert.
b) Klonierung von Sael-Fragmenten aus pVJH21
Eine Reaktionsmischung, bestehend aus 10 μl (5 μg) pVJH21 , 10 μl (1 μg)pGSS33, 4 μl TAS-Puffer, 16 μl Wasser und 0.5 μl (10 Units) Sacl, wird 90 min bei 37 ºC inkubiert. Das Restriktionsezym wird anschließend durch 15 minütiges Erhitzen auf 68 °C inaktiviert. Die DNA wird mit Ethanol gefällt nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) und der getrocknete Niederschlag in 40 μl Ligationspuffer aufgenommen. Nach Zusatz von 1 μl (1 Unit) T4-DNA-Ligase wird der Ligationsansatz 16 Stunden bei 14 ºC inkubiert. E. coli LE392[N.E. Murray et al. Mol. Gen. Genet. 150:53 (19772] wird nach dem Verfahren von T.J. Silhavy et al.(Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory. Cold Spring Harbour, New York, 1984) für die DNA-Aufnahme kompetent gemacht, 0.2 ml kompetente Zellen werden mit 5 μl Ligationsansatz gemischt, 40 min auf Eis belassen und durch 3minütiges Erhitzen auf 42 °C transformiert. Nach Verdünnen mit 2 ml LB-Medium und Inkubation bei 30 °C werden Portionen von 50 μl bis 200 μl auf LB-Agar-Platten, die 20 μg/ml Chloramphenicol enthalten, ausgestrichen. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 ºC inkubiert.
c) Identifizierung rekombinanter Plasmide
Die so erhaltenen Chloramphenicol-resistenten Kone werden parallel auf zwei LB-Agar-Platten ausgestrichen, wovon eine 25 μg/ml Streptomycin, die andere 20 μg/ml Chloramphenicol enthält. Aus Klonen, die sich bei diesem Test als Streptomycin-sensitiv erweisen, wird die Plasmid-DNA mit Hilfe des Schnellverfahrens der alkalischen Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Durch Restriktion der isolierten Plasmide mit Sacl, elektrophoretischer Auftrennung der DNA-Fragmente auf einem 0.7%igen Agarosegel und Vergleich der im UV 300 nm sichtbaren Banden mit bekannten Fragmenten einer Hindlll-Restriktion der lambda-Phagen-DNA wird die Größe der im Vektor pVK101 enthaltenen Inserts ermittelt. Bei dem Plasmid pGJS3 handelt es sich um ein rekombinantes Plasmid aus pGSS33 und einem 3 Kilobasen großen DNA-Fragment. Da das Plasmid pVK101 selbst keine Schnittstelle für Sacl besitzt, stammt das klonierte DNA-Fragment eindeutig aus dem 21 Kilobasen großen Hindlll- Fragment von PJP4.
Beispiel 3: Herstellung der Plasmide pKJS31 und pKJS32 a) Isolierung der Plasmide pGJS3 und pKT231
Der in Beispiel 2 hergestellte Stamm E. coli LE392, der das rekombinante Plasmid pGJS3 enthält, wird in 400 ml LB-Medium mit einem Zusatz von 20 μg/ml Chloramphenicol 16 Stunden bei 37 ºC angezogen. E. coli SKI592 mit dem Vektorplasmid pKT231[M. Bagdasarian et al., Current Topics in Microbiology and Immunology 96:47 (1982)] wird in 400 ml LB-Medium mit einem Zusatz von 50 μg/ml Kanamycin unter den gleichen Bedingungen angezogen. Aus den abzentrifugierten Zellen werden die beiden Plasmide nach dem Verfahren der alkalischen Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert.
b) Umklonierung des Sacl-Fragmentes aus pGJS3 in pKT231 Eine Reaktionsmischung, bestehend aus 40 μl (400 ng) pGJS3, 4 μl (100 ng) pKT231 , 6 μl TAS-Puffer, 9 μl Wasser und 1 μl (1 Unit) verdünnte Sacl-Lösung, werden 120 min bei 37 °C inkubiert. Durch anschließendes Erhitzen der Reaktionsmischung auf 68 ºC für 15 min werden die Restriktionsenzyme inaktiviert. Zu dem Ansatz werden 39 μl Wasser, 10 μl 10-fach konzentrierter Ligationspuffer und 1 μl (0.1 Unit) einer verdünnten T4-DNA-Ligase hinzugefügt und der Ligationsansatz 16 Stunden bei 14 ºC inkubiert. 0.2 ml kompetente Zellen von E. coli LE392, hergestellt nach dem Verfahren von T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory, Cold Spring Harbour, New York, 1984), werden mit 10 μl des Ligationsansatzes gemischt, 40 min auf Eis belassen, 3 min auf 42 ºC erhitzt, mit 2 ml LB-Medium gemischt und 60 min bei 37 ºC inkubiert. Portionen von 50 μl bis 200 μl werden auf LB-Agar-Platten ausgestrichen, die 50 μg/ml Kanamycin enthalten. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 ºC inkubiert.
c) Identifizierung der rekombinanten Plasmide
Die so erhaltenen Kanamcyin-resistenten Klone werden parallel auf drei verschiedenen LB-Agar-Platten ausgestrichen, wovon eine 25 μg/ml Streptomycin, die zweite 20 μg/ml Chloramphenicol und die dritte 50 μg/ml Kanamycin enthält. Klone, die sich in diesem Test als Streptomycin- und Chloramphenicol-sensitiv, aber als Kanamycin-resistent erweisen, enthalten im Regelfalle ein rekombinantes Plasmid aus dem Vektor pKT231 (Kanamycinresistenz) und dem 3 Kilobasen großen Sacl-Fragment aus pGJS3. Durch Isolierung der Plasmid-DNA nach dem bekannten Schnellverfahren nach T. Maniatis et al. (vgl. oben), Restriktion der DNA mit Sacl und anschließender Analyse der Fragmente durch Elektrophorese in einem 0.7%igen Agarosegel wird die Größe der inserierten DNA bestimmt. Durch eine in gleicher Weise ausgeführte Restriktionsanalyse mit EcoRI werden Plasmide mit unterschiedlicher Orientierung des Inserts in Relation zum Vektorplasmid identifiziert. Bei dem Plasmid pKJS32 handelt es sich um diejenige Form der beiden Möglichkeiten, bei der die EcoRI-Steile des Inserts am nahesten bei der EcoRI-Steile des Vektoranteils liegt. Dieses Plasmid ergibt zwei EcoRI-Fragmente der Größen 0.9 und 15 Kilobasen. Das Plasmid pKJS31 stellt die Konstruktion mit der entgegengesetzten Orientierung des Inserts dar, es liefert zwei EcoRI-Fragmente der Größen 2.3 und 13.5 Kilobasen.
Beispiel 4: Herstellung des Plasmids pKJSB330 a) Isolierung des Plasmids pKJS31
Der in Beispiel 3 erhaltene Klon von E. coli LE392, der das neukombinierte Plasmid pKJS31 enthält, wird in 400 ml LB-Medium mit einem Zusatz von 50 μg/ml Kanamycin 16 Stunden bei 37 °C angezogen und aus den abzentrifugierten Zellen wird die Plasmid-DNA mittels alkalischer Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert.
b) Deletion des kleineren BamHI-Fragments aus pKJS31
Eine Reaktionsmischung, bestehend aus 10 μl (500 ng) pKJS31, 7 μl Wasser, 2 μl TAS-Puffer ind 1 μl (1 Unit) einer verdünnten BamHI-Lösung, wird 60 min bei 37 ºC inkubiert und anschließend die enzymatische Reaktion durch Erhitzen auf 68 ºC für 15 min gestoppt. Der Restriktionsansatz wird dann mit 50 μl Wasser, 8 μl 10-fach konzentriertem Ligationspuffer und 2 μl (2Units) T4-DNA-Ligase versetzt und 16 Stunden bei 14 ºC inkubiert. 0.2 ml kompetente Zellen von E. coli S17-1 , hergestellt nach dem bekannten Verfahren von T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory, Cold Spring Harbour, New York, 1984), werden mit 10 μl des Ligationsansatzes gemischt, 40 min auf Eis belassen, 3 min auf 42 ºC erhitzt, mit 2 ml LB-Medium gemischt und 60 min bei 37 ºC inkubiert. Portionen von 50 μl bis 200 μl werden auf LB-Agar-Platten ausgestrichen, die 50 μg/ml Kanamycin enthalten. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 °C inkubiert.
c) Identifizierung der verkleinerten Plasmide
Aus den so erhaltenen Kanamycin-resistenten Klonen wird die Plasmid-DNA mittels des bekannten Schnellverfahrens der alkalischen Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Durch Restriktion der Plasmide mit Bglll und elektrophoretischer Auftrennung der DNA-Fragmente in einem 0.7%igen Agarosegel werden Plasmide identifiziert, die das kleine BamHI- Fragment aus pKJS31 verloren haben. Diese Plasmide besitzen nur eine einzige Bglll-Schnittstelle und liefern daher ein Bglll-Fragment von 13.2 Kilobasen Größe. Sie lassen sich damit eindeutig von ihrem Ursprungs- plasmid pKJS31 unterscheiden und werden als pKJSB330 bezeichnet.
Beispiel 5: Herstellung des Pla smids pKJS32RHΔS' a) Isolierung der Plasmide pKJS32 und pRMEI
Der in Beispiel 3 erhaltene Klon von E. coli LE392, der das neukombinierte Plasmid pKJS32 enthält, sowie E. coli SBC107 (pRMEI ) werden in je 400 ml LB-Medium mit einem Zusatz von 50 μg/ml Kanamycin 16 Stunden bei 37 °C angezogen. Aus den abzentrifugierten Zellen werden die Plasmide mittels alkalischer Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert.
b) Deletion eines Hindlll/Sall-Fragmentes aus pKJS32 und anschließende
Insertion eines Hindlll/Sall-Fragmentes aus pRMEI Eine Reaktionsmischung, bestehend aus 10 μl (500 ng) pKJS32, 10 μl (1 μg) pRMEI, 15 μl Wasser, 4 μl TAS-Puffer, 0.5 μl (1 Unit) verdünnter Hindlll- Lösung und 0.5 μl (1 Unit) verdünnter Sall-Lösung, werden 120 min bei 37 ºC inkubiert und die enzymatische Reaktion durch Erhitzen auf 68 ºC für 15 min gestoppt. Anschließend werden 10 μl des Restriktionsansatzes mit 25 μl Wasser, 4 μl 10-fach konzentriertem Ligationspuffer und 1 μl (1 Unit) T4-DNA-Ligase versetzt und 16 Stunden bei 14 ºC inkubiert. Nach einem bekannten Verfahren T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory, Cold Spring Harbour, New York, 1984),kompetent gemachte Zellen von E. coli S17-1 werden mit 10 μl des Ligationsansatzesgemischt, 40 min auf Eis belassen, 3 min auf 42 ºC erhitzt und nach Vermischen mit 2 ml LB-Medium 60 min bei LB-Agar-Platten ausgestrichen, die 50 μg/ml Kanamycin enthalten. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 °C inkubiert.
c) Identifizierung der rekombinanten Plasmide
Aus den so erhaltenen Kanamycin-resistenten Klonen wird die Plasmid-DNA mittels des bekannten Schnellverfahrens der alkalischen Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Durch Restriktion mit BamHI und elektrophoretischer Auftrennung der erhaltenen DNA-Fragmente werden Plasmide identifiziert, bei denen ausgehend von pKJS32 der kleinere DNA-Abschnitt zwischen der auf dem Vektoranteil inmitten des Kanamycin-Resistenzgens gelegenen Hindlll-Scnnittstelle und der auf dem Insert gelegenen Sall-Schnittstelle entfernt worden ist und durch dasjenige Hindlll/Sall- Fragment aus pRMEI ersetzt worden ist, welches das 3'-Ende der kodierenden Region des Kanamycin-Resistenzgens trägt. Diese Plasmide liefern zwei BamHI- Fragmente mit den Längen 13.3 und 2.0 Kilobasen und unterscheiden sich damit eindeutig von den Ausgangsprodukten und anderen möglichen Nebenprodukten der Ligation. Sie stellen Konstruktionen dar, bei denen ein 0,2 Kilobasen großer DNA-Abschnitt des 3.0 Kilobasen großen Inserts von pKJS32 entfernt wurde und bei denen ein Teil des Kanamycinresistenzgens gegen ein anderes Genfragment des gleichen genetischen Ursprungs ausgetauscht wurde. Diese Plasmide werden als pKJS32RHΔS' bezeichnet.
Beispiel 6: Herstellung des Plasmids pKJEΔB130 a) Isolierung der Plasmide pKT231 und pKJS32
Die Isolierung von pKT231 wurde in Beispiel 3, die von pKJS32 in Beispiel 5 beschrieben.
b) Klonierung des kleineren EcoRI/BamHI-Fragments aus pKJS32 in pKT231 Zwei Reaktionsmischungen, die eine bestehend aus 10 μl (500 ng) pKJS32,
5 μl Wasser, 2 μl TAS-Puffer und je 1 μl (1 Unit) von verdünnten Lösungen der Enzyme EcoRI, BamHI und PstI, die andere bestehend aus 10 μl (250 ng) pKT231 , 6 μl Wasser, 2 μl TAS-Puffer und je 1 μl (1 Unit) von verdünnten Lösungen der Enzyme EcoRI und BamHI, werden 120 min bei 37 ºC inkubiert und zum Abstoppen der Reaktion für 15 min auf 68 ºC erhitzt. Anschließend werden je 10 μl der beiden Restriktionsansätze gemischt, mit 50 μl Wasser, 8 μl 10-fach konzentriertem Ligationspuffer und 2 μl (2 Units) T4-DNA-Ligase versetzt und 16 Stunden bei 14 ºC inkubiert. 0.2 ml kompetente Zellen von E. coli LE392, hergestellt nach dem literaturbekannten Verfahren von T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Labo ratory, Cold Spring Harbour, New York, 1984), werden mit 10 μl des Ligationsansatzes gemischt, 40 min auf Eis belassen, 3 min auf 42 °C erhitzt, mit 2 ml LB-Medium gemischt und 60 min bei 37 ºC inkubiert. Portionen von 50 μl bis 200 μl werden auf LB-Agar-Platten ausgestrichen, die 50 μg/ml Kanamycin enthalten. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 ºC inkubiert.
c) Identifizierung rekombinanter Plasmide
Die so erhaltenen Kanamycin-resistenten Klone werden parallel auf zwei LB-Agar-Platten ausgestrichen, wovon eine 25 μg/ml Streptomycin, die andere 50 μg/ml Kanamycin enthält. Aus Klonen, die sich in diesem Test als Streptomycin-resistent erweisen, wird die Plasmid-DNA nach dem Schnellverfahren nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Restriktion der DNA mit Xhol und anschließende elektrophoretische Auftrennung der DNA-Bruchstücke in einem 0.7%igen Agarosegel erlaubt die Identifizierung von neukombinierten Plasmiden, die zwei Xhol-Fragmente mit den Größen 3.0 und 9.7 Kilobasen ergeben. Werden die gleichen Plasmide gleichzeitig mit EcoRI und BamHI geschnitten, so ergibt die elektrophoretische Analyse zwei Bruchstücke der Größen 1.5 und 11.2 Kilobasen. Bei den so identifizierten Plasmiden handelt es. sich um Rekombinanten aus dem großen EcoRI/BamHI-Fragment von pKT231 und dem 1.5 Kilobasen großen EcoRI/BamHI-Fragment, das aus der Insert-DNA des Plasmids pKJS32 stammt. Sie werden als pKJEΔB130 bezeichnet.
Beispiel 7: Herstellung des Plasmids pKJS(X)630 a) Isolierung des Plasmids pKJSB330
Der in Beispiel 4 erhaltene Klon von E. coli S17-1, der das neukombinierte Plasmid pKJSB330 enthält, wird in 400 ml LB-Medium mit einem Zusatz von 50 μg/ml Kanamycin 16 Stunden bei 37 °C angezogen und aus den abzentrifugierten Zellen wird die Plasmid-DNA mittels alkalischer Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert.
b) Entfernen eines BamHI/Xbal-Fragments aus dem Plasmid pKJSB330
Eine Reaktionsmischung, bestehend aus 20 μl (1 μg) pKJSB330, 15 μl Wasser, 4 μl TAS-Puffer, 0.5 μl (2 Units) verdünnter Xbal-Lösung und 0.5 μl (2 Units) verdünnter BamHI-Lösung, wird 120 min bei 37 ºC inkubiert. Anschließend werden 20 μl gepuffertes Phanol nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) zugesetzt, gemischt, nach Zusatz von 20 μl Chloroform: Isoamylalkohol (24:1) wird nochmals gemischt und abzentrifugiert. Die obere wäßrige Phase wird abgenommen und mit 120 μl -20 °C kaltem Ethanol gemischt. Die Mischung wird 30 min bei -20 ºC aufbewahrt und dann abzentrifugiert. Die gefällte DNA wird mit kaltem 70%igem Ethanol gewaschen, im Vakuum getrocknet und in 20 μl Klenow-Reaktionslösung (20 mM Tris-HCl, pH 8.0, 7 mM MgCl2, 10 U/ml DNA-Polymerase I (=Klenowenzym)) aufgenommen. Nach 5 minütiger Vbrinkubation bei 37 ºC werden 2 μl einer Lösung aller 4 Desoxynukleotidtriphosphate (0.125 mM ATP, 0.125 mM CTP, 0.125 mM GTP, 0.125 mM TTP, Pharmacia) hinzugefügt und weitere 5 min inkubiert. Danach wird der Ansatz mit 80 μl Ligationspuffer, der 25 U/ml T4-DNA-Ligase enthält, gemischt und 6 Stunden bei Raumtemperatur belassen. Anschließend wird 16 Stunden bei 14 ºC inkubiert. 0.2 ml einer Suspension kompetenter Zellen von E. coli S17-1, hergestellt nach dem Verfahren von T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory. Cold Spring Harbour, New York, 1984), werden mit 10 μl des Ligationsansatzes gemischt, nach 40 min Inkubation auf Eis durch Hitzebehandlung (3 min, 42 ºC) transformiert, mit 2 ml LB-Medium gemischt und 60 min bei 37 °C inkubiert. Von der Zellsuspension werden dann Portionen von 50 bis 200 μl auf LB-Agar-Platten ausgestrichen, die 50 μg/m Kanamycin enthalten. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 °C inkubiert.
c) Identifizierung der verkleinerten Plasmide
Aus den so erhaltenen Kanamycin-resistenten Klonen wird die Plasmid-DNA mittels des bekannten Schnellverfahrens der alkalischen Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben), isoliert. Durch Restriktion der Plasmide mit Smal und anschließender elektrophoretischer Trennung der DNA-Bruchstücke in einem 0.7 %igen Agarosegel werden Plasmide identifiziert, die den DNA-Abschnitt zwischen der BamHI-Schnittstelle und der Xbal-Schnittsteile auf dem Insert von pKJSB330 verloren haben. Diese Plasmide liefern in der Restriktionsanalyse zwei Smal-Fragmente mit einer Länge von 2.6 und 9.9 Kilobasen und werden als pKJS(X)630 bezeichnet. Sie sind damit eindeutig von dem Ausgangsprodukt pKJSB330 zu unterscheiden.
Beispiel 8: Herstellung der Plasmide pTJSS'035 und pTJSS'036 a) Isolierung der Plasmide pT7-5, pT7-6 und pKJS32
Zwei Stämme von E. coli HMS174, von denen einer das Plasmid pT7-5, der andere das Plasmid pT7-6 enthält, werden in je 400 ml LB-Medium nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) mit einem Zusatz von 50 μg/ml Ampicillin 16 Stunden bei 37 ºC angezogen. Aus den abzentrifugierten Zellen wird die Plasmid-DNA durch das bekannte Verfahren der alkalischen Lyse nach T. Maniatis isoliert. Die Isolierung von pKJS32 wird in Beispiel 5 beschrieben.
b) Klonierung des Sacl/Sall-Fragments aus pKJS32 in pT7-5 und pT7-6 Ein Reaktionsgemisch (A), bestehend aus 20 μl (1 μg) pKJS32, 15 μl Wasser, 4 μl TAS-Puffer und je 0.5 μl (2 Units) der Enzyme Sacl und Sall, werden 120 min bei 37 °C inkubiert. Zwei weitere Reaktionsgemische, bestehend aus entweder 2 μl (1 μg) pT7-5 (B) oder 2 μl (1 μg) pT7-6 (C), 15 μl Wasser, 2 μl TAS-Puffer und je 0.5 μl (2 Units) der Enzyme Sacl und Sall, werden unter den gleichen Bedingungen inkubiert. Alle drei Reaktionen werden durch Erhitzen auf 68 ºC für 15 min abgestoppt. Je 13 μl des Restriktionsansatzes A (pKJS32) werden mit 7 μl des Restriktionsansatzes B (pT7-5) bzw. 7 μl des Restriktionsansatzes C (pT7-6) gemischt. Zu den beiden Mischungen werden je 50 μl Wasser, 8 μl 10-fach konzentrierter Ligationspuffer und 2 μl (2 Units) T4-DNA-Ligase gegeben. Beide Ligationsansätze werden 16 Stunden bei 14 °C inkubiert. Je 0.2 ml kompetente Zellen von E. Coli LE392, hergestellt nach dem Verfahren T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory, Cold Spring Harbour, New York, 1984], werden mit je 10 μl der Ligationsansätze gemischt, 40 min auf Eis. belassen, 3 min auf 42 ºC erhitzt, mit 2 ml LB-Medium gemischt und 60 min bei 37 ºC inkubiert. Portionen von 50 μl bis 200 μl werden auf LB-Agar-Platten ausgestrichen, die 50 μg/ml Ampicillin enthalten. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 ºC inkubiert.
c) Identifizierung rekombinanter Plasmide
Aus den so erhaltenen Ampicillin-resistenten Klonen wird die Plasmid-DNA nach dem Bekannten Schnellverfahren der alkalischen Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben), isoliert. Durch Restriktion der Plasmide mit Bglll und BamHI, sowie durch doppelte Restriktion mit BamHI und Hindlll und anschließende elektrophoretische Auftrennung der Fragmente in einem 0.7%igen Agarosegel werden Plasmide identifiziert, die aus einem der beiden Vektorplasmide pT7-5 oder pT7-6 und dem kleinen Sacl/Sall-Fragment von pKJS32 bestehen. Diese neukombinierten Plasmide liefern dabei im Falle von pT7-5 als Ausgangsprodukt zwei BgHI-Fragmente der Größen 3.0 Kilobasen und 2.2 Kilobasen, ein BamHI-Fragment der Größe 5.2 Kilobasen und zwei BamHI/Hindlll-Fragmente der Größen 3.2 und 2.0 Kilobasen und werden als pTJSS '035 bezeichnet. Im Falle von pT7-6 als Ausgangsprodukt ergeben sich zwei Bglll-Fragmente der Größen 2.8 Kilobasen und 2.2 Kilobasen, ein BamHI-Fragment der Größe 5.0 Kilobasen und zwei BamHI/Hindlll-Fragmente der Größen 3.0 Kilobasen und 2.0 Kilobasen; sie werden als pTJSS'036 bezeichnet. Die rekombinanten Plasmide unterscheiden sich damit eindeutig von ihren Ausgangsprodukten pKJS32 und pT7-5 bzw. pT7-6.
Beispiel 9: Herstellung der Plasmide pTJS 'B435 und pTJS 'B436 a) Isolierung der Plasmide pT7-5, pT7-6 und pKJSB330
Die Isolierung von pT7-5 und pT7-6 wird bereits in Beispiel 8 beschrieben, die Isolierung von pKJSB330 wird in Beispiel 7 beschrieben.
b) Klonierung des kleinen Sall/BamHI-Fragments aus pKJSB330 in pT7-5 und pT7-6
Eine Reaktionsmischung (A), beschehend aus 40 μl (2 μg) pKJSB330, 5 μl TAS-Puffer und je 2.5 μl (4 Units) von verdünnten Lösungen der Enzyme Sall und BamHI, wird 120 min bei 37 ºC inkubiert. Zwei weitere Reaktionsmischungen, bestehend aus 2 μl (1 μg) pT7-5 (B) bzw. 2 μl (1 μg) pT7-6 (C), 20 μl Wasser, 3 μl TAS-Puffer und je 2.5 μl (4 Units) von verdünnten Lösungen der Enzyme Sall und BamHI, werden unter den gleichen Bedingungen inkubiert. Die Reaktionen werden durch Erhitzen auf 68 °C für 15 min abgestoppt. Der gesamte Restriktionsansatz A (pKJSB330) wird in einem Agarosegel [0.7% Agarose in TBE-Puffer nach T. Maniatis et al. (vgl. oben), das 0.5 μg/ml Ethidiumbromid enthält,nach T. Maniatis et al. (vgl. oben)] elektrophoretisch aufgetrennt. Von den beiden unter UV-Licht (300 nm) sichtbaren DNA- Banden wird die kleinere, 2.0 Kilobasen große Bande durch das Verfahren der DEAE-Membranelution auf folgende Weise aus dem Gel isoliert: Ein geeignet dimensioniertes Stück einer DEAE-Membran (Schleicher und Schuell S&S NA-45) wird in einem Einschnitt 1 bis 2 mm unterhalb der zu eluierenden Bande plaziert. Die Elektrophorese wird fortgesetzt, bis die betreffende Bande ganz von der Membran absorbiert worden ist. Die Membran wird anschließend aus dem Gel herausgenommen und 10 min mit 10 ml NET-Puffer (150 mM NaCl, 0.1 mM EDTA, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0) gewaschen. Die gewaschene Membran wird in 150 μl HNET-Puffer (1 M NaCl, 0.1 mM EDTA, 20 mM Tris-HCl, pH 8.0) 30 min bei 68 °C inkubiert. Die Lösung wird abgenommen und die Membran weitere 10 min mit 50 μl HNET-Puffer inkubiert. Die vereinigten Elutionslösungen (200 μl) werden mit 200 μl Wasser verdünnt, mit 800 μl kaltem (-20 °C) Ethanol gemischt und 30 min bei -20 °C aufbewahrt. Die gefällte DNA wird abzentrifugiert und der Niederschlag in 90 μl Wasser aufgenommen. Nach Zusatz von 10 μl 3 M Natriumacetatlösung nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) wird mit 200 μl kaltem Ethanol erneut gefällt (30 min, -20 ºC), abzentrifugiert, der Niederschlag mit kaltem 70%igen Ethanol gewaschen, im Vakuum getrocknet und in 80 μl Ligationspuffer aufgenommen. Davon werden je 40 μl mit 3 μl (100 ng) des Restriktionsansatzes B (pT7-5) bzw. 3 μl (100 ng) des Restriktionsansatzes C (pT7-6) und 2 μl (1 Unit) T4-DNA-Ligase versetzt und 16 Stunden bei 14 °C inkubiert. 0.2 ml kompetente Zellen von E. coli LE392, hergestellt nach dem Verfahren von T.J. Silhavy et al.(Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory. Cold Spring Harbour, New York, 1984), werden mit 15 μl des Ligationsansatzes gemischt, 40 min auf Eis belassen, 3 min auf 42 ºC erhitzt, mit 2 ml LB-Medium gemischt und 60 min bei 37 °C inkubiert. Portionen von 50 μl bis 200 μl werden auf LB-Agar-Platten ausgestrichen, die 50 μg/ml Ampicillin enthalten. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 °C inkubiert.
c) Identifizierung rekombinanter Plasmide
Aus den so erhaltenen Ampicillin-resistenen Klonen wird die DNA nach dem bekannten Schnellverfahren der alkalischen Lyse nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Durch Restriktion der Plasmide mit EcoRI und anschließender elektrophoretischer Auftrennung der Fragmente in einem 0.7%igen Agarosegel werden Plasmide identifiziert, die das kleine Sall/BamHI-Fragment aus pKJSB330 in einem der beiden Vektorplasmide enthalten. Rekombinante Plasmide mit pT7-5 als Ausgangsprodukt ergeben zwei EcoRI-Fragmente der Größen 3.0 Kilobasen und 1.5 Kilobasen und werden als pTJS'B435 bezeichnet, solche mit pT7-6 als Ausgangsprodukt liefern zwei EcoRI-Fragmente der Größen 2.8 Kilobasen und 1.5 Kilobasen und werden mit pTJS'B436 benannt.
Beispiel 10: Herstellung der Plasmide pTJS'X535 und pTJS'X536 a) Isolierung der Plasmide pT7-5, pT7-6 und pTJSS'035 E. coli LE392, der das in Beispiel 8 hergestellte Plasmid pTJSS'035 enthält, wird in 400 ml LB-Medium mit einem Zusatz von 50 μg/ml Ampicillin 16 Stunden bei 37 °C angezogen. Aus den abzentrifugierten Zellen wird die Plasmid-DNA nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Die Isolierung von pT7-5 und pT7-6 wird in Beispiel 8 beschrieben. b) Klonierung des kleinen Sall/Xbal-Fragments aus pTJSS'035 in pT7-5 und pT7-6
Ein Reaktionsgemisch (A), bestehend aus 6 μl (3 μg) pTJSS'035, 15 μl Wasser, 3 μl TAS-Puffer und je 2 μl (5 Units) von verdünnten Lösungen der Enzyme Xbal, Sall und BamHI, wird 120 min bei 37 ºC inkubiert. Zwei weitere Reaktionsgemische, bestehend aus entweder 2 μl (1 μg) pT7-5 (B) oder 2 μl (1 μg) pT7-6 (C) , 23 μl Wasser, 3 μl TAS-Puffer und je 1 μl (2.5 Units) von verdünnten Lösungen der Enzyme Xbal und Sall, werden in gleicher Weise inkubiert. Die Reaktionen werden durch Erhitzen auf 68 °C für 15 min gestoppt. In zwei verschiedenen Ligationsansätzen werden je 5 μl (500 ng) des Restriktionsansatzes A (pTJSS'035) mit entweder 15 μl des Restriktionsansatzes B (pT7-5) oder 15 μl des Restriktionsansatzes C (pT7-6), 50 μl Wasser, 8 μl Ligationspuffer und 2 μl (2 Units) T4-DNA- Ligase gemischt und 16 Stunden bei 14 ºC inkubiert. 0.2 ml kompetente Zellen von E. coli LE392, hergestellt nach dem Verfahren von T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory. Cold Spring Harbour, New York, 1984),werden mit 15 μl des Ligationsansatzes gemischt, 40 min auf Eis belassen, 3 min auf 42 °C erhitzt, mit 2 ml LB- Medium gemischt und 60 min bei 37 °C inkubiert. Portionen von 50 μl bis 200 μl werden auf LB-Agar-Platten ausgestrichen, die 50 μg/ml Ampicillin enthalten.Die Platten werden 16 Stunden bei 37 ºC inkubiert.
c) Identifizierung rekombinanter Plasmide
Aus den so erhaltenen Ampicillin-resistenten Klonen wird die Plasmid-DNA nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Durch Restriktion mit den Enzymen Smal und EcoRI, sowie durch doppelte Restriktion mit EcoRI und Sall werden Plasmide identifiziert, die das kleine, 1.4 Kilobasen große Sall/ Xbal-Fragment aus pTJSS'035 in einem der beiden Vektorplasmide pT7-5 bzw. pT7-6 enthalten. Rekombinante Plasmide mit pT7-5 als Ausgangsprodukt ergeben zwei EcoRI-Fragmente der Größen 3.0 und 0.8 Kilobasen, zwei Smal- Fragmente der Größen 2,4 und 1.4 Kilobasen und drei EcoRI/Sall-Fragmente der Größen 2.4, 0.8 und 0.6 Kilobasen; sie werden als pTJS'X535 bezeichnet. Rekombinate Plasmide mit pT7-6 als Ausgangsprodukt liefern zwei EcoRI-Fragmente der Größen 2.8 und 0.8 Kilobasen, zwei Smal-Fragmente der Größen 2.2 und 1.4 Kilobasen und drei EcoRI/Sall-Fragmente der Größen 2.2, 0.8 und 0.6 Kilobasen; sie werden mit pTJS'X536 benannt. Die rekombinanten Plasmide unterscheiden sich damit eindeutig von ihren Ausgangs- produkten. Beispiel 11: Herstellung des Plasmids pTJS'X535omega a) Isolierung der Plasmide pTJS'X535 und pDOC37
Zwei E. coli Stämme LE392, wovon einer das in Beispiel 10 hergestellte Plasmid pTJS'X535, der andere das Plasmid pDOC37 enthält, werden in je 400 ml LB-Medium mit einem Zusatz von 50 μg/ml Ampicillin 16 Stunden bei 37 °C angezogen. Aus den abzentrifugierten Zellen wird die Plasmid-DNA nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Das Plasmid pDOC37 enthält das Omega-Fragment zwischen zwei EcoRI-Restriktionssteilen. Anstelle von pDOC37 kann in gleicher Weise das von Prentki und Krisch, 1984,in Gene 29:103, beschriebene Plasmid pHP45omega als Quelle für das Omega-Fragment dienen.
b) Klonierung des Omega-Fragments aus pDOC37 in die Bglll-Stelle von pTJS'X535 Zwei Reaktionsmischungen, davon eine bestehend aus 2 μl (1 μg) pTJS'X535, 14 μl Wasser, 2 μl TAS-Puffer und 2 μl (3 Units) Bglll, die andere bestehend aus 2 μl (2 μg) pDOC37, 14 μl Wasser, 2 μl TAS-Puffer und 2 μl (4 Units) einer verdünnten BamHI-Lösung, werden 120 min bei 37 °C inkubiert. Die Reaktionen werden durch Erhitzen auf 68 °C für 15 min gestoppt. Je 10 μl aus beiden Restriktionsansätzen werden vereinigt und mit 80 μl Ligationspuffer und 1 μl (1 Unit) T4-DNA-Ligase versetzt. Der Ligationsansatz wird 16 Stunden bei 14 ºC inkubiert. 0.2 ml kompetente Zellen von E. coli LE 392, hergestellt nach T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory. Cold Spring Harbour, New York, 1984), werden mit 10 μl des Ligationsansatzes gemischt, 40 min auf Eis belassen, 3 min auf 42 °C erhitzt, mit 2 ml LB-Medium gemischt und 60 min bei 37 ºC inkubiert. Portionen von 50 μl bis 200 μl werden auf LB-Agar- Platten ausgestrichen, die 50 μg/ml Ampicillin und 80 μg/ml Spectinomycin enthalten. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 °C inkubiert. Durch Selektion mittels Spectinomycin wird sichergestellt, daß alle wachsenden Klone ein Plasmid mit dem Omega-Fragment enthalten, da dieses das Gen für die Expression der Spectinomycinresistenz enthält.
c) Identifizierung rekombinanter Plasmide
Aus den so erhaltenen Ampicillin- und Spectinomycin-resistenen Klonen wird die Plasmid-DNA nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Durch Restriktion mit Hindlll werden die neukombinierten Plasmide identifiziert.
Ergeben sich dabei drei Hindlll-Fragmente der Größen 0.6, 2.0 und 3.2 Kilobasen, so handelt es sich dabei um Derivate von pTJS'X535, die das Omegafragment an der ehemaligen Bglll-Schnittstelle eingebaut haben. Durch Ligation der kompatiblen überlappenden Enden der Bglll- und BamHI-Frag- mente gehen dabei die Restriktionsstellen Bglll und BamHI an der Verknüpfungsstelle verloren. Diese neukombinierten Plasmide werden als pTJS'X535omega bezeichnet.
Beispiel 12: Herstellung der Phagen MJSS'030 und_MJSS'031 a) Isolierung des Plasmids pKJS32 und der doppelsträhgigen Formen der
Phagen M13tg130 und M13tg131 Der Stamm E. coli JM101 [J.Messing et al. Nucl. Acids Res. 9:309 (1981)] sowie Doppelstrang-DNA der Vektoren M13tg130 und M13tg131[M.P. Kieny et al. Gene 26:91 (1983)] können von Amer sham Buchler GmbH & Co. KG, Braunschweig, bezogen werden. Doppelstrang-DNA kann auch nach folgendem Verfahren gewonnen werden: 0.2 ml kompetente Zellen von E. coli JM101, hergestellt nach T.J. Silhavy et al.(Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory. Cold Spring Harbour, New York, 1984), werden mit Einzelstrang- oder Doppelstrang-DNA der M13-Vektoren nach einem literaturbekannten
Verfahren transformiert, mit 3 ml geschmolzenem (45 °C) H-Top-Agar (10 g/1 Trypton, 8 g/1 NaCl, 8 g/1 Agar) gemischt und auf H-Agar-Platten (10 g/1 Trypton, 8 g/1 NaCl, 12 g/1 Agar) ausgegossen. Die erkalteten Platten werden 16 Stunden bei 37 °C inkubiert. 2 ml TY-Medium (16 g/1 Trypton, 10 g/1 Hefeextrakt, 5 g/1 NaCl) werden mit 20 μl einer über-Nacht-Kultur (16 Stunden, 37 °C) von E. coli JM101 in TY-Medium und einem einzelnen Plaque von der H-Agar- Platte angeimpft. Nach 16 Stunden Wachstum bei 37 ºC werden die phageninfizierten Zellen zusammen mit 2 ml einer frischen über-Nacht-Kultur von E. coli JM101 in 400 ml TY-Medium überimpft und 16 Stunden bei 37 ºC angezogen. Aus den abzentrifugierten Zellen wird die Doppelstrang-DNA nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Die Isolierung von Plasmid pKJS32 wird bereits in Beispiel 5 beschrieben.
b) Klonierung des Sacl/Sall-Fragments aus pKJS32 in M13tg130 und M13tg131 Eine Reaktionsmischung. (A), bestehend aus 30 μl (1.5 μg) pKJS32, 20 μl
Wasser, 6 μl TAS-Puffer und je 2 μl (4 Units) von verdünnten Lösungen der
Enzyme Sacl und Sall, wird 120 min bei 37 ºC inkubiert. Zwei weitere Reaktionsmisonurngren, bestehend aus 10 μl (300 ng) Doppelstrang-DNA von
M13tg130 (B) oder M13tg131 (C), 25 μl Wasser, 4 μl TAS-Puffer und je 0.5 μl (1 Unit) von verdünnten Lösungen der Enzyme Sacl und Sall, werden in gleicher Weise inkubiert und zum Abstoppen der Reaktionen für 15 min auf 68 °C erhitzt. Der gesamte Restriktionsansatz A wird in einem Agarosegel (0,7% Agarose, 0.5 μg/ml Ethidiumbromid in TBE-Puffer nach T. Maniatis et al. (vgl. oben)) elektrophoretisch aufgetrennt. Von den beiden im UV-Licht sichtbaren DNA-Banden wird die kleinere, 2.8 Kilobasen große Sacl/Sall- Bande in gleicher Weise mittels einer DEAE-Membran aus dem Gel isoliert, wie dies für die 2.0 Kilobasen große Bande in Beispiel 9 beschrieben wird. Die DNA wird zuletzt in 80 μl Wasser aufgenommen, davon werden je 40 μl mit 20 μl der Restriktionsansätze A (M13tg130) bzw. B (M13tg13D und 40 μl Wasser versetzt, mit 100 μl gepuffertem Phenol/Chloroform nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) gemischt und zentrifugiert. Die oberen wäßrigen Phasen werden abgenommen und nach Zusatz von 10 μl 3 M Natiumacetatlösung nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) mit je 200 μl kaltem (-20 °C) Ethanol gemischt. Die Mischungen werden 30 min bei -20 °C belassen, anschließend zentrifugiert, die Niederschläge mit kaltem 70%igen Ethanol gewaschen, im Vakuum getrocknet und in 40 μl Ligationspuffer aufgenommen. Die beiden Ansätze werden mit je 1 μl (1 Unit) T4-DNA-Ligase versetzt und 16 Stunden bei 14 °C inkubiert. Je 0.2 ml kompetente Zellen von E. coli JM101, hergestellt nach T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory. Cold Spring Harbour, New York, 1984), werden mit 10 μl der Ligationsansätze gemischt, 40 min auf Eis belassen, 3 min auf 42 °C erhitzt und mit je 3 ml geschmolzenem (45 °C) H-Top-Agar gemischt. Die Mischungen werden mit je 40 μl IPTG (100 mM) und 40 μl X-Gal (2% in Dimethylformamid) versetzt und auf H-Agar-Platten ausgegossen. Die erkalteten Platten werden 16 Stunden bei 37 °C inkubiert.
c) Identifizierung der rekombinanten Phagen
Von den so erhaltenen Plaques stammen diejenigen von rekombinanten Phagen, welche keine blaue Färbung aufweisen. Zur weiteren Identifizierung wird die Doppelstrang- und die Einzelstrang-DNA aus den farblosen Plaques nach literaturbekannten Verfahren, zusammengefaßt im "M13 Cloning and Sequencing Handbook" von Amersham, isoliert. Durch Restriktion der Doppelstrang-DNA mit Bglll und anschließende elektrophoretische Auftrennung der DNA-Fragmente werden Derivate von M13tg130 bzw. M13tg131 identifiziert, die das kleine Sacl/Sall-Fragment aus PKJS32 enthalten. Rekombinante Phagen mit M13tg130 als Vektor ergeben drei BglII-Fragmente der Größen 0.7, 2.2 und 7.1 Kilobasen und werden als MJSS*030 bezeichnet, solche mit M13tg131 ergeben vier BglII-Fragmente der Größen 0.6, 0.7, 2.2 und 6.6 Kilobasen und werden als MJSS'031 bezeichnet. Sie unterscheiden sich damit eindeutig von ihren Ausgangsprodukten.
Beispiel 13: Herstellung der tfdA-Mutanten Alcaligenes eutrophus JMP134: Tn5-2 und JMP134:Tn5-4 a) Transposonmutagenese von Alcaligenes eutrophus JMP134
10 ml PYE-Medium (3 g/1 Pepton, 3 g/1 Hefeextrakt) werden mit 0.5 ml einer über-Nacht-Kultur (16 Stunden, 30 °C) von Alcaligenes eutrophus JMP134[R.H. Don et al. J. Bacteriol. 145:681 (1981)] angeimpft und 8 Stunden bei 30 ºC geschüttelt. 10 ml LB-Medium nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) werden mit 0.1 ml einer über-Nacht-Kultur von E. coli S17-1 [Biotechnology 1:784 (1983 )], die das Plasmid pSUP2021 enthält, angeimpft und 5 Stunden bei 37 ºC geschüttelt. Von beiden Kulturen wird anschließend im Photometer die optische Dichte bei 600 nm Wellenlänge bestimmt. Die Kulturen werden im Verhältnis 1 :1 bezüglich ihrer optischen Dichte gemischt und 1.5 ml der Mischung werden auf einer PYE-Agar-Platte[R.H. Don et al. J. Bacteriol. 145:681 (1981)] verteilt. Die Platte wird 16 Stunden bei 30 °C inkubiert. Anschließend werden die Bakterien mit 1.5 ml steriler 0.7%iger NaCl-Lösung von der Platte gespült und die Bakteriensuspension wird in zwei Schritten mit 0.7%iger NaCl-Lösung jeweils 1:10 (0.1 ml + 0.9 ml) verdünnt. Von jeder Verdünnung werden Portionen von 50 μl, 100 μl, 200 μl und 400 μl auf Minimal-Agar-Platten (1.6 g/1 Dikaliumhydrogenphosphat, 0.4 g/1 Kaliumdihydrogensulfat, 1 g/1 Ammoniumsulfat, 0.05 g/1 Magnesiumsulfatx7Wasser, 0.01 g/1 Eisen(II)sulfatx7Wasser, 15 g/1 Agar) ausgestrichen, die zusätzlich 2 g/1 Fructose und 380 ug/ml Kanamycin enthalten. Die Platten werden 3 bis 7 Tage bei 30 °C inkubiert.
b) Test der transposonhaltigen Stämme auf 2,4-D-Abbau
Die so erhaltenen Kanamycin-resistenten Klone stellen Abkömmlinge des Stammes JMP134 dar, die das Transposon Tn5 stabil in ihrem Genom integriert haben. Sie werden parallel auf zwei Minimal-Agar-Platten ausgestrichen, von denen eine 1 mM 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure, Natriumsalz (2,4-D), die andere 2 g/1 Fructose und 380 μg/ml Kanamycin enthält. Die Platten werden 3 Tage bei 30 °C inkubiert. Stämme, die eine Mutation in einem der für den 2,4-D-Abbau verantwortlichen Gene aufweisen, können 2,4-D nicht als Wachstumssubstrat verwenden (2,4-D-negativ). Sie treten mit einer Häufigkeit von 0,1 bis 1 % auf, bezogen auf die Gesamtheit der transposonhaltigen, Kanamycin-resistenten Klone.
c) Identifizierung des Gendefekts der 2,4-D-negativen Mutanten Die so erhaltenen 2,4-4-negativen Mutanten werden parallel auf zwei Minimal-Agar-Platten ausgestrichen, von denen eine 2 mM 3-Chlorbenzoesäure, Natriumsalz (3-CB), die andere 2 g/1 Fructose und 380 μg/ml Kanamycin enthält. Die Platten werden 3 Tage bei 30 ºC inkubiert. 2,4-D-negative Transposonmutanten vom Stamm JMP134, die eine Mutation in den Genen tfdC, tfdD und tfdE des 2 ,4-D-Abbaues aufweisen, können 3-CB nicht als Wachstumssubstrat verwenden (3-CB-negativ), wie Don et al. [j. Bacteriol. 161 :85 ( 1985 )] zeigen konnten. Mutanten in den Genen tfdA und tfdB hingegen können auf 3-CB als einziger Kohlenstoffquelle wachsen (3-CB-positiv). Transposonmutanten, die sich in diesem Test als 3-CB- positiv erweisen, werden demnach weiterhin mittels eines Enzymtests auf Defekte in den Genen tfdA oder tfdB untersucht. Dazu werden die Stämme in 250 ml Minimal-Medium (wie oben, ohne Agar) mit einem Zusatz von 15 mM Natriumpyruvat und 1 mM 3-CB 16 Stunden bei 30 ºC angezogen. Die Zellen werden durch Zentrifugation bei 4 °C geerntet, dreimal in 10 ml kaltem (4 °C) Minimal-Medium (ohne Kohlenstoffquelle) gewaschen und rezentrifugiert, und zuletzt in soviel Minimal-Medium suspendiert, daß sich eine optische Dichte bei 420 nm von 30 ergibt. Für den Enzymtest der 2,4-D- monooxigenase bzw. der 2,4-Dichlorphenolhydroxylase wird 1 Volumenanteil der Zellsuspension mit 9 Volumenteilen eines sauerstoffgesättigten Minimal-Mediums gemischt, so daß sich eine optische Dichte bei 420 nm von 3 ergibt. Mit Hilfe einer handelsüblichen Sauerstoffelektrode wird dann über 10 min die Sauerstoffaufnahme ohne Substratzusatz verfolgt. Anschließend wird 2,4-D zu einer Endkonzentration von 1 mM oder 2,4-Dichlorphenol zu einer Endkonzentration von 0.2 mM zugegeben und die Abnahme der Sauerstoff- konzentration über 20 min verfolgt. Durch diesen Test lassen sich tfdA- Mutanten von allen anderen Mutationstypen sowie vom Wildtypstamm JmP134 unterscheiden: Sie zeigen nach Zusatz von 2,4-D keinerlei Erhöhung des Sauerstoffverbrauchs, während nach Zusatz von 2,4-Dichlorphenol eine signifikante Steigerung der Sauerstoffaufnähme eintritt. Der Wildtypstamm sowie tfdB-Mutanten zeigen nach Zusatz von 2,4-D als Substrat einen gesteigerten Sauerstoffverbrauch und damit eine intakte 2 ,4-D-monooxigenase. Bei den beiden Transposonmutanten JMP134:Tn5-2 und JMP134:Tn5-4 handelt es sich um zwei 2,4-D-negative, 3-CB-positive Mutanten mit einer nachweisbaren 2,4-Dichlorphenolhydroxylase aber ohne nachweisbare 2,4-D-monooxigenase. Sie können damit als tfdA-Mutanten identifiziert werden. Diese Zuordnung wird durch weitere in den folgenden Beispielen beschriebene Versuche bestätigt.
Beispiel 14: Expression klonierter tfdA-Gene in anderen gram-negativen
Bakterien als E. coli a) Herstellung von Donorstämmen für den konjugativen Transfer tfdA-haltiger
Plasmide Die auf der Grundlage von mobilisierbaren Vektoren mit breitem Wirtsbereich wie pVKI01 [V.C.Knauf et al. Plasmid 8:45 (1982)], pGSS33[G.S. Sharpe, Gene 29:93 (1984)] und pKT231 [M. Bagdasarian et al. Current Topics in Microbiology and Immunology 96:47 (1982)] konstruierten Plasmide, deren Herstellung in den Beispielen 1 bis 7 beschrieben ist, können aus dem mobilisierenden Stamm E. coli S17-1 [ Biotechnology 1:784 (1983)]durch Konjugation auf andere gram-negative Bakterien wie z.B. Alcaligenes eutrophus und Pseudomonas putida übertragen werden. Dazu müssen sie erst durch Transformation in E. coli S17-1 gebracht werden, sofern sie nicht bereits in diesem Stamm kloniert wurden. Zu diesem Zweck wird aus den Klonen von E. coli LE392, die das betreffende Plasmid enthalten, die Plasmid-DNA nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. 0.2 ml kompetente Zellen von E. coli LE392, hergestellt nach T.J. Silhavy et al.(Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory. Cold Spring Harbour, New York, 1984), werden mit 1 μl der isolierten Plasmid-DNA gemischt, 40 min auf Eis belassen, 3 min auf 42 ºC erhitzt, mit 2 ml LB-Medium gemischt und 60 min bei 37 °C inkubiert. Portionen von 50 μl bis 200 μl werden auf LB-Agar-Platten ausgestrichen, die das entsprechende zur Selektion geeignete Antibiotikum enthalten. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 ºC inkubiert.
b) Konjugativer Transfer
Ein so erhaltener Stamm von E. coli S17-1, der eines der in den Beispielen
1 bis 7 beschriebenen Plasmide enthält, wird 16 Stunden bei 37 ºC in 5 ml
LB-Medium angezogen, das ein zur Selektion geeignetes Antibiotikum enthält.
Als Rezipient wird einer der beiden in Beispiel 13 isolierten tfdA-Mutanten
(Fall A), der pJP4-freie Stamm Alcaligenes eutrophus JMP222[R.H. Donet al.
J. Bacteriol. 145:681 (1981)] (Fall B) oder Pseudomonas spec. B13 [E. Dorn et al. Arch. Microbiol. 99:61 (1 914 )] (Fall C) in 5 ml PYE-Medium (3 g/1 Pepton, 3 g/1 Hefeextrakt) 16 Stunden bei 30 ºC angezogen. Die Zellen des Donorstammes werden abzentrifugiert und in dem doppelten Volumen PYE-Medium suspendiert. Die Suspension der Donorzellen und die Kultur des Rezipienten werden zu gleichen Teilen gemischt. 100 μl der Mischung werden auf einen Membranfilter (Millipore HA 0 45 μm) pipettiert, der sich auf der Oberfläche einer PYE-Agar-Platte befindet. Anschließend wird die Platte
6 Stunden bei 30 ºC inkubiert. Dann werden die Zellen mit 1 ml 0.7%iger NaCl-Lösung vom Filter abgewaschen und die Zellsuspension wird in
7 Schritten jeweils 1:10 (0.1 ml + 0.9 ml) mit 0.7%iger NaCl-Lösung verdünnt. Von jeder Verdünnung werden 100 μl auf einer Minimal-Agar-Platte ausgestrichen, die eines der folgenden Wachstumssubstrate enthält: 1 mM 2,4-D im Fall A ( tfdA-Mutante), 4 mM Phenoxyessigsäure-Na im Fall B (Alcaligenes eutrophus JMP222) oder 1 mM 4-Chlorphenoxyessigsäure-Na im Fall C (Pseudomonas B13). Die Platten werden im Fall A 14 Tage, im Fall B und C 4 Tage bei 30 ºC inkubiert.
c) Eigenschaften der neu entstandenen Stämme
Mobilisierbare Plasmide mit breitem Wirtsbereich aus der oben genannten Gruppe, welche ein intaktes tfdA-Gen enthalten, ermöglichen nach konjugativem Transfer dem jeweiligen Rezipienten-Stamm, eine funktionsfähige 2,4-D-monooxigenase zu synthetisieren. Dies führt im Fall A (tfdA-Mutante) zur Komplementation der Mutation und damit zur Wiederherstellung der Wildtypeigenschaft in Bezug auf die Verwertung von 2,4-D, d.h. es entstehen 2,4-D-positive Stämme, die auf 2,4-D-Minimal-Agar-Platten wachsen. Die von tfdA kodierte 2,4-D-monooxigenase ist außerdem in der Lage, neben 2,4-D auch die mit 2 ,4-D chemisch verwandten Verbindungen Phenox yessigsäure und 4-Chlorphenoxyessigsäure enzymatisch umzusetzen, wobei als Produkte Phenol bzw. 4-Chlorphenol gebildet werden. Da nun der Stamm Alcaligenes eutrophus JMP222 Gene für die vollständige Metabolisierung von Phenol besitzt, ergeben sich nach konjugativem Transfer tfdA-haltiger Plasmide im Fall B Stämme mit der neuen Eigenschaft, Phenoxyessigsäure als Wachstumssubstrat zu nutzen. In gleicher Weise ermöglicht es ein tfdA-haltiges Plasmid einen damit ausgestatteten Pseudomonas B13, welcher komplette Abbauwege für Phenol und 4-Chlorphenol besitzt, auf den Substraten Phenoxyessigsäure und 4-Chlorphenoxyessigsäure zu wachsen (Fall C). Der Test auf Verwertung eines bestimmten Substrates, wie er oben beschrieben wird, eignet sich besonders zum Nachweis der Expression des tfdA-Gens durch in mobilisierbaren Broad-Host-Range-Vektoren klonierte DNA-Fragmente und deren verkürzte Derivate, deren Herstellung in den Beispielen 1 bis 7 beschrieben wird. Dabei zeigt sich, daß die Plasmide pVJH21 , pGJS3, pKJS31 , pKJS32, DKJSE330, pKJS32RHΔS' und PKJS(X)630 alle ein intaktes tfdA-Gen enthalten, während das Plasmid pKJEΔB130 kein funktionsfähiges Genprodukt kodiert.
Beispiel 15: Anreicherung von tfdA-kodierter 2,4-D-monooxigenase in E. coli a) Herstellung hochproduzierender E. coli Stämme
Die auf der Grundlage der von Tabor konstruierten Vektoren pT7-5 und pT7-6 hergestellten rekombinanten Plasmide, die in den Beispielen 8, 9, 10 und 11 beschrieben werden, enthalten klonierte DNA-Fragmente im Anschluß an einen starken Promotor des Phagen T7. Plasmide aus dieser Gruppe, welche ein intaktes tfdA-Gen in der richtigen Orientierung zum Promotor enthalten, können unter dem Einfluß der von dem Plasmid pGP1-2[S. Tabor et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82:1074 (1985)] edprimierten T7-RNA-Polymerase in E. coli K38 in großen Mengen 2,4-D-monooxigenase produzieren. Da der Promotor spezifisch nur von der T7-RNA-Polymerase erkannt wird, und da diese auf dem Plasmid pGP1-2 unter der Kontrolle eines hitzesensitiven lambdaRepressors steht, kann die Synthese des Genproduktes durch Hitze induziert werden. Durch Zugabe von Rifampicin können außerdem die bakteriellen RNA-Polymerasen gehemmt werden. Zur Herstellung der hochproduzierenden Stämme wird die Plasmid-DNA aus den in den Beispielen 8 bis 11 erhaltenen plasmidhaltigen Stämmen von E. coli LE392 nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. E. coli K38, der das Plasmid pGP1-2 enthält, wird 16 Stunden bei 30 ºC in LB-Medium angezogen, das zur Selektion auf pGP1-2 mit 50 μg/ml Kanamycin versetzt worden ist. Aus der gewachsenen Kultur werden kompetente Zellen nach dem Verfahren von T.J. Silhavy et al.(Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory. Cold Spring Harbour, New York, 1984), hergestellt. 0.2 ml kompetente Zellen werden mit 1 μl der isolierten DNA gemischt, 40 min auf Eis belassen, 5 min auf 37 ºC erhitzt, mit 2 ml LB-Medium gemischt und 60 min bei 30 °C inkubiert. Portione von 50 ul bis 200 μl werden auf LB-Agar-Platten ausgestrichen, die 50 μg/ml Ampicillin und 50 μg/ml Kanamycin enthalten. Die Platten werden 16 Stunden bei 30 ºC inkubiert.
b) Induzierte Produktion und radioaktive Markierung des tfdA-Genprodukts Die so erhaltenen Ampicillin- und Kanamyein-resistenten Klone enthalten das Plasmid pGP1-2 und eines der rekombinanten pT7-Derivate. Sie werden in 10 ml LB-Medium mit einem Zusatz von 50 μg/ml Ampicillin und 50 μg/ml Kanamycin bei 30 °C angezogen. Bei einer optischen Dichte von 0.5, gemessen bei 590 nm, werden 0.2 ml Kultur abzentrifugiert. Die Zellen werden in 5 ml M9-Medium nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) gewaschen, wieder abzentrifugiert und schließlich in 1 ml M9-Medium suspendiert, das 20 μg/ml Thiamin und je 0.01 % aller proteinogenen Aminosäuren außer Methionin und Cystein (insgesamt 18) enthält. Die Zellsuspension wird 60 min bei 30 °C geschüttelt, dann wird die Temperatur auf 42 °C erhöht. Nach 15 min werden 10 μl Rifampicin-Lösung (20 mg/ml in Methanol) zugegeben und der Ansatz wird weitere 10 min bei 42 °C belassen. Danach wird die Temperatur wieder auf 30 ºC erniedrigt, nach 20 min wird der Ansatz mit 10 μCi L-(35S) Methionin (Amersham, cell labeling grade) versetzt und 5 min bei Raumtemperatur belassen. Die Zellen werden anschließend abzentrifugiert, in 120 μl Auftragspuffer (60 mM Tris-HCl, pH 6.8, 1 % Natriumlaurylsulfat, 1 % 2-Mercaptoethanol, 10 % Glycerin, 0.01 % Bromphenolblau) suspendiert und 3 min auf 95 ºC erhitzt.
c) Identifizierung des spezifisch radioaktiv markierten tfdA-Genproduktes Die so erhaltenen Proben werden auf ein 12.5%iges Polyacrylamid-Gel [U.K. Laemmli, Nature 227:680 (1970)]geladen und die gesamten bakteriellen Proteine werden nach dem dort beschriebenen literaturbekannten Verfahren elektrophoretisch aufgetrennt. Nach beendeter Elektrophorese wird das Gel 30 min in einer Mischung aus 2.5 g SERVA Blau G, 454 ml Methanol, 92 ml Essigsäure und 454 ml Wasser gefärbt und anschließend 24 Stunden in einer Mischung aus 50 ml Methanol, 75 ml Essigsäure und 875 ml Wasser entfärbt. Das Gel wird auf einem Filterpapier (Whatman 3MM) mit Hilfe eines handelsüblichen Geltrockners getrocknet, anschließend wird nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) die Autoradiographie mit einem Röntgenfilm (Kodak Industrex AX) durchgeführt und der Film entwickelt. Auf den Autoradiogrammen wird ein einzelnes markiertes Protein bei denjenigen Stämmen identifiziert, welche neben pGP1-2 eines der Plasmide pTJSS'035, pTJS'B435, PTJS'X535 oder PTJS' X535omega enthalten. Allen diesen homologen Plasmiden ist gemeinsam, daß das klonierte Fragment von der T7-RNA-Polymerase zum Sall-Ende hin transkribiert wird. Bei Plasmiden mit der umgekehrten Orientierung des Inserts (pTJSS'036, pTJS'B435 un d pTJS'X535) wird kein spezifisch markiertes Protein gefunden. Durch Vergleich mit Standardproteinen bekannter Größe wird das Molekulargewicht der markierten Proteine bestimmt. Dabei ergibt sich für die von pTJSS'035, pTJS'B435 und pTJS'X535 exprimierten Genprodukte ein Molekulargewicht von 32000, für das von pTJS'X535omega exprimierte Genprodukt ein Molekulargewicht von 29000.
d) Induzierte Produktion mit Nachweis der enzymatischen Aktivität Die oben erhaltenen Stämme von E. coli K38, welche pGP1-2 und eines der Plasmide pTJSS'035, pTJS'B435, pTJS'X535 oder pTJS'X535omega enthalten, werden bei 30 ºC in 20 ml LB-Medium mit einem Zusatz von 50 μg/ml Ampicillin und 50 μg/ml Kanamycin angezogen. Bei einer optischen Dichte von 1.0 bei 590 nm wird die Temperatur auf 42 ºC erhöht und die Kultur 25 min geschüttelt. Danach werden 100 μl Rifampicin-Lösung (20 mg/ml in Methanol) zugegeben und die Kultur 2 Stunden bei 37 ºC geschüttelt. Der Nachweis der enzymatischen Aktivität der 2,4-D-monooxigenase in E. coli folgt dem von Amy et al.
[Appl. Env. Microbiol. 49:1237 (1985)]beschriebenen Verfahren des radioaktiven Enzymtests mit folgenden Änderungen: Die Zellen einer induzierten 20 ml- Kultur werden durch Zentrifugieren geerntet, mit 10 ml EM-Medium gewaschen, wieder abzentrifugiert und schließlich in 10 ml EM-Medium suspendiert. Die Zellsuspension wird in einem 250 ml Warburg-Kolben mit 10 ml Transformationspuffer gemischt, mit 200 μg unmarkiertem 2,4-D und 0.1 μCi 2,4-Dichlorphenoxy(2-14C)essigsaure (Amersham, 55 mCi/mmol) versetzt und im verschlossenen Kolben 4 Stunden bei 21 ºC geschüttelt. Anschließend werden 0.5 ml beta-Phenylethylamin in das zentrale Gefäß des Warburg-Kolbens pipettiert und 2 ml 1 M Schwefelsäure werden in die Zellsuspension injiziert. Nach 1 Stunde Schütteln bei 21 ºC wird das beta-Phenylethylamin in 5 ml Zählflüssigkeit (rotiszint 22, Roth) aufgenommen und die Radioaktivität der Probe im Szintillationszähler gemessen. Stämme von E. coli K38, welche neben pGP1-2 eines der Plasmide pTJSS'035, pTJS'B435 oder pTJS'X535 enthalten, weisen in diesem Test hohe Enzymaktivität auf, während solche mit dem Plasmid pTJS'X535omega keine Enzymaktivität exprimieren.
Beispiel 16: Bestimmung der Basensequenz der in M13 klonierten DNA a) Herstellung deletierter Phagen aus MJSS'030 und MJSS'031 Zur Sequenzierung des 2 Kilobasen großen BamHI/Sall-Fragments der rekcmbin anten Phagen nach der Methode von Sanger[Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74:5463 (1977)] wird zunächst durch gerichtete Deletion nach einem literaturbekannten Verfahren[G. Henikoff, Gene 28:351 (1984)] eine Serie von unterschiedlich verkürzten Phagen hergestellt, die es erlauben, durch überlappende Sequenzierung von jeweils 200 bis 300 Basen die gesamte Basen sequenz zu ermitteln. Dazu wird aus Stämmen von E. coli JM101, welche die in Beispiel 12 hergestellten Phagen MJSS'030 bzw. MJSS'031 enthalten, nach dem dort für die Phagenvektoren M13tg130 und M13tg131 beschriebenen Verfahren die Doppelstrang-DNA isoliert. 10 μg Doppelstrang-DNA des Phagen MJSS'030 werden mit den Enzymen PstI und Sall geschnitten, 10 μg Doppelstrang-DNA des Phagen MJSS'031 werden mit den Enzymen BamHI und Sacl geschnitten. Die Restriktionsansätze werden mit Phenol extrahiert und die geschnittene DNA wird mit Ethanol gefällt. Die anschließende Verdauung der DNA mit Exonuclease III und S1-Nuclease, die Klenow-Füllung der überstehenden DNA-Enden und die Ligation erfolgen genau nach dem von Henikoff beschriebenen Verfahren mit folgender Änderung: Anstelle von S1-Nuclease wird Mung Bean Nuclease (Pharmacia) verwendet. Portionen von 0.2 ml kompetenter Zellen von E. coli JM101[J. Messing et al. Nucl. Acids Res. 9:309 (1981)], hergestellt nach dem Verfahren von T.J. Silhavy et al. (Experiments with gene fusions. Cold Spring Harbour Laboratory. Cold Spring Harbour, New York, 1984), werden mit je 20 μl der Ligationsansätze versetzt, 40 min auf Eis belassen, 3 min auf 42 °C erhitzt, mit je 3 ml geschmolzenem (45 ºC) H-Top-Agar (Beispiel 12) gemischt und auf H-Agar-Platten (Beispiel 12) ausgegossen. Die Platten werden 16 Stunden bei 37 ºC inkubiert.
b) Identifizierung deletierter Phagen
E. coli JM101 wird in 2 ml TY-Medium (Beispiel 12) 16 Stunden bei 37 °C angezogen. 1 ml dieser Kultur wird mit 100 ml TY-Medium verdünnt und je 2 ml der verdünnten Zellsuspension werden mit einem der oben erhaltenen Plaques infiziert. Die Kulturen werden 5 Stunden bei 37 °C geschüttelt und dann zentrifugiert. Aus den Überständen der Zentrifugation wird die Einzelstrang-DNA nach dem von Amersham [M13 Cloning and Sequencing Handbook, 1984] angegebenen Verfahren gewonnen. Aus den abzentrifugierten Zellen wird die Doppelstrang-DNA nach T. Maniatis et al. (vgl. oben) isoliert. Die Doppelstrang-DNA der aus MJSS'030 hervorgegangenen verkürzten Phagen wird mit Bglll, diejenige der aus MJSS'031 hervorgegangenen Phagen mit EcoRI und Sall verdaut. Durch anschließende elektrophoretische Auftrennung der Bruchstücke auf einem 2%igen Agarosegel nach T. Maniatis et al. (vgl. oben), wird die Größe der jeweiligen Deletion bestimmt.
c) Sequenzierung der Einzelstrang-DNA
Von der oben erhaltenen Einzelstrang-DNA der verürzten Phagen sowie von der in Beispiel 12 hergestellten Einzelstrang-DNA von MJSS'030 und MJSS'031 wird die Basensequenz nach dem literaturbekannten Verfahren der Didesoxynukleotid-Sequenzierung[proc. Natl. Acad. Sci. USA 74:5463 (1977)] bestimmt. Dabei wird die von Amersham gegebene Vorschrift [M13 Cloning and Sequencing Handbook, 1094] befolgt. Zur Auftrennung der DNA- Fragmente wird ein 55 cm langes Gel mit einer von 0.1 mm bis 0.4 mm ansteigenden Dicke verwendet. Die identifizierten DNA-Sequenzen der verkürzten Phagen werden mit Hilfe eines Computer-Programms[c. Queen et al. Nucl. Acids Res. 12:581 (1984)] an überlappenden Regionen zu einer DNA-Sequenz zusammengefügt,die den gesamten Abschnitt zwischen der BamHI-Schnittstelle und der Sall-Schnittstelle des in M13tg130 bzw. M13tg131 klonierten Inserts umfaßt. Durch Vergleich der beiden so erhaltenen komplementären DNA-Stränge wird die Basensequenz bestätigt.
d) Eigenschaften der sequenzierten DNA
Mit Hilfe des obengenannten Computerprogramms werden alle Eigenschaften der DNA ermittelt, die sich unmittelbar aus der Basenfolge ergeben. Darunter sind als wichtigste zu nennen: die Lage der Erkennungsstellen für Restriktionsendonukleasen, die Lage und Länge der offenen Leserahmen als mögliche kodierende Regionen eines Gens, die Häufigkeit bestimmter Basen und deren Verteilung, und das Vorkommen bestimmter funktioneller DNA-Sequenzen. Die Analyse der DNA-Sequenz zeigt einen offenen Leserahmen, dessen Lage, Länge und Transkriptionsrichtung mit den in den Beispielen 14 und 15 beschriebenen Eigenschaften des tfdA-Gens übereinstimmt. Er beginnt an einem GTG-Startkodon mit der Base Nr. 748 und endet vor einem TAG-Stopkodon mit der Base Nr. 1608 und hat somit eine Länge von 861 Basen, welche mit der Länge des von tfdA kodierten Proteins (Beispiel 15) korrespondiert. Die Insertion von Transkriptions- und Translationsstopsignalen in die einzige Bglll-Sehnittstelle des sequenzierten Fragments, wie es die Klonierung des Omega-Fragments in pTJS'X535 darstellt (Beispiel 11), verkürzt diesen offenen Leserahmen rechnerisch auf 768 Basen, was mit der Expression eines verkürzten und enzymatisch inaktiven Genprodukts durch das Plasmid pTJS'X535omega (Beispiel 15) übereinstimmt. 10 20 30 40 50 60
GGATCCTGTCTCAGCTGGCGCGCAATGCTCGAACCCGCTGCGATATACAGCCGTTCGTAG
70 80 90 100 110 120 TGCAGGTGCTCCACCGTGATTCCAGGCTCCTGGGGGTAGAAGCGGCCGACACCGAGATGG
130 140 150 160 170 180 ATGGTGCCGGCACGCAGGGCCTCGATCTGCCGCACCTTGGGCATCAGGGCCAGAGACAGC
190 200 210 220 230 240
GTCGCCCCCGGGACCGCCTGCGTGAACGCATGGAGCAATGCCGGGACGGTCTGGTAGATC
250 260 270 280 290 300
GCCGTGCCGAGGTAGCCGATATCGAGTTGGCCGATCTCGCCCCGGCTGGCGGCGCGGGAC
310 320 330 340 350 360
CGGTCCACGGAAGTCCGACCCAGTTCGAGCATGCGCCGTGCATCTTCGAGAAACGCGGCC
370 380 390 400 410 420 GCGGCGGGCGTGAGCTGCACGCCGCGCGCGCTGCGCTCGAACAACAACACGCCCAGATGC
430 440 450 460 470 480
TGTTCGAGCGCGTGAATCTGTCGCGTGACCGGGGGCTGGGAAATATGCAGCCGCCGCGCG
490 500 510 520 530 540
GCGGC ACCGACGTTGCCCTCCTCCGCGGCAGCAACGAAATAGCGAACCTGTCGAAACTCC
550 560 570 580 590 600
ATTCTTCACTCGTGGTGGCTGGCTCCGGCTGCCGGAGAGCCATACCGATCCCGTATCGCT
610 620 630 640 650 660
CGCGCTG ATGGAAGGTATTAGACCATATGGCCCGGCATTTCTAGACTACCGCCATGATAA
670 680 690 700 710 720
AACTCGGCTGCTCTCTCGTCTGCTGGAACATCTTCAGGCGCGCTGAGCCGTCTTTTTGAA
730 740 750 760 770 780
ACAGTCTCTTAGAAAAGGAGCAAAAAAGTGAGCGTCGTCGCAAATCCCCTTCATCCTCTT
790 800 810 820 830 840
TTCGCCGC AGGGGTCGAAGACATCGACCTTCGAGAGGCCTTGGGTTCGACCGAGGTCCGA
850 860 870 880 890 900
G AGATCGAACGGCTAATGGACGAGAAGTCGGTGCTGGTGTTCCGGGGGCAGCCCCTGAGT
910 920 930 940 950 960
CAGGATC AGCAGATCGCCTTCGCGCGCAATTTCGGGCCACTCGAAGGCGGTTTCATCAAG
970 980 990 1000 1010 1020
GTCAATCAAAGACCTTCGAGATTCAAGTACGCGGAGTTGGCGGACATCTCGAACGTCAGT
1030 1040 1050 1060 1070 1080
CTCGACGGC AAGGTCGCGCAACGCGATGCGCGCGAGGTGGTCGGGAACTTCGCGAACCAG
1090 1 100 1 1 1 0 1120 1130 1 140
CTCTGGC ACAGCGACAGCTCCTTTCAGCAACCTGCTGCCCGCTACTCGATGCTCTCCGCG
1 1 50 1160 1170 1180 1190 1200
GTGGTGGTTCCGCCGTCGGGCGGCGACACCGAGTTCTGCGACATGCGTGCGGCATACGAC
12 10 1220 1230 1240 1250 1260 GCGCTGCCTCGGGACCTCCAATCCGAGTTGGAAGGGCTGCGTGCCGAGCACTACGCACTG Abb. 10a 1280 1290 1300 13 1 0 1320 AACTCCCGCTTCCTGCTCGGCGACACCGACTATTCGGAAGCGCAACGCAATGCCATGCCG
1 330 1340 1350 1360 1370 1380 CCGGTCAAC TGGCCGCTGGTTCGAACCCACGCCGGCTCCGGGCGCAAGTTTCTCTTCATC
1390 1400 1410 1420 1430 1440 GGCGCGCACGCG AGCCACGTCGAAGGCCTTCCGGTGGCCGAAGGCCGGATGCTGCTTGCG
1450 1460 1470 1480 1490 1500
GAGCTTCTCGAGC ACGCGACACAGCGGGAATTCGTGTACCGGCATCGCTGGAACGTGGGA
1510 1520 1530 1540 1550 1560
GATCTGGTGATGTGGGACAACCGCTGCGTTCTTCACCGCGGACGCAGGTACGACATCTCG
1570 1580 1590 1600 1640 1620
GCCAGGCGTGAGCTGCGCCGGGCGACCACCCTGGACGATGCCGTCGTC TAGCGCACGCCA
1630 1640 1650 1660 1670 1680
TGGCGCACGCCCTTTTCGCGAAGGCCCCACAAGATGTACGCAACCCTGATCAGCGGCAGC
1690 1700 1710 1720 1730 1740
CGTAGCCTGGACGGGGAC ACCTTGGCGCAGCGCGTCCTTCGAGCGGCGGGCGGCCTGGCG
1750 1760 1770 1780 1790 1800
GCATGGGGATTGAGGCCCGGTGATGTCGTCGCC ATCCTCATGCGCAATGACTTTCCCGTG
1810 1820 1830 1840 1850 1860
CTCG AAATGACGCTGGCCGCGAACCGCGCCGGCATCGTTGCGGTGCCTTTGAACTGGCAT
1870 1880 1890 1900 1910 1920 GCGAACCGGGACGAGATCGCCTTCATCCTCGAGGACTGCAAAGCGCGTGTGCTCGTCGCG
1930 1940 1850 1960 1970 1980 CACACCGATCTGCTCAAGGGCGTTGCATCCGCGGTGCCCGAGGCCTGCAAGGTGCTGGAA
1990 2000 2010 2020 2030 2040 GCCGCGTCGCCGCCCGAGATCCGGCAGGCCTATCGGCTGTCCGATGCGTCGTGCACGGCG
2050 AACCCGGGCACGGTCGAC
Abb.10b
Figure imgf000045_0001
Figure imgf000046_0001
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X
u m u ~cvz ;
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Claims

Patentansprüche:
1. tfdA-2,4-D-monooxigenase-Genmutante Alcaligenes eutrophus JMP 134:Tn 5-2.
2. tfdA-2,4-D-monooxigenase-Genmutante Alcaligenes eutrophus JMP 134:Tn 5-4.
3. Verwendung der tfdA-Mutanten Alcaligenes eutrophus JMP 134:Tn 5-2 und JMP 134:Tn 5-4 zur Identifizierung und Isolierung tfdA-Gene enthaltender Plasmide.
4. Plasmide, enthaltend das tfdA-Gen oder ein mit tfdA im Wesentlichen identisches Gen für 2,4-D-monooxigenase.
5. Rekombinierte DNA, dadurch gekennzeichnet, daß sie die für das 2,4-D spaltende Protein der angegebenen Aminosäuresequenz 1 bis 287 codierende Basensequenz 1 bis 861
30 60
GTGAGCGTCGTCGCAAATCCCCTTCATCCTCTTTTCGCCGCAGGGGTCGAAGACATCGAC ValSerValValAlaAsnProLeuHisProLeuPheAlaAlaGlyValGluAspIleAsp
90 120
CTTCGAGAGGCCTTGGGTTCGACCGAGGTCCGAGAGATCGAACGGCTAATGGACGAGAAG LeuArgGluAlaLeuGlySerThrGluValArgGluIleGluArgLeuMetAspGluLys
150 180
TCGGTGCTGGTGTTCCGGGGGCAGCCCCTGAGTCAGGATCAGCAGATCGCCTTCGCGCGC SerValLeuValPheArgGlyGlnProLeuSerGlnAspGlnGlnlleAlaPheAlaArg
210 240
AATTTCGGGCCACTCGAAGGCGGTTTCATCAAGGTCAATCAAAGACCTTCGAGATTCAAG AsnPheGlyProLeuGluGlyGlyPhelleLysValAsnGlnArgProSerArgPheLys
270 300
TACGCGGAGTTGGCGGACATCTCGAACGTCAGTCTCGACGGCAAGGTCGCGCAACGCGAT TyrAlaGluLeuAlaAspIleSerAsnValSerLeuAspGlyLysValAlaGlnArgAsp
330 360
GCGCGCGAGGTGGTCGGGAACTTCGCGAACCAGCTCTGGCACAGCGACAGCTCCTTTCAG AlaArgGluValValGlyAsnPheAlaAsnGlnLeuTrpHisSerAspSerSerPheGln
390 420
CAACCTGCTGCCCGCTACTCGATGCTCTCCGCGGTGGTGGTTCCGCCGTCGGGCGGCGAC GlnProAlaAlaArgTyrSerMetLeuSerAlaValValValProProSerGlyGlyAsp 450 480
ACCGAGTTCTGCGACATGCGTGCGGCATACGACGCGCTGCCTCGGGACCTCCAATCCGAG ThrGluPheCysAspMetArgAlaAlaTyrAspAlaLeuProArgAspLeuGlnSerGlu
510 540
TTGGAAGGGCTGCGTGCCGAGCACTACGCACTGAACTCCCGCTTCCTGCTCGGCGACACC LeuGluGlyLeuArgAlaGIuHisTyrAlaLeuAsnSerArgPheLeuLeuGlyAspThr
570 600
GACTATTCGGAAGCGCAACGCAATGCCATGCCGCCGGTCAACTGGCCGCTGGTTCGAACC AspTyrSerGluAlaGlnArgAsnAlaMetProProValAsnTrpProLeuValArgThr
630 660
CACGCCGGCTCCGGGCGCAAGTTTCTCTTCATCGGCGCGCACGCGAGCCACGTCGAAGGC HisAlaGlySerGlyArglysPheLeuPhelleGlyAlaHisAlaSerHisValGluGly
690 720
CTTCCGGTGGCCGAAGGCCGGATGCTGCTTGCGGAGCTTCTCGAGCACGCGACACAGCGG LeuProValAlaGluGlyArgMetLeuLeuAlaGluLeuLeuGluHisAlaThrGlnArg
750 780
GAATTCGTGTACCGGCATCGCTGGAACGTGGGAGATCTGGTGATGTGGGACAACCGCTGC GluPheValTyrArgHisArgTrpAsnValGlyAspLeuValMetTrpAspAsnArgCys
810 840
GTTCTTCACCGCGGACGCAGGTACGACΛTCTCGGCCAGGCGTGAGCTGCGCCGGGCGACC ValleuHisArgGlyArgArgTyrAspIleSerAlaArgArgGluLeuArgArgAlaThr
ACCCTGGACGATGCCGTCGTC ThrLeuAspAspAlaValVal
oder ein nach dem genetischen Code für die gleiche Aminosäuresequenz codierendes Äquivalent davon enthält.
6. Plasmid pVJH21
7. Plasmid pGJS3
8. Plasmid pKJS31
9. Plasmid pKJS32
10. Plasmid pKJSB330
11. Plasmid pKJJS(X)630
12. Plasmid pKJEΔB130
13. Plasmid pTJS'B435
14. Plasmid pTJS'B436
15. Plasmid pKJS32RHΔS'
16 . Plasmid pTJSS ' 035
17. Plasmid pTJSS ' 036
18 . Plasmid pTJS ' X535
19. Plasmid pTJS'X536
20. Plasmid pTJS'X535omega
21. Phagen MJSS'030
22. Phagen MJSS'031
23. Verfahren zur Herstellung von tfdA-Gene enthaltenden Plasmiden, dadurch gekennzeichnet, daß man DNA-Fragmente aus Wildtyp-Bakterien und Plasmidvektoren miteinander verknüpft und tfdA-Gene enthaltende Plasmide über die Expression des Abbaus substituierter oder unsubstituierter Phenoxyessigsäuren in Stämmen, die die entsprechenden Phenole verwerten können, isoliert.
24. Verfahren zur Herstellung von tfdA-Gene oder Teile dieser Gene enthaltenden Plasmiden, dadurch gekennzeichnet, daß man aus gemäß Anspruch 23 erhaltenen Plasmiden Subfragmente, die das intakte tfdA-Gen oder Teile dieses Genes enthaltenen, mit einem Vektorplasmid verknüpft.
25. E. coli-Stämme, enthaltend Plasmide mit einem tfdA-Gen oder mit Teilen dieses Gens.
26. Pseudomonas-Stämme, enthaltend Plasmide mit einem tfdA-Gen oder mit Teilen dieses Gens.
27. Alcaligenes-Stämme, enthaltend Plasmide mit einem tfdA-Gen oder mit Teilen dieses Gens.
28. Verfahren zur Herstellung neuer Bakterienstämme, die tfdA-Gene oder Teile dieser Gene enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man den betreffenden Stamm nach an sich bekannten Verfahren mit der Plasmid-DNA nach Anspruch 4 transformiert.
29. Verfahren zur Herstellung neuer Bakterienstämme, die tfdA-Gene oder Teile dieser Gene enthalten, dadurch ceterizeichnet, daß man aus den nach Anspruch 28 erhaltenen Stämmen die Plasmide durch Kunjugation auf andere Stämme überträgt.
30. Verwendung von Bakterienstämmen, die tfdA-Gene oder Teile dieser Gene enthalten, zur Herstellung der 2,4-D-monooxigenase.
31. Verwendung von tfdA-Genen oder Teilen dieser Gene enthaltenden Plasmide als Ausgangsprodukt zur Herstellung von 2 ,4-D-spaltenden lebenden Organismen.
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