WO2006122655A1 - Nucleic acid-binding chips for detecting glucose deficiency conditions within the scope of bioprocess control - Google Patents

Nucleic acid-binding chips for detecting glucose deficiency conditions within the scope of bioprocess control Download PDF

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WO2006122655A1
WO2006122655A1 PCT/EP2006/004152 EP2006004152W WO2006122655A1 WO 2006122655 A1 WO2006122655 A1 WO 2006122655A1 EP 2006004152 W EP2006004152 W EP 2006004152W WO 2006122655 A1 WO2006122655 A1 WO 2006122655A1
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seq
gene
putative
homologue
homolog
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PCT/EP2006/004152
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German (de)
French (fr)
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Stefan Evers
Jörg FEESCHE
Karl-Heinz Maurer
Thomas Schweder
Michael Hecker
Birgit Voigt
Britta JÜRGEN
Le Thi Hoi
Original Assignee
Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6888Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms
    • C12Q1/689Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms for bacteria

Definitions

  • the present invention relates to nucleic acid-binding chips for monitoring bioprocesses with a special focus on the detection of glucose deficiency states and to the use of corresponding gene probes, in particular on such chips, or methods and applications based on such probes and chips
  • the monitoring of such processes is done on the one hand by observing the changing properties and requirements of the organisms under consideration during the process, which is reflected, for example, in the optical density and viscosity of the medium, in absorbed or emitted gases, in changes in the pH
  • This can also be used to measure enzymatic activities by means of suitable assays, for example the detection of activities of interest in the cultural supernatant
  • the sample to be analyzed is brought into contact with a recognition layer (biorecognition layer), which may be, for example, an enzyme, antibody, receptor or DNA, the signal received thereby being transmitted via a transducer, for example an amperometre or potentiometnsche electrode, via an amplifier (amplification / processing) output as electrical voltage or as an electrical potential in the work in question and optical systems are addressed to which the electronically evaluable systems in terms of Miniatu ⁇ sieriana and other advantages the author seemed more favorable
  • a recognition layer biorecognition layer
  • a transducer for example an amperometre or potentiometnsche electrode
  • the protein-specific chips can be disregarded mRNA-recognizing chips are doped with complementary DNA molecules or DNA analogs
  • Their production and use for very detailed issues such as the differentiation of point mutations for example, in the application WO
  • the DNA chip analyzes there are those with a PCR amplification of the target sequence and those without amplification.
  • optical evaluation of the signals attributable to the recognition and those with electrical evaluation
  • the hybridization can be coupled to a PCR on the DNA chip so as to be able to perform the entire detection reaction on a chip ("lab-on-a-chip concept").
  • DNA probes are used, which lead by labeling with a suitable enzyme (for example, alkaline phosphatase) after hybridization to an electrically active substrate, which then by a redox reaction at the Electrode is detectable (Hintsche et al. (1997), EXS, 80, pp. 267-283).
  • a suitable enzyme for example, alkaline phosphatase
  • nucleic acid-recognizing chip type If one has decided on a particular nucleic acid-recognizing chip type with regard to the basic structure and the evaluation system, the more concrete problem arises as to which gene activities should be observed. It should be remembered that in the number of simultaneously analyzable genes with a nucleic acid chip type technically related limits exist. Thus, optically readable chips, what the number of probes that can be applied on the chip, the electrically evaluable currently superior. Their limits are set by the miniaturization of the electronic measuring units.
  • biotechnological processes with gram-positive bacteria are used especially for their ability to secretion for the industrial production of valuable substances.
  • These include those of the genus Bacillus and of these, in turn, the species B subtilis, B amyloliquefaciens, B agaradherens, B licheniformis, B lentus and B globigii currently the most economically significant
  • the stress genes degP, uvrB, alpA, mltB, recA, ftsH, ibpA, aceA and groEL are more intensely expressed under the conditions mentioned at high cell density compared to low cell density Strength of the reaction, they grouped themselves among certain clusters RT-PCR and DNA microarray-based and complemented by dot-blot analysis approach applied to samples from two time points of fermentation, just at the beginning at low cell density and towards end at high cell density. This has become "cell conditioning" approaches designed to minimize the stress response of the cells
  • patent application WO 02/055655 A2 discloses more than 1,800 DNA sequences obtained by the complete sequencing of the Genome of the microorganism Methylococcus capsulatus have been identified
  • nucleic acid-binding chips that cover an almost complete genome or the associated transcptome (genomic DNA chips).
  • a representative cross-section with a manageable number of genes is provided to identify various physiological conditions which an observed microorganism can undergo in the course of cultivation.
  • These include, for example, starvation conditions for various nutrients or stress situations such as for example heat or cold shock, shear stress, oxidative stress or oxygen limitation
  • Nucleic acid-binding chips which are based on this selection of genes, provide a certain overall but rather rough overview of the respective metabolic situation.
  • WO 2004/027092 A2 only one (acoA), which is also associated with
  • acoA which is also associated with
  • a single positive signal may result from different situations or even be false-positive, which is why it often-and in particular In such an unclear situation - it makes sense to analyze a selected metabolic aspect separately.
  • the number of simultaneously assignable sites is limited especially for electrically readable nucleic acid-containing chips, which have the advantage of a timely analysis, so that additional, special metabolic situations can be detected not easy extra Liche gene probes can be applied
  • Nos. DE 102004061664 7 and DE 102005042572 0 disclose nucleic acid-binding chips for monitoring bioprocesses with a special focus on the detection of phosphate deficiency or nitrogen deficiency states. They each carry a limited number of probes in order to display these specific stress situations
  • a metabolic situation that may be critical for microorganisms and thus limiting for a corresponding bioprocess is that of glucose deficiency. Because glucose is the most important carbon (C), that is energy source in most nutrient media, or is obtained by digesting the more complex carbohydrates contained in the media by the microorganisms in question before it is metabolized. Glucose deficiency therefore represents a lack of carbon and energy supply and can quickly lead to the death of cells or at least prevent the achievement of higher cell densities.
  • nucleic acid-binding chips with gene probes for single or several of these genes and thereby to obtain nucleic acid-binding chips which reliably indicate the signal "glucose deficiency" in the course of a monitored bioprocess (glucose deficiency sensors)
  • the problem arose in particular for those nucleic acid-binding chips whose number of assignable sites is comparatively low due to their design, in particular the electrically evaluable ones, because on the other hand they have the advantages of rapid readability and thus enable at-line analysis one if necessary early intervention in order to optimize the relevant bioprocess for carbohydrate supply
  • Such a DNA-binding chip should be usable for several comparable processes and be adapted to specific applications with comparatively slight variations.
  • it should be based on bioprocesses based on 8ac / us species, in particular ⁇ -subtilis, B amyloliquefaciens, B lentus, B globigu, and especially focused on B licheniformis Bioprocesses focused on fermentations, in particular the technical production of products, in particular of overexpublished proteins
  • glucose-deficient sensor should enable appropriate methods for measuring the physiological state of the cells considered as well as corresponding possibilities of use for monitoring the considered biological processes
  • such genes are selected as glucose deficiency indicators which show a clear indication signal that lies significantly above a certain threshold value the farther the result is, the more they are to be regarded as parts of the solutions of the task according to the invention, which explains a corresponding staggering of the preferred inventionapplications (see below).
  • Table 1 shows all the 268 genes of Bacillus licheniformis DSM 13 identified in Example 1, the induction of which was observed under glucose deficiency, with a factor of at least three being considered significant. Of these, all 85 genes are assimilated in table 2, their induction by glucose deficiency to any of the measured times at least the Factor 10 and where it could be concluded from parallel studies not shown here that they were comparatively specific to this signal. These are listed again in Table 3 for the strength of their observed maximal induction. Their DNA and amino acid sequences are listed in the Sequence Listing present
  • -malL maltose-inducible alpha-glucosidase, SEQ ID NO 139, 140
  • -yfiA unknown function, similar to unknown proteins, SEQ ID NO 67, 68
  • -yvdK unknown function, similar to unknown proteins, SEQ ID NO 141, 142
  • -yvdJ unknown function, SEQ ID NO 143, 144
  • - Wb / (2-amino-3-ketobutyrate-CoA-Liquases, SEQ ID NO 115, 116), -yoeB (unknown function, SEQ ID NO 19, 20)
  • -ycgN unknown function, similar to i-Pyrrol ⁇ ne-5-carboxylate dehydrogenase
  • mmsA methylmalonate-semialdehyde dehydrogenase, SEQ ID NO 97, 98
  • -ycgM unknown function, similar to prodrug oxidase, SEQ ID NO 117, 118
  • - acoL acetoin dehydrogenase-E3 component, dihydrolipoamide- Dehydrogenase, SEQ ID NO 97, 98
  • etfA (electron transfer flavoprotein, alpha subunit, SEQ ID NO 1, 2)
  • etfB (electron transfer flavoprotein, beta subunit, SEQ ID NO 169, 170)
  • glpD glycerol-3-phosphate dehydrogenase, SEQ ID NO 127, 128)
  • - gene for a putative enoyl-CoA hydratase (EC 4 2 17, SEQ ID NO 95, 96), - malA (6-phospho-alpha-glucosidase, SEQ ID NO 69, 70) .
  • -yus J (unknown function, similar to butyryl-CoA dehydrogenase, SEQ ID NO 55, 56), - putative membrane protein gene (SEQ ID NO 15, 16), - mmgA (acetyl-CoA-acetyltransferase, SEQ ID NO 89 , 90), - malP (PTS maltose-specific enzyme-IICB component, SEQ ID NO 65, 66), - gene for a putative transcriptional regulator (SEQ ID NO 17, 18), - gene for a putative isocitrate lyase ( EC 4 1 3 1, SEQ ID NO 105, 106), - mmgC (acyl-CoA dehydrogenase, SEQ ID NO 85, 86), - tdh (threonine-3-dehydrogenase, SEQ ID NO 113, 114), - mmgD ( Citrate synthase III, SEQ ID NO 41, 42), - a putative trans
  • - acoR transcriptional activator of the acetoin dehydrogenase operon, SEQ ID NO 71, 72
  • - acsA acetyl-CoA synthetase, SEQ ID NO 135, 136
  • - acuA acetoin dehydrogenase, SEQ ID NO 133, 134 .
  • -yusK (unknown function, similar to acetyl-CoA-C-acyltransferase, SEQ ID NO 53, 54), - aprE (Subtihsin-Carlsberg precursor, EC 3 4 21 62, SEQ ID NO 31, 32), gene for a putative secretion protein (SEQ ID NO 35, 36), -yvoA (unknown function, similar to a transcriptional regulator of the GntR family, SEQ ID
  • acdA acyl-CoA-dehydrogenase, SEQ ID NO 83, 84
  • bpr Bacillus subtilis
  • -yvqH unknown function, similar to unknown proteins from S subtihs, SEQ ID NO 59
  • IOID function in myo-inositol catabolism, SEQ ID NO 163, 164
  • mmgE (unknown function, SEQ ID NO 43, 44),
  • putative gene for a putative ABC transporter ATP restriction protein (SEQ ID NO 125, 126)
  • IOIC function in myo-inositol catabolism, SEQ ID NO 161, 162
  • RNA polymerase ECF-type Sgma factor SEQ ID NO 27, 28
  • -ispA larger intracellular cut protease, SEQ ID NO 23, 24
  • -ywfL unknown function, similar to unknown proteins, SEQ ID NO 47, 48
  • -yvdH unknown function, similar to Maltodext ⁇ n transport system permease, SEQ ID NO
  • a solution of the problem is thus in a nucleic acid-binding chip, doped with probes for at least six of the following genes yxel, dppE, gene for a tight homolog to AId [L-alanine dehydrogenase] (homolog to SEQ ID NO 157) , fruK, ybdN, gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 39), gene for a putative methylmalonate semialdehyde dehydrogenase [acyherend] (EC 1 2 1 27, homolog to SEQ ID NO 159), yvdE, rbsK, hxIA, gene for a hypothetical protein (homolog to SEQ ID NO 103), yvdti, ywfL, ispA, yvyD, gene for a glucan 1, 4-alpha-maltohydrolase (EC 3 2 1 133, homologue to SEQ ID NO 151) , hcA,
  • At least six of these genes are selected in order to obtain as reliable a statement as possible, that is, to exclude a single false-positive signal attributable to only one type of probe
  • nucleic acid-binding chip is to be understood as meaning all objects which are provided with nucleic acid-specific probes and in each case deliver an evaluable signal upon binding of one or more specifically recognized nucleic acids
  • Such chips are used in the following manner to control (monitor) the bioprocess under consideration.
  • a sample is taken with the biological material to be analyzed at a certain time.
  • RNA is isolated by methods known per se, for example cell disruption and use of a denaturing buffer.
  • mRNA isolated This is itself marked or as starting molecule for a in the molecule introduced into the measurement (eg, cDNA obtained by reverse transcription) and the molecules obtained are advantageously passed over / through the chip in a buffer.
  • Hybridization (sandwich labeling) of a prepared RNA or its derivative with the homologous (ie with respect to their sequence congruent) probe provided on the chip results in a corresponding optically or electronically evaluable signal
  • target nucleic acid for example target DNA or target Nukleinsaureanalog
  • the strength of the hybridization signal is over a certain range - possibly to be optimized in the individual case - proportional to the number of specific mRNA present in the sample at the time of sampling in this way the strength of the signal provides a direct measure of the activity of the gene in question at the time of sampling
  • the time interval between sampling and measurement should be kept as short as possible, for example via a largely automated sampling, their processing and management via / through the sensor
  • probes are to be understood as meaning all molecules which are capable of reacting (binding) with nucleic acids in each case to a large extent.
  • This interaction is exploited according to the invention in order to form a signal which can be assigned to a significant extent within the context of a corresponding arrangement (chip) to obtain
  • a probe according to the invention is usually a compound which is capable of binding mRNA molecules or nucleic acids derived therefrom via hydrogen bonds, as for example also in the interaction of the two strands of a DNA or of the DNA RNA Interaction takes place.
  • This may be, for example, a DNA which is more stable to hydrolysis than RNA.
  • nucleic acid analog probes characterize preferred embodiments of the present application (see below).
  • the specific probes in question would be to synthesize, for example, according to the model of the sequence listing associated with this application. This is in contrast to the aspect that chips according to the invention should advantageously be usable several times, in particular during a single observed process in the course of which continuous monitoring is desirable.
  • the degree of homology between the probe provided and the mRNA or the nucleic acid derived therefrom, which is to be detected by hybridization is limiting for the usefulness of a probe.
  • the degree of hybridization of the probe with the mRNA to be detected decides on its usefulness as a probe and must be experimentally optimized in individual cases and / or taken into account by adjusting the signal evaluation.
  • sequences with odd numbers are While the DNA sequences can be used directly for the production of probes (see above), the amino acid sequences serve, for example via sequence database comparisons, for checking the gene function and may also serve to generate, for example, via jerk translation of the genetic code, similar nucleic acid-sensing probes
  • Example 1 As shown in Example 1, numerous different gene transcripts, that is, mRNA molecules were examined, especially those of which participation in glucose metabolism was well known. These mRNA molecules were transduced at different times during the transition from B licheniformis DSM 13 to a glucose deficient state In Example 1 it is also described how the concentration increase of this mRNA in the cell interior of B licheniformis was determined experimentally. Alternative determination possibilities for this may be established in the prior art. The compilation in Table 1 (Example 2) is crucial to the understanding of the present invention shows the concentration changes associated with the transition for a total of 268 mRNAs. The following threshold values for the ratio of the RNA amount of the respective gene to the control value were regarded as significant.
  • the genes according to the invention are considered to be induced RNA has a ratio> 3 (ie at least one tripling), a clear induction is present at a ratio of> 10, significantly repmpmiert are genes with an RNA ratio ⁇ 0.3 (that is, a lowering to less than 30%)
  • a ratio> 3 ie at least one tripling
  • a clear induction is present at a ratio of> 10
  • significantly repmpmiert are genes with an RNA ratio ⁇ 0.3 (that is, a lowering to less than 30%)
  • at least one tripling was observed at any of the time points in question
  • Example 3 there are 92 genes with at least 10-fold induction at any of the observed times under the conditions of the glucose deficiency described in Example 1. Of these, seven may not be considered specific, so that, surprisingly, only those shown in Table These 85 genes are considered according to the invention as representative indicators of a glucose deficient state Further information on these genes, for example on their function or deviating start codons Table 1 and the Sequence Listing are the respective German-speaking Designations for the associated proteins have already been listed above in the order of the statements in Table 3 All of these genes are individually described in the prior art. They can be found for the various organisms from generally accessible databases.
  • the strain ß licheniformis DSM 13 is available from the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH, Mascheroder Weg 1 b, 38124 Braunschweig (http // www dsmz de He is the recipient of the American Type Culture Collection, 10801 University Boulevard, Manassas, VA 20110 - 2209, USA (http // www atcc org) the accession number ATCC 14580
  • genes from other organisms corresponding to the said 85 genes are to a large extent likewise stored in generally accessible databases, for example for the well-characterized species B subtilis and E. coli, which are generally regarded as model organisms of Gram-positive or Gram-negative bacteria
  • B subtilis and E. coli which are generally regarded as model organisms of Gram-positive or Gram-negative bacteria
  • the databases of the Institut Pasteur, 25.28 rue du Dondel Roux, 75724 Paris CEDEX 15, France which are available on the Internet at http // genolist pasteur fr / Colib ⁇ / (for E.
  • nucleic acid-binding chip In the production of a nucleic acid-binding chip according to the invention for an organism not mentioned here, the associated homologous genes must therefore be identified for at least some of the genes mentioned for B licheniformis, for example by comparing the DNA sequences known for the organism concerned with those indicated here Sequences These or parts thereof (see below) can then serve as probes or as templates for the synthesis of corresponding probes, which are applied to a nucleic acid-binding chip by methods known per se
  • An essential feature of the present invention is that the total number of different glucose metabolism-specific different probes is not more than 100. This feature correlates with the stated task, according to which it should focus on such nucleic acid-binding chips whose number of assignable bursts due to their Type is comparatively low These are in particular the electrically analyzable chips
  • glucose-specific-specific probes for example, those which are induced by a Glucoeseuberschuß, possibly also others, which are not directly related to the glucose metabolism, but due to this inducibility can be defined as such
  • a chip also an evaluable and useful in the process considered information when the lack of glucose has been overcome, for example, by taking appropriate countermeasures
  • nucleic acid-specific probes are usually only fragments of the complete genes (see below). In individual cases, for example in the case of regulation via splicing or large, multi-functional polypeptides, it may therefore be useful to use one and the same gene with two or more detect more different probes Thus, corresponding embodiments are possibly characterized by more than 85 probes, but respond to no more than these 85 genes
  • probes for further genes or gene products can also be contained on chips according to the invention (see below).
  • the core of the invention lies precisely in the specificity of the chip concerned, with which a specific metabolic situation should be detected.
  • the production of a chip with more than 100 probes responding to different genes or even a chip which represents a large part of the genome of an organism. is not part of the invention described here in such a specific issue because of the associated effort Rather, both types of chips in an observed bioprocess sense next to each other
  • the chips with numerous different gene probes or with a representative cross section of various possibly relevant situations can provide a rough overview of the condition of the organism concerned, while a chip according to the invention for control, if there is cause for concern, the cells in question could enter a glucose deficiency state
  • nucleic acid-binding chip according to the invention, which is increasingly preferably doped with the probes specified above in the order given there
  • chips having probes for the gene yxel (coding for a protein of unknown function, similar to the penicillin amidase, SEQ ID NO 109, 110) are among the chips according to the invention in terms of gene selection Probe formation is least favored because it has been least induced among the 85 genes significantly transcribed by glucose deficiency.
  • it is a nucleic acid-binding chip according to the invention, wherein at least one, more preferably two or three, of the probes are selected from the following 67 genes: ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licH, IOIE, putative gene for a putative ABC transporter ATP binding protein (homolog to SEQ ID NO 125), rsiX, gene for a hypothetical protein (homolog to SEQ ID NO 123), mmgE, gene for a putative pectin methylesterase (homolog to SEQ ID NO 63), gene for a putative formate dehydrogenase-alpha chain (EC 1 2 1 2, homologue to SEQ ID NO 9), IOID, gene for a putative hydroxybenzoate hydroxylase (homologue to SEQ ID NO 49), yvql, glpF , Gene for a putative enoyl (3-hydroxy ⁇ sobutyryl)
  • inventive nucleic acid-binding chips wherein at least one, more preferably two or three of the probes from the following 34 genes is / are tdh, mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4 1 3 1, homolog to SEQ ID NO 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 17), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homolog to SEQ ID NO 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl CoA gene Hydratase (EC 4 2 1 17, homologue to SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-Oxoprop ⁇ onate-reductase (EC 1 1 1 60, homolog to SEQ ID NO 99), yvdl, acoC,
  • inventive nucleic acid-binding chips wherein at least one, more preferably two or three of the probes from the following 10 genes is / are kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (Homologue to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homolog to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homolog to SEQ ID NO 11)
  • Homologue to SEQ ID NO 101 gene for a putative malate synthase
  • acoB gene for a putative transketolase
  • EC 2 2 1 1, homolog to SEQ ID NO 11 For these genes showed gene inductions, which were increased by at least a factor of 61, in the tests carried out in the examples on the basis of S licheniformis DSM 13 and described in Examples
  • nucleic acid-binding chips in which at least one, more preferably two or three, of the probes are selected from the following 4 genes: gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homologue to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homologue to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 11)
  • nucleic acid-binding chips according to the invention with at least 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 28, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 or 85 of the present invention, that is doped in this sense probes doped
  • the total number of all different probes is increasingly preferably not more than 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15 or 10
  • the probes referred to as being relevant to the invention are those which respond to the relevant or most highly homologous, in vivo transcribable genes from the organism selected for the bioprocess, preferably those derived from the respective ones highly homologous, in vivo transcribable genes are derived just this organism
  • the genes closely related in the organism under consideration are used for deriving corresponding probes
  • the genes closely related in the organism under consideration are used for deriving corresponding probes
  • the organism selected for the bioprocess is a representative of unicellular eukaryotes, Gram-positive or Gram-negative bacteria
  • the unicellular eukaryotes are protozoa or fungi, in particular yeast, more particularly sucrose or schizosaccharomyces
  • This object also includes chips according to the invention, which are directed to the monitoring of the course, in particular the growth of cell cultures of higher eukaryotes, such as rodents or humans They can be understood in some respects as at least largely single-celled eukaryotes, in particular in the Immunology have significant commercial importance, for example for the production of monoclonal antibodies
  • the Gram-positive bacteria are Coryneform bacteria or those of the genera Staphylococcus, Corynebacteria or Bacillus, in particular of the species Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. agaradherens, B. stearothermophilus, B. globigii or S. lentus, and more particularly S. licheniformis.
  • the Gram-negative bacteria are those of the genera E. coli or Klebsiella, in particular derivatives of Escherichia coli K12, Escherichia coli B or Klebsiella planticola, and more particularly derivatives of the strains Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5 ⁇ , E. coli JM109, E. coli XL-1 or Klebsiella planticola (Rf).
  • E. coli or Klebsiella in particular derivatives of Escherichia coli K12, Escherichia coli B or Klebsiella planticola, and more particularly derivatives of the strains Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5 ⁇ , E. coli JM109, E. coli XL-1 or Klebsiella planticola (Rf).
  • At least one, more preferably more, of the probes mentioned in connection with the invention described herein are derived from the sequences which are listed in the sequence listing under the numbers SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149 , 151, 153, 155, 157, 159, 161, 16
  • nucleic acid-binding chips are those which are additionally doped with at least one probe for an additional gene, in particular one which is in a metabolic-related relationship to the process-related, additionally expressed gene (s) , especially for one of them or this one
  • the processes under observation serve a technical interest, often associated with other specific genes.
  • the gene for that protein and, in the case of a low molecular weight compound
  • other cell-specific genes such as metabolic genes, which must be increasingly formed during the production of the product, for example a cell-derived oxidoreductase, if this is to be produced
  • Product should be obtained from a reactant or an intermediate via oxidation or reduction
  • the process-related additionally expressed gene is that for a commercially useful protein, in particular an amylase, cellulase, lipase, oxidoreductase, hemicellulase or protease, or one which is synthesized for a low molecular weight chemical compound or at least partially regulated
  • bioprocesses especially fermentations, in which the said proteins are produced.
  • bioprocesses especially fermentations, in which the said proteins are produced.
  • These are commercially particularly important enzymes which are used, for example, in the food industry or the detergent industry. In the latter case, in particular for the removal of Soil contaminated with amylases, cellulases, lipases, hemicellulases and / or proteases. lysierbar, for the treatment of the materials in question, in particular by cellulases or to provide an oxidoreductase-based enzymatic bleaching system
  • nucleic acid chips according to the invention one, preferably several, of the probes mentioned in connection with the invention described herein are / are provided in single stranded form in the form of the codogenic strand
  • This embodiment has the aim of improving the hybridization between the probe and the sample to be detected. This is especially true in the case where the content of the relevant mRNA is actually determined from the sample because it is single-stranded and in its sequence with the coding strand the DNA matches, should an optimal hybridization with the complementary, that is the codogenic strand done
  • nucleic acids according to the invention of the chips one, preferably several, of the probes which are relevant for the determination of the invention in the form of a DNA or of a nucleic acid analog, preferably of a nucleic acid analog, is / are made available
  • one or more preferably comprise a plurality of the probes which are relevant for the invention Gene regions which are transcribed into mRNA by the organism to be examined, in particular the gene regions which are close to the 5 'end of the mRNA
  • the aspect is taken into account that in many cases the regulatory DNA segments are also assigned to a specific gene.
  • the chip according to the invention should be used to detect the mRNA actually present in the observed cells, so that for the purpose considered here the first
  • eukaryotes introns occur, that is, the coding region is interrupted by sections that are not translated into mRNA Probes containing introns, therefore, were not allowed or
  • the specific probes ⁇ d R need only to include a smaller of the transcribed into mRNA gene
  • Advantageous for this is a selection of an area near the 5 'end the mRNA is located, as it is first transcribed into mRNA and thus is the first to be detected after activation of the gene. This precludes timely detection
  • one or more of the probes called relevant to the invention are / are responsive to fragments of the relevant nucleic acids, in particular to those which have a low degree of secondary folding in the relevant mRNA, based on the respective total mRNA
  • one, preferably several, of the probes called relevant to the invention have a length of increasingly preferably less than 200, 150, 125 or 100 nucleotides, preferably from 20 to 60 nucleotides, particularly preferably from 45 to 55 nucleotides on
  • the probes used for the detection reaction need to include only parts of the mRNA to be detected, if the signal available on them is still specific enough This specificity, the distinctness of different mRNA sets the lower limit for the length of the respective probes and must experimentally if necessary in preliminary experiments be determined
  • an electrical signal is triggered by the binding of the mRNA to the relevant probe called relevant to the invention
  • the time span from sampling to measuring the signal for optically analyzable chips is approximately 24 hours.
  • the time required is currently less than 2 hours (see FIG. 1).
  • the number of simultaneously analyzable samples is electrical evaluable chips currently in the double-digit range, but a rapid development suggests that this magnitude can be exceeded in Briefly limiting the electronic evaluation units for the various signals
  • a method for mRNA quantification established in the prior art represents, for example, the RT-PCT.
  • This is described in the article "Quantification of Bactenal mRNA by One-Step RT-PCR Using the LightCycler System” (2003) by S Tobisch, T Koburger, B Juergen, S Leja, M Hecker and T Schweder in BIOCHEMICA, Volume 3, pages 5 to 8 described in contrast possesses the Detection via electric chips another advantage, namely the higher reliability of the data, as they have compared to the RT-PCR significantly lower fluctuation ranges
  • the mode of operation of electrically readable chips of a particularly preferred embodiment can be described as follows:
  • the gene-specific probes are covalently bound to magnetic carriers (beads) in known manner, which are located in chambers of the chips provided for this purpose.
  • the specific hybridization of the corresponding mRNA to the respective mRNA The beads are held in this chamber by a magnet.
  • a washing step is carried out to eliminate the non-beaded DNA probes. bound RNA, so that in the incubation only specific hybrids are still present, bound to the magnetic beads
  • a detection probe is introduced into the incubation chamber labeled with a biotin extravidin-linked alkaline phosphatase. This probe binds to a second free region of the hybridized mRNA. This hybrid is then washed again and with the alkaline phosphatase substrate para-aminophenol phosphate (pAPP) incubated The enzymatic reaction in the incubation chamber leads to the release of the redox-active product para-aminophenol (pAP) This is now passed over the Red / Ox electrode on the electrical chip and sent the signal to a potentiostat
  • System-specific software eg, MCDDE32
  • MCDDE32 reads the data obtained, and the results can be evaluated and displayed on another computer using another program (for example, Origin)
  • the detection reaction can also be carried out by another, but preferably a redox reaction because of the electrical measurement principle
  • One benefit of the present invention is that it has identified and made available to analysis via appropriately designed biochips glucose-specific and thus process-critical genes.
  • the advantage of chips over conventional detection methods is, besides time saving and higher accuracy, that with the provision of multiple probes on a carrier at the same time in the same sample the activities of several different genes can be detected and can give a more solid and detailed picture in the application described here to a particular problem, for example, at the time when glucose deficiency has occurred
  • a separate subject of the invention is thus the simultaneous use of nucleic acid or nucleic acid analogue probes for at least six of the following genes yxe /, dppE, gene for a tight homologue to Ald [L-alanine dehydrogenase] (homologue to SEQ ID NO 157 ), fruK, ybdN, gene for a putative transcriptional regulator (homologue to SEQ ID NO 39), gene for a putative methylmalonate semialdehyde dehydrogenase [acyherend] (EC 1 2 1 27, homologue to SEQ ID NO 159), yvdE, rbsK , hxIA, gene for a hypothetical protein (homologue to SEQ ID NO 103), yvdH, ywfL, ispA, yvyD, gene for a glucan-1,4-alpha-maltohydrolase (EC 3 2,133, homologue to SEQ ID NO 151 ), licA
  • these genes are selected to provide an idea of the glucose metabolism situation of the subject organism because they are significantly induced in the transition from the gram-positive bacterium B hcheniformis to the glucose deficient state as described in Examples 1-3 comparable statement is also for to expect other organisms that have the homologous genes or proteins with substantially the same substance metabolism relevant properties
  • nucleic acid or nucleic acid analogue probes are increasingly preferred - use, wherein at least one, more preferably two or three of the nucleic acid or nucleic acid analog probes for genes from the following 67 genes specifically, ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licti, lolE, putative gene for a putative ABC transporter ATP binding protein (homologue to SEQ ID NO 125), rsiX, gene for a hypothetical protein (homolog to SEQ ID NO 123), mmgE, gene for a putative pectin methylesterase (homolog to SEQ ID NO 63), gene for a putative formate dehydrogenase-alpha chain (EC 1 2 1 2, homolog to SEQ ID NO 9), IOID, Gene for a putative hydroxybenzoate hydroxylase (homolog to SEQ ID NO 49), yvql, glpF, gene for a
  • genes from the following 34 genes tdh, mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4.1.3.1, homologue to SEQ ID NO. 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO ), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homologue to SEQ ID NO: 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl-CoA hydratase (EC 4.2.1.17, homologue to SEQ ID NO: 95), glpD , etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1.1.1.60, homologue to SEQ ID NO: 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN
  • genes from the following 10 genes kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO. 101), gene for a putative malate synthase ( EC 4.1.3.2, homologue to SEQ ID NO: 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2.2.1.1, homologue to SEQ ID NO: 11);
  • genes from the following 4 genes gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO.101), gene for a putative malate synthase (EC 4.1.3.2, homologue to SEQ ID NO. 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2.2.1.1, homologue to SEQ ID NO 11).
  • the total number of all different probes is increasingly preferably not more than 95, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 or 10.
  • a separate subject of the invention are methods of determining the physiological state of an organism passing through a biological process by using a nucleic acid-binding chip according to the invention
  • nucleic acid-binding chips apply correspondingly to the method of determining the physiological state of an organism passing through a biological process
  • they are methods according to the invention wherein a change in the glucose metabolism of the organism passing through the biological process is determined, preferably a glucose deficient state
  • the organism selected for the bioprocess is a representative of unicellular eukaryotes, Gram-positive or Gram-negative bacteria.
  • the unicellular eukaryotes being protozoa or fungi, in particular yeast, especially Sacharomyces or Schizosaccharomyces.
  • the Gram-positive bacteria are Coryneform bacteria or those of the genera Staphylococcus, Corynebacteria or Bacillus, in particular the species Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, B.licheniformis, B amyloliquefaciens, B. agaradherens, B. stearothermophilus, B. globigii or B. lentus, and more particularly ⁇ . licheniformis.
  • the Gram-positive bacteria are Coryneform bacteria or those of the genera Staphylococcus, Corynebacteria or Bacillus, in particular the species Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, B.licheniformis, B amyloliquefaciens, B. agaradherens, B. stearothermophilus, B. globigii or B. lentus, and more particularly ⁇ . lichen
  • the gram-negative bacteria being those of the genera E. coli or Klebsiella, in particular derivatives of Escherichia coli K12, Escherichia coli B or Klebsiella planticola, and whole especially derivatives of the strains Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5 ⁇ , E. coli JM109, E. coli XL-I or Klebsiella planticola (Rf).
  • probes which are of the SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149, 151, 153, 155, 157, 159, 161, 163, 165, 167 or 169 are derived. Of these, in turn, those methods are preferred in which the probes mentioned here are used
  • such methods according to the invention are preferred, wherein the determination of the physiological state is carried out at different points in time of the same process, preferably using a plurality of identically constructed nucleic acid-binding chips, particularly preferably the same nucleic acid-binding chip
  • such processes according to the invention are furthermore preferred, the process being a fermentation, in particular the fermentative production of a commercially useful product, more preferably the production of a protein or a low-molecular chemical compound
  • the low-molecular chemical compound is a natural substance, a food supplement or a pharmaceutically relevant compound
  • the protein is an enzyme, in particular one from the group of ⁇ -amylases, proteases, cellulases, lipases, oxidoreductases, peroxidases, laccases, oxidases and hemicellulases
  • nucleic acid-binding chips according to the invention, as described in detail above, for determining the physiological state of an organism passing through a biological process
  • nucleic acid-binding chips apply correspondingly to the uses described herein for the determination of the physiological state of an organism passing through a biological process
  • such uses according to the invention are preferred, wherein a change in the glucose metabolism of the organism passing through the biological process is determined, preferably a glucose deficient state
  • the organism selected for the bioprocess is a representative of unicellular eukaryotes, Gram-positive or Gram-negative bacteria
  • the unicellular eukaryotes being protozoa or fungi, in particular yeast, more particularly Sacharomyces or Schizosaccharomyces
  • the Gram-positive bacteria being Coryneform bacteria or those of the genera Staphylococcus, Corynebacteria or Bacillus, in particular the species Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, B licheniformis, B amyloliquefaciens, B agaradherens, B stearothermophilus, B globigii or B lentus, and more particularly B licheniformis
  • the Gram-negative bacteria being those of the genera E. coli or Klebsiella, in particular derivatives of Escherichia coli K12, Escherichia coli B or Klebsiella planticola, and more particularly derivatives the strain Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5 ⁇ , E. coli JM109, E. coli XL-1 or Klebsiella planticola (Rf)
  • such uses according to the invention are preferred, wherein the determination of the physiological state is carried out at different times of the same process, preferably using a plurality of identically constructed nucleic acid fragments of the chips, more preferably of the same nucleic acid-binding chip
  • the process being a fermentation, in particular the fermentative production of a commercially useful product, more preferably the production of a protein or a low-molecular chemical compound.
  • the low-molecular chemical compound is a natural substance, a food supplement or a pharmaceutically relevant compound.
  • the protein is an enzyme, in particular one from the group of ⁇ -amylases, proteases, cellulases, lipases, oxidoreductases, peroxidases, laccases, oxidases and hemicellulases.
  • This medium has the following composition: (1) base medium (pH 7.5) 0.015M (NH 4 J 2 SO 4 , 0.008M MgSO 4 .7H 2 O, 0.027M KCl, 0.007 M Na 3 citrate ⁇ 2H 2 O, 0.050 M Tns-HCl and 0.009 M glutamic acid, (2) supplements 0.2 M KH 2 PO 4 , 0.039 M L-tryptophan HCl, 1 M CaCl 2 ⁇ 2H 2 O, 0.0005 M FeSO 4 ⁇ 7H 2 O, 0.025 M MnSO 4 ⁇ 4H 2 O and 20% (w / v) glucose, and as (3) medium supplementation scheme 0.14 ml KH 2 PO 4 , 0.2 ml CaCl 2 , 0.2 ml FeSO 4 , 0.04 ml MnSO 4 , 1 ml glucose All values are based on 100 ml of basic medium
  • the cell disruption was carried out with the "Hybaid RiboLyser TM Cell Disruptor” (Fa Thermo Electron Corporation, Dreieich, Germany) This method is based on the mechanical destruction of the cell wall and the cell membrane with the help of 0.1 mm small glass beads (Sartonus BBI, Melsungen , Germany)
  • the cells to be disrupted which had previously been resuspended in lysis buffer II (3 mM EDTA, 200 mM NaCl), together with the glass beads, were placed in a glass
  • acidic phenol was added to prevent degradation of the RNA by RNases. This tube was then clamped into the ribo-lyser, whereby under heavy debris the glass beads collided with the cells, causing cell disruption
  • RNA-containing aqueous phase is separated by centifugation from the protein and cell fragments, the chromosomal DNA and the glass beads, and from this the RNA is purified using the KingFisher mL apparatus (Thermo Electron Corporation, Dreieich, Germany) using the MagNA Pure LC RNA Isolation Kit I (Fa Roche Diagnostics, Penzberg, Germany) isolated This purification is based on the binding of RNA to magnetic glass particles in the presence of chaotropic salts, which also cause the inactivation of RNases.
  • the magnetic particles serve as transport of RNA between different reaction vessels filled with binding, washing and elution buffers
  • the KingFisher mL used for this purpose is a type of pipetting robot that uses magnets to transport the particles with the bound RNA between the vessels and also uses them for mixing the samples Finally, the RNA is separated from the magnetic Pa dissolved and is purified
  • RNA 6000 Nano Kit from Agilent
  • nbosomal RNA (16 S and 23 S rRNA) is detected. If these are clear bands, It can be assumed that the RNA was not degraded in the course of processing and thus is intact and can be introduced into the subsequent explorations In addition, the exact concentration is also determined
  • the transcriptome analyzes were carried out using genomic slicheniformis DSM13 DNA microarrays which had been prepared in a conventional manner (for example in accordance with WO 95/11995 A1) and can be evaluated via an optical system. Virtually every gene from B licheniformis was present on these DNA microarrays in duplicate, so that two samples could be analyzed in parallel on the same chip and the values obtained could be averaged
  • the principle of the measurement carried out is that the respective mRNA molecules are transcribed from the sample taken in vitro via reverse transcription into DNA, wherein one of the added Desoxy ⁇ bonukleotide carries a color marker.
  • DUTP was chosen for this labeling, which was labeled with the fluorescent dye cyanine 3 or with cyanine 5.
  • 25 ⁇ g total RNA of the control (OD 50O 0.4) with the fluorescent dye cyanine 3 (Fa Amersham Biosciences Europe GmbH, Freiburg, Germany) and 25 .mu.g total RNA of the respective stress test (transient phase, 10, 20, 30, 60 and 120 min) with the fluorescent dye cyanine 5 (GE Healthcare, Freiburg, Germany) marked the competitive hybridization of the two samples on the conventional Total genome B // cs // brm / s DSM13 DNA microarray was carried out for at least 16 hours at 42 ° C
  • the optical readout of the arrays was performed using the ScanArray® Express Laser Scanner (PerkmElmer Life and Analytical Sciences, Rodgau-Jugesheim, Germany). All hybridizations were repeated using the samples with the other dye The quantitative evaluation of the arrays was carried out using the ScanArray® Express software (available from the company PerkmElmer Life and Analytical Sciences Rodgau-Jugesheim, Germany) according to the manufacturer's instructions and under standard parameters
  • the arrays were normalized and evaluated With the help of this "score card", which serves to control the efficiency and quality of the hybridization, were according to the manufacturer's information known control DNA and so-called spikes in the form of oligos were applied to the array and hybridized with complementary sequences in the hybridization Thus, one could control the success of hybridization and incorporation of the dyes after scanning
  • the controls should be present in both samples in the same amount and thus after appear yellow or have a ratio between both channels of 1, respectively.
  • the spikes are specific to the respective sample and are applied in different dilutions, ie they appear red or green after scanning for the respective sample
  • mean values from the two hybridizations and the respective standard deviations were calculated.
  • the following threshold values are considered for the ratio of the RNA amount of the respective gene to the control value:
  • the genes whose RNA has a ratio of> 3 ie at least one tripling
  • Table 1 below lists all the 268 genes of Bacillus hcheniformis DSM 13 determined in Example 1 whose induction (amounting to at least the factor 3) was observed under the conditions of the glucose deficiency described in Example 1.
  • the first two columns show the respective name of the derived one
  • the BLi number corresponds to the "locus_tag" of the entry AE017333 (bases 1 to 4 222 645) in the GenBank database (National Center for Biotechnology Information NCBI, National Institutes of Health Bethesda, MD, USA, http://www.ncbiologie.org, Booth 2, 12, 2004), followed by the factors observed at the times indicated above to increase the concentration of the respective mRNAs associated therewith
  • Example 1 shows, under the conditions of the glucose deficiency described in Example 1 at any of the measured times, a total of 92 of the Bacillus licheniformis DSM13 genes examined in Example 1 were induced by at least a factor of 10. However, the following seven genes were also identified by the Lack of at least one other compound (data not shown) and therefore can not be considered as specific signals for a glucose deficiency homolog to dhaS (BU03994), dhaS (BU02249), as S (BU03848), gene for a putative benzoate transport protein (BLi 03990), gene for a putative aromatic-specific dioxygenase (BLi 03991), gene for a putative decarboxylase / dehydratase (BLi 03993), gene for a hypothetical protein (BLi 00235)
  • Table 3 The 85 genes of Bacillus licheniformis DSM 13 determined in Example 1 whose specifically induced by glucose deficiency induction at any of the measured times was at least a factor of 10; in descending order of the measured maximum value (last column).
  • Real-T ⁇ me-RT-PCR makes it possible to determine the absolute molecular numbers of specific transcripts in a sample.
  • the LightCycler Roche Diagnostics, Penzberg, Germany
  • the Quantification of the specific mRNA molecules was carried out as described in Tobisch et al (2003, Quantification of Bacte- matic mRNA by One-Step RT-PCR Using the LightCycler System, US Pat. BIOCHEMICA, Volume 3, pages 5 to 8), with an external standard curve being generated for each mRNA to be investigated
  • Figure 1 Schematic representation of / W - // ' ne monitoring a bioprocess with electrical DNA chips according to the invention
  • nucleic acids for example DNA
  • nucleic acid analogs for example, compounds which are difficult to hydrolyze, analogously constructed

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Abstract

The invention relates to nucleic acid-binding chips for monitoring bioprocesses with special orientation toward the detection of glucose deficiency conditions. These chips support probes for at least six of the following 85 genes: yxe/, dppE, fruK, ybdN, yvdE, rbsK, hxIA, yvdH, ywfL, ispA, yvyD, licA, rocD, ycgO, yqiQ, sigX, iolC, licH, iolE, rsiX, mmgE, iolD, yvql, glpF, ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, mmgD, tdh, mmgC, malP, mmgA, yusJ, malA, glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, acoB or homologs to SEQ ID NO. 157, 39, 159, 103, 151, 125, 123, 63, 9, 49, 93, 35, 13, 105, 17, 15, 95, 99, 101, 107 or 11 with a maximum of 100 glucose metabolism-specific different probes. The invention also relates to the use of corresponding gene probes, particularly to chips of the aforementioned type, and to corresponding methods and possible uses.

Description

„Nukleinsäure-bindende Chips zur Detektion von Glucosemangelzuständen im Rahmen der "Nucleic acid-binding chips for the detection of glucose deficiency states in the context of
Bioprozeßkontrolle"bioprocesses "
Die vorliegende Erfindung betrifft Nukleinsäure-bindende Chips zur Überwachung von Bioprozessen unter spezieller Ausrichtung auf die Detektion von Glucosemangelzuständen sowie die Verwendung entsprechender Gensonden, insbesondere auf solchen Chips, beziehungsweise Verfahren und Verwendungsmöglichkeiten, die auf derartigen Sonden und Chips beruhenThe present invention relates to nucleic acid-binding chips for monitoring bioprocesses with a special focus on the detection of glucose deficiency states and to the use of corresponding gene probes, in particular on such chips, or methods and applications based on such probes and chips
Bei der technischen Nutzung biologischer Prozesse stellt sich das sehr grundlegende Problem, deren Verlauf zu überwachen, um zum gewünschten Ergebnis zu gelangen, um Ressourcen zu schonen und/oder um in einer gegebenen Zeit ein optimales Ergebnis zu erzielen Unter biologischen Prozessen sind beispielsweise die Kultur von Mikroorganismen auf einer Agarplatte oder in Schuttelkultur zu verstehen, insbesondere aber deren Fermentation, beziehungsweise die Gewinnung von Rohstoffen über die Fermentation von Mikroorganismen Hierzu gibt es einen reichhaltigen Stand der Technik, sowohl was einzellige Eukaryonten wie Hefen oder Streptomyce- ten, als auch was gramnegative oder grampositive Bakterien angehtIn the technical use of biological processes, there is the very fundamental problem of monitoring their progress in order to achieve the desired result, to save resources and / or to achieve an optimal result in a given time Microorganisms on an agar plate or in Schuttelkultur to understand, but especially their fermentation, or the extraction of raw materials via the fermentation of microorganisms There is a rich state of the art, both what single-cell eukaryotes such as yeasts or Streptomyces-, as well as what gram-negative or gram-positive bacteria
Die Überwachung derartiger Prozesse (Monitoring) geschieht einerseits durch die Beobachtung der sich im Laufe des Prozesses wandelnden Eigenschaften und Anforderungen der betrachteten Organismen, was sich beispielsweise in der optischen Dichte und Viskosität des Mediums, in aufgenommenen oder abgegebenen Gasen, in Änderungen des pH-Werts oder sich wandelnden Nahrstoffbedurfnissen niederschlagt Hierzu kann man auch die Messung enzymatischer Aktivitäten über geeignete Assays rechnen, beispielsweise den Nachweis interessierender Aktivitäten im KulturuberstandThe monitoring of such processes (monitoring) is done on the one hand by observing the changing properties and requirements of the organisms under consideration during the process, which is reflected, for example, in the optical density and viscosity of the medium, in absorbed or emitted gases, in changes in the pH This can also be used to measure enzymatic activities by means of suitable assays, for example the detection of activities of interest in the cultural supernatant
Andererseits sind in den letzten Jahren verschiedene Techniken entwickelt worden, um die Stoffwechselprozesse der betreffenden Organismen auf der Ebene der Genexpression zu verfolgen Eine gangige Methode hierfür ist die Verwendung von Genen für leicht nachzuweisende Proteine als Indikatoren für die Aktivität der Promotoren für die eigentlich interessierenden Gene (Promotor-Analyse, Genexpressions-Analyse) Hierfür sind auch entsprechende Apparaturen (sogenannte (Bιo-)Sensoren) entwickelt wordenOn the other hand, in recent years, various techniques have been developed to track the metabolic processes of the organisms concerned at the level of gene expression. A common method for this is the use of genes for easily detected proteins as indicators of the activity of the promoters for the actually genes of interest ( Promoter analysis, gene expression analysis) For this purpose, appropriate apparatuses (so-called (Biko) sensors) have been developed
Andere Techniken befassen sich mit dem Nachweis der interessierenden Proteine beziehungsweise der für diese Proteine codierenden mRNA Hierzu gehören (1 ) die Proteom-Analyse das heißt die Betrachtung der Veränderung der Ausstattung der betreffenden Zellen mit Proteinen, welche zumeist über 2-dιmensιonale Gelelektrophorese der Zellysate erfolgt, (2 ) die Analyse der gebildeten mRNA (Transknptom) über ein in analoger Weise erstelltes „genomisches DNA-Array" und (3 ) die Chip-Technologie Letztere befindet sich in einem vergleichsweise frühen Entwicklungsstadium Wahrend die beiden zuerst genannten Methoden letztlich auf quantitativen Isolierungen und zeitaufwendingen Analysen der betreffenden Makromoleküle beruhen, hegt der Chip-Technologie das Prinzip zugrunde, auf physikalisch auslesbaren Tragern (Chips) Sonden für Proteine oder für Nukleinsäuren anzubringen, die unmittelbar auf das Vorhandensein der betreffenden Proteine, beziehungsweise Nukleinsäuren ansprechen Gegenüber den beiden zuerst genannten Technologien verspricht man sich von derartigen Chips eine zum betrachteten Prozeß zeitnahe Analyse (At Iine-Analyse) Ein weiterer Vorteil ist der Bedarf an vergleichsweise kleinen ProbenmengenOther techniques are concerned with the detection of the proteins of interest or of the mRNA coding for these proteins. These include (1) the proteome analysis, that is, the consideration of the change in the equipment of the cells in question with proteins, which usually takes place via 2-dimentional gel electrophoresis of the cell lysates (2) the analysis of the generated mRNA (transknotoma) via an analogously constructed "genomic DNA array" and (3) the chip technology The latter is in a relatively early stage of development While the two former methods are ultimately based on quantitative isolation and time-consuming analyzes of the macromolecules concerned, chip technology is based on the principle of attaching probes for proteins or for nucleic acids on physically readable carriers (chips). The directly on the presence of the relevant proteins, or nucleic acids respond Compared to the two first-mentioned technologies, one promises of such chips a timely analysis of the considered process (At Iine analysis) Another advantage is the need for relatively small amounts of sample
Das Prinzip von Chip-basierten Messungen wird beispielsweise in dem Artikel „Real-time electrochemical monitoπng toward green analytical chemistry" von J Wang (Acc Chem Res , ISSN 0001-4842, Rec Sept 12, 2001 , Seiten A - F) schematisch in Figur 2 vorgestellt Demnach wird die zu analysierende Probe mit einer Erkennungsschicht (biorecognition layer) in Kontakt gebracht, bei der es sich beispielsweise um Enzym, Antikörper, Rezeptor oder DNA handeln kann, das hierüber empfangene Signal wird über einen Umwandler (Transducer), beispielsweise eine amperometπsche oder potentiometnsche Elektrode, über einen Verstarker (amplification/processing) als elektrische Spannung oder als elektrisches Potential ausgegeben In der betreffenden Arbeit werden auch optische Systeme angesprochen, denen gegenüber die elektronisch auswertbaren Systeme hinsichtlich der Miniatuπsierbarkeit und anderer Vorteile dem Autor gunstiger erschienenThe principle of chip-based measurements is described, for example, in the article "Real-time electrochemical monitoπng towards green analytical chemistry" by J Wang (Acc Chem Res, ISSN 0001-4842, Rec Sept 12, 2001, pages A-F) schematically in FIG Accordingly, the sample to be analyzed is brought into contact with a recognition layer (biorecognition layer), which may be, for example, an enzyme, antibody, receptor or DNA, the signal received thereby being transmitted via a transducer, for example an amperometre or potentiometnsche electrode, via an amplifier (amplification / processing) output as electrical voltage or as an electrical potential in the work in question and optical systems are addressed to which the electronically evaluable systems in terms of Miniatuπsierbarkeit and other advantages the author seemed more favorable
Aufgrund der vorliegenden Erfindung können die Protein-spezifischen Chips außer Betracht bleiben mRNA erkennende Chips sind ι d R mit komplementären DNA-Molekulen oder DNA- Analoga dotiert Deren Herstellung und Nutzung zu sehr detaillierten Fragestellungen wie beispielsweise der Differenzierung von Punktmutationen wird beispielsweise in der Anmeldung WO 95/11995 A1 beschrieben Unter den DNA-Chip-Analysen gibt es solche mit einer PCR- Amplifikation der Zielsequenz und solche ohne Amplifikation Ferner gibt es solche mit optischer Auswertung der auf die Erkennung zurückzuführenden Signale und solche mit elektrischer AuswertungDue to the present invention, the protein-specific chips can be disregarded mRNA-recognizing chips are doped with complementary DNA molecules or DNA analogs Their production and use for very detailed issues such as the differentiation of point mutations, for example, in the application WO Among the DNA chip analyzes there are those with a PCR amplification of the target sequence and those without amplification. Furthermore, there are those with optical evaluation of the signals attributable to the recognition and those with electrical evaluation
Die optischen Detektionsmethoden erfordern zum Teil einen Verstarkungsmechanismus der Signale Hierfür werden zum Beispiel Fluorophore, Acπdiniumester oder eine indirekte Detektion über sekundäre Bindungsvorgange, zum Beispiel über Biotin, Avidin/Streptavidin oder Digoxigenm beschrieben Im letzteren Falle werden zum optischen Nachweis Digoxigenin-spezifische Antikörper eingesetzt, die mit einem Enzym markiert werden Dabei wird die Enzymaktivitat entweder kolorimetπsch oder über Lumineszenz nachgewiesen Nach Westin et al (2000), Nature Biotechnol , 18, S 199-204, kann die Hybridisierung mit einer PCR auf dem DNA-Chip gekoppelt werden, um so die gesamte Nachweisreaktion auf einem Chip durchführen zu können („Lab-on-a- Chip-Konzept").For this purpose, for example, fluorophores, Acπdiniumester or indirect detection of secondary binding processes, for example on biotin, avidin / streptavidin or digoxigenm described In the latter case, digoxigenin-specific antibodies are used for optical detection, the The enzyme activity is detected either by colorimetry or by luminescence. According to Westin et al (2000), Nature Biotechnol, 18, pp. 199-204, the hybridization can be coupled to a PCR on the DNA chip so as to be able to perform the entire detection reaction on a chip ("lab-on-a-chip concept").
Weitere Arbeiten beschreiben die Entwicklung von DNA-Chips, die das Prinzip der Kapillarelektrophorese zur DNA-Sequenzierung, beziehungsweise Trennung miniaturisieren (Woolley und Mathies (1994), Proc. Natl. Acad. Sei., 9±, S. 11348-11352; Liu et al. (2000), Proc. Natl. Acad. Sei., 97, S. 5369-5374).Further work describes the development of DNA chips that miniaturize the principle of capillary electrophoresis for DNA sequencing, or separation (Woolley and Mathies (1994), Proc. Natl. Acad. Sci., 9, pp. 11348-11352; Liu et al., (2000), Proc. Natl. Acad., Sci., 97, pp. 5369-5374).
Elektrisch auslesbare DNA-Chips sind in einigen Publikationen prinzipiell bereits vorgestellt worden (Hoheisel (1999), DECHEMA Jahresbericht 1999., S. 8-11; Hintsche et al. (1997), EXS, 80, S. 267- 283). Wright et al. (2000; Anal. Biochem., 282, S. 70-79) nutzten einen „lon-Channel-Sensor" (ICS) zur DNA-Detektion, wie er erstmalig von Cornell et al. (1997; Nature, 387, S. 580-583) beschrieben wurde. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem die Leitfähigkeit molekularer lonenkanäle durch eine Bindungsreaktion detektiert wird. Im wesentlichen stellt der Sensor ein Impedanz- Element dar. Cheng et al. (1998; Nat. Biotechnol., ;I6, S. 541-546) zufolge können elektrische Impulse zu einer Verstärkung der Hybridisierungsreaktion auf optischen DNA-Chips genutzt werden. Fritsche et al. (2002; Laborwelt II) schlugen ein elektrisches Chip-System vor, das mit metallischen Nanopartikeln arbeitet, die zum Beispiel an Oligonukleotide gebunden sind. Bei diesem System wird durch eine sogenannte „metallische Verstärkung" während der Hybridisierungsreaktion ein Abfall des elektrischen Widerstandes an der Elektrode ausgelöst, der dann als Signal meßbar ist.Electrically readable DNA chips have already been introduced in principle in some publications (Hoheisel (1999), DECHEMA Annual Report 1999, pp. 8-11, Hintsche et al. (1997), EXS, 80, pp. 267-283). Wright et al. (2000, Anal. Biochem., 282, pp. 70-79) used a "lon channel sensor" (ICS) for DNA detection as first described by Cornell et al., (1997; Nature, 387, p. 580-583), which is a process whereby the conductivity of molecular ion channels is detected by a binding reaction, essentially the sensor is an impedance element. Cheng et al (1998, Nat. Biotechnol. I6, pp. 541-546), electrical impulses can be used to enhance the hybridization reaction on optical DNA chips, and Fritsche et al (2002, Laborwelt II) proposed an electric chip system that uses metallic nanoparticles. In this system, a so-called "metallic amplification" during the hybridization reaction triggers a drop in the electrical resistance at the electrode, which is then measurable as a signal.
Ein weiterer Ansatz basiert auf einem elektrischen Detektionsprinzip, in dem DNA-Sonden verwendet werden, die durch die Markierung mit einem geeigneten Enzym (zum Beispiel alkalische Phosphatase) nach der Hybridisierung zu einem elektrisch aktiven Substrat führen, das dann durch eine Redox-Reaktion an der Elektrode detektierbar ist (Hintsche et al. (1997), EXS, 80, S. 267-283).Another approach is based on an electrical detection principle, in which DNA probes are used, which lead by labeling with a suitable enzyme (for example, alkaline phosphatase) after hybridization to an electrically active substrate, which then by a redox reaction at the Electrode is detectable (Hintsche et al. (1997), EXS, 80, pp. 267-283).
Wenn man sich hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und des Auswertungssystems für einen bestimmten Nukleinsäure-erkennenden Chip-Typus entschieden hat, stellt sich das konkretere Problem, welche Genaktivitäten beobachtet werden sollen. Dabei ist zu bedenken, daß in der Zahl der mit einem Nukleinsäure-Chip-Typ gleichzeitig analysierbaren Gene technisch bedingte Grenzen bestehen. So sind optisch auslesbare Chips, was die Zahl der Sonden, die auf dem Chip aufgebracht werden können, den elektrisch auswertbaren derzeit überlegen. Deren Grenzen werden durch die Miniaturisierbarkeit der elektronischen Meßeinheiten gesetzt.If one has decided on a particular nucleic acid-recognizing chip type with regard to the basic structure and the evaluation system, the more concrete problem arises as to which gene activities should be observed. It should be remembered that in the number of simultaneously analyzable genes with a nucleic acid chip type technically related limits exist. Thus, optically readable chips, what the number of probes that can be applied on the chip, the electrically evaluable currently superior. Their limits are set by the miniaturization of the electronic measuring units.
Es stellt sich somit das biologische Problem, welche Auswahl von Genaktivitäten den betrachteten Prozeß in geeigneter Weise abbilden. Hierzu gehört auch die Überwachung der Produktbildung, wenn es sich beispielsweise um eine fermentative Produktherstellung handelt. Gleichzeitig können auch Kontrollgene eingeschlossen werden, die anzeigen, wenn der Prozeß sich in eine Richtung entwickelt, die nicht beabsichtigt ist Im Zuge dieses Monitoring sollte aus Praktikabihtatsgrunden eine nicht zu hohe Zahl an verschiedenen Genen beobachtet werdenThus, there is the biological problem of which selection of gene activities mimic the process under consideration. This also includes the monitoring of product formation, if it is for example a fermentative product production. At the same time Also included are control genes that indicate when the process is developing in a direction that is not intended. In the course of this monitoring, for practical reasons, a not too high number of different genes should be observed
Von besonderem technischen Interesse sind biotechnologische Prozesse mit grampositiven Bakterien Denn diese werden besonders aufgrund ihrer Fähigkeit zur Sekretion zur industriellen Herstellung von Wertstoffen eingesetzt Hierunter haben solche der Gattung Bacillus und hierunter wiederum die Spezies ß subtilis, B amyloliquefaciens, B agaradherens, B licheniformis, B lentus und B globigii derzeit die wirtschaftlich größte BedeutungOf particular technical interest are biotechnological processes with gram-positive bacteria. These are used especially for their ability to secretion for the industrial production of valuable substances. These include those of the genus Bacillus and of these, in turn, the species B subtilis, B amyloliquefaciens, B agaradherens, B licheniformis, B lentus and B globigii currently the most economically significant
Mit der simultanen Beobachtung der Aktivität mehrerer Gene in Bakterien (multiparametπsche Erfassung) befassen sich beispielsweise die im folgenden vorgestellten Arbeiten In dem Artikel „Monitoring of genes that respond to process-related stress in large-scale bioprocesses" von Schweder et al (1999), Biotech Bioeng , 65, S 151-159, wird die Veränderung der mRNA-Spiegel verschiedener durch Streß-Faktoren induzierbarer Gene, nämlich clpB, dnaK (induziert bei Hitzeschock), uspA (Glucose-Mangel), proU (osmotischer Streß), pfl und frd (O2-Mangel) und ackA (Glucose-Uberschuß) im Verlauf einer Fermentation von E coli und in der nachfolgenden Konzentrierungsphase beschrieben Sie wurden über eine PCR-basierte, auf herkömmliche Weise durchgeführte Methode erfaßt Hierbei wurden unterschiedliche Expressionsraten bereits an verschiedenen Stellen des Reaktors und sekundenschnelle Reaktionen auf veränderte Bedingungen festgestelltThe simultaneous observation of the activity of several genes in bacteria (multiparameter detection), for example, deals with the work presented below. In the article "Monitoring of genes that respond to process-related stress in large-scale bioprocesses" by Schweder et al (1999), Biotech Bioeng, 65, pp. 151-159, discloses the change in mRNA levels of various stress-inducible genes, namely, clpB, dnaK (induced in heat shock), uspA (glucose deficiency), proU (osmotic stress), pfl and frd (O 2 deficiency) and ackA (glucose excess) in the course of a fermentation of E. coli and described in the subsequent concentration phase. They were detected by a PCR-based method carried out in a conventional manner. Different expression rates were already observed at different sites of the E. coli Reactor and in a matter of seconds reactions to changing conditions
Eine weitere Fermentation von E coli wird in der Arbeit „Monitoring of genes that respond to overproduction of an insoluble recombinant protein in Escherichia coli glucose-limited fed-batch fermentations" von Jürgen et al (2000), Biotech Bioeng , 70, S 217-224, beschrieben Hierin wird die Expression der Gene Ion, dnaK, ibpB, htrA, ppiB, groEL, tig, s6, 19 und dps, teilweise auf mRNA-, teilweise auf Proteinebene, teilweise auf beiden Ebenen betrachtet Dabei erfolgte die Untersuchung über 2D-PAGE, beziehungsweise die DNA-array-Technik Angesichts der Ergebnisse wird vorgeschlagen, rekombinante Bioprozesse wie die heterologe Protein-Herstellung über (unmittelbar) Prozeß-relevante Proteine und Reporter-Gene wie ibpB zu verfolgenAnother fermentation of E. coli is described in the work "Monitoring of genes that respond to overproduction of an insoluble recombinant protein in Escherichia coli glucose-limited fed-batch fermentations" by Jürgen et al (2000), Biotech Bioeng, 70, p. 217- 224, describes the expression of the genes Ion, dnaK, ibpB, htrA, ppiB, groEL, tig, s6, 19 and dps, partly on mRNA, partly on the protein level, partly on both levels. PAGE, or the DNA array technique In view of the results, it is proposed to follow recombinant bioprocesses such as heterologous protein production via (directly) process-relevant proteins and reporter genes such as ibpB
Mit einer weiteren Beobachtung des Fermentationsverlaufs bei Expression eines rekombinanten Proteins durch E coli befaßt sich die Arbeit „Genomic analysis of high-cell-density recombinant Escherichia coli fermentation and "cell conditioning" for improved recombinant protein yield" von R T GiII et al (2001 , Biotech Bioeng , 72, S 85-95) Hierin wird beschrieben, daß die Streß-Gene degP, uvrB, alpA, mltB, recA, ftsH, ibpA, aceA und groEL unter den genannten Bedingungen bei hoher Zelldichte gegenüber niedriger Zelldichte verstärkt exprimiert werden Der Stärke der Reaktion nach gruppierten sie sich untereinander zu gewissen Clustern Dies wurde über einen auf RT-PCR und DNA-Microarray beruhenden und durch Dot-blot-Analyse ergänzten Ansatz ermittelt, der auf Proben von zwei Zeitpunkten der Fermentation angewendet wurde, eben zu Beginn bei niedriger Zelldichte und gegen Ende bei hoher Zelldichte Hieraus wurden „Cell Conditioning"- Ansatze entwickelt, um die Streß-Antwort der Zellen herabzusetzenThe work "Genomic analysis of high-cell-density recombinant Escherichia coli fermentation and cell conditioning for improved recombinant protein yield" by RT GiII et al. (2001) is further concerned with a further observation of the course of fermentation on expression of a recombinant protein by E. coli. Biotech Bioeng, 72, pp. 85-95). It is described that the stress genes degP, uvrB, alpA, mltB, recA, ftsH, ibpA, aceA and groEL are more intensely expressed under the conditions mentioned at high cell density compared to low cell density Strength of the reaction, they grouped themselves among certain clusters RT-PCR and DNA microarray-based and complemented by dot-blot analysis approach applied to samples from two time points of fermentation, just at the beginning at low cell density and towards end at high cell density. This has become "cell conditioning" approaches designed to minimize the stress response of the cells
Grundsätzliche Unterschiede in den Expressionsmustern grampositiver Organismen gegenüber denen von gramnegativen Bakterien werden mit der Arbeit „Proteome and transcnptome based analysis of Bacillus subtilis cells overproducing an insoluble heterologous protein" von Jürgen et al (2001), Appl Microbiol Biotechnol , 55, S 326-332 aufgedeckt Darin wird die Expression u a der Gene dnaK, groEL, grpE, cIpP, clpC, clpX, rpsB und rplJ in 8 subtilis beschrieben, wie sie über die DNA-macro-array-Technik, beziehungsweise über zweidimensionale Polyacrylgelelektrophorese ermittelt werden können Hiernach werden in grampositiven zur Uberexpression eingesetzten Bakterien die Gene für die Purin- und die Pyπmidin-Synthese sowie die bestimmter πbosomaler Proteine starker expnmiert, als aufgrund der Erkenntnisse an gramnegativen Bakterien zu erwarten war Ein weiterer Unterschied betrifft die Proteasen Lon und CIpFundamental differences in the expression patterns of Gram-positive organisms over those of Gram-negative bacteria are the work "Proteome and transcnptome based analysis of Bacillus subtilis cells overproducing an insoluble heterologous protein" by Jürgen et al (2001), Appl Microbiol Biotechnol, 55, p 326-332 The expression of the genes dnaK, groEL, grpE, cIpP, clpC, clpX, rpsB and rplJ is described in 8 subtilis, as they can be determined by the DNA-macro-array technique or by two-dimensional polyacrylic gel electrophoresis Gram-positive bacteria used for overexpression, the genes for the purine and Pyπmidin synthesis and the particular πbosomaler proteins more expnmiert than expected on the basis of the findings on Gram-negative bacteria Another difference concerns the proteases Lon and CIp
Einzelne dieser Gene oder sogar Nukleinsaure-bindende Chips mit einzelnen dieser Gene werden inzwischen in mehreren Publikationen offenbart, oder es wird zumindest die Möglichkeit ihrer Herstellung aufgezeigt So offenbaren beispielsweise die beiden Patentanmeldungen DE 10136987 A1 und DE 10108841 A1 jeweils ein Gen aus Corynebacteπum glutamicum, nämlich clpC beziehungsweise citB Beide Gene werden als relevant für den Aminosäure-Stoffwechsel beschrieben, weshalb eine kommerziell interessante Nutzung dieser Gene dann bestehen soll, sie zu inaktivieren oder zumindest abzuschwächen, um die fermentative Herstellung von Aminosäuren durch diesen Mikroorganismus zu optimieren Weitere Anwendungsmoghchkeiten können nach diesen Anmeldungen dann bestehen, Sonden für die betreffenden Gen-Produkte auf Nuklemsaure- bmdenden Chips vorzulegenIndividual of these genes or even nucleic acid-binding chips with individual of these genes are now disclosed in several publications, or it is at least shown the possibility of their production Thus, for example, the two patent applications DE 10136987 A1 and DE 10108841 A1 each reveal a gene from Corynebacterium glutamicum, namely clpC or citB Both genes are described as relevant for the amino acid metabolism, which is why a commercially interesting use of these genes should then consist of inactivating or at least attenuating them in order to optimize the fermentative production of amino acids by this microorganism. Further application possibilities can be found in these applications then submit probes for the relevant gene products on nuclear acid-damaging chips
Auf der anderen Seite werden zunehmend mehr Genomdaten verschiedener Organismen publiziert, die eine solche Fülle von Sequenzdaten enthalten, daß hieraus eine repräsentative Auswahl wünschenswert erscheint So offenbart die Patentanmeldung WO 02/055655 A2 mehr als 1 800 DNA-Sequenzen, die durch die vollständige Sequenzierung des Genoms des Mikroorganismus Methylococcus capsulatus ermittelt worden sindOn the other hand, more and more genome data of various organisms are published which contain such a wealth of sequence data that a representative selection appears desirable. Thus, patent application WO 02/055655 A2 discloses more than 1,800 DNA sequences obtained by the complete sequencing of the Genome of the microorganism Methylococcus capsulatus have been identified
Inzwischen ist beispielsweise auch das komplette Genom des grampositiven Bacillus licheniformis sequenziert worden Es wird in der Publikation „The Complete Genome Sequence of Bacillus licheniformis DSM13, an Organism with Great Industnal Potential" (2004) von B Veith et al in J Mol Microbiol Biotechnol , Band 7 (4), Seiten 204 bis 211 , beschrieben und ist zusätzlich unter dem Eintrag AE017333 (Basen 1 bis 4 222 645) in der Datenbank GenBank (National Center for Biotechnology Information NCBI, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA, http //www ncbi nlm nih gov, Stand 2 12 2004) zugänglichFor example, the entire genome of gram-positive Bacillus licheniformis has also been sequenced. It is described in the publication "The Complete Genome Sequence of Bacillus Licheniformis DSM13, on Organism with Great Industrial Potential" (2004) by B Veith et al in J Mol Microbiol Biotechnol, Vol 7 (4), pages 204 to 211, and is additionally listed under entry AE017333 (bases 1 to 4 222 645) in the GenBank database (National Center for Biotechnology Information NCBI, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA, http://www.ncbi nlm nih gov, Booth 2 12 2004)
Unter Verwendung der Technik optisch auswertbarer Chips ist es inzwischen sogar möglich, Nukleinsaure-bindende Chips herzustellen, die ein nahezu vollständiges Genom beziehungsweise das zugehörige Transkπptom abdecken (genomische DNA-Chips)Using the technology of optically evaluable chips, it is now even possible to produce nucleic acid-binding chips that cover an almost complete genome or the associated transcptome (genomic DNA chips).
Mit der Anmeldung WO 2004/027092 A2 wird ein repräsentativer Querschnitt mit einer überschaubaren Anzahl von Genen zur Verfugung gestellt, um verschiedene physiologische Zustande, die ein beobachteter Mikroorganismus im Laufe der Kultivierung durchlaufen kann, zu identifizieren Hierzu gehorten beispielsweise Hungerzustande gegenüber verschiedenen Nährstoffen oder Streßsituationen wie beispielsweise Hitze- oder Kälteschock, Scherstreß, oxidativer Streß oder Sauerstofflimitierung Es handelt sich dabei um die folgenden Gene acoA, ahpC, ahpF, citB, clpC, cIpP, codY, cspA, cspB, des, dnaK, eno, glnR, groEL, groL, gsiB, ibpA, ibpB, katA, katE, IctP, Idh, opuAB, phoA, phoD, pstS, purC, purN, pyrB, pyrP, sigB, tnrA, trxA und ydjF Aus dieser Anmeldung gehen auch die zugehörigen DNA-Sequenzen aus B subtihs, E coli und/oder B licheniformis hervor Dadurch ist es möglich geworden, auch entsprechende Nukleinsaure-bindende Chips herzustellen, die bei der Überwachung eines auf Mikroorganismen, insbesondere grampositiven oder gramnegativen Bakterien beruhenden Bioprozesses Änderungen der diesen Prozeß kennzeichnenden Stoffwechselaktivitaten anzeigenWith the application WO 2004/027092 A2, a representative cross-section with a manageable number of genes is provided to identify various physiological conditions which an observed microorganism can undergo in the course of cultivation. These include, for example, starvation conditions for various nutrients or stress situations such as for example heat or cold shock, shear stress, oxidative stress or oxygen limitation These are the following genes acoA, ahpC, ahpF, citB, clpC, cIpP, codY, cspA, cspB, of, dnaK, eno, glnR, groEL, groL, gsiB, ibpA, ibpB, katA, catE, IctP, Idh, opuAB, phoA, phoD, pstS, purC, purN, pyrB, pyrP, sigB, tnrA, trxA and ydjF. From this application also the corresponding DNA sequences from B subtihs As a result, it has become possible to also produce corresponding nucleic acid-binding chips which are used in the monitoring of a microorganism In particular, Gram-positive or Gram-negative bacteria-based bioprocesses indicate changes in the metabolic activities characterizing this process
Nukleinsaure-bindende Chips, die auf dieser Auswahl von Genen beruhen, liefern einen gewissen, insgesamt aber eher nur groben Überblick über die jeweilige Stoffwechselsituation So ist unter den mit WO 2004/027092 A2 bezeichneten Genen nur eines (acoA), welches auch im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Rolle spielt (siehe unten) Diese Chips vermögen in der Regel nicht, ein einzelnes Teilproblem besonders zu beleuchten Zusätzlich kann sich ein einzelnes positives Signal aus verschiedenen Situationen heraus ergeben oder auch nur falsch-positiv sein, weshalb es oft - und insbesondere in einer solchen unklaren Situation - sinnvoll ist, einen ausgewählten Stoffwechselaspekt separat zu analysieren Andererseits ist gerade bei elektrisch auslesbaren Nukleinsaure-bmdenden Chips, welche den Vorteil einer zeitnahen Analyse besitzen, die Zahl der gleichzeitig belegbaren Platze begrenzt, so daß zur Erfassung zusätzlicher, spezieller Stoffwechselsituationen nicht einfach zusätzliche Gensonden aufgebracht werden könnenNucleic acid-binding chips, which are based on this selection of genes, provide a certain overall but rather rough overview of the respective metabolic situation. Thus, among the genes designated WO 2004/027092 A2, only one (acoA), which is also associated with In addition, a single positive signal may result from different situations or even be false-positive, which is why it often-and in particular In such an unclear situation - it makes sense to analyze a selected metabolic aspect separately. On the other hand, the number of simultaneously assignable sites is limited especially for electrically readable nucleic acid-containing chips, which have the advantage of a timely analysis, so that additional, special metabolic situations can be detected not easy extra Liche gene probes can be applied
Aus den nicht vorveroffenthchten Anmeldungen DE 102004061664 7 und DE 102005042572 0 gehen Nukleinsaure-bindende Chips zur Überwachung von Bioprozessen unter spezieller Ausrichtung auf die Detektion von Phosphatmangel- beziehungsweise Stickstoffmangelzustanden hervor Sie tragen jeweils eine begrenzte Anzahl von Sonden, um jeweils diese speziellen Streßsituationen anzuzeigen Eine Stoffwechselsituation, die für Mikroorganismen kritisch und somit für einen entsprechenden Bioprozeß limitierend sein kann, ist die des Glucosemangels. Denn Glucose stellt in den meisten Nährmedien die wichtigste Kohlenstoff- (C-), das heißt Energiequelle dar, beziehungsweise wird durch Aufschluß der in den Medien enthaltenen komplexeren Kohlenhydrate durch die betreffenden Mikroorganismen erhalten, bevor er metabolisiert wird. Glucosemangel steht also für eine mangelhafte Kohlenstoff- und Energieversorgung und kann rasch zum Absterben der Zellen führen oder zumindest das Erreichen höherer Zelldichten verhindern.Nos. DE 102004061664 7 and DE 102005042572 0 disclose nucleic acid-binding chips for monitoring bioprocesses with a special focus on the detection of phosphate deficiency or nitrogen deficiency states. They each carry a limited number of probes in order to display these specific stress situations A metabolic situation that may be critical for microorganisms and thus limiting for a corresponding bioprocess is that of glucose deficiency. Because glucose is the most important carbon (C), that is energy source in most nutrient media, or is obtained by digesting the more complex carbohydrates contained in the media by the microorganisms in question before it is metabolized. Glucose deficiency therefore represents a lack of carbon and energy supply and can quickly lead to the death of cells or at least prevent the achievement of higher cell densities.
Mit dieser Stoffwechselsituation befaßt sich beispielsweise die Publikation von Bernhardt et al. „Bacillus subtilis During Feast and Famine: Visualization of the Overall Regulation of Protein Synthesis During Glucose Starvation by Proteome Analysis"; Genome Research (2003), 13 (2), 224 - 237. Daraus geht hervor, daß bei Glucose-Mangel 150 Proteine de novo gebildet werden.For example, the publication by Bernhardt et al. Deals with this metabolic situation. "Bacillus subtilis During Feast and Famine: Visualization of the Overall Regulation of Protein Synthesis During Glucose Starvation by Proteome Analysis"; Genome Research (2003), 13 (2), 224-237. It shows that in glucose deficiency 150 proteins be formed de novo.
Die Publikation „Genome-wide mRNA profiling in glucose starved Bacillus subtilis cells", Mol. Gen. Genomics (2005), 274, 1-12, von Koburger et al. betrifft eine komplexe Untersuchung auf mRNA- Ebene. Dort werden Cluster von jeweils mehreren hundert betroffenen Genen identifiziert. Insgesamt wird beschrieben, daß bei Glucosemangel ca. 900 Gene stark hochreguliert werden.The publication "Genome-wide mRNA profiling in glucose-starved Bacillus subtilis cells", Mol. Gen. Genomics (2005), 274, 1-12, by Koburger et al., Relates to a complex study at mRNA level where clusters of each In total, it is described that approximately 900 genes are strongly up-regulated in the case of glucose deficiency.
Wegen der besonderen Bedeutung dieser Stoffwechselsituation besteht ein besonderer Bedarf, diesbezüglich eine Chip-basierte, zeitnahe Analyse durchzuführen und aufgrund des hierdurch rasch zu erhaltenden Ergebnisses punktuell und damit noch zielgerichteter in den laufenden Bioprozeß eingreifen zu können. Dadurch wird einem Verlust an Ausbeute vorgesorgt, der sich durch einen nicht oder zu spät erkannten Glucose-Engpaß ergeben würde.Because of the particular significance of this metabolic situation, there is a particular need to carry out a chip-based, timely analysis in this regard and be able to intervene punctually and thus more purposefully in the current bioprocess due to the result obtained quickly. This provides a loss of yield that would result from a glucose bottleneck that was not recognized or recognized too late.
Es stellte sich somit die Aufgabe, Gene zu identifizieren, die bei Organismen, insbesondere Mikroorganismen möglichst eindeutig mit dem Streß-Signal des Glucosemangels in Verbindung gebracht werden können. Ziel war es, Sonden für diese Gene zu entwickeln, um sie für die Überwachung entsprechender Bioprozesse einsetzen zu können.It was therefore the task of identifying genes that can be brought as clearly as possible in organisms, in particular microorganisms with the stress signal of glucose deficiency in combination. The aim was to develop probes for these genes in order to be able to use them for the monitoring of corresponding bioprocesses.
Damit sollte es möglich sein, Nukleinsäure-bindende Chips mit Gensonden für einzelne oder mehrere dieser Gene zu belegen und hierdurch zu Nukleinsäure-bindenden Chips zu gelangen, die im Verlaufe eines überwachten Bioprozesses zuverlässig das Signal „Glucosemangel" anzeigen (Glucosemangel-Sensoren). Diese Aufgabe stellte sich insbesondere für solche Nukleinsäure- bindenden Chips, deren Anzahl an belegbaren Plätzen aufgrund ihrer Bauart vergleichsweise gering ist, insbesondere die elektrisch auswertbaren. Denn diese weisen andererseits die Vorteile einer raschen Auslesbarkeit auf und ermöglichen damit eine At-Iine-Analyse. Dies gewährleistet ein ggf frühzeitiges Eingreifen, um den betreffenden Bioprozeß hinsichtlich der Kohlenhydratversor- gung zu optimierenThis should make it possible to prove nucleic acid-binding chips with gene probes for single or several of these genes and thereby to obtain nucleic acid-binding chips which reliably indicate the signal "glucose deficiency" in the course of a monitored bioprocess (glucose deficiency sensors) The problem arose in particular for those nucleic acid-binding chips whose number of assignable sites is comparatively low due to their design, in particular the electrically evaluable ones, because on the other hand they have the advantages of rapid readability and thus enable at-line analysis one if necessary early intervention in order to optimize the relevant bioprocess for carbohydrate supply
Solch ein DNA-bindender Chip sollte für mehrere miteinander vergleichbare Prozesse einsetzbar und mit vergleichsweise geringfügigen Variationen an spezifische Einsatzmoghchkeiten anzupassen sein Vorzugsweise sollte er auf Bioprozesse auf der Grundlage von 8ac///us-Spezιes, insbesondere ß subtilis, B amyloliquefaciens, B lentus, B globigu, und ganz besonders auf B licheniformis ausgerichtet sein Unter Bioprozessen standen Fermentationen, insbesondere die technische Herstellung von Produkten, ganz besonders von uberexpπmierten Proteinen im VordergrundSuch a DNA-binding chip should be usable for several comparable processes and be adapted to specific applications with comparatively slight variations. Preferably, it should be based on bioprocesses based on 8ac / us species, in particular β-subtilis, B amyloliquefaciens, B lentus, B globigu, and especially focused on B licheniformis Bioprocesses focused on fermentations, in particular the technical production of products, in particular of overexpublished proteins
Ferner sollte solch ein Glucosemangel-Sensor entsprechende Verfahren zur Messung des physiologischen Zustands der betrachteten Zellen sowie entsprechende Verwendungsmöglichkeiten zur Überwachung der betrachteten biologischen Prozesse ermöglichenFurthermore, such a glucose-deficient sensor should enable appropriate methods for measuring the physiological state of the cells considered as well as corresponding possibilities of use for monitoring the considered biological processes
Zur Losung dieser Aufgabe wurde eine Vielzahl von Genen aus dem biotechnologisch wichtigen Bakterium B licheniformis hinsichtlich ihrer Aktivierbarkeit durch den Übergang der betreffenden Kultur in einen Glucosemangelzustand untersucht (Beispiel 1 ) Dabei wurde überraschenderweise festgestellt, daß bei weitem nicht alle Gene, die am Kohlenhydrat-, insbesondere Glucosestoff- wechsel beteiligt sind, ein diesbezüglich eindeutiges Signal liefern Zusätzlich wurde - ebenso überraschend - eine Aktivierung von solchen Genen beobachtet, die zuvor nicht ohne weiteres mit dem Glucosestoffwechsel in Verbindung gebracht worden sind, beispielsweise Proteasegene, oder solche, die für Proteine mit noch unbekannter Funktion codieren Ferner waren davon diejenigen Gene abzuziehen, die eindeutig auf mehr als nur dieses eine Streß-Signal ansprechen Die auf diese Weise identifizierten Gene sollen nun, ggf unabhängig von ihrer bislang bekannten Funktion, erfindungsgemäß als Glucosestoffwechselgene angesehen werden Dies belegt Beispiel 2 der vorliegenden Anmeldung Dabei wurden sehr unterschiedlich starke Induktionen beobachtet Der Lehre der vorliegenden Erfindung zufolge sollen Gene umso mehr als Indikatoren geeignet sein, je starker diese Antwort ausfallt Erfindungsgemäß werden deshalb solche Gene als Glucosemangel- Indikatoren ausgewählt, die ein deutliches, signifikant über einem bestimmten Schwellenwert liegendes Signal ergeben Je weiter das Ergebnis darüber liegt, desto mehr sind sie als Teile der Losungen der erfindungsgemaßen Aufgabe anzusehen, womit sich eine entsprechende Staffelung der bevorzugten Erfindungsapekte erklart (siehe unten)To solve this problem, a variety of genes from the biotechnologically important bacterium B licheniformis was examined with regard to their activability by the transfer of the relevant culture into a glucose deficient state (Example 1). It was surprisingly found that by far not all genes involved in the carbohydrate, In addition, it has surprisingly been observed that activation of such genes has not been previously readily associated with glucose metabolism, for example protease genes, or those that are still involved in proteins Furthermore, those genes were to be subtracted therefrom which clearly respond to more than just this one stress signal. The genes identified in this way should now, if appropriate regardless of their previously known function, be known as glucose metabolism genes According to the teaching of the present invention, genes are all the more suitable as indicators the more severely this response precipitates. According to the invention, therefore, such genes are selected as glucose deficiency indicators which show a clear indication signal that lies significantly above a certain threshold value the farther the result is, the more they are to be regarded as parts of the solutions of the task according to the invention, which explains a corresponding staggering of the preferred inventionapplications (see below).
Tabelle 1 zeigt alle in Beispiel 1 ermittelten 268 Gene von Bacillus licheniformis DSM 13, deren Induzierung unter Glucosemangel beobachtet wurde, wobei ein Faktor von mindestens drei als signifikant angesehen wurde Hiervon sind in Tabelle 2 alle 85 Gene zusammengestellt, deren Induzierung durch Glucosemangel zu irgendeinem der gemessenen Zeitpunkte mindestens den Faktor 10 betragen hat und bei denen aus parallelen, hier nicht gezeigten Untersuchungen geschlossen werden konnte, daß sie vergleichsweise spezifisch für dieses Signal waren Diese sind in Tabelle 3 noch einmal hinsichtlich der Starke ihrer beobachteten maximalen Induktion aufgelistet Ihre DNA- und Aminosauresequenzen werden im Sequenzprotokoll zur vorliegendenTable 1 shows all the 268 genes of Bacillus licheniformis DSM 13 identified in Example 1, the induction of which was observed under glucose deficiency, with a factor of at least three being considered significant. Of these, all 85 genes are assimilated in table 2, their induction by glucose deficiency to any of the measured times at least the Factor 10 and where it could be concluded from parallel studies not shown here that they were comparatively specific to this signal. These are listed again in Table 3 for the strength of their observed maximal induction. Their DNA and amino acid sequences are listed in the Sequence Listing present
Anmeldung aufgeführt, wobei die ungeradzahligen Nummern für DNA- und die nachfolgenden geradzahligen für die jeweils abgeleiteten Aminosauresequenzen stehen Auf diese Sequenzen verweisen auch die jeweiligen SEQ ID-Nummern in den Tabellen 2 und 3 Dabei handelt es sich um folgende Gene, in der Reihenfolge der Starke der durch Glucosemangel ausgelosten InduktionApplication, wherein the odd-numbered numbers for DNA and the subsequent even-numbered are for each deduced amino acid sequences These sequences also refer to the respective SEQ ID numbers in Tables 2 and 3 These are the following genes, in order of strength the induced by glucose deficiency induction
(vgl Tabelle 2 und 3)(see Table 2 and 3)
-Gen fur eιne putatιve Transketolase (EC 2 2 1 1 , SEQ ID NO 11 , 12),Gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, SEQ ID NO 11, 12),
- acoB (Acetoin-Dehydrogenase-EI-Komponente, TPP-abhangige beta-Untereinheit, SEQ ID- acoB (acetoin dehydrogenase EI component, TPP-dependent beta subunit, SEQ ID
NO 77, 78),NO 77, 78),
- Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4 1 3 2, SEQ ID NO 107, 108), - Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (SEQ ID NO 101 , 102), - acoA (Acetoιn-Dehydrogenase-E1 -Komponente, TPP-abhangige alpha-Untereinheit, SEQ IDGene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, SEQ ID NO 107, 108), gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (SEQ ID NO 101, 102), acoA (acetoin dehydrogenase E1) Component, TPP dependent alpha subunit, SEQ ID
NO 79, 80),NO 79, 80),
-malL (Maltose-induzierbare alpha-Glucosidase, SEQ ID NO 139, 140), -yfiA (unbekannte Funktion, ähnlich zu unbekannten Proteinen, SEQ ID NO 67, 68), -yvdK (unbekannte Funktion, ähnlich zu unbekannten Proteinen, SEQ ID NO 141 , 142), -yvdJ (unbekannte Funktion, SEQ ID NO 143, 144), - Wb/ (2-amιno-3-Ketobutyrat-CoA-Lιgase, SEQ ID NO 115, 116), -yoeB (unbekannte Funktion, SEQ ID NO 19, 20), -ycgN (unbekannte Funktion, ähnlich zu i-Pyrrolιne-5-Carboxylate-Dehydrogenase, SEQ ID-malL (maltose-inducible alpha-glucosidase, SEQ ID NO 139, 140), -yfiA (unknown function, similar to unknown proteins, SEQ ID NO 67, 68), -yvdK (unknown function, similar to unknown proteins, SEQ ID NO 141, 142), -yvdJ (unknown function, SEQ ID NO 143, 144), - Wb / (2-amino-3-ketobutyrate-CoA-Liquases, SEQ ID NO 115, 116), -yoeB (unknown function, SEQ ID NO 19, 20), -ycgN (unknown function, similar to i-Pyrrolιne-5-carboxylate dehydrogenase, SEQ ID
NO 119, 120),NO 119, 120),
- mmsA (Methylmalonate-Semialdehyd-Dehydrogenase, SEQ ID NO 97, 98), -ycgM (unbekannte Funktion, ähnlich zu Prohn-Oxidase, SEQ ID NO 117, 118), - acoL (Acetoιn-Dehydrogenase-E3-Komponente, Dihydrolipoamid-Dehydrogenase, SEQ IDmmsA (methylmalonate-semialdehyde dehydrogenase, SEQ ID NO 97, 98), -ycgM (unknown function, similar to prodrug oxidase, SEQ ID NO 117, 118), - acoL (acetoin dehydrogenase-E3 component, dihydrolipoamide- Dehydrogenase, SEQ ID
NO 73, 74), - acoC (Acetoιn-Dehydrogenase-E2-Komponente, Dihydrohpoamide-Acetyltransferase, SEQ IDNO 73, 74), - acoC (acetoin dehydrogenase E2 component, dihydrohpoamide acetyltransferase, SEQ ID
NO 75, 76), -yvdl (unbekannte Funktion, ähnlich zu Maltodextπn-Transportsystem-Permease, SEQ IDNO 75, 76), -yvdl (unknown function, similar to Maltodextπn transport system permease, SEQ ID
NO 145, 146),NO 145, 146),
- Gen für eine putative 2-Hydroxy-3-Oxopropιonate-Reductase (EC 1 1 1 60, SEQ ID NO 99, 100), -yusL (unbekannte Funktion, ähnlich zu 3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase, SEQ ID NO 51, 52), -yvdG (unbekannte Funktion, ähnlich zu Maltose/Maltodextπn-Bindungsprotein, SEQ ID NO 149,Gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1 1 1 60, SEQ ID NO 99, 100), -yusL (unknown function, similar to 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, SEQ ID NO 51, 52), -yvdG (unknown function, similar to maltose / maltodextrin binding protein, SEQ ID NO 149,
150), -ywjF (unbekannte Funktion, ähnlich zu Eisen-Schwefel-Bindungs-Reductase, SEQ ID NO 91 ,150) -ywjF (unknown function, similar to iron-sulfur binding reductase, SEQ ID NO 91,
92),92)
- etfA (Elektronentransfer-Flavoprotein, alpha-Unteremheit, SEQ ID NO 1 , 2), - etfB (Elektronentransfer-Flavoprotein, beta-Unteremheit, SEQ ID NO 169, 170), -glpD (Glycerιn-3-Phosphate-Dehydrogenase, SEQ ID NO 127, 128), - Gen für eine putative Enoyl-CoA-Hydratase (EC 4 2 1 17, SEQ ID NO 95, 96), - malA (6-Phospho-alpha-Glucosιdase, SEQ ID NO 69, 70),etfA (electron transfer flavoprotein, alpha subunit, SEQ ID NO 1, 2), etfB (electron transfer flavoprotein, beta subunit, SEQ ID NO 169, 170), glpD (glycerol-3-phosphate dehydrogenase, SEQ ID NO 127, 128), - gene for a putative enoyl-CoA hydratase (EC 4 2 17, SEQ ID NO 95, 96), - malA (6-phospho-alpha-glucosidase, SEQ ID NO 69, 70) .
-yusJ (unbekannte Funktion, ähnlich zu Butyryl-CoA-Dehydrogenase, SEQ ID NO 55, 56), - Gen für ein putatives Membranprotein (SEQ ID NO 15, 16), - mmgA (Acetyl-CoA-Acetyltransferase, SEQ ID NO 89, 90), - malP (PTS-Maltose-spezifisches Enzym-IICB-Komponente, SEQ ID NO 65, 66), - Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (SEQ ID NO 17, 18), - Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4 1 3 1 , SEQ ID NO 105, 106), - mmgC (Acyl-CoA Dehydrogenase, SEQ ID NO 85, 86), - tdh (Threonιn-3-Dehydrogenase, SEQ ID NO 113, 114), - mmgD (Citrat-Synthase III, SEQ ID NO 41 , 42), - Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , SEQ ID NO 13, 14), - mmgB (3-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydrogenase, SEQ ID NO 87, 88), -pgcM (beta-Phosphoglucomutase / Glucose-1-Phosphat-Phosphodιsmutase, SEQ ID NO 137,-yus J (unknown function, similar to butyryl-CoA dehydrogenase, SEQ ID NO 55, 56), - putative membrane protein gene (SEQ ID NO 15, 16), - mmgA (acetyl-CoA-acetyltransferase, SEQ ID NO 89 , 90), - malP (PTS maltose-specific enzyme-IICB component, SEQ ID NO 65, 66), - gene for a putative transcriptional regulator (SEQ ID NO 17, 18), - gene for a putative isocitrate lyase ( EC 4 1 3 1, SEQ ID NO 105, 106), - mmgC (acyl-CoA dehydrogenase, SEQ ID NO 85, 86), - tdh (threonine-3-dehydrogenase, SEQ ID NO 113, 114), - mmgD ( Citrate synthase III, SEQ ID NO 41, 42), - a putative transketolase gene (EC 2 2 1 1, SEQ ID NO 13, 14), - mmgB (3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, SEQ ID NO 87, 88), -pgcM (beta-phosphoglucomutase / glucose-1-phosphate phosphodiprosase, SEQ ID NO 137,
138), -ysiA (unbekannte Funktion, ähnlich zu einem Transcπptionsregulator der TetR/AcrR-Familie,138), -ysiA (unknown function, similar to a transcription regulator of the TetR / AcrR family,
SEQ ID NO 167, 168),SEQ ID NO 167, 168),
- acoR (Transkriptionsaktivator des Acetoin-Dehydrogenase-Operons, SEQ ID NO 71 , 72), - acsA (Acetyl-CoA-Synthetase, SEQ ID NO 135, 136), - acuA (Acetoin-Dehydrogenase, SEQ ID NO 133, 134),- acoR (transcriptional activator of the acetoin dehydrogenase operon, SEQ ID NO 71, 72), - acsA (acetyl-CoA synthetase, SEQ ID NO 135, 136), - acuA (acetoin dehydrogenase, SEQ ID NO 133, 134) .
-yusK (unbekannte Funktion, ähnlich zu Acetyl-CoA-C-Acyltransferase, SEQ ID NO 53, 54), - aprE (Subtihsin-Carlsberg-Precursor, EC 3 4 21 62, SEQ ID NO 31 , 32), -Gen für eine putative Seπnprotease (SEQ ID NO 35, 36), -yvoA (unbekannte Funktion, ähnlich zu einem Transkriptionsregulator der GntR-Familie, SEQ ID-yusK (unknown function, similar to acetyl-CoA-C-acyltransferase, SEQ ID NO 53, 54), - aprE (Subtihsin-Carlsberg precursor, EC 3 4 21 62, SEQ ID NO 31, 32), gene for a putative secretion protein (SEQ ID NO 35, 36), -yvoA (unknown function, similar to a transcriptional regulator of the GntR family, SEQ ID
NO 81 , 82),NO 81, 82),
- acdA (Acyl-CoA-Dehydrogenase, SEQ ID NO 83, 84), - bpr (Bacillopeptidase F, SEQ ID NO 3, 4), -yvqH (unbekannte Funktion, ähnlich zu unbekannten Proteinen aus S subtihs, SEQ ID NO 59,acdA (acyl-CoA-dehydrogenase, SEQ ID NO 83, 84), bpr (Bacillopeptidase F, SEQ ID NO 3, 4), -yvqH (unknown function, similar to unknown proteins from S subtihs, SEQ ID NO 59,
60),60)
-ysbA (unbekannte Funktion, SEQ ID NO 29, 30 ), - Gen für ein putatives Enoyl(3-hydroxyιsobutyryl)-Coenzym-A-Hydratase-Proteιn (EC 4 2 1 17,-ysbA (unknown function, SEQ ID NO 29, 30), gene for a putative enoyl (3-hydroxy-isobutyryl) coenzyme A-hydratase protein (EC 4 2 17,
SEQ ID NO 93, 94), -glpF (Glycerin-Aufnahme-Facilitator, SEQ ID NO 131 , 132),SEQ ID NO 93, 94), -glpF (glycerol uptake facilitator, SEQ ID NO 131, 132),
-yvql (unbekannte Funktion, SEQ ID NO 61 , 62),-yvql (unknown function, SEQ ID NO 61, 62),
- Gen für eine putative Hydroxybenzoat-Hydroxylase (SEQ ID NO 49, 50),Gene for a putative hydroxybenzoate hydroxylase (SEQ ID NO 49, 50),
- IOID (Funktion im Myo-Inositol-Katabolismus, SEQ ID NO 163, 164),IOID (function in myo-inositol catabolism, SEQ ID NO 163, 164),
- Gen für eine putative Formiat-Dehydrogenase-alpha-Kette (EC 1 2 1 2, SEQ ID NO 9, 10),Gene for a putative formate dehydrogenase-alpha chain (EC 1 2 1 2, SEQ ID NO 9, 10),
- Gen für eine putative Pectin-Methylesterase (SEQ ID NO 63, 64),Gene for a putative pectin methylesterase (SEQ ID NO 63, 64),
- mmgE (unbekannte Funktion, SEQ ID NO 43, 44),mmgE (unknown function, SEQ ID NO 43, 44),
- Gen für ein hypothetisches Protein (SEQ ID NO 123, 124),Gene for a hypothetical protein (SEQ ID NO 123, 124),
-rsiX (Negativregulator der Sιgma-X-Aktιvιtat, SEQ ID NO 25, 26),-rsiX (negative regulator of Sgma-X-Aktιvιtat, SEQ ID NO 25, 26),
- putatives Gen für ein putatives ABC-Transporter-ATP-Bιndungsproteιn (SEQ ID NO 125, 126),putative gene for a putative ABC transporter ATP restriction protein (SEQ ID NO 125, 126),
- /o/E (Funktion im myo-lnosιtol-Katabolιsmus, SEQ ID NO 165, 166),- / o / E (function in myo-inositol catabolism, SEQ ID NO 165, 166),
-licH (6-Phospho-beta-Glucosιdase, SEQ ID NO 37, 38),-licH (6-phospho-beta-glucosidase, SEQ ID NO 37, 38),
- IOIC (Funktion im myo-lnositol-Katabolismus, SEQ ID NO 161 , 162),IOIC (function in myo-inositol catabolism, SEQ ID NO 161, 162),
- s/ρ/X (RNA-Polymerase-ECF-Typ-Sιgma-Faktor, SEQ ID NO 27, 28),s / ρ / X (RNA polymerase ECF-type Sgma factor, SEQ ID NO 27, 28),
-yqiQ (unbekannte Funktion, ähnlich zu Phosphoenolpyruvat-Mutase, SEQ ID NO 45, 46),-yqiQ (unknown function, similar to phosphoenolpyruvate mutase, SEQ ID NO 45, 46),
-ycgO (unbekannte Funktion, ähnlich zu Prolin-Permease, SEQ ID NO 121, 122),-ycgO (unknown function, similar to proline permease, SEQ ID NO 121, 122),
- rocD (Ornithin-Ammotransferase, SEQ ID NO 7, 8),rocD (ornithine ammotransferase, SEQ ID NO 7, 8),
-licA (PTS-Lichenan-spezifisches Enzym-IIA-Komponente (SEQ ID NO 57, 58),-licA (PTS-Lichenan specific enzyme IIA component (SEQ ID NO 57, 58),
- Gen für eine Glucan-1 ,4-alpha-Maltohydrolase (EC 3 2 1 133, SEQ ID NO 151 , 152),Gene for a glucan-1,4-alpha-maltohydrolase (EC 3 2,133, SEQ ID NO 151, 152),
-yvyD (unbekannte Funktion, ähnlich zum Sιgma-54-Modulatιonsfaktor gramnegativer Bakterien,-yvyD (unknown function, similar to the gram-54 modulator factor of Gram-negative bacteria,
SEQ ID NO 5, 6),SEQ ID NO 5, 6),
-ispA (größere intrazellulare Sennprotease, SEQ ID NO 23, 24), -ywfL (unbekannte Funktion, ähnlich zu unbekannten Proteinen, SEQ ID NO 47, 48), -yvdH (unbekannte Funktion, ähnlich zu Maltodextπn-Transportsystem-Permease, SEQ ID-ispA (larger intracellular cut protease, SEQ ID NO 23, 24), -ywfL (unknown function, similar to unknown proteins, SEQ ID NO 47, 48), -yvdH (unknown function, similar to Maltodextπn transport system permease, SEQ ID
NO 147, 148),NO 147, 148),
-Gen für ein hypothetisches Protein (SEQ ID NO 103, 104), - hxIA (3-Hexulose-6-Phosphat-Synthase, SEQ ID NO 155, 156), - rbsK (Ribokinase, SEQ ID NO 129, 130), -yvdE (unbekannte Funktion, ahnlich zu Transkriptionsregulator der Lacl-Famihe, SEQ IDGene for a hypothetical protein (SEQ ID NO 103, 104), hxIA (3-hexulose-6-phosphate synthase, SEQ ID NO 155, 156), rbsK (ribokinase, SEQ ID NO 129, 130), yvdE (unknown function, similar to Lacl-type transcriptional regulator, SEQ ID
NO 153, 154), - Gen für eine putative Methylmalonat-Semialdehyd-Dehydrogenase [acyherend] (EC 1 2 1 27,NO 153, 154), - gene for a putative methylmalonate-semialdehyde dehydrogenase [acyherend] (EC 1 2 1 27,
SEQ ID NO 159, 160),SEQ ID NO 159, 160),
- Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (SEQ ID NO 39, 40), -ybdN (unbekannte Funktion, SEQ ID NO 33, 34), - frivK (Fructose 1-Phosphat-Kιnase, SEQ ID NO 111 , 112),Gene for a putative transcriptional regulator (SEQ ID NO 39, 40), -ybdN (unknown function, SEQ ID NO 33, 34), - frivK (fructose 1-phosphate kinase, SEQ ID NO 111, 112),
- Gen für ein enges Homologes zu AId [L-Alanιn-Dehydrogenase] (SEQ ID NO 157, 158), - dppE (Dipeptid-ABC-Transporter-Dipeptid-Bindungsprotein [Sporulation], SEQ ID NO 21 , 22) -yxel (unbekannte Funktion, ähnlich zu Penicillm-Amidase, SEQ ID NO 109, 110)Gene for a tight homologue to Ald [L-alanine dehydrogenase] (SEQ ID NO 157, 158), dppE (dipeptide ABC transporter dipeptide binding protein [sporulation], SEQ ID NO 21, 22) -yxel (unknown function, similar to Penicillm amidase, SEQ ID NO 109, 110)
Eine Losung der gestellten Aufgabe besteht somit in einem Nuklemsaure-bindenden Chip, dotiert mit Sonden für mindestens sechs der folgenden 85 Gene yxel, dppE, Gen für ein enges Homologes zu AId [L-Alanιn-Dehydrogenase] (Homolog zu SEQ ID NO 157), fruK, ybdN, Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 39), Gen für eine putative Methylmalonat-Semialdehyd-Dehydrogenase [acyherend] (EC 1 2 1 27, Homolog zu SEQ ID NO 159), yvdE, rbsK, hxIA, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO 103), yvdti, ywfL, ispA, yvyD, Gen für eine Glucan-1 ,4-alpha- Maltohydrolase (EC 3 2 1 133, Homolog zu SEQ ID NO 151), hcA, rocD, ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licH, IOIE, putatives Gen für ein putatives ABC-Transporter-ATP-Bιndungsproteιn (Homolog zu SEQ ID NO 125), rsiX, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO 123), mmgE, Gen für eine putative Pectin-Methylesterase (Homolog zu SEQ ID NO 63), Gen für eine putative Formiat-Dehydrogenase-alpha-Kette (EC 1 2 1 2, Homolog zu SEQ ID NO 9), IOID, Gen für eine putative Hydroxybenzoat-Hydroxylase (Homolog zu SEQ ID NO 49), yvql, glpF, Gen für ein putatives Enoyl(3-hydroxyιsobutyryl)-Coenzym-A-Hydratase-Proteιn (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 93), ysbA, yvqti, bpr, acdA, yvoA, Gen für eine putative Seπnprotease (Homolog zu SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4 1 3 1 , Homolog zu SEQ ID NO 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotein (Homolog zu SEQ ID NO 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl-CoA-Hydratase (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gen für eine putative 2- Hydroxy-3-Oxopropιonate-Reductase (EC 1 1 1 60, Homolog zu SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl- CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 11), wobei die Gesamtzahl aller für Glucosemangel spezifischen unterschiedlichen Sonden nicht über 100 liegtA solution of the problem is thus in a nucleic acid-binding chip, doped with probes for at least six of the following genes yxel, dppE, gene for a tight homolog to AId [L-alanine dehydrogenase] (homolog to SEQ ID NO 157) , fruK, ybdN, gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 39), gene for a putative methylmalonate semialdehyde dehydrogenase [acyherend] (EC 1 2 1 27, homolog to SEQ ID NO 159), yvdE, rbsK, hxIA, gene for a hypothetical protein (homolog to SEQ ID NO 103), yvdti, ywfL, ispA, yvyD, gene for a glucan 1, 4-alpha-maltohydrolase (EC 3 2 1 133, homologue to SEQ ID NO 151) , hcA, rocD, ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licH, IOIE, putative gene for a putative ABC transporter ATP restriction protein (homologue to SEQ ID NO 125), rsiX, gene for a hypothetical protein (homologue to SEQ ID NO 123), mmgE, gene for a putative pectin methylesterase (homologue to SEQ ID NO 63), gene for a putative formate dehydrogenase-alpha-ket te (EC 1 2 1 2, homologue to SEQ ID NO 9), IOID, gene for a putative hydroxybenzoate hydroxylase (homolog to SEQ ID NO 49), yvql, glpF, gene for a putative enoyl (3-hydroxyιsobutyryl) coenzyme -A-hydratase protein (EC 4 2 17, homologue to SEQ ID NO 93), ysbA, yvqti, bpr, acdA, yvoA, gene for a putative secretion protein (homologue to SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA , acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4 1 3 1 , Homologue to SEQ ID NO 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 17), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homolog to SEQ ID NO 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl CoA hydratase (EC 4 2 1 17, homologue to SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1 1 1 60 , Homolog to SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, k bl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homolog to SEQ ID NO 107) , acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 11), wherein the total number of different specific for glucose deficiency different probes is not more than 100
Detaillierte Informationen zu diesen Genen gehen aus den Beispielen 1 bis 3 und den Tabellen 1 bis 3 der vorliegenden Anmeldung hervor Im Sequenzprotokoll werden diese Gene offenbart, wie sie aus B licheniformis DSM 13 erhältlich sind Die meisten davon sind auch aus anderen Spezies beschrieben (siehe unten) Bei einigen handelt es sich jedoch um putative (vermutliche) Gene oder um Gene, die für putative (vermutliche) Enzyme codieren Diese werden erfindungsgemaß soweit wie möglich aufgrund von Datenbankvergleichen als solche mit einer putativen (angenommenen) Funktion und zusätzlich als Homologe zu den gefundenen ß Iicheniformis-Genen definiert Hierzu muß zweierlei erläutert werdenDetailed information on these genes can be found in Examples 1 to 3 and Tables 1 to 3 of the present application. The sequence listing discloses these genes as obtainable from B licheniformis DSM 13. Most of these are also described from other species (see below) ) However, some are putative (presumable) genes or genes coding for putative (presumable) enzymes. According to the invention, these are as far as possible based on database comparisons as such with a putative (assumed) Function and additionally defined as a homologue to the found ß ichicheniformis genes For this purpose, two things must be explained
- Zum einen konnte sich bei dem einen oder anderen durch eine biochemische Analyse herausstellen, daß diese putative Funktion nicht mit der wirklichen Funktion übereinstimmt Dann wird nicht an der putativen Funktion festgehalten Vielmehr stellen diese Erkenntnisse die Erfindung insofern nicht in Frage, als es erfindungsgemaß lediglich auf die Beobachtung der verstärkten Transkription im Zusammenhang mit dem Glucosemangel ankommt, so daß die betreffende Genaktivitat unabhängig von der letztlich ausgeübten Enzymaktivitat durchaus als Indikator für Glucosemangel dienen kann- On the one hand, it could turn out for one or the other by a biochemical analysis that this putative function does not correspond to the real function. Then the putative function is not held. Rather, these findings do not call the invention into question insofar as it merely relates to the invention the observation of increased transcription in connection with the glucose deficiency arrives so that the gene activity in question, regardless of the ultimate enzyme activity carried out can certainly serve as an indicator of glucose deficiency
- Zum anderen ließ sich für diese in Ermangelung eines Gennamens keine passendere Definition als die über das Gen selbst finden Deshalb wird von Homologen gesprochen So ist anzunehmen, daß in anderen Spezies als B licheniformis unter Glucosemangel die homologen Gene aktiviert werden Sollte sich herausstellen, daß in einer betrachteten Spezies zu einem dieser Gene mehrere Homologe existieren, die in vivo zur Transknptbildung befähigt sind, so bezieht sich die Angabe „Homolog zu SEQ ID NO " auf das jeweils nachstahnhche dieser verschiedenen in Frage kommenden GeneOn the other hand, in the absence of a gene name, no more suitable definition could be found than that about the gene itself. Homologues are therefore spoken of. It is to be assumed that homologous genes are activated in species other than B licheniformis under conditions of glucose deficiency In a species of interest for one of these genes, there are several homologs capable of transcoding in vivo, the phrase "homologue to SEQ ID NO" refers to the respective trailing genes of these various candidate genes
Erfindungsgemaß werden mindestens sechs dieser Gene ausgewählt, um eine möglichst zuverlässige Aussage zu erhalten, das heißt um ein einzelnes, auf nur einen Sondentyp zurückzuführendes falsch-positives Signal auszuschließenAccording to the invention, at least six of these genes are selected in order to obtain as reliable a statement as possible, that is, to exclude a single false-positive signal attributable to only one type of probe
Unter einem Nuklemsaure-bindenden Chip sind erfindungsgemaß alle Gegenstande zu verstehen, die mit Nuklemsaure-spezifischen Sonden versehen sind und bei Bindung einer oder mehrerer spezifisch erkannter Nukleinsäuren jeweils ein auswertbares Signal liefernAccording to the invention, a nucleic acid-binding chip is to be understood as meaning all objects which are provided with nucleic acid-specific probes and in each case deliver an evaluable signal upon binding of one or more specifically recognized nucleic acids
Aus dem einleitend dargestellten Stand der Technik ist die Gestaltung von Chips bekannt, die mit Nukleinsäuren als Sonden dotiert sind Prinzipiell können sie alle für Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung genutzt werden Sie basieren auf dem Prinzip der Nukleinsaure-Hybπdi- sierung der zu detektierenden mRNA (oder einem hiervon abgeleiteten Molekül) mit der auf dem Chip vorgelegten Sonde Je nach System zur Auswertung des durch die Hybridisierung ausgelosten Signals wird zwischen Chips mit einem optischen und mit einem elektrischen Analysesystem unterschieden Erfindungsgemaß sind prinzipiell beide Systeme anwendbarIn principle, they can all be used for embodiments of the present invention. They are based on the principle of nucleic acid hybridization of the mRNA to be detected (or a nucleic acid hybridization) derived therefrom molecule) with the probe presented on the chip Depending on the system for evaluating the signal released by the hybridization between the chips with an optical and with an electrical analysis system different invention invention, both systems are in principle applicable
Solche Chips werden folgendermaßen zur Kontrolle (Monitoring) des jeweils betrachteten Bioprozesses eingesetzt Aus dem Prozeß wird zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Probe mit dem zu analysierenden biologischem Material entnommen Aus diesem wird nach an sich bekannten Methoden, beispielsweise unter Zellaufschluß und Verwendung eines denaturierenden Puffers RNA, insbesondere mRNA isoliert Diese wird selbst markiert oder als Ausgangsmolekul für ein in die Messung eingebrachtes Molekül eingesetzt (z B durch reverse Transkription erhaltene cDNA) und die erhaltenen Moleküle vorteilhafterweise in einem Puffer über/durch den Chip geleitet Bei Hybridisierung (Sandwich-Markierung) einer präparierten RNA beziehungsweise deren Derivat mit der homologen (das heißt hinsichtlich ihrer Sequenz kongruenten) auf dem Chip bereitgestellten Sonde (Target-Nukleinsaure, beispielsweise Target-DNA oder Target-Nukleinsaureanalog) ergibt sich ein entsprechendes optisch oder elektronisch auswertbares Signal Dieses beruht beispielsweise auf der Markierung der bindenden mRNA oder einem Transkript davon mit einem Färb- oder Fluoreszenzmarker, einer Hybridisierung mit einer zweiten Sonde oder auf einer sekundären Nachweisreaktion, etwa über eine RT-PCRSuch chips are used in the following manner to control (monitor) the bioprocess under consideration. From the process, a sample is taken with the biological material to be analyzed at a certain time. From this, RNA is isolated by methods known per se, for example cell disruption and use of a denaturing buffer. in particular mRNA isolated This is itself marked or as starting molecule for a in the molecule introduced into the measurement (eg, cDNA obtained by reverse transcription) and the molecules obtained are advantageously passed over / through the chip in a buffer. Hybridization (sandwich labeling) of a prepared RNA or its derivative with the homologous (ie with respect to their sequence congruent) probe provided on the chip (target nucleic acid, for example target DNA or target Nukleinsaureanalog) results in a corresponding optically or electronically evaluable signal This is based for example on the labeling of the binding mRNA or a transcript thereof with a staining or fluorescent marker, hybridization with a second probe or on a secondary detection reaction, such as via RT-PCR
Da von derselben Sonde in der Regel jeweils mehrere Moleküle an den Chip gebunden sind, ist die Starke des Hybndisierungssignal über einen gewissen - im Einzelfall ggf zu optimierenden - Bereich proportional zur Zahl der zum Zeitpunkt der Probennahme in der Probe vorhandenen spezifischen mRNA Auf diese Weise ist die Starke des Signals ein direktes Maß für die Aktivität des betreffenden Gens zu dem Zeitpunkt der ProbennahmeSince in each case a plurality of molecules are bound to the chip by the same probe, the strength of the hybridization signal is over a certain range - possibly to be optimized in the individual case - proportional to the number of specific mRNA present in the sample at the time of sampling in this way the strength of the signal provides a direct measure of the activity of the gene in question at the time of sampling
Die Zeitspanne zwischen Probennahme und Messung sollte dabei so kurz wie möglich gehalten werden, beispielsweise über eine weitgehend automatisierte Probennahme, deren Aufarbeitung und Leitung über/durch den SensorThe time interval between sampling and measurement should be kept as short as possible, for example via a largely automated sampling, their processing and management via / through the sensor
Als mithilfe eines erfmdungsgemaßen Chips betrachtete (monitonerte) Organismen kommen prinzipiell alle Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen in Frage, insbesondere solche, die kommerziell genutzt werden So geht beispielsweise aus der Anmeldung DE 19860313 A1 mit dem Titel „Verfahren zur Erkennung und Charakterisierung von Wirkstoffen gegen Pflanzen-Pathogene" hervor, daß es in Pflanzen, insbesondere Nutzpflanzen Stoffwechselsituationen gibt, die beobachtet werden müssen Ebenso können beispielsweise Nutztiere oder Labortiere beobachtet werden Von nicht geringem kommerziellen Interesse sind eukaryontische Zellkulturen, etwa bei der Herstellung monoklonaler Antikörper, und insbesondere die fermentative Herstellung von Lebensmitteln, etwa über die von Hefen betriebene alkoholische Gärung Bakterien werden insbesondere zur technischen Herstellung von Proteinen oder niedermolekularen Wertstoffen (Biotransformation), etwa von Vitaminen oder Antibiotika genutztWhen using a erfmdungsgemaßen chips considered (monitoned) organisms are in principle all plants, animals and microorganisms in question, especially those that are used commercially Thus, for example, from the application DE 19860313 A1 entitled "Method for the detection and characterization of active compounds against plants Pathogens "show that there are metabolic situations in plants, especially useful plants, which must be observed. Likewise, for example, livestock or laboratory animals can be observed Of not minor commercial interest are eukaryotic cell cultures, such as in the production of monoclonal antibodies, and in particular the fermentative production of food About the alcoholic fermentation operated by yeasts Bacteria are used in particular for the technical production of proteins or low-molecular-weight valuable materials (biotransformation), for example of vitamins or antibiotics
Unter Sonden sind erfindungsgemaß alle Moleküle zu verstehen, die in der Lage sind, mit Nukleinsäuren eine jeweils weitgehend spezifische Wechselwirkung einzugehen (sie zu binden) Diese Wechselwirkung wird erfindungsgemaß ausgenutzt, um im Rahmen einer entsprechenden Anordnung (Chip) ein weitgehend eindeutig zuzuordnendes, auswertbares Signal zu erhalten Chemisch gesehen handelt es sich bei einer erfindungsgemäßen Sonde zumeist um eine Verbindung, die in der Lage ist, über Wasserstoffbrückenbindungen mRNA-Moleküle oder hiervon abgeleitete Nukleinsäuren zu binden, so wie dies beispielsweise auch bei der Wechselwirkung der beiden Stränge einer DNA oder der DNA-RNA-Wechselwirkung erfolgt. Dies kann beispielsweise eine DNA sein, welche gegenüber Hydrolyse stabiler ist als RNA.According to the invention, probes are to be understood as meaning all molecules which are capable of reacting (binding) with nucleic acids in each case to a large extent. This interaction is exploited according to the invention in order to form a signal which can be assigned to a significant extent within the context of a corresponding arrangement (chip) to obtain From a chemical point of view, a probe according to the invention is usually a compound which is capable of binding mRNA molecules or nucleic acids derived therefrom via hydrogen bonds, as for example also in the interaction of the two strands of a DNA or of the DNA RNA Interaction takes place. This may be, for example, a DNA which is more stable to hydrolysis than RNA.
Im Stand der Technik sind darüber hinaus weitere Moleküle bekannt, insbesondere chemisch synthetisierte, die biomimetisch dieselbe Wechselwirkung ermöglichen, aber stabiler als DNA sind, beispielsweise dadurch, daß die Phophatester-Bindungen des Rückgrats gegen weniger hydrolyseempfindliche Bindungen ausgetauscht worden sind. Solche Nukleinsäure-Analogon-Sonden kennzeichnen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung (siehe unten). Die betreffenden spezifischen Sonden wären, etwa nach dem Vorbild des mit dieser Anmeldung verbundenen Sequenzprotokolls entsprechend zu synthetisieren. Dies kommt dem Aspekt entgegen, daß erfindungsgemäße Chips vorteilhafterweise mehrmals verwendbar sein sollten, insbesondere während eines einzelnen beobachteten Prozesses, in dessen Verlauf eine ständige Überwachung erstrebenswert ist.In addition, other molecules are known in the art, in particular chemically synthesized, which allow biomimetic interaction, but are more stable than DNA, for example, by replacing the phosphate ester linkages of the backbone with less hydrolysis-sensitive bonds. Such nucleic acid analog probes characterize preferred embodiments of the present application (see below). The specific probes in question would be to synthesize, for example, according to the model of the sequence listing associated with this application. This is in contrast to the aspect that chips according to the invention should advantageously be usable several times, in particular during a single observed process in the course of which continuous monitoring is desirable.
Limitierend für die Brauchbarkeit einer Sonde ist jeweils das Maß der Homologie zwischen der bereitgestellten Sonde und der mRNA oder der davon abgeleiteten Nukleinsäure, die über Hybridisierung erkannt werden soll. Letztlich entscheidet das Maß an Hybridisierung der Sonde mit der zu detektierenden mRNA (siehe oben) über deren Brauchbarkeit als Sonde und muß im Einzelfall experimentell optimiert und/oder über Anpassung der Signalauswertung berücksichtigt werden. Es muß unter den durch den Aufbau der Meßapparatur, und sonstigen Einflüssen vorgegebenen Bedingungen eine Hybridisierung erfolgen, die spezifisch nur auf das interessierende Gen zurückgeführt werden kann, ausreichend stark ist, um ein positives Signal zu ergeben, und andererseits nicht zu stark ist, als daß das erkannte Molekül nach Erzeugung des Signals wieder abdiffundiert, um die Bindungsstelle für das nächste Molekül freizumachen, beziehungsweise ein Abklingen des Signals zu ermöglichen; letzteres ggf. über einen entsprechenden Waschschritt.In each case, the degree of homology between the probe provided and the mRNA or the nucleic acid derived therefrom, which is to be detected by hybridization, is limiting for the usefulness of a probe. Ultimately, the degree of hybridization of the probe with the mRNA to be detected (see above) decides on its usefulness as a probe and must be experimentally optimized in individual cases and / or taken into account by adjusting the signal evaluation. There must be hybridization under the conditions imposed by the design of the measuring apparatus and other factors, which can be specifically attributed only to the gene of interest, strong enough to give a positive signal, and not too strong on the other hand the detected molecule diffused again after generation of the signal to free the binding site for the next molecule, or to allow a decay of the signal; the latter possibly via a corresponding washing step.
Allerdings ist es nötig, vor Verwendung erfindungsgemäßer Chips für einen interessierenden Organismus das Maß der Homologie zwischen den betreffenden Genen abzuschätzen, bei nicht ausreichender Affinität der zu detektierenden mRNAs zu den vorgelegten Sonden solche über dieselben erfindungsgemäßen Gene aus näher verwandten Spezies auf dem Chip zu verankern und Kalibrierungsmessungen durchzuführen, um verläßliche Aussagen darüber zu erhalten, welche Signalstärke welcher Konzentration an spezieller mRNA entspricht. Die Identifizierung der für die vorliegende Erfindung wesentlichen 85 Gene ist in den Beispielen zur vorliegenden Anmeldung beschrieben Deren aus Bacillus licheniformis erhältlichen Sequenzen sind im Sequenzprotokoll der vorliegenden Anmeldung angegeben (SEQ ID NO 1 bis 170), wobei es sich bei den Sequenzen mit ungeradzahhgen Nummern um DNA-Sequenzen und bei den jeweils um einen Zahlwert höheren Sequenzen um die jeweils davon abgeleiteten Aminosauresequenzen handelt Wahrend die DNA-Sequenzen unmittelbar für die Herstellung von Sonden genutzt werden können (siehe oben), dienen die Aminosauresequenzen beispielsweise über Sequenzdatenbank-Vergleiche der Überprüfung der Genfunktion und können ferner dazu dienen, um etwa über Ruck-Ubersetzung des genetischen Codes ähnliche Nuklemsauren- erkennende Sonden zu generierenHowever, it is necessary to estimate the degree of homology between the genes in question before using chips according to the invention for an organism of interest, to anchor such on the chip of the invention more closely related genes on the chip, if sufficient affinity of the mRNAs to be detected for the presented probes and Perform calibration measurements to obtain reliable information on which signal strength corresponds to which concentration of specific mRNA. The identification of the 85 genes essential to the present invention is described in the examples of the present application. The sequences obtainable from Bacillus licheniformis are given in the Sequence Listing of the present application (SEQ ID Nos. 1 to 170), wherein the sequences with odd numbers are While the DNA sequences can be used directly for the production of probes (see above), the amino acid sequences serve, for example via sequence database comparisons, for checking the gene function and may also serve to generate, for example, via jerk translation of the genetic code, similar nucleic acid-sensing probes
Wie in Beispiel 1 dargestellt ist, wurden zahlreiche verschiedene Gentranskripte, das heißt mRNA- Molekule untersucht, insbesondere solche, von denen eine Beteiligung am Glucosestoffwechsel allgemein bekannt war Diese mRNA-Molekule wurden zu verschiedenen Zeitpunkten wahrend des Übergangs von B licheniformis DSM 13 in einen Glucosemangelzustand isoliert In Beispiel 1 wird ebenfalls beschrieben, wie der Konzentrationsanstieg dieser mRNA im Zellinneren von B licheniformis experimentell ermittelt wurde Alternative Bestimmungsmoglichkeiten hierzu mögen im Stand der Technik etabliert sein, entscheidend für das Verstandis der vorliegenden Erfindung ist die Zusammenstellung in Tabelle 1 (Beispiel 2) Sie zeigt die mit dem Übergang verbundenen Konzentrationsanderungen für insgesamt 268 mRNAs Dabei wurden folgende Schwellenwerte für das Verhältnis der RNA Menge des jeweiligen Gens gegenüber dem Kontrollwert als signifikant angesehen Als induziert gelten erfindungsgemaß die Gene, deren RNA ein Verhältnis > 3 (das heißt mindestens eine Verdreifachung) aufweist, eine deutliche Induktion liegt bei ein Verhältnis von > 10 vor, deutlich repπmiert sind Gene mit einem RNA-Verhaltnis < 0,3 (das heißt einem Absenken auf weniger als 30%) Bei den in Tabelle 1 aufgeführten 268 Genen wurde zu irgendeinem der betrachteten Zeitpunkte mindestens eine Verdreifachung beobachtetAs shown in Example 1, numerous different gene transcripts, that is, mRNA molecules were examined, especially those of which participation in glucose metabolism was well known. These mRNA molecules were transduced at different times during the transition from B licheniformis DSM 13 to a glucose deficient state In Example 1 it is also described how the concentration increase of this mRNA in the cell interior of B licheniformis was determined experimentally. Alternative determination possibilities for this may be established in the prior art. The compilation in Table 1 (Example 2) is crucial to the understanding of the present invention shows the concentration changes associated with the transition for a total of 268 mRNAs. The following threshold values for the ratio of the RNA amount of the respective gene to the control value were regarded as significant. The genes according to the invention are considered to be induced RNA has a ratio> 3 (ie at least one tripling), a clear induction is present at a ratio of> 10, significantly repmpmiert are genes with an RNA ratio <0.3 (that is, a lowering to less than 30%) In the 268 genes listed in Table 1, at least one tripling was observed at any of the time points in question
Unter diesen 268 Genen befinden sich, wie Beispiel 3 belegt, 92 Gene mit einer mindestens 10fachen Induktion zu irgendeinem der beobachteten Zeitpunkte unter den Bedingungen des in Beispiel 1 beschriebenen Glucosemangels Hiervon können sieben als nicht besonders spezifisch angesehen werden, so daß überraschenderweise lediglich die in Tabelle 2 aufgeführten 85 Gene als speziell unter Glucosemangel deutlich induzierte Gene verbleiben Diese 85 Gene werden erfindungsgemaß als repräsentative Indikatoren eines Glucosemangelzustands angesehen Weitere Angaben zu diesen Genen, beispielsweise über deren Funktion oder abweichende Start- Codons sind Tabelle 1 und dem Sequenzprotokoll zu entnehmen, die jeweiligen deutschsprachigen Bezeichnungen für die zugehörigen Proteine sind bereits oben, in der Reihenfolge der Angaben in Tabelle 3 aufgeführt worden All diese Gene sind jeweils für sich im Stand der Technik beschrieben Sie können für die verschiedenen Organismen aus allgemein zugänglichen Datenbanken entnommen werden Wie oben erwähnt sind die im Sequenzprotokoll für 6 licheniformis DSM 13 angegebenen Sequenzen aus diesem Mikroorganismus ermittelt worden und stimmen praktisch mit den in der Publikation „The Complete Genome Sequence of Bacillus licheniformis DSM13, an Organism with Great Industπal Potential" (2004) von B Veith et al in J Mol Microbiol Biotechnol , Band 7 (4), Seiten 204 bis 211 , beschriebenen und zusätzlich unter dem Eintrag AE017333 (Basen 1 bis 4 222 645) in der Datenbank GenBank (siehe oben) zugänglichen Angaben uberem Der Stamm ß licheniformis DSM 13 ist über die Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Mascheroder Weg 1 b, 38124 Braunschweig (http //www dsmz de) allgemein erhaltlich Er tragt bei der American Type Culture Collection, 10801 University Boulevard, Manassas, VA 20110- 2209, USA (http //www atcc org) die Hinterlegungsnummer ATCC 14580Among these 268 genes, as evidenced by Example 3, there are 92 genes with at least 10-fold induction at any of the observed times under the conditions of the glucose deficiency described in Example 1. Of these, seven may not be considered specific, so that, surprisingly, only those shown in Table These 85 genes are considered according to the invention as representative indicators of a glucose deficient state Further information on these genes, for example on their function or deviating start codons Table 1 and the Sequence Listing are the respective German-speaking Designations for the associated proteins have already been listed above in the order of the statements in Table 3 All of these genes are individually described in the prior art. They can be found for the various organisms from generally accessible databases. As mentioned above, the sequences given in the sequence listing for DSM 13 have been determined from this microorganism and are virtually identical to those described in US Pat Publication "The Complete Genome Sequence of Bacillus licheniformis DSM13, to Organism with Great Industrial Potential" (2004) by B Veith et al. In J Mol Microbiol Biotechnol, vol. 7 (4), pages 204 to 211, and additionally under entry AE017333 (Bases 1 to 4,222,645) in the GenBank database (see above). The strain ß licheniformis DSM 13 is available from the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH, Mascheroder Weg 1 b, 38124 Braunschweig (http // www dsmz de He is the recipient of the American Type Culture Collection, 10801 University Boulevard, Manassas, VA 20110 - 2209, USA (http // www atcc org) the accession number ATCC 14580
Die zu den genannten 85 Genen entsprechenden Gene aus anderen Organismen sind zu einem Großteil ebenfalls in allgemein zugänglichen Datenbanken hinterlegt, beispielsweise für die gut charakterisierten Spezies B subtilis und E coli, die allgemein als Modellorganismen der grampositiven, beziehungsweise gramnegativen Bakterien angesehen werden Die entsprechenden Sequenzen können beispielsweise den Datenbanken des Institut Pasteur, 25,28 rue du Docteur Roux, 75724 Paris CEDEX 15, Frankreich, entnommen werden, welche über die Internet- Adressen http //genolist pasteur fr/Colibπ/ (für E coli), beziehungsweise http //genohst pasteur fr/SubtιLιst/ (für B subtilis) zugänglich sind (Stand 2 12 2004) Weitere hierfür geeignete Datenbanken sind die des EMBL-European Bioinformatics Institute (EBI) in Cambridge, Großbritannien (http //www ebi ac uk), Swiss-Prot (Geneva Bioinformatics (GeneBio) S A , Genf, Schweiz, http //www genebio com/sprot html) oder GenBank (National Center for Biotechnology Information NCBI, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA)The genes from other organisms corresponding to the said 85 genes are to a large extent likewise stored in generally accessible databases, for example for the well-characterized species B subtilis and E. coli, which are generally regarded as model organisms of Gram-positive or Gram-negative bacteria For example, the databases of the Institut Pasteur, 25.28 rue du Docteur Roux, 75724 Paris CEDEX 15, France, which are available on the Internet at http // genolist pasteur fr / Colibπ / (for E. coli), or http // genossenst pasteur fr / SubtιLιst / (for B subtilis) are accessible (Stand 2 12 2004) Further suitable databases are those of the EMBL-European Bioinformatics Institute (EBI) in Cambridge, Great Britain (http // www ebi ac uk), Swiss- Prot (Geneva Bioinformatics (GeneBio) SA, Geneva, Switzerland, http://www.genebio.com/sprot.html) or GenBank (National Center for Biotech Chnology Information NCBI, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA)
Unter diesen „entsprechenden Genen" sind diejenigen zu verstehen, die jeweils für die Proteine codieren, die im betrachteten Organismus dieselbe chemische Reaktion katalysieren oder an demselben physiologischen Vorgang wie die genannten 85 Proteine in S licheniformis DSM 13 beteiligt sind Die meisten davon tragen für andere Organismen ähnliche Namen und Abkürzungen wie die, die in den Tabellen 1 und 2 für ß licheniformis angegeben sind, weil diese Namen für die jeweilige Funktion stehen Im Zweifelsfall geben sie sich über ihre Sequenz zu erkennen, welche aus dem betreffenden Organismus die zu den hier genannten jeweils nachstahnhche (am stärksten homologe) ist Bei der Funktionszuordnung kommt es vor allem auf die Ähnlichkeit der Amino- sauresequenzen zueinander an, weil die Aminosäuren die Funktionstrager des Proteins darstellen und aufgrund der Degenenertheit des genetischen Codes verschiedene Nukleotidsequenzen für dieselbe Aminosauresequenz codieren können Besonders hohe Verwandtschaftsgrade bestehen zwischen nahe verwandten Spezies So kann prinzipiell davon ausgegangen werden, daß sich zu den meisten der genannten 85 Gene Homologe in allen Spezies finden lassen, auch in Cyanobaktenen, in eukaryontischen Zellen wie etwa Pilzen, oder gramnegativen Spezies wie E coli oder Klebsiella Noch hoher ist diese Wahrscheinlichkeit für grampositive Bakterien, insbesondere der Gattung Bacillus, weil es sich bei B licheniformis DSM 13, von dem die im Sequenzprotokoll aufgeführten Sequenzen stammen, um ein solches grampositives Bakterium handelt Zudem ist davon auszugehen, daß in zunehmend verwandten Organismen die homologen Gene auch zunehmend denselben oder gleichwirkenden Regulationsmechanismen unterworfen sind, somit sollten diese Homologen auch dieselbe Stoffwechselsituation, insbesondere einen Glucosemangel anzeigen Insofern ist S licheniformis ein glücklich gewählter Beispielorganismus, weil die kommerziell ebenfalls besonders wichtigen Spezies B subtilis, B amylohquefaciens, B lentus, B globigu ebenfalls Bacilli und damit grampositiv sind Damit wird dem diesbezüglichen Aspekt der gestellten Aufgabe entsprochenThese "corresponding genes" are to be understood as meaning those which in each case code for the proteins which catalyze the same chemical reaction in the organism under consideration or participate in the same physiological process as the said proteins in S. licheniformis DSM 13. Most of these carry for other organisms similar names and abbreviations as those given in Tables 1 and 2 for ßlicheniformis, because these names stand for the respective function. In case of doubt, they identify themselves by their sequence, which from the respective organism those to those mentioned here Nachstahnhche (most strongly homologous) In the function assignment it depends above all on the similarity of the amino acid sequences to one another, because the amino acids represent the functional carriers of the protein and because of the degeneracy of the genetic code can code different nucleotide sequences for the same amino acid sequence Particularly high degrees of relationship exist between closely related species. In principle, it can be assumed that homologs can be found in most species for most of the abovementioned genes, including cyanobacteria, in eukaryotic cells such as fungi, or gram-negative species such as E. coli or Klebsiella This probability is even higher for Gram-positive bacteria, in particular of the genus Bacillus, because B licheniformis DSM 13, from which the sequences listed in the sequence listing originate, is such a Gram-positive bacterium. In addition, it can be assumed that in increasingly related organisms the homologous Genes are increasingly subject to the same or equivalent regulatory mechanisms, so these homologs should also show the same metabolic situation, especially a glucose deficiency Insofern Slicheniformis is a happy chosen example organism, because the commercially also particularly important Sp ezies B subtilis, B amylohquefaciens, B lentus, B globigu are also bacilli and thus gram-positive. This corresponds to the aspect of the task in question
Es sei angemerkt, daß zum Nacharbeiten der Erfindung für eine bestimmte Spezies nicht alle genannten 85 Gene bekannt sein müssen, sondern lediglich einige davon (siehe unten) ausreichen, um den Glucosestoffwechsel abzubilden und insbesondere den Übergang in einen Glucosemangelzustand detektieren zu können Gleichwohl steigt mit zunehmender Zahl von Sonden die Verläßlichkeit der Aussage über den Glucose-Versorgungsszustand Sind mehrere prinzipiell aufgrund der vorliegenden Offenbarung geeignet erscheinende Gene bekannt, empfiehlt es sich, vor Herstellung eines entsprechenden Chips eine Expressionsstudie durchzufuhren, um ähnlich der Darstellung in Beispiel 1 oder auch über eine Northern-Analyse zu überprüfen, ob die betreffenden Gene tatsächlich signifikante Aussagen erlauben Je weniger die betrachtete Spezies mit ß licheniformis verwandt ist, desto eher mögen sich Verschiebungen hinsichtlich des durch Glucosemangel hervorgerufenen Expressionsnieaus ergeben, so daß sich (ggf andere als die unten zusammengestellten) Unterguppen dieser 85 Gene als besonders geeignet und damit als bevorzugt herausstellenIt should be noted that to follow up the invention for a particular species not all of the 85 genes mentioned must be known, but only a few of them (see below) are sufficient to map the glucose metabolism and in particular to be able to detect the transition to a glucose deficiency state Number of probes the reliability of the statement about the glucose supply state If several genes which in principle appear to be suitable based on the present disclosure are known, it is advisable to carry out an expression study before production of a corresponding chip, in order to produce a similar procedure as in Example 1 or also via a Northern Analysis to check whether the genes in question actually permit significant statements The less the species considered is related to B. licheniformis, the more likely to be shifts in the expression level caused by glucose deficiency, so that ( if not other than those listed below) subgroups of these 85 genes as particularly suitable and thus prove to be preferred
Bei der Herstellung eines erfindungsgemaßen Nuklemsaure-bindenden Chips für einen hier nicht genannten Organismus müssen also zu zumindest einzelnen der für B licheniformis genannten Gene die zugehörigen homologen Gene identifiziert werden, beispielsweise durch einen Vergleich der für den betreffenden Organismus bekannten DNA-Sequenzen mit den hier angegebenen Sequenzen Diese oder Teile davon (siehe unten) können sodann an sich als Sonden oder als Vorlage zur Synthese entsprechender Sonden dienen, welche nach an sich bekannten Methoden auf einen Nuklemsaure-bindenden Chip aufgebracht werdenIn the production of a nucleic acid-binding chip according to the invention for an organism not mentioned here, the associated homologous genes must therefore be identified for at least some of the genes mentioned for B licheniformis, for example by comparing the DNA sequences known for the organism concerned with those indicated here Sequences These or parts thereof (see below) can then serve as probes or as templates for the synthesis of corresponding probes, which are applied to a nucleic acid-binding chip by methods known per se
Sollten einzelne homologe Sequenzen nicht in Datenbanken hinterlegt sein, ist es dem Fachmann möglich, anhand der im Sequenzprotokoll zur vorliegenden Anmeldung offenbarten Sequenzen jeweilige Sonden zu synthetisieren, um mit deren Hilfe eine für den gewünschten Organismus erstellte Genbank (genomisch oder vorzugsweise auf der Basis der cDNA) nach allgemein üblichen Methoden nach dem betreffenden Homolog zu durchsuchen Alternativ hierzu ist es auch möglich, anhand der im Sequenzprotokoll angegebenen DNA-Sequenzen Ohgonukleotide zu synthetisieren, die als PCR-Pnmer dienen, um die betreffenden Gene oder als Sonden brauchbare Teile davon aus einer gesamtgenomischen DNA-Praparation oder einer cDNA-Praparation des interessierenden Organismus herauszuamplifizieren Diese oder Teile davon (siehe unten) können als Sonden auf erfindungsgemaßen Nukleinsaure-spezifischen Chips eingesetzt werdenIf individual homologous sequences are not stored in databases, it is possible for a person skilled in the art to make use of the sequences disclosed in the sequence listing for the present application synthesize respective probes in order to use them to search for a gene library prepared for the desired organism (genomically or preferably on the basis of the cDNA) by generally customary methods for the homolog in question. Alternatively, it is also possible to use the DNA sequences given in the Sequence Listing. To synthesize sequences of oligonucleotides which serve as PCR primers to amplify the genes or probes thereof from a whole genomic DNA preparation or a cDNA preparation of the organism of interest. These or parts thereof (see below) can be used as probes according to the invention Nucleic acid-specific chips are used
Em wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Gesamtzahl aller Glucosestoffwechsel-spezifischen unterschiedlichen Sonden nicht über 100 liegt Dieses Merkmal korreliert mit der gestellten Aufgabe, wonach sie schwerpunktmäßig auf solche Nukleinsaure- bindenden Chips ausgerichtet sein sollte, deren Anzahl an belegbaren Platzen aufgrund ihrer Bauart vergleichsweise gering ist Dies sind insbesondere die elektrisch auswertbaren ChipsAn essential feature of the present invention is that the total number of different glucose metabolism-specific different probes is not more than 100. This feature correlates with the stated task, according to which it should focus on such nucleic acid-binding chips whose number of assignable bursts due to their Type is comparatively low These are in particular the electrically analyzable chips
Unter den weiteren Glucosestoffwechsel-spezifischen Sonden können beispielsweise solche sein, die durch einen Glucoeseuberschuß induziert werden, evtl auch weitere, die mit dem Glucosestoff- wechsel schembar in keinem direkten Zusammenhang stehen, aufgrund dieser Induzierbarkeit aber als solche definiert werden können Damit ergibt solch ein Chip auch eine auswertbare und im betrachteten Prozeß brauchbare Information, wenn der Glucosemangel, beispielsweise durch Ergreifen entsprechender Gegenmaßnahmen überwunden worden istAmong the further glucose-specific-specific probes, for example, those which are induced by a Glucoeseuberschuß, possibly also others, which are not directly related to the glucose metabolism, but due to this inducibility can be defined as such Thus, such a chip also an evaluable and useful in the process considered information when the lack of glucose has been overcome, for example, by taking appropriate countermeasures
Ferner handelt es sich bei Nukleinsaure-spezifischen Sonden in der Regel jeweils nur um Fragmente der kompletten Gene (siehe unten) In Einzelfallen, beispielsweise bei einer Regulation über Spleißen oder großen, mehrfachfunktionellen Polypeptiden kann es deshalb sinnvoll sein, ein und dasselbe Gen mit zwei oder mehr verschiedenen Sonden zu detektieren Somit sind entsprechende Ausfuhrungsformen ggf durch mehr als 85 Sonden gekennzeichnet, die jedoch auf nicht mehr als diese 85 Gene ansprechenIn addition, nucleic acid-specific probes are usually only fragments of the complete genes (see below). In individual cases, for example in the case of regulation via splicing or large, multi-functional polypeptides, it may therefore be useful to use one and the same gene with two or more detect more different probes Thus, corresponding embodiments are possibly characterized by more than 85 probes, but respond to no more than these 85 genes
Je nach zu beobachtendem Prozeß können auf erfindungsgemaßen Chips auch Sonden für weitere Gene beziehungsweise Genprodukte enthalten sein (siehe unten)Depending on the process to be observed, probes for further genes or gene products can also be contained on chips according to the invention (see below).
Zum anderen besteht der Kern der Erfindung gerade in der Spezifität des betreffenden Chips, mit dem eine spezielle Stoffwechselsituation erfaßt werden sollte Die Herstellung eines Chips mit mehr als 100 auf verschiedene Gene ansprechenden Sonden oder sogar eines Chips, der einen Großteil des Genoms eines Organismus abbildet, ist bei einer solch spezifischen Fragestellung wegen des damit verbundenen Aufwands nicht Teil der hier beschriebenen Erfindung Vielmehr können beide Arten von Chips in einem beobachteten Bioprozeß sinnvoll nebeneinander eingesetzt werden So können die Chips mit zahlreichen verschiedenen Gensonden oder mit einem repräsentativen Querschnitt verschiedener möglicherweise relevanter Situationen, wie sie mit der Anmeldung WO 2004/027092 A2 zur Verfugung gestellt werden, einen groben Überblick über den Zustand des betreffenden Organismus liefern, wahrend ein erfindungsgemaßer Chip zur Kontrolle hinzugezogen wird, wenn Anlaß zur Sorge besteht, die betreffenden Zellen konnten in einen Glucosemangelzustand eintretenOn the other hand, the core of the invention lies precisely in the specificity of the chip concerned, with which a specific metabolic situation should be detected. The production of a chip with more than 100 probes responding to different genes or even a chip which represents a large part of the genome of an organism. is not part of the invention described here in such a specific issue because of the associated effort Rather, both types of chips in an observed bioprocess sense next to each other Thus, the chips with numerous different gene probes or with a representative cross section of various possibly relevant situations, as provided by the application WO 2004/027092 A2, can provide a rough overview of the condition of the organism concerned, while a chip according to the invention for control, if there is cause for concern, the cells in question could enter a glucose deficiency state
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform handelt es sich um einen erfindungsgemaßen Nukleinsaure-bindenden Chip, der zunehmend bevorzugt mit den oben angegebenen Sonden in der dort angegebenen Reihenfolge dotiert istIn a preferred embodiment, it is a nucleic acid-binding chip according to the invention, which is increasingly preferably doped with the probes specified above in the order given there
Hiermit sind die in Tabelle 3 aufgeführten Gene in umgekehrter Reihenfolge gemeint Demnach sind Chips mit Sonden zum Gen yxel (codierend für ein Protein mit unbekannter Funktion, ähnlich zur Penicillin-Amidase, SEQ ID NO 109, 110) unter den erfindungsgemaßen Chips hinsichtlich der Genauswahl zur Bildung von Sonden noch am wenigsten bevorzugt, weil dieses unter den 85 genannten, durch Glucosemangel signifikant verstärkt transkribierten Genen am schwächsten induziert worden ist Demgegenüber sind solche mit einer Sonde für das Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 11) hinsichtlich der Genauswahl am stärksten bevorzugt Denn dieses zeigte gegenüber dem Ausgangsniveau eine mehr als 123fache Induktion und damit die stärkste von allen gemessenen Genen Das hiermit verbundene Signal sollte also von allen untersuchten Genen am besten dazu geeignet sein, die Stoffwechselsituation „Glucosemangel" anzuzeigenThus, the genes listed in Table 3 are meant in reverse order. Thus, chips having probes for the gene yxel (coding for a protein of unknown function, similar to the penicillin amidase, SEQ ID NO 109, 110) are among the chips according to the invention in terms of gene selection Probe formation is least favored because it has been least induced among the 85 genes significantly transcribed by glucose deficiency. In contrast, those with a probe for the gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 11) was most preferred in terms of gene selection because this showed over the starting level more than 123-fold induction and thus the strongest of all genes measured The signal associated with this should therefore be of all genes best suited to indicate the metabolic situation "glucose deficiency"
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform handelt es sich um einen erfindungsgemaßen Nukleinsaure-bindenden Chip, wobei mindestens eine, zunehmend bevorzugt zwei oder drei der Sonden aus den folgenden 67 Genen ausgewählt ist/sind ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licH, IOIE, putatives Gen für ein putatives ABC-T ransporter-ATP- Bindungsprotein (Homolog zu SEQ ID NO 125), rsiX, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO 123), mmgE, Gen für eine putative Pectin-Methylesterase (Homolog zu SEQ ID NO 63), Gen für eine putative Formiat-Dehydrogenase-alpha-Kette (EC 1 2 1 2, Homolog zu SEQ ID NO 9), IOID, Gen für eine putative Hydroxybenzoat-Hydroxylase (Homolog zu SEQ ID NO 49), yvql, glpF, Gen für ein putatives Enoyl(3-hydroxyιsobutyryl)-Coenzym-A-Hydratase- Protein (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, Gen für eine putative Seπnprotease (Homolog zu SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4 1 3 1 , Homolog zu SEQ ID NO 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotein (Homolog zu SEQ ID NO 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl- CoA-Hydratase (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gen für eine putative 2-Hydroxy-3-Oxopropιonate-Reductase (EC 1 1 1 60, Homolog zu SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), a∞B, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 11)In a preferred embodiment, it is a nucleic acid-binding chip according to the invention, wherein at least one, more preferably two or three, of the probes are selected from the following 67 genes: ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licH, IOIE, putative gene for a putative ABC transporter ATP binding protein (homolog to SEQ ID NO 125), rsiX, gene for a hypothetical protein (homolog to SEQ ID NO 123), mmgE, gene for a putative pectin methylesterase (homolog to SEQ ID NO 63), gene for a putative formate dehydrogenase-alpha chain (EC 1 2 1 2, homologue to SEQ ID NO 9), IOID, gene for a putative hydroxybenzoate hydroxylase (homologue to SEQ ID NO 49), yvql, glpF , Gene for a putative enoyl (3-hydroxyιsobutyryl) coenzyme A hydratase protein (EC 4 2 17, homologue to SEQ ID NO 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, gene for a putative secretion protein ( Homologue to SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, gene for a putative transketolase (E. C 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4 1 3 1, homologue to SEQ ID NO 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 17), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homolog to SEQ ID NO 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl CoA hydratase (EC 4 2 17, homologue to SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1 1 1 60, Homolog to SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homologue to SEQ ID NO 101) , Gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homolog to SEQ ID NO 107), a∞B, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homolog to SEQ ID NO 11)
Denn diese Gene zeigten bei den in den Beispielen anhand von B licheniformis DSM 13 durchgeführten, in den Beispielen 1 bis 3 dargestellten Untersuchungen Geninduktionen, die mindestens um den Faktor 12 erhöht waren Entsprechend bevorzugte Ausfuhrungsformen sind also durch die ersten 67 der in Tabelle 3 aufgeführten Gene gekennzeichnetBecause these genes showed in the examples carried out in the examples using B licheniformis DSM 13, shown in Examples 1 to 3 gene inductions, which were increased by at least a factor of 12. Accordingly, preferred embodiments are the first 67 of the genes listed in Table 3 marked
Weiterhin bevorzugt sind solche erfindungsgemaßen Nukleinsäure-bindenden Chips, wobei mindestens eine, zunehmend bevorzugt zwei oder drei der Sonden aus den folgenden 34 Genen ausgewählt ist/sind tdh, mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4 1 3 1 , Homolog zu SEQ ID NO 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotein (Homolog zu SEQ ID NO 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl- CoA-Hydratase (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gen für eine putative 2-Hydroxy-3-Oxopropιonate-Reductase (EC 1 1 1 60, Homolog zu SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 11)Further preferred are such inventive nucleic acid-binding chips, wherein at least one, more preferably two or three of the probes from the following 34 genes is / are tdh, mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4 1 3 1, homolog to SEQ ID NO 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 17), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homolog to SEQ ID NO 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl CoA gene Hydratase (EC 4 2 1 17, homologue to SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-Oxopropιonate-reductase (EC 1 1 1 60, homolog to SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homologue to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homolog to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homolog to SEQ ID NO 11)
Denn diese Gene zeigten bei den in den Beispielen anhand von ß licheniformis DSM 13 durchgeführten, in den Beispielen 1 bis 3 dargestellten Untersuchungen Geninduktionen, die mindestens um den Faktor 30 erhöht warenFor these genes showed in the examples carried out in the examples using ßlicheniformis DSM 13, shown in Examples 1 to 3 studies gene inductions that were increased by at least a factor of 30
Weiterhin bevorzugt sind solche erfindungsgemaßen Nukleinsäure-bindenden Chips, wobei mindestens eine, zunehmend bevorzugt zwei oder drei der Sonden aus den folgenden 10 Genen ausgewählt ist/sind kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 11 ) Denn diese Gene zeigten bei den in den Beispielen anhand von S licheniformis DSM 13 durchgeführten, in den Beispielen 1 bis 3 dargestellten Untersuchungen Geninduktionen, die mindestens um den Faktor 61 erhöht warenFurther preferred are such inventive nucleic acid-binding chips, wherein at least one, more preferably two or three of the probes from the following 10 genes is / are kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (Homologue to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homolog to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homolog to SEQ ID NO 11) For these genes showed gene inductions, which were increased by at least a factor of 61, in the tests carried out in the examples on the basis of S licheniformis DSM 13 and described in Examples 1 to 3
Weiterhin bevorzugt sind solche erfindungsgemaßen Nukleinsaure-bindenden Chips, wobei mindestens eine, zunehmend bevorzugt zwei oder drei der Sonden aus den folgenden 4 Genen ausgewählt ist/sind Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1, Homolog zu SEQ ID NO 11)Further preference is given to nucleic acid-binding chips according to the invention in which at least one, more preferably two or three, of the probes are selected from the following 4 genes: gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homologue to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homologue to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 11)
Denn diese zeigten bei den in den Beispielen anhand von B licheniformis DSM 13 durchgeführten, in den Beispielen 1 bis 3 dargestellten Untersuchungen Geninduktionen, die mindestens um den Faktor 90 erhöht warenFor these showed in the examples carried out in the examples using B licheniformis DSM 13, shown in Examples 1 to 3 investigations gene inductions that were increased by at least a factor of 90
In bevorzugten Ausfuhrungsformen sind erfindungsgemäße Nukleinsaure-bindende Chips mit mindestens 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 28, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 oder 85 der für die vorliegende Erfindung kennzeichnenden, das heißt in diesem Sinne genannten Sonden dotiertIn preferred embodiments, nucleic acid-binding chips according to the invention with at least 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 28, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 or 85 of the present invention, that is doped in this sense probes doped
Denn je mehr dieser Sonden auf ein entsprechendes Signal ansprechen, desto zuverlässiger ist die hiermit verbundene Aussage über die augenblickliche Glucoseversorgung beziehungsweise - Unterversorgung So ist es auch sinnvoll, die besonders aussagekraftigen und somit bevorzugte Ausfuhrungsformen kennzeichnenden Sonden mit scheinbar weniger aussagekraftigen zu kombinieren, um falsch-positive Signale ausschließen zu können Ferner ist es vorteilhaft, entsprechend den Angaben in Tabelle 2 solche Sonden miteinander zu kombinieren, die zu unterschiedlichen der dort angegebenen Zeitpunkte unterschiedlich starke Signale ergeben So kann man zu einer Abschätzung darüber gelangen, wie lange vor Probennahme der Eintritt des Glucosemangels zurückliegt und ob er - unter Protokolherung der Kultivierungsbedingungen - möglicherweise auf einen bestimmten Umwelteinfluß zurückzuführen istFor the more of these probes respond to a corresponding signal, the more reliable is the associated statement about the instantaneous glucose supply or undersupply. Thus, it is also useful to combine the particularly informative and thus preferred embodiments of characterizing probes with apparently less meaningful ones in order to avoid false positives. It is also advantageous, according to the information in Table 2, to combine such probes which give signals of different strength at different times indicated there. Thus, it is possible to arrive at an estimate as to how long before the sampling of the glucose deficiency and whether it may be due to a particular environmental impact, under protocol of cultivation conditions
Hinsichtlich ihrer konkreten Sequenzen verschiedene Sonden, die aber auf dieselbe mRNA ansprechen, beispielsweise Fragmente, die mit unterschiedlichen Bereichen derselben mRNA hybridisieren (siehe unten), werden im Sinne dieses Erfindungsaspekts nur einmal gezählt, weil sie im besten Fall gleichstark auf dasselbe Signal ansprechen und prinzipiell gegeneinander austauschbar waren In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfindungsgemaßer Nukleinsaure-bindender Chips liegt die Gesamtzahl aller unterschiedlichen Sonden zunehmend bevorzugt nicht über 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15 oder 10With regard to their specific sequences, different probes which, however, respond to the same mRNA, for example fragments which hybridize with different regions of the same mRNA (see below), are counted only once within the meaning of this aspect of the invention, because they are equally responsive to the same signal in the best case and in principle were interchangeable In preferred embodiments of inventive nucleic acid-binding chips, the total number of all different probes is increasingly preferably not more than 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15 or 10
Dies entspricht dem oben ausgeführten Erfindungsgedanken, wonach mit den hier beschriebenen Chips ein spezieller Stoffwechselaspekt monitoπert werden soll, so daß eine größere Zahl von Sonden als zum Erfassen dieser Situation notwendig nicht auf den betreffenden Chips aufgebracht zu werden braucht Davon bleibt die Situation unberührt, daß es in Einzelfallen sinnvoll sein kann, mehr als eine Sonde zur Detektion derselben mRNA einzusetzen und/oder einzelne Sonden aufzubringen, die mit der Herstellung eines interessierenden Wertstoffs in Verbindung stehen Insgesamt bewegt sich die vorliegende Erfindung in dem genannten Rahmen, um Chips mit technisch bedingt nur wenigen Bmdungsstellen in den Schutzbereich einschließen zu könnenThis corresponds to the inventive idea outlined above, according to which a specific metabolic aspect is to be monitoπert with the chips described here, so that a larger number of probes than to detect this situation need not necessarily be applied to the respective chips of the situation remains unaffected that in individual cases, it may be useful to use more than one probe for the detection of the same mRNA and / or apply individual probes that are associated with the production of a valuable material of interest. Overall, the present invention moves in the said frame to chips for technical reasons only a few Be included in the scope of protection Bmdungsstellen
In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfindungsgemaßer Nukleinsaure-bindender Chips handelt es sich bei den als erfindungsrelevant genannten Sonden um solche, die auf die betreffenden, beziehungsweise hochsthomologen, in vivo transkribierbaren Gene aus dem für den Bioprozeß gewählten Organismus ansprechen, vorzugsweise solche, die von den betreffenden, beziehungsweise hochsthomologen, in vivo transkribierbaren Genen eben dieses Organismus abgeleitet sindIn preferred embodiments of nucleic acid-binding chips according to the invention, the probes referred to as being relevant to the invention are those which respond to the relevant or most highly homologous, in vivo transcribable genes from the organism selected for the bioprocess, preferably those derived from the respective ones highly homologous, in vivo transcribable genes are derived just this organism
Hierzu ist bereits oben ausgeführt worden, daß die in der vorliegenden Anmeldung offenbarten Sequenzen aus B licheniformis erhalten worden sind und sich aufgrund der allgemein bekannten Verwandtschaftsverhaltnisse insbesondere zum Überwachen von verwandten Spezies, insbesondere solchen der Gattung Bacillus eignen sollten Dies gilt sowohl für die identifizierten Gene, denen aufgrund von Datenbankvergleichen konkrete Funktionen zugewiesen werden konnten und die in anderen Spezies prinzipiell für dieselbe Funktion codieren sollten, als auch für diejenigen, die nur über ihre Sequenzen definiert worden sind Hierzu werden erfindungsgemaß die im betrachteten Organismus nächstverwandten Gene zur Ableitung entsprechender Sonden verwendet Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß keine Sonden zu Pseudogenen erzeugt werden, sondern zu solchen, die tatsächlich unter /n-wvo-Bedιngungen in mRNA umgeschrieben werden, das heißt die zu einem im Cytoplasma meßbaren Nuklemsaure-Signal fuhrenFor this purpose, it has already been stated above that the sequences of B licheniformis disclosed in the present application were obtained and, owing to the generally known relationships, in particular should be suitable for monitoring related species, in particular those of the genus Bacillus. This applies both to the identified genes, to which specific functions could be assigned on the basis of database comparisons and which in principle should code for the same function in other species, as well as for those which have been defined only via their sequences. According to the invention, the genes closely related in the organism under consideration are used for deriving corresponding probes However, to ensure that no probes are generated to pseudogenes, but to those that are actually rewritten under / n-wvo conditions in mRNA, that is, which lead to a measurable in the cytoplasm Nuklemsaure signal
Statistisch gesehen sollte solch ein Chip jedoch umso erfolgreicher einsetzbar sein, je besser die gewählten Sonden mit den zu messenden Nukleinsäuren interagieren Somit steigt vor allem bei abnehmendem Verwandtschaftsgrad zu B licheniformis die Notwendigkeit, sich bei dieser Hybndi- sierung nicht auf die angegebenen Sequenzen zu verlassen sondern - sofern Sequenzunterschiede bestehen - die für die homologen Gene aus den betreffenden Spezies einzusetzen Wie erläutert können diese über an sich bekannte Verfahren, insbesondere Genbank-Screening oder PCR mit Primern, die an den hier offenbarten Sequenzen orientiert sind (ggf in Form sogenannter Mismatch-Pπmer mit gewissen, statistischen Sequenzvariationen), erhalten werdenStatistically, however, such a chip should be all the more successful, the better the selected probes interact with the nucleic acids to be measured. Thus, especially with decreasing degree of relatedness to B licheniformis, the necessity to rely on the sequences given in this hybridization does not increase - if there are sequence differences - to use for the homologous genes from the species in question As explained, these can be known per se methods, in particular Genbank screening or PCR with primers oriented on the sequences disclosed herein (optionally in the form of so-called mismatch polymers with certain statistical sequence variations)
In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfindungsgemaßer Nukleinsaure-bindender Chips handelt es sich bei dem für den Bioprozeß ausgewählten Organismus um einen Vertreter einzelliger Eukaryonten, grampositiver oder gramnegativer BakterienIn preferred embodiments of nucleic acid-binding chips according to the invention, the organism selected for the bioprocess is a representative of unicellular eukaryotes, Gram-positive or Gram-negative bacteria
Denn in diese Gruppen fallen die kommerziell am stärksten eingesetzen Organismen, insbesondere wenn es sich bei dem zu beobachteten Bioprozeß um eine Fermentation handelt Hierzu zahlen beispielsweise Garprozesse, etwa zur Herstellung von Wein oder Bier, oder die biotech- nologische Herstellung von Wertstoffen wie Proteinen oder niedermolekularen VerbindungenThis is because the most commercially used organisms fall into these groups, in particular if the bioprocess to be observed is a fermentation. For example, cooking processes, for example for the production of wine or beer, or the biotechnological production of valuable substances such as proteins or low-molecular ones links
Abhangig von der Art des gewünschten Produkts werden für ein biotechnologisches Verfahren verschiedene Organismen gewählt Hierunter sind im Sinne der Erfindung nicht allein die Produktionsstamme zu verstehen sondern auch alle dem Produktionsprozeß vorgeschalteten Organismen, beispielsweise zur Klomerung entsprechender Gene oder zur Auswahl geeigneter Expressionsvektoren Der Bedarf, eine Glucoselimitation zu erfassen, besteht dabei pπnzipell während jedes TeilprozessesDepending on the nature of the desired product, various organisms are selected for a biotechnological process. For the purposes of the invention, these are to be understood as meaning not only the production strains but also all organisms preceding the production process, for example for the gene expression or the selection of suitable expression vectors. The need for a glucose limitation In this case, there is a partial existence during each subprocess
In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfindungsgemaßer Nukleinsäure-bmdender Chips handelt es sich bei den einzelligen Eukaryonten um Protozoen oder um Pilze, hierunter insbesondere Hefe, ganz besonders Sacftarornyces oder SchizosaccharomycesIn preferred embodiments of nucleic acid chips according to the invention, the unicellular eukaryotes are protozoa or fungi, in particular yeast, more particularly sucrose or schizosaccharomyces
Denn diese werden neben der Herstellung alkoholischer Getränke und weiterer durch Garung erhaltener Lebensmittel intensiv als Wirtszellen insbesondere für die Genprodukte von Eukaryonten eingesetzt Letzteres ist dann besonders vorteilhaft, wenn diese Genprodukte spezielle, nur durch diese Stamme durchfuhrbare Modifikationen erfahren sollen, wie beispielsweise Glykosyherungen von ProteinenBecause these are in addition to the production of alcoholic beverages and other foods obtained by cooking intensively used as host cells in particular for the gene products of eukaryotes. The latter is particularly advantageous if these gene products are to undergo special durchfuhrbare only by these strains modifications, such as Glykosyherungen of proteins
Unter diesen Gegenstand fallen auch erfindungsgemaße Chips, die auf die Überwachung des Verlaufs, insbesondere des Wachstums von Zellkulturen höherer Eukaryonten, etwa von Nagetieren oder von Menschen ausgerichtet sind Sie können in gewisser Hinsicht ebenfalls als, zumindest weitgehend einzellige Eukaryonten verstanden werden, die insbesondere in der Immunologie eine erhebliche kommerzielle Bedeutung besitzen, beispielsweise für die Herstellung monoklonaler AntikörperThis object also includes chips according to the invention, which are directed to the monitoring of the course, in particular the growth of cell cultures of higher eukaryotes, such as rodents or humans They can be understood in some respects as at least largely single-celled eukaryotes, in particular in the Immunology have significant commercial importance, for example for the production of monoclonal antibodies
In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfindungsgemaßer Nukleinsaure-bindender Chips handelt es sich bei den grampositiven Bakterien um Coryneforme Bakterien oder solche der Gattungen Staphylococcus, Corynebakterien oder Bacillus, insbesondere der Spezies Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. agaradherens, B. stearothermophilus, B. globigii oder S. lentus, und ganz besonders um S. licheniformis.In preferred embodiments of inventive nucleic acid-binding chips, the Gram-positive bacteria are Coryneform bacteria or those of the genera Staphylococcus, Corynebacteria or Bacillus, in particular of the species Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. agaradherens, B. stearothermophilus, B. globigii or S. lentus, and more particularly S. licheniformis.
Denn dies sind technisch besonders wichtige Produktionsstämme. Sie werden insbesondere zur Produktion niedermolekularer chemischer Verbindungen, etwa von Vitaminen oder von Antibiotika oder zur Produktion von Proteinen, insbesondere Enzymen eingesetzt. Hierbei sind besonders Amylasen, Cellulasen, Lipasen, Oxidoreduktasen und Proteasen besonders hervorzuheben. Die besondere Ausrichtung auf ß. licheniformis erklärt sich daraus, daß die im Sequenzprotokoll angegebenen Sequenzen aus dieser Spezies erhalten worden sind und wie in den Beispielen 2 und 3 beschrieben nachweislich mit dem Übergang in einen Glucosemangel in Verbindung gebracht werden konnten.Because these are technically particularly important production strains. They are used in particular for the production of low molecular weight chemical compounds, such as vitamins or antibiotics or for the production of proteins, in particular enzymes. Particularly noteworthy here are amylases, cellulases, lipases, oxidoreductases and proteases. The special orientation on ß. licheniformis is explained by the fact that the sequences given in the sequence listing were obtained from this species and could be demonstrably linked to the transition into a glucose deficiency as described in Examples 2 and 3.
In nicht minder bevorzugten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Nukleinsäure-bindender Chips handelt es sich bei den gramnegativen Bakterien um solche der Gattungen E coli oder Klebsiella, insbesondere um Derivate von Escherichia coli K12, von Escherichia coli B oder Klebsiella planticola, und ganz besonders um Derivate der Stämme Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5α, E.coli JM109, E. coli XL-1 oder Klebsiella planticola (Rf).In no less preferred embodiments of nucleic acid-binding chips according to the invention, the Gram-negative bacteria are those of the genera E. coli or Klebsiella, in particular derivatives of Escherichia coli K12, Escherichia coli B or Klebsiella planticola, and more particularly derivatives of the strains Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5α, E. coli JM109, E. coli XL-1 or Klebsiella planticola (Rf).
Denn diese dienen sowohl im Labormaßstab beispielsweise der Klonierung und Expressionsanalyse als auch im großtechnischen Maßstab der Herstellung biologischer Wertstoffe.Because these serve both on a laboratory scale, for example, the cloning and expression analysis as well as on a large scale of the production of biological valuable materials.
In bevorzugten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Nukleinsäure-bindender Chips ist/sind mindestens eine, zunehmend bevorzugt mehrere der im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Erfindung genannten Sonden von den Sequenzen abgeleitet, die im Sequenzprotokoll unter den Nummern SEQ ID NO. 1 , 3, 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43, 45, 47, 49, 51 , 53, 55, 57, 59, 61 , 63, 65, 67, 69, 71 , 73, 75, 77, 79, 81 , 83, 85, 87, 89, 91 , 93, 95, 97, 99, 101 , 103, 105, 107, 109, 111 , 113, 115, 1 17, 119, 121 , 123, 125, 127, 129, 131 , 133, 135, 137, 139, 141 , 143, 145, 147, 149, 151 , 153, 155, 157, 159, 161 , 163, 165, 167 und 169 aufgeführt sind.In preferred embodiments of nucleic acid-binding chips according to the invention, at least one, more preferably more, of the probes mentioned in connection with the invention described herein are derived from the sequences which are listed in the sequence listing under the numbers SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149 , 151, 153, 155, 157, 159, 161, 163, 165, 167 and 169.
Denn diese Gene konnten, wie in den Beispielen 2 und 3 beschrieben, bei S. licheniformis nachweislich mit dem Übergang in einen Glucosemangel in Verbindung gebracht werden. Insbesondere wenn ß. licheniformis oder andere, vor allem verwandte ßac/7/us-Spezies überwacht werden sollen, sollte deshalb auf diese Sequenzen zurückgegriffen werden. In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfindungsgemaßer Nukleinsaure-bindender Chips handelt es sich um solche, die zusätzlich mit mindestens einer Sonde für ein zusatzliches Gen dotiert sind, insbesonderen einem solchen, das in einem Stoffwechsel-bedingten Zusammenhang zu dem oder den prozeßbedingt zusatzlich expπmierten Gen(en) steht, ganz besonders für eines von diesen oder dieses selbstBecause these genes could, as described in Examples 2 and 3, in S. licheniformis be shown to be associated with the transition to a lack of glucose. In particular, if ß. licheniformis or other, especially related ßac / 7 / us species should be monitored, therefore these sequences should be used. Preferred embodiments of nucleic acid-binding chips according to the invention are those which are additionally doped with at least one probe for an additional gene, in particular one which is in a metabolic-related relationship to the process-related, additionally expressed gene (s) , especially for one of them or this one
Wie oben ausgeführt dienen die beobachteten Prozesse einem technischen Interesse, das oft mit weiteren spezifischen Genen verbunden ist Hierbei handelt es sich beispielsweise in dem Fall, daß ein Protein hergestellt werden soll, um das Gen für dieses Protein und in dem Fall, daß eine niedermolekulare Verbindung hergestellt werden soll, um ein oder mehrere Genprodukte, die auf dem Syntheseweg der betreffenden Verbindung liegen oder diesen regulieren Es können auch andere zelleigene Gene betroffen sein, etwa Stoffwechselgene, die im Zuge der Produktherstellung verstärkt gebildet werden müssen, beispielsweise eine zelleigene Oxidoreduktase, wenn das Produkt aus einem Edukt oder einem Zwischenprodukt über Oxidation oder Reduktion erhalten werden sollAs noted above, the processes under observation serve a technical interest, often associated with other specific genes. For example, in the case where a protein is to be produced, the gene for that protein and, in the case of a low molecular weight compound It is also possible to affect other cell-specific genes, such as metabolic genes, which must be increasingly formed during the production of the product, for example a cell-derived oxidoreductase, if this is to be produced Product should be obtained from a reactant or an intermediate via oxidation or reduction
Zudem werden für bestimmte biologische Prozesse, insbesondere die Bildung gewerblich relevanter Verbindungen durch Mikroorganismen in der Regel nicht die Wildtyp-Stämme eingesetzt, sondern solche, die auf den betreffenden Prozeß ausgerichtet sind Hierzu gehört neben der Transformation mit den für die eigentliche Produktherstellung verantwortlichen Genen das Versehen mit Selektionsmarkern oder weitere Anpassungen des Stoffwechsels, bis hin zu Auxotrophien Derartige Stamme besitzen ein besonderes Anforderungsprofil an die Wachstumsbedingungen und besitzen z T Stoffwechselgene, die gegenüber den Wildtypgenen mutiert sind Da erfindungsgemaße Chips vorteilhafterweise auf eben diese Stamme, ganz besonders den betrachteten Bioprozeß ausgerichtet sein sollen, sollten diese Stamm-spezifischen Eigenheiten berücksichtigt werden und können sich in der Wahl der betreffenden Sonden widerspiegelnIn addition, for certain biological processes, in particular the formation of commercially relevant compounds by microorganisms usually not the wild-type strains are used, but those that are geared to the process in question This includes the transformation with the responsible for the actual product manufacturing genes oversight with selection markers or further adaptations of the metabolism, up to auxotrophies Such strains have a special requirement profile on the growth conditions and have z metabolic genes which are mutated compared to the wild-type genes Since chips according to the invention should advantageously be aimed at precisely these strains, especially the bioprocess considered , these strain-specific peculiarities should be taken into account and may be reflected in the choice of probes concerned
In bevorzugten Ausfuhrungsformen derartiger erfindungsgemaßer Nukleinsaure-bindender Chips handelt es sich bei dem prozeßbedingt zusätzlich expπmierten Gen um das für ein gewerblich einsetzbares Protein, insbesondere um eine Amylase, Cellulase, Lipase, Oxidoreduktase, eine Hemicellulase oder Protease, oder um eines, das auf einem Syntheseweg für eine niedermolekulare chemische Verbindung liegt oder diesen wenigstens zum Teil reguliertIn preferred embodiments of such nucleic acid-binding chips according to the invention, the process-related additionally expressed gene is that for a commercially useful protein, in particular an amylase, cellulase, lipase, oxidoreductase, hemicellulase or protease, or one which is synthesized for a low molecular weight chemical compound or at least partially regulated
Diese sind dann besonders auf diejenigen Bioprozesse, vor allem Fermentationen ausgerichtet, in denen die genannten Proteine hergestellt werden Bei diesen handelt es sich um kommerziell besonders wichtige Enzyme, die beispielsweise in der Lebensmittelindustrie oder der Waschmittel- industne Verwendung finden Im zuletztgenannten Fall insbesondere zur Entfernung von Anschmutzungen, die von Amylasen, Cellulasen, Lipasen, Hemicellulasen und/oder Proteasen hydro- lysierbar sind, zur Behandlung der betreffenden Materialien, insbesondere durch Cellulasen beziehungsweise zur Bereitstellung eines auf einer Oxidoreduktase beruhenden enzymatischen BleichsystemsThese are then particularly geared to those bioprocesses, especially fermentations, in which the said proteins are produced. These are commercially particularly important enzymes which are used, for example, in the food industry or the detergent industry. In the latter case, in particular for the removal of Soil contaminated with amylases, cellulases, lipases, hemicellulases and / or proteases. lysierbar, for the treatment of the materials in question, in particular by cellulases or to provide an oxidoreductase-based enzymatic bleaching system
Die zuletzt genannte Variante fallt in den Bereich der Biotransformation, wonach bestimmte, ggf zusätzlich eingeführte Stoffwechselaktivitaten von Mikroorganismen zur Synthese chemischer Verbindungen ausgenutzt werdenThe latter variant falls within the field of biotransformation, according to which certain, if necessary additionally introduced metabolic activities of microorganisms are exploited for the synthesis of chemical compounds
In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfindungsgemaßer Nukleinsaure-bmdender Chips wird/werden eine, bevorzugt mehrere der im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Erfindung genannten Sonden einzelstrangig, in Form des codogenen Strangs bereitgestelltIn preferred embodiments of nucleic acid chips according to the invention, one, preferably several, of the probes mentioned in connection with the invention described herein are / are provided in single stranded form in the form of the codogenic strand
Diese Ausfuhrungsform verfolgt das Ziel, die Hybridisierung zwischen der Sonde und der zu detektierenden Probe zu verbessern Dies gilt insbesondere für den Fall, daß aus der Probe tatsachlich der Gehalt an der relevanten mRNA bestimmt wird Da diese einzelstrangig ist und in ihrer Sequenz mit dem codierenden Strang der DNA übereinstimmt, sollte eine optimale Hybridisierung mit dem komplementären, das heißt dem codogenen Strang erfolgenThis embodiment has the aim of improving the hybridization between the probe and the sample to be detected. This is especially true in the case where the content of the relevant mRNA is actually determined from the sample because it is single-stranded and in its sequence with the coding strand the DNA matches, should an optimal hybridization with the complementary, that is the codogenic strand done
In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfindungsgemaßer Nukleinsaure-bmdender Chips wird/werden eine, bevorzugt mehrere der als erfmdungsrelevant genannten Sonden in Form einer DNA oder eines Nukleinsaureanalogs, vorzugsweise eines Nukleinsaureanalogs zur Verfugung gestelltIn preferred embodiments of nucleic acids according to the invention of the chips, one, preferably several, of the probes which are relevant for the determination of the invention in the form of a DNA or of a nucleic acid analog, preferably of a nucleic acid analog, is / are made available
Diese Ausfuhrungsform verfolgt das Ziel, die Haltbarkeit und mehrmalige Verwendbarkeit der erfindungsgemaßen Chips zu verbessern Dieses Bedürfnis ergibt sich insbesondere wahrend eines einzelnen beobachteten Prozesses, in dessen Verlauf eine standige Überwachung erstrebenswert ist Die Haltbarkeit erfindungsgemaßer Chips, insbesondere gegenüber Nukleinsaure-hydrolysierenden Enzymen wird bereits durch die Bereitstellung der Sonden in Form einer DNA erhöht, da diese an sich weniger hydrolyseempfindhch als etwa eine RNA ist Noch haltbarer sind Nuklemsaureanaloga, in denen beispielsweise das Phosphat des Zucker- Phosphatsruckgrats gegen einen chemisch anderen Baustein ersetzt ist, welcher beispielsweise durch natürliche Nukleasen nicht hydrolysierbar ist Derartige Verbindungen sind prinzipiell im Stand der Technik bekannt und werden für gewünschte, jeweils anzugebende Sequenzen von hierauf spezialisierten Firmen auf Wunsch kommerziell synthetisiert Die betreffenden Sonden sind etwa nach dem Vorbild der im Sequenzprotokoll angegebenen Seqzenzen zu synthetisierenThis requirement is aimed at improving the durability and multiple usability of the chips according to the invention. This need arises in particular during a single observed process, in the course of which continuous monitoring is desirable. The durability of chips according to the invention, in particular with respect to nucleic acid-hydrolyzing enzymes, is already demonstrated by the Providing the probes in the form of a DNA increased, since this is less susceptible to hydrolysis than about an RNA even more durable are Nuklemsaureanaloga, in which, for example, the phosphate of Zucker-phosphate backbone is replaced by a chemically different building block, which is not hydrolyzed by natural nucleases Such compounds are known in principle in the art and are commercially synthesized for desired, respectively to be given sequences of companies specialized in this on request The relevant probes are about to synthesize following the model of the sequences given in the Sequence Listing
In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfindungsgemaßer Nukleinsaure-bindender Chips umfaßt/umfassen eine, bevorzugt mehrere der als erfmdungsrelevant genannten Sonden Genbereiche, die von dem zu untersuchenden Organismus in mRNA umgeschrieben werden, insbesondere die Genbereiche, die nahe dem 5'-Ende der mRNA liegenIn preferred embodiments of nucleic acid-binding chips according to the invention, one or more preferably comprise a plurality of the probes which are relevant for the invention Gene regions which are transcribed into mRNA by the organism to be examined, in particular the gene regions which are close to the 5 'end of the mRNA
Hiermit wird dem Aspekt Rechnung getragen, daß vielfach auch die regulatorischen DNA- Abschnitte einem speziellen Gen zugeordnet werden In der Tat soll der erfindungsgemaße Chip jedoch dem Nachweis der in den beobachteten Zellen tatsächlich vorhandenen mRNA eingesetzt werden, so daß für den hier betrachteten Zweck erst der Genabschnitt von Bedeutung ist, der tatsachlich in mRNA übersetzt wird Zum anderen ist zu berücksichtigen, daß insbesondere bei Eukaryonten Introns auftreten, das heißt der codierende Bereich von Abschnitten unterbrochen ist, die nicht in mRNA übersetzt werden Sonden, die Introns enthalten, durften deshalb nicht oder nur schlecht auf die betreffenden mRNA ansprechen Zur Realisierung dieses Aspekts ist es ratsam, nicht auf genomische DNA-Sequenzen sondern auf cDNA-Seqenzen zurückzugreifen, das heißt auf solche, die anhand der tatsächlichen mRNA erhalten worden sindHereby, the aspect is taken into account that in many cases the regulatory DNA segments are also assigned to a specific gene. In fact, however, the chip according to the invention should be used to detect the mRNA actually present in the observed cells, so that for the purpose considered here the first On the other hand, it should be noted that in particular eukaryotes introns occur, that is, the coding region is interrupted by sections that are not translated into mRNA Probes containing introns, therefore, were not allowed or In order to realize this aspect, it is advisable not to resort to genomic DNA sequences but to cDNA sequences, that is, those obtained from the actual mRNA
Des weiteren ist zum Nachweis einer mRNA oft keine Hybridisierung über die ganze Seqzuenz- lange erforderlich Die spezifischen Sonden brauchen deshalb ι d R nur einen kleineren des in mRNA umgeschriebenen Gens zu umfassen Vorteilhaft ist hierfür eine Auswahl eines Bereichs, der nahe dem 5'-Ende der mRNA liegt, da dieser zuerst in mRNA transkribiert wird und somit nach Aktivierung des Gens als erstes nachweisbar ist Dies kommt einem zeitnahen Nachweis entgegenFurthermore, for the detection of an mRNA often no hybridization over the entire Seqzuenz- long required The specific probes ι d R need only to include a smaller of the transcribed into mRNA gene Advantageous for this is a selection of an area near the 5 'end the mRNA is located, as it is first transcribed into mRNA and thus is the first to be detected after activation of the gene. This precludes timely detection
In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfindungsgemaßer Nukleinsaure-bindender Chips spricht/sprechen eine, bevorzugt mehrere der als erfindungsrelevant genannten Sonden auf Fragmente der betreffenden Nukleinsäuren an, insbesondere auf solche, die in der betreffenden mRNA, bezogen auf die jeweilige Gesamt-mRNA ein geringes Maß an Sekundarfaltung aufweisenIn preferred embodiments of nucleic acid-binding chips according to the invention, one or more of the probes called relevant to the invention are / are responsive to fragments of the relevant nucleic acids, in particular to those which have a low degree of secondary folding in the relevant mRNA, based on the respective total mRNA
Dies ist ein weiterer Aspekt, um die Hybridisierung zwischen den Sonden und den zu detektierenden mRNA zu optimieren Denn mRNA-Molekule hegen oft in einer Sekundarstruktur vor, die auf Hybridisierung einzelner mRNA-Bereiche mit eigenen, anderen Bereichen beruht So kommt es beispielsweise zu Loop- oder Stem-Ioop-Strukturen Solche Bereiche hybridisieren in der Regel jedoch weniger leicht mit anderen Nuklemsauremolekulen, auch wenn diese homolog sind Derartige Bereiche können recht genau von hierauf ausgerichteten Computerprogrammen (siehe unten) errechnet werden Zur Realisierung dieses Aspekts sollte man also das Gen, dessen Aktivität man für einem interessierenden Organismus bestimmen mochte, von solch einem Programm analysieren lassen und zur Gewinnung einer geeigneten - in der Regel nur einen Teilbereich umfassenden (siehe unten) - Sonde auf Abschnitte zurückgreifen, für die ein nur geringes Maß an mRNA-Sekundärstrukturen vorhergesagt wird In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfmdungsgemaßer Nukleinsaure-bindender Chips weist/weisen eine, bevorzugt mehrere der als erfindungsrelevant genannten Sonden eine Lange von zunehmend bevorzugt weniger als 200, 150, 125 oder 100 Nukleotiden, vorzugsweise von 20 bis 60 Nukleotiden, besonders bevorzugt von 45 bis 55 Nukleotiden aufThis is another aspect to optimize the hybridization between the probes and the mRNA to be detected because mRNA molecules often have a secondary structure, which is based on hybridization of individual mRNA regions with their own other regions. or Stem Ioop Structures Such regions, however, tend to hybridize less readily to other nucleanic acid molecules, even if homologous. Such regions can be calculated quite accurately from computer programs directed thereto (see below). Thus, to realize this aspect, one should consider the gene whose Activity for an organism of interest, have it analyzed by such a program, and resort to sections for which a low level of mRNA secondary structures is predicted, to obtain a suitable - usually only a subset (see below) probe In preferred embodiments of nucleic acid-binding chips according to the invention, one, preferably several, of the probes called relevant to the invention have a length of increasingly preferably less than 200, 150, 125 or 100 nucleotides, preferably from 20 to 60 nucleotides, particularly preferably from 45 to 55 nucleotides on
Denn die für die Nachweisreaktion eingesetzten Sonden brauchen nur Teile der zu detektierenden mRNA zu umfassen, sofern das über sie erhältliche Signal noch spezifisch genug ist Diese Spezifität, die Unterscheidbarkeit verschiedener mRNA setzt die untere Grenze für die Lange der betreffenden Sonden und muß ggf in Vorversuchen experimentell ermittelt werdenBecause the probes used for the detection reaction need to include only parts of the mRNA to be detected, if the signal available on them is still specific enough This specificity, the distinctness of different mRNA sets the lower limit for the length of the respective probes and must experimentally if necessary in preliminary experiments be determined
Die Identifizierung von geeigneten Sonden ist dem Fachmann an sich bekannt und wird normalerweise unter Zuhilfenahme spezialisierter Software durchgeführt Beispiele für solche Software sind die Programme Array Designer der Fa Premier Biosoft International, USA, und Vector NTI® Suite, V 7, erhältlich von der Firma InforMax, Ine , Bethesda, USA Neben den schon erwähnten Sekundarstrukturen berücksichtigen diese Softwareprogramme beispielsweise auch vorgegebene Sondenlangen sowie SchmelztemperaturenThe identification of suitable probes is known to those skilled in the art and is usually with the help of specialized software performed Examples of such software are the array program designer of the FA Premier Biosoft International, USA, and Vector NTI ® Suite, V 7, available from InforMax , Ine, Bethesda, USA In addition to the secondary structures already mentioned, these software programs also take into account specified probe lengths and melting temperatures, for example
In bevorzugten Ausfuhrungsformen erfmdungsgemaßer Nukleinsaure-bindender Chips wird durch die Bindung der mRNA an die betreffende als erfindungsrelevant genannte Sonde ein elektrisches Signal ausgelostIn preferred embodiments of nucleic acid-binding chips according to the invention, an electrical signal is triggered by the binding of the mRNA to the relevant probe called relevant to the invention
In dem bereits erwähnten Artikel J Wang (Acc Chem Res , ISSN 0001-4842, Rec Sept 12, 2001 , S A-F) werden die Vorteile eines elektrisch auswertbaren Systems gegenüber einem optischen System diskutiert Ferner wird auf verschiedene im Stand der Technik entwickelte Ausfuhrungsformen solcher Sensoren verwiesenIn the already mentioned article J Wang (Acc Chem Res, ISSN 0001-4842, Rec Sept 12, 2001, S AF) the advantages of an electrically evaluable system over an optical system are discussed. Further, various embodiments of such sensors developed in the prior art are discussed directed
So betragt zum gegenwartigen Zeitpunkt die Zeitspanne von der Probennahme bis zum Messen des Signals für optisch auswertbare Chips ungefähr 24 h Mithilfe eines elektrischen Systems liegt der Zeitbedarf momentan bei weniger als 2 h (vgl Figur 1) Demgegenüber liegt die Zahl der gleichzeitig analysierbaren Proben bei elektrisch auswertbaren Chips derzeit im zweistelligen Bereich, wobei jedoch eine rasche Entwicklung dafür spricht, daß diese Größenordnung in Kurze überschritten werden kann Limitierend hierfür sind die elektronischen Auswerte-Einheiten für die verschiedenen SignaleThus, at the present time, the time span from sampling to measuring the signal for optically analyzable chips is approximately 24 hours. Using an electrical system, the time required is currently less than 2 hours (see FIG. 1). In contrast, the number of simultaneously analyzable samples is electrical evaluable chips currently in the double-digit range, but a rapid development suggests that this magnitude can be exceeded in Briefly limiting the electronic evaluation units for the various signals
Eine im Stand der Technik etablierte Methode zur mRNA-Quantifizierung stellt beispielsweise die RT-PCT dar Diese wird in dem Artikel „Quantification of Bactenal mRNA by One-Step RT-PCR Using the LightCycler System" (2003) von S Tobisch, T Koburger, B Jürgen, S Leja, M Hecker und T Schweder in BIOCHEMICA, Band 3, Seiten 5 bis 8 beschrieben Demgegenüber besitzt die Detektion über Elektro-Chips einen weiteren Vorteil, nämlich die höhere Zuverlässigkeit der Daten, da diese gegenüber der RT-PCR deutlich geringere Schwankungsbreiten aufweisenA method for mRNA quantification established in the prior art represents, for example, the RT-PCT. This is described in the article "Quantification of Bactenal mRNA by One-Step RT-PCR Using the LightCycler System" (2003) by S Tobisch, T Koburger, B Juergen, S Leja, M Hecker and T Schweder in BIOCHEMICA, Volume 3, pages 5 to 8 described in contrast possesses the Detection via electric chips another advantage, namely the higher reliability of the data, as they have compared to the RT-PCR significantly lower fluctuation ranges
Die Herstellung entsprechender elektronisch auswertbarer Chips wird beispielsweise in den Patentanmeldungen WO 00/62048 A2, WO 00/67026 A1 und WO 02/41992 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt vollständig in die vorliegende Anmeldung einbezogen wirdThe production of corresponding electronically evaluable chips is described, for example, in the patent applications WO 00/62048 A2, WO 00/67026 A1 and WO 02/41992, the disclosure content of which is fully incorporated into the present application
Die Funktionsweise elektrisch auslesbarer Chips einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform kann wie folgt beschrieben werden Die genspezifischen Sonden sind auf an sich bekannte Weise kovalent an magnetische Trager (Beads) gebunden, die sich in hierfür vorgesehenen Kammern der Chips befinden Die spezifische Hybridisierung der entsprechenden mRNA an die jeweiligen Beads erfolgt in dieser Hybπdisierungskammer, die temperierbar ist und von den betreffenden Losungen durchspult werden kann Die Beads werden in dieser Kammer durch einen Magneten festgehalten Nach der Hybridisierung der RNA-Proben an die Beads-gebundenen DNA-Sonden erfolgt ein Waschschritt zur Beseitigung der nicht-gebundenen RNA, so daß in der Inkubationskammer nur noch spezifische Hybride vorhanden sind, und zwar gebunden an den magetischen BeadsThe mode of operation of electrically readable chips of a particularly preferred embodiment can be described as follows: The gene-specific probes are covalently bound to magnetic carriers (beads) in known manner, which are located in chambers of the chips provided for this purpose. The specific hybridization of the corresponding mRNA to the respective mRNA The beads are held in this chamber by a magnet. After the hybridization of the RNA samples to the bead-bound DNA probes, a washing step is carried out to eliminate the non-beaded DNA probes. bound RNA, so that in the incubation only specific hybrids are still present, bound to the magnetic beads
Nach dem Waschen wird eine Detektionssonde in die Inkubationskammer eingeleitet, die über eine Biotin-Extravidin-gebundene alkalische Phosphatase markiert ist Diese Sonde bindet an eine zweite freie Region der hybridisierten mRNA Dieses Hybrid wird anschließend erneut gewaschen und mit dem Substrat der alkalischen Phosphatase Para-Aminophenolphosphat (pAPP) inkubiert Die enzymatische Reaktion in der Inkubationskammer fuhrt zur Freisetzung des redoxaktiven Produkts para-Aminophenol (pAP) Dieses wird nun über die Red/Ox-Elektrode auf dem elektrischen Chip geleitet und das Signal zu einem Potentiostaten gesendetAfter washing, a detection probe is introduced into the incubation chamber labeled with a biotin extravidin-linked alkaline phosphatase. This probe binds to a second free region of the hybridized mRNA. This hybrid is then washed again and with the alkaline phosphatase substrate para-aminophenol phosphate (pAPP) incubated The enzymatic reaction in the incubation chamber leads to the release of the redox-active product para-aminophenol (pAP) This is now passed over the Red / Ox electrode on the electrical chip and sent the signal to a potentiostat
Eine System-spezifische Software (zum Beispiel MCDDE32) liest die erhaltenen Daten, und die Ergebnisse können mit Hilfe eines weiteren Programms (zum Beispiel Origin) auf einem Computer ausgewertet und dargestellt werdenSystem-specific software (eg, MCDDE32) reads the data obtained, and the results can be evaluated and displayed on another computer using another program (for example, Origin)
Selbstverständlich ist dieser Prozeß sowohl hinsichtlich der technischen Gestaltung der Chips als auch der Auswertung variierbar So kann beispielsweise die Nachweisreaktion auch durch eine andere, wegen des elektrischen Meßprinzips vorzugsweise jedoch eine Redoxreaktion erfolgenOf course, this process can be varied both with regard to the technical design of the chips and the evaluation. For example, the detection reaction can also be carried out by another, but preferably a redox reaction because of the electrical measurement principle
Eine Leistung der vorliegenden Erfindung besteht darin, Glucosestoffwechsel-spezifische und insofern prozeßkritische Gene identifiziert und der Analyse über entsprechend gestaltete Biochips zugänglich gemacht zu haben Der Vorteil von Chips gegenüber konventionellen Nachweismethoden besteht neben dem Zeitgewinn und der höheren Genauigkeit dann, daß mit der Bereitstellung mehrerer Sonden auf einem Trager gleichzeitig in derselben Probe die Aktivitäten von mehreren verschiedenen Genen nachgewiesen werden können und bei der hier beschriebenen Anwendung auf ein spezielles Problem ein solideres und detaillierteres Bild ergeben können, beispielsweise hisichthch des Zeitpunkts, zu dem ein Glucosemangel eingetreten istOne benefit of the present invention is that it has identified and made available to analysis via appropriately designed biochips glucose-specific and thus process-critical genes. The advantage of chips over conventional detection methods is, besides time saving and higher accuracy, that with the provision of multiple probes on a carrier at the same time in the same sample the activities of several different genes can be detected and can give a more solid and detailed picture in the application described here to a particular problem, for example, at the time when glucose deficiency has occurred
Ein eigener Erfindungsgegenstand ist somit die gleichzeitige Verwendung von Nukleinsäure- oder Nukleinsaure-Analogon-Sonden für mindestens sechs der folgenden 85 Gene yxe/, dppE, Gen für ein enges Homologes zu AId [L-Alanιn-Dehydrogenase] (Homolog zu SEQ ID NO 157), fruK, ybdN, Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 39), Gen für eine putative Methylmalonat-Semialdehyd-Dehydrogenase [acyherend] (EC 1 2 1 27, Homolog zu SEQ ID NO 159), yvdE, rbsK, hxIA, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO 103), yvdH, ywfL, ispA, yvyD, Gen für eine Glucan-1 ,4-alpha- Maltohydrolase (EC 3 2 1 133, Homolog zu SEQ ID NO 151 ), licA, rocD, ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licH, IOIE, putatives Gen für ein putatives ABC-Transporter-ATP-Bιndungsproteιn (Homolog zu SEQ ID NO 125), rsiX, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO 123), mmgE, Gen für eine putative Pectin-Methylesterase (Homolog zu SEQ ID NO 63), Gen für eine putative Formiat-Dehydrogenase-alpha-Kette (EC 1 2 1 2, Homolog zu SEQ ID NO 9), IOID, Gen für eine putative Hydroxybenzoat-Hydroxylase (Homolog zu SEQ ID NO 49), yvql, glpF, Gen für ein putatives Enoyl(3-hydroxyιsobutyryl)-Coenzym-A-Hydratase-Proteιn (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, Gen für eine putative Seπnprotease (Homolog zu SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4 1 3 1 , Homolog zu SEQ ID NO 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotein (Homolog zu SEQ ID NO 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl-CoA- Hydratase (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gen für eine putative 2-Hydroxy-3-Oxopropιonate-Reductase (EC 1 1 1 60, Homolog zu SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101), Gen für eine putative Malat- Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1, Homolog zu SEQ ID NO 11), gebunden an einen Nukleinsaure-bindenden Chip, vorzugsweise an denselben, zur Bestimmung des physiologischen Zustande eines einen biologischen Prozeß durchlaufenden OrganismusA separate subject of the invention is thus the simultaneous use of nucleic acid or nucleic acid analogue probes for at least six of the following genes yxe /, dppE, gene for a tight homologue to Ald [L-alanine dehydrogenase] (homologue to SEQ ID NO 157 ), fruK, ybdN, gene for a putative transcriptional regulator (homologue to SEQ ID NO 39), gene for a putative methylmalonate semialdehyde dehydrogenase [acyherend] (EC 1 2 1 27, homologue to SEQ ID NO 159), yvdE, rbsK , hxIA, gene for a hypothetical protein (homologue to SEQ ID NO 103), yvdH, ywfL, ispA, yvyD, gene for a glucan-1,4-alpha-maltohydrolase (EC 3 2,133, homologue to SEQ ID NO 151 ), licA, rocD, ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licH, IOIE, putative gene for a putative ABC transporter ATP restriction protein (homologue to SEQ ID NO 125), rsiX, gene for a hypothetical protein (homologue to SEQ ID NO 123), mmgE, gene for a putative pectin methyl esterase (homolog to SEQ ID NO 63), gene for a putative formate-De hydrogenase-alpha chain (EC 1 2 1 2, homologue to SEQ ID NO 9), IOID, gene for a putative hydroxybenzoate hydroxylase (homologue to SEQ ID NO 49), yvql, glpF, gene for a putative enoyl (3 Hydroxyιsobutyryl) coenzyme A hydratase Proteιn (EC 4 2 1 17, homologue to SEQ ID NO 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, gene for a putative secretion protein (homologue to SEQ ID NO 35), aprE , yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, gene for putative isocitrate lyase (EC 4 1 3 1, homologue to SEQ ID NO 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 17), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homolog to SEQ ID NO 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl-CoA hydratase (EC 4 2 17, homologue to SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1 1 1 60, homolog to SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homolog to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 11) bound to a nucleic acid-binding chip, preferably to the same, for determining the physiological state of a biological process continuous organism
Wie oben erläutert, sind diese 85 Gene so ausgewählt, daß sie ein Bild über die Situation des Glucosestoffwechels des betrachteten Organismus liefern, weil sie wie in den Beispielen 1 bis 3 beschrieben bei dem Übergang des grampositiven Bakteriums B hcheniformis in den Glucosemangelzustand signifikant induziert werden Eine vergleichbare Aussage ist auch für andere Organismen zu erwarten, die über die homologen Gene beziehungsweise Proteine mit im wesentlichen denselben stoffwechelrelevanten Eigenschaften verfugenAs discussed above, these genes are selected to provide an idea of the glucose metabolism situation of the subject organism because they are significantly induced in the transition from the gram-positive bacterium B hcheniformis to the glucose deficient state as described in Examples 1-3 comparable statement is also for to expect other organisms that have the homologous genes or proteins with substantially the same substance metabolism relevant properties
Wie ebenfalls bereits ausführlich beschrieben, können derartige Genaktivitaten prinzipiell auf verschiedene Arten bestimmt werden, beispielsweise durch Northern-Hybπdisierung Die Analyse mithilfe eines Nuklemsaure-bindenden Chip, insbesondere eines oben beschriebenen, eröffnet jedoch die Möglichkeit, auf sehr effiziente Weise gleichzeitig mehrere Genaktivitaten zu bestimmen und dies zudem sehr zeitnah Dadurch können die Stoffwechselveranderungen eines Organismus, der einen biologischen Prozeß durchlauft, zeitnah beobachtet und ggf regulatorisch eingegriffen werdenAs already described in detail, such gene activities can be determined in principle in various ways, for example by Northern Hybπdisierung However, the analysis using a nucleic acid-binding chip, in particular one described above, but opens the possibility to determine in a very efficient manner simultaneously several gene activities and In addition, this in a very timely manner Thus, the metabolic changes of an organism that undergoes a biological process, observed promptly and possibly intervene regulatory
Die oben gemachten Ausfuhrungen zu Nuklemsaure-bindenden Chips gelten für die hier bezeichneten Verwendungen der betreffenden Sonden entsprechendThe above statements on nucleic acid-binding chips apply accordingly to the uses of the probes referred to herein
Vorzugsweise handelt es sich dabei dementsprechend um solche Verwendungen, wobei die Gesamtzahl aller Glucosemangel-spezifischen unterschiedlichen Sonden nicht über 100 liegtAccordingly, these are preferably such uses, wherein the total number of all glucose deficiency-specific different probes is not more than 100
Weiterhin bevorzugt handelt es sich dabei dementsprechend um solche Verwendungen, wobei die zuvor als erfindungsgemaß angegebenen Sonden in der zuvor als bevorzugt angegebenen Reihenfolge (umgekehrt zur Reihenfolge in Tabelle 3) zunehmend bevorzugt eingesetzt werdenAccordingly, it is further preferred that such uses be used, the probes previously indicated as being according to the invention being used with increasing preference in the sequence previously indicated as preferred (inversely to the order in Table 3)
Entsprechend den oben gemachten Ausfuhrungen sind folgende der soeben bezeichneten Verwendungen von Nukleinsäure- oder Nukleinsaure-Analogon-Sonden zunehmend bevorzugt - Verwendung, wobei mindestens eine, zunehmend bevorzugt zwei oder drei der Nukleinsaure- oder Nukleinsaure-Analogon-Sonden für Gene aus den folgenden 67 Genen spezifisch ist/sind ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licti, lolE, putatives Gen für ein putatives ABC-T ransporter-ATP- Bindungsprotein (Homolog zu SEQ ID NO 125), rsiX, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO 123), mmgE, Gen für eine putative Pectin-Methylesterase (Homolog zu SEQ ID NO 63), Gen für eine putative Formiat-Dehydrogenase-alpha-Kette (EC 1 2 1 2, Homolog zu SEQ ID NO 9), IOID, Gen für eine putative Hydroxybenzoat-Hydroxylase (Homolog zu SEQ ID NO 49), yvql, glpF, Gen für ein putatives Enoyl(3-hydroxyιsobutyryl)-Coenzym-A-Hydratase- Protein (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, Gen für eine putative Seπnprotease (Homolog zu SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4 1 3 1 , Homolog zu SEQ ID NO 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotein (Homolog zu SEQ ID NO 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl- CoA-Hydratase (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gen für eine putative 2-Hydroxy-3-Oxopropionate-Reductase (EC 1.1.1.60; Homolog zu SEQ ID NO. 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO. 101 ), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4.1.3.2; Homolog zu SEQ ID NO. 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2.2.1.1; Homolog zu SEQ ID NO. 11);According to the above statements, the following uses of nucleic acid or nucleic acid analogue probes are increasingly preferred - use, wherein at least one, more preferably two or three of the nucleic acid or nucleic acid analog probes for genes from the following 67 genes specifically, ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licti, lolE, putative gene for a putative ABC transporter ATP binding protein (homologue to SEQ ID NO 125), rsiX, gene for a hypothetical protein (homolog to SEQ ID NO 123), mmgE, gene for a putative pectin methylesterase (homolog to SEQ ID NO 63), gene for a putative formate dehydrogenase-alpha chain (EC 1 2 1 2, homolog to SEQ ID NO 9), IOID, Gene for a putative hydroxybenzoate hydroxylase (homolog to SEQ ID NO 49), yvql, glpF, gene for a putative enoyl (3-hydroxyιsobutyryl) coenzyme A hydratase protein (EC 4 2 17, homologue to SEQ ID NO 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, gene for a putative Seπ nprotease (homologue to SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4 1 3 1, homolog to SEQ ID NO 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 17), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homolog to SEQ ID NO 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl-CoA hydratase (EC 4 2 17, homologue to SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1.1.1.60; homologue to SEQ ID NO: 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homologue to SEQ ID NO: 101), gene for a putative malate synthase (EC 4.1.3.2, homolog to SEQ ID NO: 107), acoB, gene for a putative Transketolase (EC 2.2.1.1, homologue to SEQ ID NO: 11);
- hierunter vorzugsweise für Gene aus den folgenden 34 Genen: tdh, mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4.1.3.1 ; Homolog zu SEQ ID NO. 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO. 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotein (Homolog zu SEQ ID NO. 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl- CoA-Hydratase (EC 4.2.1.17; Homolog zu SEQ ID NO. 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gen für eine putative 2-Hydroxy-3-Oxopropionate-Reductase (EC 1.1.1.60; Homolog zu SEQ ID NO. 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO. 101 ), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4.1.3.2; Homolog zu SEQ ID NO. 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2.2.1.1; Homolog zu SEQ ID NO. 11);of these, preferably for genes from the following 34 genes: tdh, mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4.1.3.1, homologue to SEQ ID NO. 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO ), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homologue to SEQ ID NO: 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl-CoA hydratase (EC 4.2.1.17, homologue to SEQ ID NO: 95), glpD , etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1.1.1.60, homologue to SEQ ID NO: 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN , yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO.101), gene for a putative malate synthase (EC 4.1.3.2, homologue to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2.2.1.1, homologue to SEQ ID NO 11);
- hierunter besonders bevorzugt für Gene aus den folgenden 10 Genen: kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO. 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4.1.3.2; Homolog zu SEQ ID NO. 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2.2.1.1 ; Homolog zu SEQ ID NO. 11);- Of these, particularly preferred for genes from the following 10 genes: kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO. 101), gene for a putative malate synthase ( EC 4.1.3.2, homologue to SEQ ID NO: 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2.2.1.1, homologue to SEQ ID NO: 11);
- hierunter ganz besonders bevorzugt für Gene aus den folgenden 4 Genen: Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO. 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4.1.3.2; Homolog zu SEQ ID NO. 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2.2.1.1 ; Homolog zu SEQ ID NO. 11).Of these, very particular preference is given to genes from the following 4 genes: gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO.101), gene for a putative malate synthase (EC 4.1.3.2, homologue to SEQ ID NO. 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2.2.1.1, homologue to SEQ ID NO 11).
Entsprechend dem oben Gesagten handelt es sich vorzugsweise um erfindungsgemäße Verwendungen von gleichzeitig mindestens 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 28, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 oder 85 der genannten Sonden.In accordance with the above, they are preferably uses according to the invention of simultaneously at least 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 35, 40, 45, 50, 55 , 60, 65, 70, 75, 80 or 85 of said probes.
Entsprechend dem oben Gesagten handelt es sich vorzugsweise um erfindungsgemäße Verwendungen, wobei die Gesamtzahl aller unterschiedlichen Sonden zunehmend bevorzugt nicht über 95, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 oder 10 liegt.In accordance with what has been stated above, it is preferable to use according to the invention, wherein the total number of all different probes is increasingly preferably not more than 95, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 or 10.
Entsprechend dem oben Gesagten handelt es sich weiterhin bevorzugt um erfindungsgemäße Verwendungen zur Bestimmung einer Änderung im Glucosestoffwechsel des den biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus, vorzugsweise zur Detektion eines Glucosemangelzustands.According to the above, it is furthermore preferable to use according to the invention for determining a change in the glucose metabolism of the organism passing through the biological process, preferably for the detection of a glucose deficient state.
Entsprechend dem oben Gesagten handelt es sich weiterhin bevorzugt um erfindungsgemäße Verwendungen, wobei mindestens eine, zunehmend bevorzugt mehrere der genannten Sonden von den Sequenzen abgeleitet sind, die im Sequenzprotokoll unter den Nummern SEQ ID NO 1, 3, 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43, 45, 47, 49, 51 , 53, 55, 57, 59, 61 , 63, 65, 67, 69, 71 , 73, 75, 77, 79, 81 , 83, 85, 87, 89, 91 , 93, 95, 97, 99, 101 , 103, 105, 107, 109, 1 11 , 113, 115, 117, 1 19, 121 , 123, 125, 127, 129, 131 , 133, 135, 137, 139, 141 , 143, 145, 147, 149, 151 , 153, 155, 157, 159, 161 , 163, 165, 167 und 169 aufgeführt sindIn accordance with what has been said above, it is furthermore preferable to use according to the invention, wherein at least one, increasingly preferably more, of the named probes are derived from the sequences listed in the sequence listing under the numbers SEQ ID Nos. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35 , 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85 , 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 11, 113, 115, 117, 1, 19, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133 , 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149, 151, 153, 155, 157, 159, 161, 163, 165, 167 and 169
Einen eigenen Erfindungsgegenstand bilden Verfahren der Bestimmung des physiologischen Zustands eines einen biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus durch Einsatz eines erfindungsgemaßen Nukleinsaure-bindenden ChipsA separate subject of the invention are methods of determining the physiological state of an organism passing through a biological process by using a nucleic acid-binding chip according to the invention
Diese Verfahren sehen prinzipiell so aus, daß wahrend des Prozesses und ohne ihn zu unterbrechen, Proben des betrachteten Organismus entnommen und daraus die mRNA isoliert werden Diese oder ggf hiervon abgleitete Verbindungen wie beispielsweise cDNA werden über einen oben beschriebenen Nukleinsaure-bindenden Chip geleitet, welcher unter Berücksichtigung der oben angegebenen Verfahrensschπtte - wie etwa ausreichende Inkubationszeit oder Abwaschen unspezifisch bindender Nukleinsäuren - behandelt und schließlich dem Detektionsgerat zugeführt wird Solch ein Verfahrensprotokoll ist anhand des Beispiels elektrisch auswertbarer Chips prinzipiell in Figur 1 dargestelltThese methods look in principle such that during the process and without interrupting it, taken samples of the observed organism and isolated from the mRNA These or optionally derived therefrom compounds such as cDNA are passed over a nucleic acid-binding chip described above, which under Considering the above-mentioned Verfahrensschπtte - such as sufficient incubation or washing off unspecifically binding nucleic acids - treated and finally fed to the detection device Such a process protocol is illustrated in principle with reference to the example of electrically evaluable chips in Figure 1
Die oben gemachten Ausfuhrungen zu Nukleinsaure-bindenden Chips gelten für die hier bezeichneten Verfahren der Bestimmung des physiologischen Zustands eines einen biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus entsprechendThe statements made above regarding nucleic acid-binding chips apply correspondingly to the method of determining the physiological state of an organism passing through a biological process
Vorzugsweise handelt es sich um erfindungsgemaße Verfahren, wobei eine Änderung im Glucosestoffwechsel des den biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus bestimmt wird, vorzugsweise ein GlucosemangelzustandPreferably, they are methods according to the invention wherein a change in the glucose metabolism of the organism passing through the biological process is determined, preferably a glucose deficient state
Denn bezüglich dieses Einsatzgebiets sind die in den Beispielen beschriebenen und oben aufgeführten Gene ausgewählt worden Ihre signifikante Induktion geht zumindest bei ß licheniformis mit dem Eintreten eines Glucosemangelzustands einher, so daß diese mit den genannten Verfahren besonders zuverlässig detektiert werden können, und zwar nicht nur bei S licheniformis sondern mit zunehmend besseren Erfolgsaussichten auch bei zunehmend verwandten Spezies (siehe oben) Zudem stellt diese Stoffwechselsituation im Lebenszyklus vieler Mikroorganismen einen kritischen Zeitpunkt dar So war in den untersuchten Beispielen (siehe unten) mit dem jeweiligen Eintritt des Glucosemangels immer auch ein Übergang in die stationäre Wachstumsphase verbunden Verfahren, die diesen Zeitpunkt frühzeitig zu erkennen helfen, dienen dazu, diesen Übergang zu verzogern und insbesondere bei großtechnisch genutzten Fermentationen die Phase der Produktion eines Wertstoffs zu verlangern Eine weitere Möglichkeit der Verfahrensführung bei der Kultivierung von Mikroorganismen besteht darin, neben der zuerst (und somit besser) genutzten C-Quelle eine weitere zur Verfügung zu stellen. In der Phase des zuerst beobachteten Glucosemangels stellen sich die betreffenden Zellen, sofern sie dazu in der Lage sind, auf die Nutzung der zweiten, für sie schlechter verwertbaren C-Quelle ein. Mit diesem Übergang ist in der Regel eine Verzögerung im Wachstum zu beobachten, welches frühzeitig über ein erfindungsgemäßes Verfahren erkannt werden kann.Because with respect to this field of application, the genes described in the examples and listed above have been selected. Their significant induction is accompanied by the occurrence of a glucose deficient state, at least in the case of B. licheniformis, so that they can be detected particularly reliably with the abovementioned methods, and not only in S. licheniformis but with increasingly better chances of success also in increasingly related species (see above) Moreover, this metabolic situation in the life cycle of many microorganisms is a critical time Thus, in the examples studied (see below) with the respective onset of glucose deficiency always a transition to the stationary Growth phases linked Processes that help to identify this point in time serve to delay this transition and, especially in the case of large-scale fermentations, extend the phase of producing a valuable substance Another possibility of the procedure in the cultivation of microorganisms is to provide next to the first (and thus better) used C source another. In the phase of the glucose deficiency observed first, the cells in question, if they are able to do so, adapt to the use of the second, for them less usable C-source. With this transition, a delay in growth is usually observed, which can be recognized early on a method according to the invention.
Entsprechend dem oben Gesagten sind solche erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wobei es sich bei dem für den Bioprozeß ausgewählten Organismus um einen Vertreter einzelliger Eukaryonten, grampositiver oder gramnegativer Bakterien handelt.According to the above, such methods according to the invention are preferred, wherein the organism selected for the bioprocess is a representative of unicellular eukaryotes, Gram-positive or Gram-negative bacteria.
Entsprechend dem oben Gesagten sind hierunter solche erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wobei es sich bei den einzelligen Eukaryonten um Protozoen oder um Pilze handelt, hierunter insbesondere Hefe, ganz besonders Sacharomyces oder Schizosaccharomyces.According to the above, such methods according to the invention are preferred, the unicellular eukaryotes being protozoa or fungi, in particular yeast, especially Sacharomyces or Schizosaccharomyces.
Entsprechend dem oben Gesagten sind darunter auch solche erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wobei es sich bei den grampositiven Bakterien um Coryneforme Bakterien oder solche der Gattungen Staphylococcus, Corynebakterien oder Bacillus handelt, insbesondere der Spezies Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. agaradherens, B. stearothermophilus, B. globigii oder B. lentus, und ganz besonders um ß. licheniformis.According to the above, those methods according to the invention are also preferred, whereby the Gram-positive bacteria are Coryneform bacteria or those of the genera Staphylococcus, Corynebacteria or Bacillus, in particular the species Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, B.licheniformis, B amyloliquefaciens, B. agaradherens, B. stearothermophilus, B. globigii or B. lentus, and more particularly β. licheniformis.
Entsprechend dem oben Gesagten sind darunter auch solche erfindungsgemäßen Verfahren nicht minder bevorzugt, wobei es sich bei den gramnegativen Bakterien um solche der Gattungen E. coli oder Klebsiella handelt, insbesondere um Derivate von Escherichia coli K12, von Escherichia coli B oder Klebsiella planticola, und ganz besonders um Derivate der Stämme Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5α, E.coli JM 109, E. coli XL-I oder Klebsiella planticola (Rf).According to the above, such methods according to the invention are no less preferred, the gram-negative bacteria being those of the genera E. coli or Klebsiella, in particular derivatives of Escherichia coli K12, Escherichia coli B or Klebsiella planticola, and whole especially derivatives of the strains Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5α, E. coli JM109, E. coli XL-I or Klebsiella planticola (Rf).
Entsprechend dem oben Gesagten sind solche erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, wobei solche der genannten Sonden zum Einsatz kommen, die von den im Sequenzprotokoll angegebenen SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41 , 43, 45, 47, 49, 51 , 53, 55, 57, 59, 61 , 63, 65, 67, 69, 71 , 73, 75, 77, 79, 81 , 83, 85, 87, 89, 91 , 93, 95, 97, 99, 101 , 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121 , 123, 125, 127, 129, 131 , 133, 135, 137, 139, 141 , 143, 145, 147, 149, 151 , 153, 155, 157, 159, 161 , 163, 165, 167 oder 169 abgeleitet sind. Hierunter sind wiederum diejenigen Verfahren bevorzugt, bei denen die hier genannten Sonden für die zuvor aufgeführten grampositiven Bakterien, insbesondere S licheniformis eingesetzt werden, da diese Sequenzen aus eben diesem Organismus isoliert worden sind und somit am erfolgreichsten auf diese Spezies angewendet werden könnenAccording to the above, such methods according to the invention are preferred, those of the named probes being used which are of the SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149, 151, 153, 155, 157, 159, 161, 163, 165, 167 or 169 are derived. Of these, in turn, those methods are preferred in which the probes mentioned here are used for the Gram-positive bacteria listed above, in particular licheniformis, since these sequences have been isolated from this very organism and thus can be applied most successfully to these species
Entsprechend dem oben Gesagten sind solche erfindungsgemaßen Verfahren bevorzugt, wobei die Bestimmung des physiologischen Zustands zu verschiedenen Zeitpunkten desselben Prozesses durchgeführt wird, vorzugsweise unter Einsatz mehrerer baugleicher Nukleinsaure- bindender Chips, besonders bevorzugt desselben Nukleinsaure-bindenden ChipsAccording to the above, such methods according to the invention are preferred, wherein the determination of the physiological state is carried out at different points in time of the same process, preferably using a plurality of identically constructed nucleic acid-binding chips, particularly preferably the same nucleic acid-binding chip
Entsprechend dem oben Gesagten sind weiterhin solche erfindungsgemaßen Verfahren bevorzugt, wobei es sich bei dem Prozeß um eine Fermentation, insbesondere um die fermentative Herstellung eines gewerblich einsetzbaren Produkts, besonders bevorzugt um die Herstellung eines Proteins oder einer niedermolekularen chemischen Verbindung handeltIn accordance with the above, such processes according to the invention are furthermore preferred, the process being a fermentation, in particular the fermentative production of a commercially useful product, more preferably the production of a protein or a low-molecular chemical compound
Entsprechend dem oben Gesagten sind hierunter solche erfindungsgemaßen Verfahren bevorzugt, wobei es sich bei der niedermolekularen chemischen Verbindung um einen Naturstoff, einen Nahrungsmittelerganzungsstoff oder um eine pharmazeutisch relevante Verbindung handeltAccording to the above, such methods according to the invention are preferred, wherein the low-molecular chemical compound is a natural substance, a food supplement or a pharmaceutically relevant compound
Entsprechend dem oben Gesagten sind alternativ auch solche erfindungsgemaßen Verfahren bevorzugt, wobei es sich bei dem Protein um ein Enzym handelt, insbesondere eines aus der Gruppe der α-Amylasen, Proteasen, Cellulasen, Lipasen, Oxidoreduktasen, Peroxidasen, Laccasen, Oxidasen und HemicellulasenIn accordance with the above, such methods according to the invention are alternatively preferred, wherein the protein is an enzyme, in particular one from the group of α-amylases, proteases, cellulases, lipases, oxidoreductases, peroxidases, laccases, oxidases and hemicellulases
Einen eigenständigen Erfindungsgegenstand stellen auch die Verwendungsmöglichkeiten erfindungsgemaßer Nukleinsaure-bindender Chips, wie sie oben eingehend beschrieben sind, zur Bestimmung des physiologischen Zustands eines einen biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus darAn independent subject of the invention is also the possible uses of nucleic acid-binding chips according to the invention, as described in detail above, for determining the physiological state of an organism passing through a biological process
Die oben gemachten Ausfuhrungen zu Nukleinsaure-bindenden Chips gelten für die hier bezeichneten Verwendungen der Bestimmung des physiologischen Zustands eines einen biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus entsprechendThe statements made above on nucleic acid-binding chips apply correspondingly to the uses described herein for the determination of the physiological state of an organism passing through a biological process
Entsprechend dem oben Gesagten sind solche erfindungsgemaßen Verwendungen bevorzugt, wobei eine Änderung im Glucosestoffwechsel des den biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus bestimmt wird, vorzugsweise ein Glucosemangelzustand Entsprechend dem oben Gesagten sind weiterhin solche erfindungsgemaßen Verwendungen bevorzugt, wobei es sich bei dem für den Bioprozeß ausgewählten Organismus um einen Vertreter einzelliger Eukaryonten, grampositiver oder gramnegativer Bakterien handeltAccording to the above, such uses according to the invention are preferred, wherein a change in the glucose metabolism of the organism passing through the biological process is determined, preferably a glucose deficient state According to the above, such uses according to the invention are furthermore preferred, wherein the organism selected for the bioprocess is a representative of unicellular eukaryotes, Gram-positive or Gram-negative bacteria
Entsprechend dem oben Gesagten sind hierunter solche erfindungsgemaßen Verwendungen bevorzugt, wobei es sich bei den einzelligen Eukaryonten um Protozoen oder um Pilze handelt, hierunter insbesondere Hefe, ganz besonders Sacharomyces oder SchizosaccharomycesAccording to the above, such uses according to the invention are preferred, the unicellular eukaryotes being protozoa or fungi, in particular yeast, more particularly Sacharomyces or Schizosaccharomyces
Entsprechend dem oben Gesagten sind alternativ hierzu solche erfindungsgemäßen Verwendungen nicht minder bevorzugt, wobei es sich bei den grampositiven Bakterien um Coryneforme Bakterien oder solche der Gattungen Staphylococcus, Corynebakteπen oder Bacillus handelt, insbesondere der Spezies Staphylococcus carnosus, Corynebacteπum glutamicum, Bacillus subtilis, B licheniformis, B amyloliquefaciens, B agaradherens, B stearothermophilus, B globigii oder B lentus, und ganz besonders um ß licheniformisAccording to the above, alternatively such uses according to the invention are no less preferred, the Gram-positive bacteria being Coryneform bacteria or those of the genera Staphylococcus, Corynebacteria or Bacillus, in particular the species Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, B licheniformis, B amyloliquefaciens, B agaradherens, B stearothermophilus, B globigii or B lentus, and more particularly B licheniformis
Entsprechend dem oben Gesagten sind solche erfindungsgemaßen Verwendungen nicht minder bevorzugt, wobei es sich bei den gramnegativen Bakterien um solche der Gattungen E coli oder Klebsiella handelt, insbesondere um Derivate von Escherichia coli K12, von Escherichia coli B oder Klebsiella planticola, und ganz besonders um Derivate der Stamme Escherichia coli BL21 (DE3), E coli RV308, E coli DH5α, E coli JM 109, E coli XL-1 oder Klebsiella planticola (Rf)According to the above, such uses according to the invention are no less preferred, the Gram-negative bacteria being those of the genera E. coli or Klebsiella, in particular derivatives of Escherichia coli K12, Escherichia coli B or Klebsiella planticola, and more particularly derivatives the strain Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5α, E. coli JM109, E. coli XL-1 or Klebsiella planticola (Rf)
Entsprechend dem oben Gesagten sind solche erfindungsgemäßen Verwendungen bevorzugt, wobei solche der genannten Sonden zum Einsatz kommen, die von den im Sequenzprotokoll angegebenen SEQ ID NO 1 , 3, 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43, 45, 47, 49, 51 , 53, 55, 57, 59, 61 , 63, 65, 67, 69, 71 , 73, 75, 77, 79, 81 , 83, 85, 87, 89, 91 , 93, 95, 97, 99, 101 , 103, 105, 107, 109, 111 , 113, 115, 117, 119, 121 , 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141 , 143, 145, 147, 149, 151 , 153, 155, 157, 159, 161 , 163, 165, 167 oder 169 abgeleitet sindIn accordance with the above, such uses according to the invention are preferred, using those of said probes which are of the SEQ ID Nos. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, listed in the Sequence Listing, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149, 151, 153, 155, 157, 159, 161, 163, 165, 167 or 169
Hierunter sind wiederum aus dem bereits genannten Grund diejenigen Verwendungen bevorzugt, bei denen die hier genannten Sonden für die zuvor aufgeführten grampositiven Bakterien, insbesondere 6 licheniformis eingesetzt werdenAmong these, again, for the reason already mentioned, those uses are preferred in which the probes mentioned here are used for the previously mentioned gram-positive bacteria, in particular licheniformis
Entsprechend dem oben Gesagten sind solche erfindungsgemaßen Verwendungen bevorzugt, wobei die Bestimmung des physiologischen Zustande zu verschiedenen Zeitpunkten desselben Prozesses durchgeführt wird, vorzugsweise unter Einsatz mehrerer baugleicher Nukleinsaure- bmdender Chips, besonders bevorzugt desselben Nukleinsaure-bindenden Chips Entsprechend dem oben Gesagten sind weiterhin solche erfindungsgemäßen Verwendungen bevorzugt, wobei es sich bei dem Prozeß um eine Fermentation, insbesondere um die fermentative Herstellung eines gewerblich einsetzbaren Produkts, besonders bevorzugt um die Herstellung eines Proteins oder einer niedermolekularen chemischen Verbindung handelt.According to the above, such uses according to the invention are preferred, wherein the determination of the physiological state is carried out at different times of the same process, preferably using a plurality of identically constructed nucleic acid fragments of the chips, more preferably of the same nucleic acid-binding chip According to the above, such uses according to the invention are furthermore preferred, the process being a fermentation, in particular the fermentative production of a commercially useful product, more preferably the production of a protein or a low-molecular chemical compound.
Entsprechend dem oben Gesagten sind hierunter solche erfindungsgemäßen Verwendungen bevorzugt, wobei es sich bei der niedermolekularen chemischen Verbindung um einen Naturstoff, einen Nahrungsmittelergänzungsstoff oder um eine pharmazeutisch relevante Verbindung handelt.According to the above, such uses according to the invention are preferred, wherein the low-molecular chemical compound is a natural substance, a food supplement or a pharmaceutically relevant compound.
Entsprechend dem oben Gesagten sind alternativ dazu solche erfindungsgemäßen Verwendungen bevorzugt, wobei es sich bei dem Protein um ein Enzym handelt, insbesondere eines aus der Gruppe der α-Amylasen, Proteasen, Cellulasen, Lipasen, Oxidoreduktasen, Peroxidasen, Laccasen, Oxidasen und Hemicellulasen.According to the above, such uses according to the invention are alternatively preferred, wherein the protein is an enzyme, in particular one from the group of α-amylases, proteases, cellulases, lipases, oxidoreductases, peroxidases, laccases, oxidases and hemicellulases.
Die vorliegende Erfindung wird zusätzlich durch die nachfolgenden Beispiele erläutert. The present invention is further illustrated by the following examples.
BeispieleExamples
Alle molekularbiologischen Arbeitsschritte folgen Standardmethoden, wie sie beispielsweise in dem Handbuch von Fntsch, Sambrook und Maniatis „Molecular cloning a laboratory manual", CoId Spring Harbour Laboratory Press, New York, 1989, oder vergleichbaren einschlagigen Werken angegeben sind Enzyme und Baukasten (Kits) werden nach den Angaben der jeweiligen Hersteller eingesetztAll molecular biology procedures are followed by standard methods such as those described in the handbook of Fntsch, Sambrook and Maniatis "Molecular cloning a laboratory manual", CoId Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1989, or comparable works of enzymes and kits used according to the specifications of the respective manufacturer
Beispiel 1example 1
Identifizierung der Gensonden durch ChipanalysenIdentification of gene probes by chip analysis
Kultivierung von Bakterien und ProbengewinnungCultivation of bacteria and sample collection
Zellen des Stamms Bacillus lichemformis DSM13 (erhältlich von der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Mascheroder Weg 1 b, 38124 Braunschweig, http //www dsmz de) wurden in Glucose-hmitiertem, synthetischem Belitsky-Minimalmedium (0,28 mM Endkonzentration) bei 37°C unter konstantem Schuttein bei 270 rpm kultiviert Dieses Medium weist folgende Zusammensetzung auf (1 ) Grundmedium (pH 7,5) 0,015 M (NH4J2SO4, 0,008 M MgSO4 x 7H2O, 0,027 M KCl, 0,007 M Na3Cιtrat x 2H2O, 0,050 M Tns-HCI und 0,009 M Glutaminsäure, (2 ) Supplemente 0,2 M KH2PO4, 0,039 M L-Tryptophan-HCL, 1 M CaCI2 x 2H2O, 0,0005 M FeSO4 x 7H2O, 0,025 M MnSO4 x 4H2O und 20% (w/v) Glukose, und als (3 ) Mediumsupplementierungsschema 0,14 ml KH2PO4, 0,2 ml CaCI2, 0,2 ml FeSO4, 0,04 ml MnSO4, 1 ml Glukose Alle Werte sind beziehen sich auf 100 ml GrundmediumCells of the strain Bacillus likemformis DSM13 (available from the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH, Mascheroder Weg 1 b, 38124 Braunschweig, Germany, http://www.dsmz.de) were incubated in glucose-fed, synthetic Belitsky minimal medium (0.28 mM final concentration). cultured at 37 ° C. under constant debris flow at 270 rpm. This medium has the following composition: (1) base medium (pH 7.5) 0.015M (NH 4 J 2 SO 4 , 0.008M MgSO 4 .7H 2 O, 0.027M KCl, 0.007 M Na 3 citrate × 2H 2 O, 0.050 M Tns-HCl and 0.009 M glutamic acid, (2) supplements 0.2 M KH 2 PO 4 , 0.039 M L-tryptophan HCl, 1 M CaCl 2 × 2H 2 O, 0.0005 M FeSO 4 × 7H 2 O, 0.025 M MnSO 4 × 4H 2 O and 20% (w / v) glucose, and as (3) medium supplementation scheme 0.14 ml KH 2 PO 4 , 0.2 ml CaCl 2 , 0.2 ml FeSO 4 , 0.04 ml MnSO 4 , 1 ml glucose All values are based on 100 ml of basic medium
Im Verlauf der Wachstumskurve wurden bei einer optischen Dichte bei 500 nm (OD50o) von 0,4 bis 0,5 die Kontrollprobe und in der transienten Wachstumsphase bei einer OD50O von 0,8 bis 0,9 eine weitere Probe („Übergang") entnommen Das oben angegebene Supplementierungsschema für das Belitzky-Minimalmedium ist so eingestellt, daß ab einer OD50O von 0,8 bis 1 ,0 Glucosemangel eintritt und somit die stationäre Phase eingeleitet wird Weitere Probennahmen erfolgten nach weiteren 10, 20, 30, 60 und 120 min Die Proben wurden nach Entnahme sofort mit demselben Volumen, auf O0C gekühlten Kilhng Puffer (20 mM NaN3, 20 mM Tns-HCI, pH 7,5, 5 mM MgCI2) versetzt Nach sofortigem Abzentnfugieren des Zellpellets für 5 min bei 4°C und 15 000 rpm wurde der Überstand verworfen und das Pellet entweder bei -80°C eingefroren oder sofort weiter aufgearbeitetIn the course of the growth curve, at an optical density of 500 nm (OD 50 o) of 0.4 to 0.5, the control sample and in the transient growth phase at an OD 50O of 0.8 to 0.9 another sample ("transition The above-mentioned supplementation scheme for the Belitzky minimal medium is adjusted so that from an OD 50O of 0.8 to 1, 0 glucose deficiency occurs and thus the stationary phase is initiated Further sampling took place after 10, 20, 30, 60 and 120 min Samples immediately after collection were spiked with the same volume of 0 0 C cooled Kilhng buffer (20 mM NaN 3 , 20 mM Tns-HCl, pH 7.5, 5 mM MgCl 2 ). Immediately screen the cell pellet for 5 min at 4 ° C and 15 000 rpm, the supernatant was discarded and the pellet either frozen at -80 ° C or immediately worked up further
Zellaufschlußcell disruption
Der Zellaufschluß erfolgte mit dem „Hybaid RiboLyser™ Cell Disruptor" (Fa Thermo Electron Corporation, Dreieich, Deutschland) Diese Methode basiert auf der mechanischen Zerstörung der Zellwand und der Zellmembran mit Hilfe von ca 0,1 mm kleinen Glasperlen (Fa Sartonus BBI, Melsungen, Deutschland) Die aufzuschließenden Zellen, die zuvor in Lysis-Puffer Il (3 mM EDTA, 200 mM NaCI) resuspendiert worden waren, wurden zusammen mit den Glasperlen in ein Glas- (Stammhaltungs-)rohrchen gegeben Zusatzlich wurde saures Phenol dazugegeben, um die Degradation der RNA durch RNasen zu vermeiden Dieses Röhrchen wurde daraufhin in den RiboLyser eingespannt, wobei unter starkem Schuttein die Glassperlen mit den Zellen kollidierten, was den Zellaufschluß bewirkteThe cell disruption was carried out with the "Hybaid RiboLyser ™ Cell Disruptor" (Fa Thermo Electron Corporation, Dreieich, Germany) This method is based on the mechanical destruction of the cell wall and the cell membrane with the help of 0.1 mm small glass beads (Sartonus BBI, Melsungen , Germany) The cells to be disrupted, which had previously been resuspended in lysis buffer II (3 mM EDTA, 200 mM NaCl), together with the glass beads, were placed in a glass In addition, acidic phenol was added to prevent degradation of the RNA by RNases. This tube was then clamped into the ribo-lyser, whereby under heavy debris the glass beads collided with the cells, causing cell disruption
Gesamt-RNA-IsolierungTotal RNA isolation
Nach dem Zellaufschluß wird die RNA-haltige wäßrige Phase durch Zentnfugation von den Protein- und Zellfragmenten, der chromosomalen DNA und den Glassperlen getrennt und daraus die RNA mit Hilfe des Geräts KingFisher mL (Fa Thermo Electron Corporation, Dreieich, Deutschland) unter Verwendung des MagNA Pure LC RNA Isolation Kit I (Fa Roche Diagnostics, Penzberg, Deutschland) isoliert Diese Aufreinigung basiert auf der Bindung der RNA an magnetische Glaspartikel in der Gegenwart von chaotropen Salzen, welche auch die Inaktivierung von RNasen bewirken Dabei dienen die magnetischen Partikel als Transportmittel der RNA zwischen verschiedenen Reaktionsgefaßen, die mit Bmdungs-, Wasch- und Elutionspuffern befullt sind Der hierfür genutzte KingFisher mL ist eine Art Pipettierroboter, der mit Hilfe von Magneten die Partikel mit der gebundenen RNA zwischen den Gefäßen hin- und hertransportiert und auch zum Mischen der Proben genutzt wird Abschließend wird die RNA von den magnetischen Partikeln gelost und liegt gereinigt vorAfter cell disruption, the RNA-containing aqueous phase is separated by centifugation from the protein and cell fragments, the chromosomal DNA and the glass beads, and from this the RNA is purified using the KingFisher mL apparatus (Thermo Electron Corporation, Dreieich, Germany) using the MagNA Pure LC RNA Isolation Kit I (Fa Roche Diagnostics, Penzberg, Germany) isolated This purification is based on the binding of RNA to magnetic glass particles in the presence of chaotropic salts, which also cause the inactivation of RNases. The magnetic particles serve as transport of RNA between different reaction vessels filled with binding, washing and elution buffers The KingFisher mL used for this purpose is a type of pipetting robot that uses magnets to transport the particles with the bound RNA between the vessels and also uses them for mixing the samples Finally, the RNA is separated from the magnetic Pa dissolved and is purified
RNA-Qualitäts- und -QuantitätskontrolleRNA quality and quantity control
An die Aufreinigung der RNA schließt sich die Quahtäts- und Quantitatskontrolle an Der hierfür genutzte Apparat Agilent Bioanalyzer 2100 (Fa Agilent Technologies, Berlin, Deutschland) ermöglicht die Analyse von RNA im Lab-on-a-Chιp-Maßstab Zusammen mit dem „RNA 6000 Nano Kit" von Agilent wird die Gesamt-RNA gelelektrophoretisch aufgetrennt und bietet somit die Möglichkeit der Untersuchung der Qualität in Hinblick auf Teilabbau und Verunreinigungen Hierbei wird nbosomale RNA (16 S- und 23 S-rRNA) detektiert Stellen diese sich als klare Banden dar, kann man davon ausgehen, daß die RNA im Verlauf der Bearbeitung nicht abgebaut wurde und somit intakt ist und in die nachfolgenden Untrsuchungen eingebracht werden kann Zusätzlich wird dabei auch die genaue Konzentration bestimmtThe purification of the RNA is followed by the quantitative and quantitative control. The Agilent Bioanalyzer 2100 apparatus (Agilent Technologies, Berlin, Germany) used for this purpose enables the analysis of RNA on the Lab-on-a-Chιp scale together with the "RNA 6000 Nano Kit "from Agilent, the total RNA is separated by gel electrophoresis and thus offers the possibility of examining the quality with regard to partial degradation and contamination. Here, nbosomal RNA (16 S and 23 S rRNA) is detected. If these are clear bands, It can be assumed that the RNA was not degraded in the course of processing and thus is intact and can be introduced into the subsequent explorations In addition, the exact concentration is also determined
Transkriptomanalysentranscriptome
Die Transkriptomanalysen wurden mit gesamtgenomischen S licheniformis DSM13-DNA-Mιcro- arrays durchgeführt, die auf herkömmliche Weise (beispielsweise gemäß WO 95/11995 A1 ) hergestellt worden waren und über ein optisches System auswertbar sind Auf diesen DNA Microarrays lag nahezu jedes Gen aus B licheniformis in doppelter Ausfuhrung vor, so daß zwei Proben parallel auf demselben Chip analysiert und die erhaltenen Werte gemittelt werden konnten Das Prinzip der vorgenommenen Messung besteht dann, daß die jeweiligen mRNA-Molekule aus der entnommenen Probe in vitro über eine reverse Transkription in DNA umgeschrieben werden, wobei eines der zugesetzten Desoxyπbonukleotide einen Farbmarker tragt Diese markierten Moleküle werden dann mit den bekannten, auf bekannten Stellen des Chip liegenden Sonden hybridisiert und die jeweilige Starke des an den betreffenden Stellen auf den Fluoreszenzmarker zurückzuführenden Signals optisch erfaßt Bei Verwendung zweier verschiedener Fluoreszenzmarker für eine Kontrolle und für eine eigentlich zu untersuchende Probe, die gleichzeitig zur Hybridisierung gebracht werden und somit um die Bindung an die vorgelegte Sonde konkurrieren, gelangt man zu unterschiedlichen Farbwerten, die ein Maß für das Verhältnis der Konzentration der Kontrolle zur Konzentration der Probe liefernThe transcriptome analyzes were carried out using genomic slicheniformis DSM13 DNA microarrays which had been prepared in a conventional manner (for example in accordance with WO 95/11995 A1) and can be evaluated via an optical system. Virtually every gene from B licheniformis was present on these DNA microarrays in duplicate, so that two samples could be analyzed in parallel on the same chip and the values obtained could be averaged The principle of the measurement carried out is that the respective mRNA molecules are transcribed from the sample taken in vitro via reverse transcription into DNA, wherein one of the added Desoxyπbonukleotide carries a color marker. These labeled molecules are then with the known, in known places of the Hybridized probes and the respective strength of the at the relevant sites attributable to the fluorescent marker signal detected using two different fluorescent markers for a control and for a sample actually under investigation, which are brought simultaneously to hybridization and thus the binding to the submitted Probe compete, one arrives at different color values, which provide a measure of the ratio of the concentration of the control to the concentration of the sample
Für diese Markierung wurde dUTP gewählt, welches mit dem Fluoreszenzfarbstoff Cyanin 3 oder mit Cyanin 5 markiert war So wurden jeweils 25 μg Gesamt-RNA der Kontrolle (OD50O 0,4) mit dem Fluoreszenzfarbstoff Cyanin 3 (Fa Amersham Biosciences Europe GmbH, Freiburg, Deutschland) und 25 μg Gesamt-RNA der jeweiligen Streßprobe (transiente Phase, 10, 20, 30, 60 und 120 min) mit dem Fluoreszenzfarbstoff Cyanin 5 (Fa GE Healthcare, Freiburg, Deutschland) markiert Die kompetitive Hybridisierung der beiden Proben auf dem herkömmlichen, gesamtge- nomischen B //cΛen//brm/s-DSM13-DNA-Mιcroarray erfolgte für mindestens 16 Stunden bei 42°CDUTP was chosen for this labeling, which was labeled with the fluorescent dye cyanine 3 or with cyanine 5. Thus, in each case 25 μg total RNA of the control (OD 50O 0.4) with the fluorescent dye cyanine 3 (Fa Amersham Biosciences Europe GmbH, Freiburg, Germany) and 25 .mu.g total RNA of the respective stress test (transient phase, 10, 20, 30, 60 and 120 min) with the fluorescent dye cyanine 5 (GE Healthcare, Freiburg, Germany) marked the competitive hybridization of the two samples on the conventional Total genome B // cs // brm / s DSM13 DNA microarray was carried out for at least 16 hours at 42 ° C
Nach dem Waschen der Arrays zur Entfernung unspezifischer Bindungen erfolgte die optische Auslesung der Arrays mit Hilfe des ScanArray® Express Laser Scanners (Fa PerkmElmer Life and Analytical Sciences, Rodgau-Jugesheim, Germany) Alle Hybridisierungen wurden wiederholt, wobei die Proben mit dem jeweiligen anderen Farbstoff markiert wurden (Dye-Swap-Verfahren) Die quantitative Auswertung der Arrays wurde unter Verwendung der Software ScanArray® Express (erhältlich von der Fa PerkmElmer Life and Analytical Sciences Rodgau-Jugesheim, Deutschland) nach Herstellerangaben und unter Standard-Parametern durchgeführtAfter washing the arrays to remove nonspecific binding, the optical readout of the arrays was performed using the ScanArray® Express Laser Scanner (PerkmElmer Life and Analytical Sciences, Rodgau-Jugesheim, Germany). All hybridizations were repeated using the samples with the other dye The quantitative evaluation of the arrays was carried out using the ScanArray® Express software (available from the company PerkmElmer Life and Analytical Sciences Rodgau-Jugesheim, Germany) according to the manufacturer's instructions and under standard parameters
Unter Zuhilfenahme der Kontrollen der Lucidea Score Card (Fa GE Healthcare, Freiburg, Deutschland) wurden die Arrays normalisiert und evaluiert Mit Hilfe dieser „Score Card", welche zur Kontrolle der Effizienz und Qualität der Hybridisierung dient, waren entsprechend den Herstellerangaben bekannte Kontroll-DNA und sogenannte Spikes in Form von Oligos auf das Array aufgebracht und in der Hybridisierung mit komplementären Sequenzen versetzt worden Somit konnte man nach dem Scannen den Erfolg der Hybridisierung und des Einbaus der Farbstoffe kontrollieren Die Kontrollen sollten in beiden Proben in gleicher Menge vorhanden sein und somit nach dem Scannen gelb erscheinen beziehungsweise eine Ratio zwischen beiden Kanälen von 1 aufweisen Die Spikes sind für die jeweilige Probe spezifisch, und werden in verschiedenen Verdünnungen aufgebracht, das heißt sie erscheinen nach dem Scannen für die jeweilige Probe rot oder grün Für die Expression der Gene wurden Mittelwerte aus den zwei Hybridisierungen sowie die jeweiligen Standardabweichungen errechnet. Für eine signifikante Induktion oder eine signifikante Repression werden folgende Schwellenwerte für das Verhältnis der RNA Menge des jeweiligen Gens gegenüber dem Kontrollwert betrachtet: Als induziert gelten die Gene, deren RNA ein Verhältnis > 3 (das heißt mindestens eine Verdreifachung) aufweist; deutlich reprimiert sind Gene mit einem RNA-Verhältnis < 0,3 (das heißt einem Absenken auf weniger als 30%). Diese Resultate werden in Beispiel 2 aufgelistet. Using the controls of the Lucidea Score Card (GE Healthcare, Freiburg, Germany), the arrays were normalized and evaluated With the help of this "score card", which serves to control the efficiency and quality of the hybridization, were according to the manufacturer's information known control DNA and so-called spikes in the form of oligos were applied to the array and hybridized with complementary sequences in the hybridization Thus, one could control the success of hybridization and incorporation of the dyes after scanning The controls should be present in both samples in the same amount and thus after appear yellow or have a ratio between both channels of 1, respectively. The spikes are specific to the respective sample and are applied in different dilutions, ie they appear red or green after scanning for the respective sample For expression of the genes, mean values from the two hybridizations and the respective standard deviations were calculated. For a significant induction or a significant repression, the following threshold values are considered for the ratio of the RNA amount of the respective gene to the control value: The genes whose RNA has a ratio of> 3 (ie at least one tripling) are considered as induced; clearly repressed are genes with an RNA ratio <0.3 (that is, a lowering to less than 30%). These results are listed in Example 2.
Beispiel 2Example 2
Unter Glucosemangel induzierte GeneGlucose-deficient genes
In folgender Tabelle 1 sind alle in Beispiel 1 ermittelten 268 Gene von Bacillus hcheniformis DSM 13 aufgeführt, deren (mindestens den Faktor 3 betragende) Induzierung unter den Bedingungen des in Beispiel 1 beschriebenen Glucosemangels beobachtet wurde In den ersten beiden Spalten sind der jeweilige Name des abgeleiteten Proteins beziehungsweise (soweit vorhanden) dessen Abkürzung abgegeben, die „BLi-Nummer" entspricht dem „locus_tag" des unter dem Eintrag AE017333 (Basen 1 bis 4 222 645) in der Datenbank GenBank (National Center for Biotechnology Information NCBI, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA, http //www ncbi nlm nih gov, Stand 2 12 2004) zugänglichen Gesamtgenoms von B hcheniformis, anschließend folgen die zu den oben angegebenen Zeitpunkten beobachteten Faktoren zur Steigerung der Konzentration der jeweils zugehörigen mRNAsTable 1 below lists all the 268 genes of Bacillus hcheniformis DSM 13 determined in Example 1 whose induction (amounting to at least the factor 3) was observed under the conditions of the glucose deficiency described in Example 1. The first two columns show the respective name of the derived one The BLi number corresponds to the "locus_tag" of the entry AE017333 (bases 1 to 4 222 645) in the GenBank database (National Center for Biotechnology Information NCBI, National Institutes of Health Bethesda, MD, USA, http://www.ncbiologie.org, Booth 2, 12, 2004), followed by the factors observed at the times indicated above to increase the concentration of the respective mRNAs associated therewith
Tabelle 1 Die in Beispiel 1 ermittelten 268 Gene von Bacillus hcheniformis DSM13, derenTable 1 The 268 genes of Bacillus hcheniformis DSM13 determined in Example 1, their
(mindestens den Faktor 3 betragende) Induzierung unter Glucosemangel beobachtet wurde (Erläuterungen siehe Text)(at least a factor of 3) induction was observed under glucose deficiency (for explanations see text)
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Beispiel 3
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Example 3
Speziell unter Glucosemangel deutlich induzierte GeneGenes specifically induced by glucose deficiency
Wie Tabelle 1 zeigt, sind unter den Bedingungen des in Beispiel 1 beschriebenen Glucosemangels zu irgendeinem der gemessenen Zeitpunkte insgesamt 92 der in Beispiel 1 untersuchten Gene von Bacillus licheniformis DSM13 um mindestens den Faktor 10 induziert worden Hierunter waren allerdings folgende sieben Gene, die auch durch den Mangel an mindestens einer anderen Verbindung induziert worden sind (Daten nicht gezeigt) und deshalb nicht als spezifische Signale für einen Glucosemangel angesehen werden können Homolog zu dhaS (BU03994), dhaS (BU02249), alsS (BU03848), Gen für ein vermutliches Benzoat-Transportprotem (BLi 03990), Gen für eine vermutliche Aromaten-spezifische Dioxygenase (BLi 03991), Gen für eine vermutliche Decarboxylase/Dehydratase (BLi 03993), Gen für ein hypothetisches Protein (BLi 00235)As Table 1 shows, under the conditions of the glucose deficiency described in Example 1 at any of the measured times, a total of 92 of the Bacillus licheniformis DSM13 genes examined in Example 1 were induced by at least a factor of 10. However, the following seven genes were also identified by the Lack of at least one other compound (data not shown) and therefore can not be considered as specific signals for a glucose deficiency homolog to dhaS (BU03994), dhaS (BU02249), as S (BU03848), gene for a putative benzoate transport protein (BLi 03990), gene for a putative aromatic-specific dioxygenase (BLi 03991), gene for a putative decarboxylase / dehydratase (BLi 03993), gene for a hypothetical protein (BLi 00235)
Somit verblieben 85 Gene, die zu irgendeinem der gemessenen Zeitpunkte mindestens um den Faktor 10 induziert worden sind und die auf der Grundlage der Untersuchungen gemäß Beispiel 1 als vergleichsweise spezifisch eingestuft werden können Sie sind in folgender Tabelle 2 zusammengestellt Deren Spaltenbezeichnungen sind dieselben wie im vorangegangenen Beispiel Zusätzlich sind in der ersten Spalte die Sequenznummern angegeben, die die jeweiligen DNA- beziehungsweise Aminosauresequenzen in dem zur vorliegenden Anmeldung gehörenden Sequenzprotokoll tragen Besonderheiten der jeweiligen Sequenzen, die im Sequenzprotokoll als freier Text auftauchen, sind unter der Rubrik Genname / Genfunktion ergänztThus, there remained 85 genes that were induced at any of the measured times by a factor of at least 10 and that can be classified as relatively specific based on the studies of Example 1. They are summarized in Table 2 below. The column names are the same as in the previous example In addition, in the first column, the sequence numbers are given, which carry the respective DNA or amino acid sequences in the sequence listing belonging to the present application. Particulars of the respective sequences appearing as free text in the sequence listing are supplemented under the heading gene name / gene function
Tabelle 2 Die in Beispiel 1 ermittelten 85 Gene von Bacillus licheniformis DSM13, deren speziell durch Glucosemangel hervorgerufene Induzierung zu irgendeinem der gemessenen Zeitpunkte mindestens den Faktor 10 betragen hat (Erläuterungen siehe Text)TABLE 2 The Bacillus licheniformis DSM13 genes determined in Example 1, whose specific induction caused by glucose deficiency at least amounted to at least one factor 10 at any of the measured times (for explanations see text)
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In folgender Tabelle 3 sind dieselben 85 Gene noch einmal in der Reihenfolge der beobachtenen Stärke der Induktion aufgelistet. In dieser Reihenfolge werden im Beschreibungsteil die zugehörigen Bezeichnungen in deutscher Sprache angegeben. An der umgekehrten Reihenfolge orientiert sich die Staffelung der Anspruchsgegenstände.In Table 3 below, the same 85 genes are listed again in the order of magnitude of induction observed. In this order, the corresponding terms are given in German in the description section. The staggering of the claims is based on the reverse order.
Tabelle 3: Die in Beispiel 1 ermittelten 85 Gene von Bacillus licheniformis DSM 13, deren speziell durch Glucosemangel hervorgerufene Induzierung zu irgendeinem der gemessenen Zeitpunkte mindestens den Faktor 10 betragen hat; in absteigender Reihenfolge des jeweils gemessenen Maximalwerts (letzte Spalte).Table 3: The 85 genes of Bacillus licheniformis DSM 13 determined in Example 1 whose specifically induced by glucose deficiency induction at any of the measured times was at least a factor of 10; in descending order of the measured maximum value (last column).
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, 22 dipeptide ABC transporter (dipeptide-binding protein) dppE BLiOI 396 10,09 (sporulation)
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, 22 dipeptide ABC transporter (dipeptide-binding protein) dppE BLiOI 396 10.09 (sporulation)
9, 110 unknown; similar to penicillin amidase yxel BU04217 10,04 9, 110 unknown; similar to penicillin amidase yxel BU04217 10,04
Beispiel 4Example 4
Real-Time-RT-PCR-Quantifizierung ausgewählter GeneReal-time RT-PCR quantification of selected genes
Mit Hilfe der Real-Tιme-RT-PCR ist es möglich, die absoluten Molekulzahlen von spezifischen Transkripten in einer Probe zu ermitteln Es wurde der LightCycler (Fa Roche Diagnostics, Penzberg, Deutschland) in Verbindung mit dem "SYBR Green I" Kit (Fa Roche Diagnostics) genutzt Diese Methode basiert auf der Detektion der Bindung des fluoreszierenden Farbstoffs an doppelstrangige DNA Die Quantifizierung der spezifischen mRNA-Molekule erfolgte wie in Tobisch et al (2003, Quantification of Bacteπal mRNA by One-Step RT-PCR Using the LightCycler System, BIOCHEMICA, Band 3, Seiten 5 bis 8) beschrieben, wobei für jede zu untersuchende mRNA eine externe Standardkurve erstellt wurdeReal-Tιme-RT-PCR makes it possible to determine the absolute molecular numbers of specific transcripts in a sample. The LightCycler (Roche Diagnostics, Penzberg, Germany) was used in conjunction with the "SYBR Green I" Kit (Fa This method is based on the detection of the binding of the fluorescent dye to double-stranded DNA. The quantification of the specific mRNA molecules was carried out as described in Tobisch et al (2003, Quantification of Bacte- matic mRNA by One-Step RT-PCR Using the LightCycler System, US Pat. BIOCHEMICA, Volume 3, pages 5 to 8), with an external standard curve being generated for each mRNA to be investigated
Dazu wurden Verdünnungen bekannter Konzentrationen von /n-wfro-Transkripten der in Beispiel 1 ermittelten und Beispiel 2 aufgelisteten mRNA mit Hilfe des LightCyclers gemessen und dann unter Verwendung der geratespezifischen Software die Standardkurve erstellt Dazu mußten im Vorfeld für jede zu untersuchende mRNA spezifische Pπmer ausgewählt werden (mit Hilfe der Software „Array Designer", erhältlich von der Firma PREMIER Biosoft International, PaIo Alto, USA), die eine Synthese von ln-vιtro-Transkπpten sowie die PCR-Amplifikation im LightCycler ermöglichenFor this purpose, dilutions of known concentrations of / n-wfro transcripts of the mRNA determined in Example 1 and Example 2 were measured with the aid of the LightCycler and then using the device-specific software created the standard curve For this purpose, specific Pπmer had to be selected in advance for each mRNA to be examined (using the software "Array Designer", available from PREMIER Biosoft International, Paolo Alto, USA), which enable a synthesis of in vitro transcπten and PCR amplification in LightCycler
Nach Herstellung der externen Standardkurve konnte mit der Messung im LightCycler begonnen werden Für die Messungen wurden zwei unterschiedliche Verdünnungen für jede zu analysierende Probe eingesetzt Im LightCycler-Lauf wurde dann mit den jeweiligen Primern das spezifische Transcript amphfiziert und die Einlagerung des Farbstoffs gemessenAfter preparation of the external standard curve, it was possible to start the measurement in the LightCycler. Two different dilutions were used for the measurements for each sample to be analyzed. In the LightCycler run, the specific transcript was amphfied with the respective primers and the incorporation of the dye was measured
Unter Verwendung der LightCycler-Software sowie des auf der Webseite http //molbiol ru/ger/scrιpts/01_07 html zugänglichen Skripts (2 12 2004) konnte die genaue Molekulzahl für ausgewählte Transkripte ermittelt werden Mit den auf diese Weise erhaltenen Werten und deren Relationen zueinander wurden für die ausgewählten Transkripte die in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Induktionswerte bestätigt Using the LightCycler software as well as the script available on the website http // molbiol ru / ger / scrιpts / 01_07 html (2 12 2004), it was possible to determine the exact molecular number for selected transcripts with the values obtained in this way and their relations to one another For the selected transcripts, the induction values given in Tables 1 and 2 were confirmed
Beschreibung der FigurenDescription of the figures
Figur 1 : Schematische Darstellung des /W-//'ne-Monitoring eines Bioprozesses mit erfindungsgemäßen elektrischen DNA-ChipsFigure 1: Schematic representation of / W - // ' ne monitoring a bioprocess with electrical DNA chips according to the invention
Die zeitnahe Überwachung des Bioprozesses geschieht vorteilhafterweise über folgende Arbeitsschritte:The timely monitoring of the bioprocess takes place advantageously via the following steps:
1. Probennahme, beispielsweise aus der Fermentation eines Mikroorganismus;1. Sampling, for example, from the fermentation of a microorganism;
2. Zellaufschluß über Routine-Methoden;2. cell digestion via routine methods;
3. RNA-Isolierung über Routine-Methoden;3. RNA isolation via routine methods;
4. Hybridisierung auf einem erfindungsgemäß mit Nukleinsäuren (beispielsweise DNA) oder Nukleinsäure-Analoga (beispielsweise schwer hydrolysierbaren, analog aufgebauten Verbindungen) beladenen Chip;4. hybridization to a chip loaded according to the invention with nucleic acids (for example DNA) or nucleic acid analogs (for example, compounds which are difficult to hydrolyze, analogously constructed);
5. Erfassung der elektrischen Signale eines entsprechend konstruierten Elektro- Chips; alternativ wäre auch die Aufnahme optischer Signale von einem optischen DNA-Chip möglich;5. detection of the electrical signals of a correspondingly designed electric chip; Alternatively, the recording of optical signals from an optical DNA chip would be possible;
6. Vorzugsweise Rechner-gestützte Datenauswertung.6. Preferably computer-aided data evaluation.
Bei Einsatz elektrischer Chips ergibt sich nach derzeitigem Entwicklungsstand eine ungefähre Gesamtanalysenzeit von weniger als 2 h, bei Einsatz konventioneller optischer DNA-Chips von ca. 12 h. When using electrical chips results in the current state of development an approximate total analysis time of less than 2 h, with the use of conventional optical DNA chips of about 12 h.

Claims

Patentansprücheclaims
Nuklemsaure-bindender Chip, dotiert mit Sonden für mindestens sechs der folgenden 85 Gene yxel, dppE, Gen für ein enges Homologes zu AId [L-Alanιn-Dehydrogenase] (Homolog zu SEQ ID NO 157), fruK, ybdN, Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 39), Gen für eine putative Methylmalonat-Semialdehyd-Dehydrogenase [acylierend] (EC 1 2 1 27, Homolog zu SEQ ID NO 159), yvdE, rbsK, hxIA, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO 103), yvdH, ywfL, ispA, yvyD, Gen für eine Glucan-1 ,4-alpha- Maltohydrolase (EC 3 2 1 133, Homolog zu SEQ ID NO 151 ), licA, rocD, ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licH, IOIE, putatives Gen für ein putatives ABC-Transporter-ATP-Bmdungsprotein (Homolog zu SEQ ID NO 125), rsiX, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO 123), mmgE, Gen für eine putative Pectin-Methylesterase (Homolog zu SEQ ID NO 63), Gen für eine putative Formiat-Dehydrogenase-alpha-Kette (EC 1 2 1 2, Homolog zu SEQ ID NO 9), IOID, Gen für eine putative Hydroxybenzoat-Hydroxylase (Homolog zu SEQ ID NO 49), yvql, glpF, Gen für ein putatives Enoyl(3-hydroxyιsobutyryl)-Coenzym-A-Hydratase-Proteιn (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, Gen für eine putative Seπnprotease (Homolog zu SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 13), mmgD, tdh% mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4 1 3 1 , Homolog zu SEQ ID NO 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotein (Homolog zu SEQ ID NO 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl-CoA-Hydratase (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gen für eine putative 2-Hydroxy-3-Oxopropιonate-Reductase (EC 1 1 1 60, Homolog zu SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 11), wobei die Gesamtzahl aller für Glucosemangel spezifischen unterschiedlichen Sonden nicht über 100 liegtNuclear acid-binding chip doped with probes for at least six of the following genes: yxel, dppE, gene for a close homolog to AId [L-alanine dehydrogenase] (homolog to SEQ ID NO 157), fruK, ybdN, gene for a putative Transcriptional regulator (homologue to SEQ ID NO 39), gene for a putative methylmalonate semialdehyde dehydrogenase [acylating] (EC 1 2 1 27, homologue to SEQ ID NO 159), yvdE, rbsK, hxIA, gene for a hypothetical protein (homolog to SEQ ID NO 103), yvdH, ywfL, ispA, yvyD, gene for a glucan-1,4-alpha-maltohydrolase (EC 3 2,133, homologue to SEQ ID NO 151), licA, rocD, ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licH, IOIE, putative gene for a putative ABC transporter ATP binding protein (homolog to SEQ ID NO 125), rsiX, gene for a hypothetical protein (homolog to SEQ ID NO 123), mmgE, gene for a putative pectin methyl esterase (homologue to SEQ ID NO 63), gene for a putative formate dehydrogenase alpha chain (EC 1 2 1 2, homologue to SEQ ID NO 9), IOID, gene for a e putative hydroxybenzoate hydroxylase (homologue to SEQ ID NO 49), yvql, glpF, gene for a putative enoyl (3-hydroxyιsobutyryl) coenzyme A hydratase protein (EC 4 2 17, homologue to SEQ ID NO 93) , ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, gene for a putative secretion protein (homologue to SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 13), mmgD, tdh % mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4 1 3 1, homologue to SEQ ID NO 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 17), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homolog to SEQ ID NO 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl-CoA hydratase (EC 4 2 17, homologue to SEQ ID NO 95), glpD , etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1 1 1 60, homolog to SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN , yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative but yryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homolog to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homolog to SEQ ID NO 11), wherein the total number of all different specific for glucose deficiency different probes is not more than 100
Nuklemsaure-bindender Chip nach Anpruch 1 , zunehmend bevorzugt dotiert mit den dort angegebenen Sonden in der dort angegebenen ReihenfolgeNucleic acid-binding chip according to claim 1, increasingly preferably doped with the probes specified therein in the order given there
Nuklemsaure-bindender Chip nach Anpruch 1 oder 2, wobei mindestens eine, zunehmend bevorzugt zwei oder drei der Sonden aus den folgenden 67 Genen ausgewählt ist/sind ycgO, yqiQ, sigX, ioIC, licH, ioIE, putatives Gen für ein putatives ABC-Transporter-ATP- Bindungsprotein (Homolog zu SEQ ID NO 125), rsiX, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO 123), mmgE, Gen für eine putative Pectm-Methylesterase (Homolog zu SEQ ID NO 63), Gen für eine putative Formiat-Dehydrogenase-alpha-Kette (EC 1 2 1 2, Homolog zu SEQ ID NO 9), IOID, Gen für eine putative Hydroxybenzoat-Hydroxylase (Homolog zu SEQ ID NO 49), yvql, glpF, Gen für ein putatives Enoyl(3-hydroxyιsobutyryl)- Coenzym-A-Hydratase-Proteιn (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, Gen für eine putative Sennprotease (Homolog zu SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4 1 3 1 , Homolog zu SEQ ID NO 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotem (Homolog zu SEQ ID NO 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl-CoA-Hydratase (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gen für eine putative 2- Hydroxy-3-Oxopropιonate-Reductase (EC 1 1 1 60, Homolog zu SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101 ), Gen für eine putative Malat- Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 11), vorzugsweise aus den folgenden 34 Genen tdh, mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4 1 3 1, Homolog zu SEQ ID NO 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotein (Homolog zu SEQ ID NO 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl-CoA-Hydratase (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gen für eine putative 2- Hydroxy-3-Oxopropιonate-Reductase (EC 1 1 1 60, Homolog zu SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101), Gen für eine putative Malat- Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 11), besonders bevorzugt aus den folgenden 10 Genen kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101 ), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoS, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 11), ganz besonders bevorzugt aus den folgenden 4 Genen Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 11) Nukleinsaure-bindender Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dotiert mit mindestens 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 28, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 oder 85 der genannten SondenA nucleic acid binding chip according to claim 1 or 2, wherein at least one, more preferably two or three, of the probes are selected from the following 67 genes: ycgO, yqiQ, sigX, ioIC, licH, ioIE, putative gene for a putative ABC transporter -ATP- Binding protein (homolog to SEQ ID NO 125), rsiX, gene for a hypothetical protein (homologue to SEQ ID NO 123), mmgE, gene for a putative pectm methylesterase (homolog to SEQ ID NO 63), gene for a putative formate Dehydrogenase-alpha chain (EC 1 2 1 2, homologue to SEQ ID NO 9), IOID, gene for a putative hydroxybenzoate hydroxylase (homolog to SEQ ID NO 49), yvql, glpF, gene for a putative enoyl (3 Hydroxyιsobutyryl) - coenzyme A hydratase Proteιn (EC 4 2 1 17, homologue to SEQ ID NO 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, gene for a putative Sennprotease (homologue to SEQ ID NO 35), aprE , yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, gene for putative isocitrate lyase (EC 4 1 3 1, homologue to SEQ ID NO. 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 17), malP, mmgA, gene for a putative membrane proton (homolog to SEQ ID NO 15), yusJ, malA, gene for a putati enoyl-CoA hydratase (EC 4 2 1 17, homologue to SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1 1 1 60, homologue to SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homologue to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 11), preferably from the following 34 genes tdh, mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4 1 3 1, homologue to SEQ ID NO. 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 17), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homolog to SEQ ID NO 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl-CoA hydratase (EC 4 2 17, homologue to SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1 1 1 60, homologue to SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homologue to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 11), particularly preferred from the following 10 genes kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homolog to SEQ ID NO 107), acoS, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 11), very particularly preferably from the following 4 genes gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homologue to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 11) Nucleic acid-binding chip according to one of claims 1 to 3, doped with at least 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 28, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 or 85 of said probes
Nukleinsaure-bindender Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gesamtzahl aller unterschiedlichen Sonden zunehmend bevorzugt nicht über 95, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 oder 10 liegtNucleic acid-binding chip according to one of claims 1 to 4, wherein the total number of all different probes is increasingly preferably not more than 95, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 or 10
Nukleinsaure-bindender Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei es sich bei den genannten Sonden um solche handelt, die auf die betreffenden, beziehungsweise hochsthomologen, in vivo transkribierbaren Gene aus dem für den Bioprozeß gewählten Organismus ansprechen, vorzugsweise solche, die von den betreffenden, beziehungsweise hochsthomologen, in vivo transkribierbaren Genen eben dieses Organismus abgeleitet sindNucleic acid-binding chip according to one of claims 1 to 5, wherein said probes are those which are responsive to the relevant, or highly homologous, in vivo transcribable genes from the organism selected for the bioprocess, preferably those derived from the relevant, or hochsthomologen, in vivo transcribable genes are derived precisely this organism
Nukleinsaure-bindender Chip nach Anspruch 6, wobei es sich bei dem für den Bioprozeß ausgewählten Organismus um einen Vertreter einzelliger Eukaryonten, grampositiver oder gramnegativer Bakterien handeltA nucleic acid-binding chip according to claim 6, wherein the organism selected for the bioprocess is a member of unicellular eukaryotes, Gram-positive or Gram-negative bacteria
Nukleinsaure-bindender Chip nach Anspruch 7, wobei es sich bei den einzelligen Eukaryonten um Protozoen oder um Pilze handelt, hierunter insbesondere Hefe, ganz besonders Sacharomyces oder SchizosaccharomycesNucleic acid-binding chip according to claim 7, wherein the unicellular eukaryotes are protozoa or fungi, including in particular yeast, especially Sacharomyces or Schizosaccharomyces
Nukleinsaure-bindender Chip nach Anspruch 7, wobei es sich bei den grampositiven Bakterien um Coryneforme Bakterien oder solche der Gattungen Staphylococcus, Corynebakteπen oder Bacillus handelt, insbesondere der Spezies Staphylococcus carnosus, Corynebactenum glutamicum, Bacillus subtihs, B lichemformis, B amyloliquefaciens, B agaradherens, B stearothermophilus, B globign oder ß lentus, und ganz besonders um S lichemformisNucleic acid-binding chip according to claim 7, wherein the Gram-positive bacteria are Coryneform bacteria or those of the genera Staphylococcus, Corynebacteria or Bacillus, in particular the species Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtihs, B lichemformis, B amyloliquefaciens, B agaradherens, B stearothermophilus, B globign, or lentus, and especially slichemformis
Nukleinsaure-bindender Chip nach Anspruch 7, wobei es sich bei den gramnegativen Bakterien um solche der Gattungen E coli oder Klebsiella handelt, insbesondere um Derivate von Escherichia coli K12, von Escherichia coli B oder Klebsiella planticola, und ganz besonders um Derivate der Stamme Escherichia coli BL21 (DE3), E coli RV308, E coli DH5α, E coli JM 109, E coli XL-1 oder Klebsiella planticola (Rf)Nucleic acid-binding chip according to claim 7, wherein the Gram-negative bacteria are those of the genera E coli or Klebsiella, in particular derivatives of Escherichia coli K12, Escherichia coli B or Klebsiella planticola, and more particularly derivatives of the strain Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5α, E. coli JM109, E. coli XL-1 or Klebsiella planticola (Rf)
Nukleinsaure-bindender Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mindestens eine, zunehmend bevorzugt mehrere der genannten Sonden von den Sequenzen abgeleitet ist/sind, die im Sequenzprotokoll unter den Nummern SEQ ID NO. 1 , 3, 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41 , 43, 45, 47, 49, 51 , 53, 55, 57, 59, 61 , 63, 65, 67, 69, 71 , 73, 75, 77, 79, 81 , 83, 85, 87, 89, 91 , 93, 95, 97, 99, 101 , 103, 105, 107, 109, 111 , 113, 115, 117, 119, 121 , 123, 125, 127, 129, 131 , 133, 135, 137, 139, 141 , 143, 145, 147, 149, 151, 153, 155, 157, 159, 161 , 163, 165, 167 und 169 aufgeführt sind.Nucleic acid-binding chip according to one of claims 1 to 10, wherein at least one, more preferably more of said probes are / are derived from the sequences, in the sequence listing under the numbers SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149, 151, 153, 155, 157, 159, 161, 163, 165, 167 and 169 are listed.
12. Nukleinsäure-bindender Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , zusätzlich dotiert mit mindestens einer Sonde für ein zusätzliches Gen, insbesonderen einem solchen, das in einem Stoffwechsel-bedingten Zusammenhang zu dem oder den prozeßbedingt zusätzlich exprimierten Gen(en) steht, ganz besonders für eines von diesen oder dieses selbst.The nucleic acid-binding chip according to any one of claims 1 to 11, additionally doped with at least one probe for an additional gene, in particular one which is in a metabolic-related relation to the process-related additionally expressed gene (s) especially for one of these or this self.
13. Nukleinsäure-bindender Chip nach Anspruch 12, wobei es sich bei dem prozeßbedingt zusätzlich exprimierten Gen um das für ein gewerblich einsetzbares Protein handelt, insbesondere um eine Amylase, Cellulase, Lipase, Oxidoreduktase, eine Hemicellulase oder Protease, oder um eines, das auf einem Syntheseweg für eine niedermolekulare chemische Verbindung liegt oder diesen wenigstens zum Teil reguliert.13. Nucleic acid-binding chip according to claim 12, wherein the process-related additionally expressed gene is that for a commercially useful protein, in particular an amylase, cellulase, lipase, oxidoreductase, a hemicellulase or protease, or one of which a synthesis route for a low molecular weight chemical compound or at least partially regulated.
14. Nukleinsäure-bindender Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine, bevorzugt mehrere der genannten Sonden einzelsträngig, in Form des codogenen Strangs bereitgestellt werden.14. Nucleic acid-binding chip according to one of claims 1 to 13, wherein one, preferably more of said probes single-stranded, are provided in the form of the codogenic strand.
15. Nukleinsäure-bindender Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei eine, bevorzugt mehrere der genannten Sonden in Form einer DNA oder eines Nukleinsäureanalogs, vorzugsweise eines Nukleinsäureanalogs zur Verfügung gestellt wird/werden.15. Nucleic acid-binding chip according to one of claims 1 to 14, wherein one, preferably more of said probes in the form of a DNA or a nucleic acid analog, preferably a nucleic acid analogue is provided / become.
16. Nukleinsäure-bindender Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei eine, bevorzugt mehrere der genannten Sonden Genbereiche umfaßt/umfassen, die von dem zu untersuchenden Organismus in mRNA umgeschrieben werden, insbesondere die Genbereiche, die nahe dem 5'-Ende der mRNA liegen.16. Nucleic acid-binding chip according to one of claims 1 to 15, wherein one, preferably a plurality of said probes gene / includes gene regions / which are rewritten by the organism to be examined in mRNA, in particular the gene regions which are near the 5 'end of lie mRNA.
17. Nukleinsäure-bindender Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei eine, bevorzugt mehrere der genannten Sonden auf Fragmente der betreffenden Nukleinsäuren anspricht/ansprechen, insbesondere auf solche, die in der betreffenden mRNA, bezogen auf die jeweilige Gesamt-mRNA ein geringes Maß an Sekundärfaltung aufweisen. 17. nucleic acid-binding chip according to one of claims 1 to 16, wherein one, preferably more of said probes responsive to fragments of the respective nucleic acids / responsive, in particular to those in the respective mRNA, based on the respective total mRNA a small Have a degree of secondary folding.
18. Nukleinsäure-bindender Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei eine, bevorzugt mehrere der genannten Sonden eine Länge von weniger als 200 Nukleotiden, vorzugsweise von weniger als 100 Nukleotiden, besonders bevorzugt von 20 bis 60 Nukleotiden, ganz besonders bevorzugt von 45 bis 55 Nukleotiden aufweist/aufweisen.18. Nucleic acid-binding chip according to one of claims 1 to 17, wherein one, preferably more of said probes has a length of less than 200 nucleotides, preferably less than 100 nucleotides, more preferably from 20 to 60 nucleotides, most preferably from 45 to 55 nucleotides.
19. Nukleinsäure-bindender Chip nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei durch die Bindung der mRNA an die betreffende genannte Sonde ein elektrisches Signal ausgelöst wird.19. Nucleic acid-binding chip according to one of claims 1 to 18, wherein an electrical signal is triggered by the binding of the mRNA to the relevant said probe.
20. Gleichzeitige Verwendung von Nukleinsäure- oder Nukleinsäure-Analogon-Sonden für mindestens sechs der folgenden 85 Gene: yxel, dppE, Gen für ein enges Homologes zu AId [L-Alanin-Dehydrogenase] (Homolog zu SEQ ID NO. 157), fruK, ybdN, Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO. 39), Gen für eine putative Methylmalonat-Semialdehyd-Dehydrogenase [acylierend] (EC 1.2.1.27; Homolog zu SEQ ID NO. 159), yvdE, rbsK, hxIA, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO. 103), yvdH, ywfL, ispA, yvyD, Gen für eine Glucan-1 ,4-alpha- Maltohydrolase (EC 3.2.1.133; Homolog zu SEQ ID NO. 151), HcA, rocD, ycgO, yqiQ, sigX, iolC, HcH, iolE, putatives Gen für ein putatives ABC-Transporter-ATP-Bindungsprotein (Homolog zu SEQ ID NO. 125), rsiX, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO. 123), mmgE, Gen für eine putative Pectin-Methylesterase (Homolog zu SEQ ID NO. 63), Gen für eine putative Formiat-Dehydrogenase-alpha-Kette (EC 1.2.1.2; Homolog zu SEQ ID NO. 9), ioID, Gen für eine putative Hydroxybenzoat-Hydroxylase (Homolog zu SEQ ID NO. 49), yvql, glpF, Gen für ein putatives Enoyl(3-hydroxyisobutyryl)-Coenzym-A-Hydratase-Protein (EC 4.2.1.17; Homolog zu SEQ ID NO. 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, Gen für eine putative Serinprotease (Homolog zu SEQ ID NO. 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2.2.1.1 ; Homolog zu SEQ ID NO. 13), mmgD, tdh, mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4.1.3.1; Homolog zu SEQ ID NO. 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO. 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotein (Homolog zu SEQ ID NO. 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl-CoA-Hydratase (EC 4.2.1.17; Homolog zu SEQ ID NO. 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yυsL, Gen für eine putative 2-Hydroxy-3-Oxopropionate-Reductase (EC 1.1.1.60; Homolog zu SEQ ID NO. 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO. 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4.1.3.2; Homolog zu SEQ ID NO. 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2.2.1.1 ; Homolog zu SEQ ID NO. 11), gebunden an einen Nukleinsäure-bindenden Chip, vorzugsweise an denselben, zur Bestimmung des physiologischen Zustands eines einen biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus. Verwendung nach Anspruch 20, wobei die Gesamtzahl aller Glucosemangel-spezifischen unterschiedlichen Sonden nicht über 100 liegt20. Simultaneous use of nucleic acid or nucleic acid analogue probes for at least six of the following 85 genes: yxel, dppE, gene for a tight homolog to AId [L-alanine dehydrogenase] (homologue to SEQ ID NO: 157), fruK , ybdN, gene for a putative transcriptional regulator (homologue to SEQ ID NO: 39), gene for a putative methylmalonate semialdehyde dehydrogenase [acylating] (EC 1.2.1.27, homologue to SEQ ID NO: 159), yvdE, rbsK, hxIA , Gene for a hypothetical protein (homolog to SEQ ID NO: 103), yvdH, ywfL, ispA, yvyD, gene for a glucan-1,4-alpha-maltohydrolase (EC 3.2.1.133, homologue to SEQ ID NO.115) , HcA, rocD, ycgO, yqiQ, sigX, iolC, HcH, iolE, putative gene for a putative ABC transporter ATP binding protein (homolog to SEQ ID NO: 125), rsiX, gene for a hypothetical protein (homologue to SEQ ID No. 123), mmgE, gene for a putative pectin methyl esterase (homologue to SEQ ID NO 63), gene for a putative formate dehydrogenase alpha chain (EC 1.2.1.2, H omolog to SEQ ID NO. 9), ioID, gene for a putative hydroxybenzoate hydroxylase (homolog to SEQ ID NO 49), yvqI, glpF, gene for a putative enoyl (3-hydroxyisobutyryl) coenzyme A hydratase protein (EC 4.2.1.17; Homologue to SEQ ID NO: 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, gene for a putative serine protease (homologue to SEQ ID NO: 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, Gene for a putative transketolase (EC 2.2.1.1, homologue to SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4.1.3.1, homologue to SEQ ID NO: 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO: 17), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homologue to SEQ ID NO: 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl-CoA hydratase (EC 4.2.1.17 Homologue to SEQ ID NO: 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yυsL, gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1.1.1.60, homologue to SEQ ID NO: 99), yvdl, acoc, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO. 101), gene for a putative malate synthase (EC 4.1.3.2, homologue to SEQ ID NO: 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2.2.1.1, homologue to SEQ ID NO: 11), bound to a Nucleic acid-binding chip, preferably to the same, for determining the physiological state of an organism passing through a biological process. Use according to claim 20, wherein the total number of all glucose deficiency-specific different probes is not more than 100
Verwendung nach Anspruch 20 oder 21 , wobei die in Anspruch 20 angegebenen Sonden in der dort angegebenen Reihenfolge zunehmend bevorzugt eingesetzt werdenUse according to claim 20 or 21, wherein the probes specified in claim 20 are increasingly preferably used in the order given there
Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei mindestens eine, zunehmend bevorzugt zwei oder drei der Nukleinsäure- oder Nukleinsaure-Analogon-Sonden für Gene aus den folgenden 67 Genen spezifisch ist/sind ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licH, IOIE, putatives Gen für ein putatives ABC-T ransporter-ATP- Bindungsprotein (Homolog zu SEQ ID NO 125), rsiX, Gen für ein hypothetisches Protein (Homolog zu SEQ ID NO 123), mmgE, Gen für eine putative Pectin-Methylesterase (Homolog zu SEQ ID NO 63), Gen für eine putative Formiat-Dehydrogenase-alpha-Kette (EC 1 2 1 2, Homolog zu SEQ ID NO 9), IOID, Gen für eine putative Hydroxybenzoat-Hydroxylase (Homolog zu SEQ ID NO 49), yvql, glpF, Gen für ein putatives Enoyl(3-hydroxyιsobutyryl)- Coenzym-A-Hydratase-Proteιn (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, Gen für eine putative Seπnprotease (Homolog zu SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4 1 3 1, Homolog zu SEQ ID NO 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotein (Homolog zu SEQ ID NO 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl-CoA-Hydratase (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gen für eine putative 2- Hydroxy-3-Oxopropιonate-Reductase (EC 1 1 1 60, Homolog zu SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101), Gen für eine putative Malat- Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2 2 1 1 , Homolog zu SEQ ID NO 11), vorzugsweise für Gene aus den folgenden 34 Genen tdh, mmgC, Gen für eine putative Isocitrat-Lyase (EC 4 1 3 1 , Homolog zu SEQ ID NO 105), Gen für einen putativen Transkriptionsregulator (Homolog zu SEQ ID NO 17), malP, mmgA, Gen für ein putatives Membranprotein (Homolog zu SEQ ID NO 15), yusJ, malA, Gen für eine putative Enoyl-CoA- Hydratase (EC 4 2 1 17, Homolog zu SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, Gen für eine putative 2-Hydroxy-3-Oxopropιonate-Reductase (EC 1 1 1 60, Homolog zu SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4 1 3 2, Homolog zu SEQ ID NO 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2.2.1.1 ; Homolog zu SEQ ID NO. 11); besonders bevorzugt für Gene aus den folgenden 10 Genen: kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO. 101), Gen für eine putative Malat-Synthase (EC 4.1.3.2; Homolog zu SEQ ID NO. 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2.2.1.1 ; Homolog zu SEQ ID NO. 11); ganz besonders bevorzugt für Gene aus den folgenden 4 Genen: Gen für eine putative Butyryl-CoA Dehydrogenase (Homolog zu SEQ ID NO. 101), Gen für eine putative Malat- Synthase (EC 4.1.3.2; Homolog zu SEQ ID NO. 107), acoB, Gen für eine putative Transketolase (EC 2.2.1.1 ; Homolog zu SEQ ID NO. 11).Use according to any one of claims 20 to 22, wherein at least one, more preferably two or three, of the nucleic acid or nucleic acid analogue probes are specific for genes from the following 67 genes: ycgO, yqiQ, sigX, IOIC, licH, IOIE, putative gene for a putative ABC transporter ATP binding protein (homolog to SEQ ID NO 125), rsiX, gene for a hypothetical protein (homolog to SEQ ID NO 123), mmgE, gene for a putative pectin methylesterase (homolog to SEQ ID NO 63), gene for a putative formate dehydrogenase-alpha chain (EC 1 2 1 2, homologue to SEQ ID NO 9), IOID, gene for a putative hydroxybenzoate hydroxylase (homologue to SEQ ID NO 49), yvql, glpF, gene for a putative enoyl (3-hydroxyιsobutyryl) coenzyme A hydratase protein (EC 4 2 17, homologue to SEQ ID NO 93), ysbA, yvqH, bpr, acdA, yvoA, gene for a putative secretion protein (homologue to SEQ ID NO 35), aprE, yusK, acuA, acsA, acoR, ysiA, pgcM, mmgB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1 , Homologue to SEQ ID NO 13), mmgD, tdh, mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4 1 3 1, homolog to SEQ ID NO 105), gene for a putative transcriptional regulator (homolog to SEQ ID NO 17) , malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homolog to SEQ ID NO 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl-CoA hydratase (EC 4 2 17, homologue to SEQ ID NO 95), glpD, etfB , etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1 1 1 60, homolog to SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB , kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homolog to SEQ ID NO 107 ), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2 2 1 1, homologue to SEQ ID NO 11), preferably for genes from the following 34 genes tdh, mmgC, gene for a putative isocitrate lyase (EC 4 1 3 1, Homolog to SEQ ID NO. 105), gene for a putative transcript tion regulator (homolog to SEQ ID NO 17), malP, mmgA, gene for a putative membrane protein (homolog to SEQ ID NO 15), yusJ, malA, gene for a putative enoyl-CoA hydratase (EC 4 2 1 17, homolog to SEQ ID NO 95), glpD, etfB, etfA, ywjF, yvdG, yusL, gene for a putative 2-hydroxy-3-oxopropionate reductase (EC 1 1 1 60, homologue to SEQ ID NO 99), yvdl, acoC, acoL, ycgM, mmsA, ycgN, yoeB, kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO 101), gene for a putative malate synthase (EC 4 1 3 2, homologue to SEQ ID NO 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2.2.1.1, homologue to SEQ ID NO: 11); particularly preferred for genes from the following 10 genes: kbl, yvdJ, yvdK, yfiA, malL, acoA, gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO. 101), gene for a putative malate synthase (EC 4.1 Homologue to SEQ ID NO: 107), acoB, gene for a putative transketolase (EC 2.2.1.1, homologue to SEQ ID NO: 11); very particularly preferred for genes from the following 4 genes: gene for a putative butyryl-CoA dehydrogenase (homolog to SEQ ID NO.101), gene for a putative malate synthase (EC 4.1.3.2, homolog to SEQ ID NO.107) , acoB, gene for a putative transketolase (EC 2.2.1.1, homologue to SEQ ID NO: 11).
24. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 23 von gleichzeitig mindestens 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 28, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 oder 85 der genannten Sonden.24. Use according to one of claims 20 to 23 of simultaneously at least 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 28, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 or 85 of said probes.
25. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei die Gesamtzahl aller unterschiedlichen Sonden zunehmend bevorzugt nicht über 95, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 oder 10 liegt.25. Use according to any one of claims 20 to 24, wherein the total number of all different probes is increasingly preferably not more than 95, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 or 10.
26. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 25 zur Bestimmung einer Änderung im Glucosestoffwechsel des den biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus, vorzugsweise zur Detektion eines Glucosemangelzustands.26. Use according to one of claims 20 to 25 for determining a change in the glucose metabolism of the organism passing through the biological process, preferably for the detection of a glucose deficient state.
27. Verwendung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, wobei mindestens eine, zunehmend bevorzugt mehrere der genannten Sonden von den Sequenzen abgeleitet sind, die im Sequenzprotokoll unter den Nummern SEQ ID NO. 1 , 3, 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43, 45, 47, 49, 51 , 53, 55, 57, 59, 61 , 63, 65, 67, 69, 71 , 73, 75, 77, 79, 81 , 83, 85, 87, 89, 91 , 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111 , 113, 115, 117, 119, 121 , 123, 125, 127, 129, 131 , 133, 135, 137, 139, 141 , 143, 145, 147, 149, 151 , 153, 155, 157, 159, 161 , 163, 165, 167 und 169 aufgeführt sind.27. Use according to any one of claims 20 to 26, wherein at least one, increasingly preferably several of said probes are derived from the sequences which are listed in the sequence listing under the numbers SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149, 151, 153, 155, 157, 159, 161, 163, 165, 167 and 169 are listed.
28. Verfahren der Bestimmung des physiologischen Zustands eines einen biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus durch Einsatz eines Nukleinsäure-bindenden Chips nach einem der Ansprüche 1 bis 19. Verfahren nach Anspruch 28, wobei eine Änderung im Glucosestoffwechsel des den biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus bestimmt wird, vorzugsweise ein Glucosemangelzustand28. A method of determining the physiological state of a biological process-passing organism by use of a nucleic acid-binding chip according to any one of claims 1 to 19. A method according to claim 28, wherein a change in glucose metabolism of the organism passing through the biological process is determined, preferably a glucose deficient state
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei es sich bei dem für den Bioprozeß ausgewählten Organismus um einen Vertreter einzelliger Eukaryonten, grampositiver oder gramnegativer Bakterien handeltThe method of claim 28 or 29, wherein the organism selected for the bioprocess is a member of a unicellular eukaryote, Gram-positive or Gram-negative bacteria
Verfahren nach Anspruch 30, wobei es sich bei den einzelligen Eukaryonten um Protozoen oder um Pilze handelt, hierunter insbesondere Hefe, ganz besonders Sacharomyces oder SchizosaccharomycesThe method of claim 30, wherein the unicellular eukaryotes are protozoa or fungi, including in particular yeast, especially Sacharomyces or Schizosaccharomyces
Verfahren nach Anspruch 31, wobei es sich bei den grampositiven Bakterien um Coryneforme Bakterien oder solche der Gattungen Staphylococcus, Corynebaktenen oder Bacillus handelt, insbesondere der Spezies Staphylococcus carnosus, Corynebactenum glutamicum, Bacillus subtilis, B licheniformis, B amyloliquefaciens, B agaradherens, B stearothermophilus, B globigu oder B lentus, und ganz besonders um B licheniformisThe method of claim 31, wherein the Gram-positive bacteria are Coryneform bacteria or those of the genera Staphylococcus, Corynebacteria or Bacillus, in particular of the species Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis, B licheniformis, B amyloliquefaciens, B agaradherens, B stearothermophilus, B globigu or B lentus, and especially B licheniformis
Verfahren nach Anspruch 30, wobei es sich bei den gramnegativen Bakterien um solche der Gattungen £ coli oder Klebsiella handelt, insbesondere um Derivate von Escherichia coli K12, von Escherichia coli B oder Klebsiella planticola, und ganz besonders um Derivate der Stamme Escherichia coli BL21 <DE3), E coli RV308, E coli DH5α, E coli JM109, E coli XL-1 oder Klebsiella planticola (Rf)The method of claim 30, wherein the Gram-negative bacteria are those of the genera coli or Klebsiella, in particular derivatives of Escherichia coli K12, Escherichia coli B or Klebsiella planticola, and more particularly derivatives of the strain Escherichia coli BL21 <DE3 ) E. coli RV308, E. coli DH5α, E. coli JM109, E. coli XL-1 or Klebsiella planticola (Rf)
Verfahren nach Anspruch 33 oder vorzugsweise 32, wobei solche der genannten Sonden zum Einsatz kommen, die von den im Sequenzprotokoll angegebenen SEQ ID NO 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43, 45, 47, 49, 51 , 53, 55, 57, 59, 61 , 63, 65, 67, 69, 71 , 73, 75, 77, 79, 81 , 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111 , 113, 115, 117, 119, 121 , 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141 , 143, 145, 147, 149, 151 , 153, 155, 157, 159, 161 , 163, 165, 167 oder 169 abgeleitet sindA method according to claim 33 or preferably 32, wherein those of said probes are used which are of the SEQ ID Nos. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, listed in the sequence listing, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149, 151, 153, 155, 157, 159, 161, 163, 165, 167 or 169 are derived
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 34, wobei die Bestimmung des physiologischen Zustands zu verschiedenen Zeitpunkten desselben Prozesses durchgeführt wird, vorzugsweise unter Einsatz mehrerer baugleicher Nukleinsaure-bindender Chips, besonders bevorzugt desselben Nukleinsaure-bindenden Chips Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 35, wobei es sich bei dem Prozeß um eine Fermentation, insbesondere um die fermentative Herstellung eines gewerblich einsetzbaren Produkts, besonders bevorzugt um die Herstellung eines Proteins oder einer niedermolekularen chemischen Verbindung handeltMethod according to one of claims 28 to 34, wherein the determination of the physiological state at different times of the same process is carried out, preferably using a plurality of identical nucleic acid-binding chips, particularly preferably the same nucleic acid-binding chip A method according to any one of claims 28 to 35, wherein the process is a fermentation, in particular the fermentative production of a commercially useful product, more preferably the production of a protein or a low-molecular chemical compound
Verfahren nach Anspruch 36, wobei es sich bei der niedermolekularen chemischen Verbindung um einen Naturstoff, einen Nahrungsmittelerganzungsstoff oder um eine pharmazeutisch relevante Verbindung handeltThe method of claim 36, wherein the low molecular weight chemical compound is a natural product, a food supplement or a pharmaceutically relevant compound
Verfahren nach Anspruch 36, wobei es sich bei dem Protein um ein Enzym handelt, insbesondere eines aus der Gruppe der α-Amylasen, Proteasen, Cellulasen, Lipasen, Oxidoreduktasen, Peroxidasen, Laccasen, Oxidasen und HemicellulasenThe method of claim 36, wherein the protein is an enzyme, in particular one of the group of α-amylases, proteases, cellulases, lipases, oxidoreductases, peroxidases, laccases, oxidases and hemicellulases
Verwendung eines Nukleinsaure-bindenden Chips nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Bestimmung des physiologischen Zustands eines einen biologischen Prozeß durchlaufenden OrganismusUse of a nucleic acid-binding chip according to any one of claims 1 to 19 for determining the physiological state of an organism passing through a biological process
Verwendung nach Anspruch 39, wobei eine Änderung im Glucosestoffwechsel des den biologischen Prozeß durchlaufenden Organismus bestimmt wird, vorzugsweise ein GlucosemangelzustandUse according to claim 39, wherein a change in the glucose metabolism of the organism passing through the biological process is determined, preferably a glucose deficient state
Verwendung nach Anspruch 39 oder 40, wobei es sich bei dem für den Bioprozeß ausgewählten Organismus um einen Vertreter einzelliger Eukaryonten, grampositiver oder gramnegativer Bakterien handeltUse according to claim 39 or 40, wherein the organism selected for the bioprocess is a representative of unicellular eukaryotes, Gram-positive or Gram-negative bacteria
Verwendung nach Anspruch 41 , wobei es sich bei den einzelligen Eukaryonten um Protozoen oder um Pilze handelt, hierunter insbesondere Hefe, ganz besonders Sacharomyces oder SchizosaccharomycesUse according to claim 41, wherein the unicellular eukaryotes are protozoa or fungi, including in particular yeast, especially Sacharomyces or Schizosaccharomyces
Verwendung nach Anspruch 41 , wobei es sich bei den grampositiven Bakterien um Coryneforme Bakterien oder solche der Gattungen Staphylococcus, Corynebakteπen oder Bacillus handelt, insbesondere der Spezies Staphylococcus carnosus, Corynebactenum glutamicum, Bacillus subtihs, B licheniformis, B amylohquefaciens, B agaradherens, B stearothermophilus, B globigu oder ß lentus, und ganz besonders um S licheniformis Use according to claim 41, wherein the Gram-positive bacteria are Coryneform bacteria or those of the genera Staphylococcus, Corynebacteria or Bacillus, in particular the species Staphylococcus carnosus, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtihs, B licheniformis, B amylohquefaciens, B agaradherens, B stearothermophilus, B globigu or lentus, and especially S licheniformis
44. Verwendung nach Anspruch 41 , wobei es sich bei den gramnegativen Bakterien um solche der Gattungen E. coli oder Klebsiella handelt, insbesondere um Derivate von Escherichia coli K12. von Escherichia coli B oder Klebsiella planticola, und ganz besonders um Derivate der Stämme Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5α, E.coli JM109, E. coli XL-1 oder Klebsiella planticola (Rf).44. Use according to claim 41, wherein the Gram-negative bacteria are those of the genera E. coli or Klebsiella, in particular derivatives of Escherichia coli K12. of Escherichia coli B or Klebsiella planticola, and more particularly derivatives of the strains Escherichia coli BL21 (DE3), E. coli RV308, E. coli DH5α, E. coli JM109, E. coli XL-1 or Klebsiella planticola (Rf).
45. Verwendung nach Anspruch 44 oder vorzugsweise 43, wobei solche der genannten Sonden zum Einsatz kommen, die von den im Sequenzprotokoll angegebenen SEQ ID NO. 1 , 3, 5, 7, 9, 11 , 13, 15, 17, 19, 21 , 23, 25, 27, 29, 31 , 33, 35, 37, 39, 41 , 43, 45, 47, 49, 51 , 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71 , 73, 75, 77, 79, 81 , 83, 85, 87, 89, 91 , 93, 95, 97, 99, 101 , 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121 , 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149, 151 , 153, 155, 157, 159, 161 , 163, 165, 167 oder 169 abgeleitet sind.45. Use according to claim 44 or preferably 43, wherein those of said probes are used which are of the SEQ ID NO. 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57, 59, 61, 63, 65, 67, 69, 71, 73, 75, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105, 107, 109, 111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141, 143, 145, 147, 149, 151, 153, 155, 157, 159, 161, 163, 165, 167 or 169 are derived.
46. Verwendung nach einem der Ansprüche 39 bis 45, wobei die Bestimmung des physiologischen Zustands zu verschiedenen Zeitpunkten desselben Prozesses durchgeführt wird, vorzugsweise unter Einsatz mehrerer baugleicher Nukleinsäure-bindender Chips, besonders bevorzugt desselben Nukleinsäure-bindenden Chips.46. Use according to any one of claims 39 to 45, wherein the determination of the physiological state at different times of the same process is carried out, preferably using a plurality of identical nucleic acid-binding chips, more preferably the same nucleic acid-binding chip.
47. Verwendung nach einem der Ansprüche 39 bis 46, wobei es sich bei dem Prozeß um eine Fermentation, insbesondere um die fermentative Herstellung eines gewerblich einsetzbaren Produkts, besonders bevorzugt um die Herstellung eines Proteins oder einer niedermolekularen chemischen Verbindung handelt.47. Use according to any one of claims 39 to 46, wherein the process is a fermentation, in particular the fermentative production of a commercially useful product, more preferably the production of a protein or a low-molecular chemical compound.
48. Verwendung nach Anspruch 47, wobei es sich bei der niedermolekularen chemischen Verbindung um einen Naturstoff, einen Nahrungsmittelergänzungsstoff oder um eine pharmazeutisch relevante Verbindung handelt.48. Use according to claim 47, wherein the low molecular weight chemical compound is a natural product, a food supplement or a pharmaceutically relevant compound.
49. Verwendung nach Anspruch 47, wobei es sich bei dem Protein um ein Enzym handelt, insbesondere eines aus der Gruppe der α-Amylasen, Proteasen, Cellulasen, Lipasen, Oxidoreduk- tasen, Peroxidasen, Laccasen, Oxidasen und Hemicellulasen. 49. Use according to claim 47, wherein the protein is an enzyme, in particular one of the group of α-amylases, proteases, cellulases, lipases, oxidoreductases, peroxidases, laccases, oxidases and hemicellulases.
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