WO2021260322A1 - Strains of clostridium bacteria resistant to 5-fluorouracil, genetic tools and uses thereof - Google Patents

Strains of clostridium bacteria resistant to 5-fluorouracil, genetic tools and uses thereof Download PDF

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WO2021260322A1
WO2021260322A1 PCT/FR2021/051143 FR2021051143W WO2021260322A1 WO 2021260322 A1 WO2021260322 A1 WO 2021260322A1 FR 2021051143 W FR2021051143 W FR 2021051143W WO 2021260322 A1 WO2021260322 A1 WO 2021260322A1
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WO
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bacterium
gene
genes
upp
clostridium
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Application number
PCT/FR2021/051143
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French (fr)
Inventor
Nicolas Lopes Ferreira
François WASELS
Rémi HOCQ
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/10Transferases (2.)
    • C12N9/1048Glycosyltransferases (2.4)
    • C12N9/1077Pentosyltransferases (2.4.2)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/74Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
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    • C12N9/10Transferases (2.)
    • C12N9/12Transferases (2.) transferring phosphorus containing groups, e.g. kinases (2.7)
    • C12N9/1205Phosphotransferases with an alcohol group as acceptor (2.7.1), e.g. protein kinases
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the present invention relates to the genetic modification of bacteria, more particularly bacteria belonging to the genus Clostridium, for example solvent-forming bacteria. It relates more particularly to recombinant bacteria made resistant to 5 -fluorouracil (5 -FU) belonging to the Clostridium genus, the tools and methods allowing them to be obtained, as well as the uses of said recombinant strains and of said tools, in particular for genetically modifying a bacterium of the same. kind.
  • 5 -fluorouracil 5 -fluorouracil
  • the invention also relates to the use, as marker gene (s) in a method of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium, of several genes chosen from among the upp, udp and / or udk genes, and the methods of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium comprising a step of transformation of a recombinant bacterium according to the invention.
  • marker gene s
  • Clostridium contains Gram-positive bacteria, strictly anaerobic and sporulating, belonging to the phylum Firmicutes. Clostridia are an important group to the scientific community for several reasons. The first is that a number of serious diseases (e.g. tetanus, botulism) are due to infections of pathogenic members of this family (John & Wood, 1986; Gonzales et al., 2014). The second is the possibility of using so-called acidogenic or solventogenic strains in biotechnology (Moon et al., 2016).
  • Clostridia non-pathogenic, naturally have the capacity to convert a large variety of sugars to produce chemical species of interest, and more particularly acetone, butanol, and ethanol (John & Wood, 1986) in during a process called ABE fermentation.
  • IBE fermentation is possible in certain particular species, capable of reducing acetone in variable proportions to isopropanol (Chen et al., 1986, George et al., 1983) thanks to the presence in the genome of these strains genes encoding secondary alcohol dehydrogenases (s-ADH; Ismael et al., 1993, Hiu et al., 1987).
  • CRISPR Clustered Regularly Interspaced Short Palindromie Repeats
  • Cas CRISPR-associated protein
  • C. beijerinckii DSM 6423 is a solventogenic strain of the Clostridium genus which has the particularity of producing F isopropanol, mixed with n-butanol and ethanol (IBE metabolism). This capacity makes it interesting for the production of advanced biofuels or for green chemistry. Until recently, little information was available on this strain, which limited its use. The inventors have recently developed tools and methods described in patent EP3 362 559 and in applications EP3 578 662, PCT / FR2019053227 and FRI 9/05485 making it possible to modify in a targeted manner the genome of bacteria belonging to the genus Clostridium, including this microorganism.
  • acetobutylicum a resistance to 5-fluorouracil (5-FU), an organofluorine analogue of uracil, because Upp allows the conversion 5-FU in 5-Fluorouridine monophosphate (5-FUMP), a compound toxic to the bacterial cell which interferes in particular with the synthesis of RNA. It is thus possible to envisage replacing the upp gene with a nucleic acid sequence of interest, the recombinant strain becoming capable of growing in liquid or agar medium containing 5-FU. However, as the inventors were able to observe, in C. beijerinckii DSM 6423, the inactivation of the CIBE 0562 gene does not make it possible to obtain a strain resistant to 5-FU (cf. FR 19/05485 and example 1 of part experimental).
  • the present invention describes recombinant bacteria resistant to 5-FU as well as the tools and methods for their production and manipulation. It thus considerably and very advantageously facilitates the selection of the recombinant strains of interest, and therefore the exploitation, in particular on an industrial scale, of bacteria belonging to the genus Clostridium.
  • the inventors describe, in the context of the present invention, recombinant bacteria belonging to the genus Clostridium, in particular to the species Clostridium beijerinckii, advantageously capable of growing in the presence of 5-fluorouracil (5-FU).
  • 5-FU 5-fluorouracil
  • a recombinant bacterium of the genus Clostridium resistant to 5- FU characterized in that it lacks at least two genes responsible for the production of 5- Fluorouridine monophosphate (5-FUMP) from 5 -FU, or in other words a bacterium of the genus Clostridium modified by inactivation of several genes (at least two, for example three genes) responsible for the production of 5-FUMP from 5 -FU, in particular a recombinant bacterium belonging to the species Clostridium beijerinckii.
  • a particular process described by the inventors allows the genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium. It comprises one or more steps of transforming a bacterium of the genus Clostridium using one or more nucleic acids comprising a sequence targeting and inactivating the upp and udp genes, making it possible to make said bacterium 5 -FU resistant. Also described are recombinant bacteria of the genus Clostridium resistant to 5-FU characterized in that they have been obtained by such a process.
  • the nucleic acid used to transform a bacterium of the genus Clostridium comprises a sequence targeting and inactivating, by a homologous recombination mechanism, the upp gene and the udp gene and / or the udk gene of the bacterium, said bacterium of the genus Clostridium comprising, in the wild state, preferably at least two genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU and being preferably selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum , C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum and C. butyricum.
  • the nucleic acid used to transform a bacterium of the genus Clostridium comprises a sequence allowing the insertion of an intron into the upp gene, the udp gene and / or the udk gene of the bacterium, said bacterium of the Clostridium genus comprising, in the wild state, preferably at least two genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU and being preferably selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum and C. butyricum.
  • the method of genetic modification of the bacterium is preferably one of those developed by the inventors described in patent EP 3 362 559 and in applications EP 3 578 662 and FRI 8 73492 .
  • the present description is also aimed at the use of the upp, udp and / or udk genes as counter-selection marker (s), typically in the presence of 5-FU, in a process for the genetic modification of a recombinant bacterium of the genus Clostridium.
  • s counter-selection marker
  • the invention typically from a bacterium of the genus Clostridium comprising, in the wild state, several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU.
  • the inventors also describe an advantageous process for the genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium, preferably of a (strain of) bacterium comprising in the wild state several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU. , including a transformation step of a recombinant bacterium of the genus Clostridium as described in the present text using a nucleic acid comprising a sequence allowing the modification, by a homologous recombination mechanism, of the genetic material of the bacterium by mutation, insertion or deletion of a sequence of interest.
  • the inventors also describe a kit for transforming, and preferably genetically modifying, a bacterium belonging to the genus Clostridium, preferably a (strain of) bacterium comprising in the wild state several genes responsible for the production of 5-FUMP from of 5 -FU, or to produce at least one solvent, for example a mixture of solvents, using such a bacterium.
  • a bacterium belonging to the genus Clostridium preferably a (strain of) bacterium comprising in the wild state several genes responsible for the production of 5-FUMP from of 5 -FU, or to produce at least one solvent, for example a mixture of solvents, using such a bacterium.
  • kits for the implementation of a process described in the present text of transformation, and ideally of genetic modification, of a bacterium belonging to the genus Clostridium, preferably a bacterium comprising in the wild state several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5 -FU, and / or for the production of solvent (s) or biofuel (s), or mixtures thereof, preferably on an industrial scale, using a recombinant bacterium according to the invention.
  • This kit preferably comprises a recombinant bacterium as described in the present text and 5 -FU.
  • At least one of said acids nucleic acid further comprises a sequence encoding an anti-CRISPR protein placed under the control of an inducible promoter.
  • the genetic tool may otherwise further comprise a third nucleic acid encoding an anti-CRISPR protein preferably placed under the control of an inducible promoter.
  • the inventors constructed the C. beijerinckii IFP962 Aupp strain which is a mutant of the DSM 6423 strain in which the upp gene (CIBE 0562, SEQ ID NO: 1) has been inactivated (cf. FIG. 1).
  • the inventors were able to observe that, contrary to what is observed in C. acetobutylicum ATCC 824 following the inactivation of the upp gene (patent WO2008 / 040387), the C. beijerinckii DSM 6423 Aupp mutants obtained remain sensitive to 5 -fluorouracil ( 5 -FU) (cf. FIG. 8), due to the accumulation of 5-Fluorouridine monophosphate (5-FUMP) which causes a significant cytotoxic effect leading to the arrest of cell growth (cell death).
  • a diagram illustrating this toxic metabolic pathway is detailed in Figure 2.
  • Uracil is a metabolic intermediate in the pyrimidine rescue pathway which recycles the pyrimidine bases Cytosine (C) and Uracil (U).
  • the inventors have very advantageously succeeded in developing a recombinant bacterium of the Clostridium genus resistant to 5-fluorouracil (5 -FU) characterized in that it lacks several, ie at least two genes, responsible for the production of 5-FUMP from 5 -FU, or in other words in which several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU have been inactivated.
  • This recombinant bacterium of the Clostridium genus is typically a strain comprising in the wild several genes, ie, at least two genes, responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU, for example two, three, four or five genes responsible for such production.
  • the recombinant bacterium of the genus Clostridium is the bacterium C. botulinum or the bacterium C. perfringens.
  • the recombinant bacterium of the genus Clostridium is selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum and C. butyricum. It is preferably selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. diolis and C. butyricum.
  • the recombinant bacterium of the genus Clostridium is a bacterium sensitive to an antibiotic belonging to the class of amphenicols such as, for example, chloramphenicol, thiamphenicol, azidamphenicol or florfenicol, preferably chloramphenicol and / or thiamphenicol, for example a bacterium no longer expressing an amphenicol-O-acetyltransferase, for example a bacterium expressing the catB gene in the wild, and lacking said catB gene or incapable of expressing said catB gene.
  • an antibiotic belonging to the class of amphenicols such as, for example, chloramphenicol, thiamphenicol, azidamphenicol or florfenicol, preferably chloramphenicol and / or thiamphenicol, for example a bacterium no longer expressing an amphenicol-O-acetyltransferase, for example a bacterium expressing
  • a particularly preferred bacterium belongs to the species C. beijerinckii.
  • the C. beijerinckii bacterium can be a bacterium sensitive to thiamphenicol such as for example the C. beijerinckii strain registered on December 6, 2018 under the deposit number LMG P-31151 with the Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM » KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium), or the C. beijerinckii strain registered on February 20, 2019 under the deposit number LMG P-31277 with the BCCM.
  • the bacterium genetically modified by means of a method described in the present text is a bacterium of the genus Clostridium not expressing (due to said genetic modification) the upp gene and one and / or l another of the udp and udk genes, characterized in that it is also sensitive to an antibiotic belonging to the class of amphenicols as described above.
  • the description relates to, besides the recombinant bacteria according to the invention, any bacterium derived, clone, mutant or genetically modified version thereof, for example any bacterium derived, clone, mutant or genetically modified version remaining resistant to 5 -FU.
  • the inventors have discovered the existence of several enzymes capable of metabolizing 5-FU in bacteria belonging to the genus Clostridium and have succeeded in developing a method for obtaining recombinant Clostridium bacteria resistant to 5-FU.
  • a particular method of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium described by the inventors comprises a step of transforming a bacterium of the genus Clostridium using a nucleic acid making it possible, by a homologous recombination mechanism, to make said bacteria resistant to 5-fluorouracil (5-FU).
  • This method typically comprises the steps of a method described in patent EP3 362559 or in application EP3 578 662.
  • transformation refers to the incorporation of exogenous nucleic acid by a cell, this acquisition of new genes being transient (if the exogenous nucleic acid carrying the genes can subsequently be eliminated) or permanent (in the case of where the exogenous nucleic acid is integrated into the DNA of the host cell).
  • homologous recombination refers to the event of substitution of a segment of DNA by another which has identical (homologous) or nearly identical regions.
  • a preferred method comprises a step of transforming a bacterium of the genus Clostridium as described in the present text, preferably a bacterium comprising in the wild state several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5- FU, using all or part of a modification tool (also identified in the present text as “exogenous sequence” or “exogenous nucleic acid”) by homologous recombination, typically characterized i) in that it comprises at least : a "first" nucleic acid encoding at least one DNA endonuclease, for example the Cas9 enzyme, in which the sequence encoding the DNA endonuclease is placed under the control of a promoter, and
  • At least one "second" nucleic acid containing a repair matrix allowing, by a homologous recombination mechanism, the replacement of a portion of the targeted bacterial DNA ("target DNA sequence") by the endonuclease by a “Sequence of interest”, in that ii) at least one of said nucleic acids further encodes one or more guide RNAs (gRNA) or in that the genetic tool further comprises one or more guide RNAs, each RNA guide comprising an RNA structure for binding to the DNA endonuclease and a sequence complementary to the targeted portion of the bacterial DNA, and preferably iii) in that at least one of said nucleic acids further comprises a coding sequence an anti-CRISPR protein placed under the control of an inducible promoter, or in that the genetic tool further comprises a third nucleic acid encoding an anti-CRISPR protein placed under the control of an inducible promoter.
  • gRNA guide RNAs
  • target DNA sequence denotes any gene, intergenic region, promoter and / or regulatory sequence of interest chosen by a person skilled in the art. They are in particular genes encoding proteins of interest, for example enzymes involved in cell metabolism.
  • sequence of interest denotes a coding sequence or not. It can be a mutated sequence of the target DNA sequence, for example of the target gene, of the promoter or of the regulatory sequence and / or of a marker such as an antibiotic resistance gene or an enzyme. color generator.
  • sequence of interest may be longer or shorter than the replaced sequence ("target DNA sequence"), depending on the distance between the two homologous regions.
  • the anti-CRISPR protein is a protein capable of inhibiting or preventing / neutralizing the action of DNA endonuclease, typically from Cas, and / or a protein capable of inhibiting or preventing / neutralizing the action of a CRISPR-Cas system, for example of a CRISPR-Cas type II system when the nuclease is a Cas9 type nuclease, preferably during the phase of introduction of the nucleic acid sequences of the genetic tool in the bacterial strain of interest.
  • This sequence is typically placed under the control of an inducible promoter different from the promoters controlling expression of DNA endonuclease and / or gRNA (s), and is inducible by another inducing agent.
  • This promoter can for example be selected from the Pbgal promoter (inducible to lactose), the promoter of the tetA gene, of the xylA gene or of the lad gene, or a derivative thereof.
  • the promoter controlling the expression of the anti-CRISPR protein makes it possible to advantageously control the action of the DNA endonuclease, for example of the Cas9 enzyme, and thus to facilitate the transformation of bacteria and the production of transformants. having undergone the desired genetic modifications.
  • the anti-CRISPR protein is typically an “anti-Cas9” protein or an “anti-MAD7” protein, ie a protein capable of inhibiting or preventing / neutralizing the action of Cas9 or MAD7.
  • the anti-CRISPR protein is advantageously an “anti-Cas9” protein, for example selected from AcrlIA1, AcrIIA2, AcrIIA3, AcrIIA4, AcrIIA5, AcrIIC1, AcrIIC2 and AcrIIC3 (Pawluk et al, 2018).
  • the “anti-Cas9” protein is AcrIIA2 or AcrIIA4. Even more preferably, the “anti-Cas9” protein is AcrIIA4.
  • Such a protein is typically capable of very significantly limiting, ideally preventing, the action of Cas9, for example by binding to the enzyme Cas9 (Dong et al, 2017; Rauch et al, 2017).
  • Another advantageously usable anti-CRISPR protein is an “anti-MAD7” protein, for example the AcrVA1 protein (Marino et al, 2018).
  • the inventors describe in particular such a genetic tool comprising at least:
  • first nucleic acid encoding at least one DNA endonuclease, in which the sequence encoding the DNA endonuclease is placed under the control of a promoter
  • nucleic acid comprising, or consisting of, an “OREP nucleic acid” sequence, ie comprising, or consisting of, i) all or part of the sequence SEQ ID NO: 41 and ii) a sequence allowing the modification of the genetic material of a bacterium by mutation, insertion or deletion of a sequence of interest and / or the expression within said bacterium of a DNA sequence partially or totally absent from the genetic material present within the wild version of said bacteria.
  • the “second nucleic acid containing a repair template” as described above comprises this “other nucleic acid”.
  • the "OREP nucleic acid” sequence comprises a nucleotide sequence (SEQ ID NO: 41) encoding a protein involved in the replication of an OPT nucleic acid of interest. This protein involved in replication is also identified in the present text as the “REP” protein (SEQ ID NO: 42).
  • the REP protein has a domain conserved in firmicutes, called “COG 5655” (Plasmid rolling circle replication initiator protein REP), of sequence SEQ ID NO: 43. It facilitates the transformation of bacteria by improving the maintenance within said bacteria of the all the genetic material introduced.
  • a particular method advantageously comprises a step of transforming the bacterium by introducing into said bacterium all or part of a genetic tool as described in the present text, in particular of a nucleic acid comprising, or consisting of, i) all or part of the sequence SEQ ID NO: 41 and ii) a sequence allowing the modification of the genetic material of a bacterium and / or the expression within said bacterium of a DNA sequence partially or totally absent from the genetic material present within the wild version of said bacterium.
  • the nucleic acid used to transform a bacterium, or a population of bacteria denotes an entity (P “exogenous nucleic acid”) typically in the form of an expression cassette (or “Construct”) such as for example a nucleic acid comprising at least one transcriptional promoter or a regulatory sequence of interest, operably linked (as understood by those skilled in the art) to one or more sequences (coding or not) of interest, for example to an operon comprising several coding sequences of interest whose expression products contribute to the realization of a function of interest within the bacterium, or a nucleic acid comprising in in addition to an activator sequence and / or a transcription terminator.
  • an expression cassette or “Construct”
  • a nucleic acid comprising at least one transcriptional promoter or a regulatory sequence of interest operably linked (as understood by those skilled in the art) to one or more sequences (coding or not) of interest, for example to an operon comprising several coding sequences of interest whose expression products contribute to the realization of
  • the vector is typically in the form of a vector, circular or linear, single or double stranded, for example a plasmid, a phage, a cosmid, an artificial or synthetic chromosome, comprising one or more expression cassettes as defined herein. -above.
  • the vector is a plasmid.
  • the nucleic acids of interest can be constructed by standard techniques well known to those skilled in the art and can comprise one or more promoters, origins of bacterial replication (ORI sequences) , termination sequences, selection genes, eg antibiotic resistance genes, and sequences ("flanked regions") allowing targeted insertion of the cassette or vector.
  • these expression cassettes and vectors can be integrated within the bacterial genome by techniques well known to those skilled in the art.
  • ORI sequences of interest can be chosen from pIP404, rAMbI, repH (origin of replication in C. acetobutylicum), ColE1 or rep (origin of replication in E. coli), or any other origin of replication allowing the maintenance of the vector, typically from the plasmid, within a Clostridium cell.
  • Termination sequences of interest can be chosen from those of the adc, th1 genes, of the bcs operon, or of any other terminator, well known to those skilled in the art, allowing the stopping of transcription within of a bacterial cell.
  • Selection genes (resistance genes) of interest can be chosen from ermB, catP, bla, tetA, tetM, and / or any other gene for resistance to ampicillin, erythromycin, chloramphenicol, thiamphenicol, to spectinomycin, to tetracycline or to any other antibiotic which can be used to select bacteria of the Clostridium genus well known to those skilled in the art.
  • the method advantageously comprises the following steps: a) introduction into the bacteria of a modification tool by homologous recombination as described above, preferably in the presence of an agent inducing l. 'expression of the anti-CRISPR protein, and b) culture of the transformed bacterium obtained at the end of step a) on a medium not containing (or under conditions not involving) the agent inducing the expression of the anti-CRISPR protein, and typically allowing the expression of the ribonucleoprotein endonuclease complex of DNA / gRNA, for example Cas9 / gRNA (in order to stop the production of said anti-CRISPR protein and to allow the action of the endonuclease).
  • a particular method as described above aims, in the context of the present invention, to render a bacterium of the genus Clostridium (for example a bacterium as described in the present text comprising at least two genes responsible for the production of 5- FUMP from 5 -FU) resistant to 5 -FU.
  • the sequence of interest used typically comprises, or consists of, a sequence targeting and inactivating the upp gene, and one and / or the other of the udp and udk genes, and allows, by a mechanism of homologous recombination, to render the bacteria resistant to 5-fluorouracil (5 -FU).
  • the nucleic acid used in the method comprises, or consists of, a sequence targeting and inactivating the upp and udp genes, the upp and udk genes, or the upp, udp and udk genes.
  • the nucleic acid used in the method comprises, or consists of, a sequence targeting and inactivating the upp and udp genes.
  • the nucleic acid used in the method comprises, or consists of, a sequence targeting and inactivating the upp and udk genes.
  • nucleic acids described by the inventors make it possible, by homologous recombination mechanisms, to make resistant to 5-fluorouracil (5 -FU) a bacterium of the genus Clostridium comprising, in the wild state, at least two genes responsible for the production. from 5- FUMP from 5 -FU.
  • These nucleic acids comprise, in a particular embodiment, a sequence targeting and inactivating the upp gene, and the udp gene and / or the udk gene.
  • the bacterium is selected from C. beijerinckii, C. diolis, C. saccharobutylicum, C. taeniosporum, C. botulinum, C.
  • the bacterium is the bacterium C. botulinum or the bacterium C. perfringens.
  • the upp gene is the gene of sequence SEQ ID NO: 1 present in C. beijerinckii or an analogous gene encoding or exhibiting the activity of a uracil phosphoribosyl-transferase, the sequence of which is at least 70%, 75% or more identical. 80%, preferably at least 81%, 82%, 83% or 84% identical, even more preferably at least 85% identical, to the sequence SEQ ID NO: 1.
  • the udp gene is the gene of sequence SEQ ID NO: 2 present in C. beijerinckii or an analogous gene encoding or exhibiting the activity of a uridine phosphorylase, the sequence of which is identical to at least 70%, 75% or 80%, preferably identical to 81%, 82%, 83% or 84%, even more preferably identical to at least 85%, to the sequence SEQ ID NO: 2.
  • the udk gene is the gene of sequence SEQ ID NO: 3 present in C. beijerinckii or an analogous gene encoding or exhibiting the activity of a uridine kinase, the sequence of which is at least 70%, 75% or 80% identical. , preferably 81%, 82%, 83% or 84% identical, even more preferably at least 85% identical, to the sequence SEQ ID NO: 3, or the gene of sequence SEQ ID NO: 4 or a analogue gene encoding or exhibiting the activity of a uridine kinase, the sequence of which is identical at least 70%, preferably at least 80%, even more preferably at least 85%, to the sequence SEQ ID NO : 4.
  • a recombinant bacterium of the genus Clostridium which has been modified by inactivation of the upp and udk genes and is presented as resistant to 5-FU, denotes a bacterium which does not express any copy of the upp and genes.
  • udk typically a bacterium which does not express any of the sequences SEQ ID NO: 1, 3 and 4.
  • 5-FU can therefore be used as an agent for the counter-selection of bacteria exhibiting a genetic modification of interest, derived (/ obtained from) said recombinant bacteria according to the invention, typically as an agent for the counter-selection of bacteria exhibiting one or more mutations in the upp, udp and / or udk gene (s), or comprising an exogenous sequence of interest inserted into one of said genes.
  • a preferred recombinant bacterium according to the invention is a bacterium of the genus Clostridium lacking the upp and udp genes.
  • a recombinant bacterium according to the invention, devoid of the upp and udp genes, which is particularly preferred is the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp (“IFP965”) registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P-31854 with the Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium).
  • Such a bacterium can typically be used as a laboratory tool for obtaining genetically improved strains of bacteria of the genus Clostridium.
  • a preferred object of the present description is thus aimed at the reuse of a recombinant bacterium according to the invention, preferably the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp (“IFP965”) registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P- 31854 from the Belgian Co-ordinated Collections of Microorganisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium), in a process for the modification / genetic improvement of a bacterium of the genus Clostridium.
  • a recombinant bacterium according to the invention preferably the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp (“IFP965”) registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P- 31854 from the Belgian Co-ordinated Collections of Microorganisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium
  • Another preferred recombinant bacterium according to the invention is a bacterium of the genus Clostridium lacking the upp and udk genes.
  • a particular recombinant bacterium according to the invention devoid of the upp gene and of a copy of the udk gene, is the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk (“IFP966”) registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P -31855 from the Belgian Co-ordinated Collections of Microorganisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium).
  • BCCM Belgian Co-ordinated Collections of Microorganisms
  • KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium Such a bacterium can typically be used as a laboratory tool for obtaining genetically improved strains of bacteria of the genus Clostridium.
  • bacterium preferably the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk (“IFP966”) registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P-31855 from the Belgian Co-ordinated Collections of Microorganisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium), in a process for the modification / genetic improvement of a bacterium of the genus Clostridium.
  • IFP966 the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk
  • a preferred recombinant bacterium according to the invention is a bacterium of the genus Clostridium lacking the upp gene and the udk gene, ie all copies of the udk gene (for example the sequences identified in the figures and the experimental part as CIBE 1796 and CIBE 3382 at C. beijerinckii DSM 6423).
  • Such a bacterium can typically be used as a laboratory tool for obtaining genetically improved strains of bacteria of the genus Clostridium.
  • Another preferred recombinant bacterium according to the invention is a bacterium of the genus Clostridium lacking (all copies) of the upp, udp and udk genes. Such a bacterium can typically be used as a laboratory tool for obtaining genetically improved strains of bacteria of the genus Clostridium.
  • Another preferred object of the present description is thus aimed at the use of a recombinant bacterium as described in the context of the present description in a process for the modification / genetic improvement of a bacterium of the genus Clostridium.
  • Such a method is typically similar to the methods of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium described in the present text comprising a step of transforming a bacterium using an exogenous genetic tool (“exogenous nucleic acid”) comprising a sequence allowing the modification, as explained above, by a mechanism of homologous recombination, of the genetic material of the bacterium, typically by mutation, insertion or deletion of a sequence of interest.
  • This method of genetic modification aims to obtain a recombinant bacterium exhibiting improved properties allowing it to be exploited directly on an industrial scale, for example to produce a biofuel.
  • the improved properties of the bacterium obtained by such a process preferably of a bacterium of the genus Clostridium comprising, in the wild state, several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5 -FU, modified by inactivation of d 'at least two of said genes, for example three genes, are directly linked to the modification (s) made to its genome, and therefore to the selected sequence (s) of interest, introduced in a stable manner into its genome.
  • the exogenous nucleic acid advantageously comprises all or part of the sequence encoding Upp, Udp and / or Udk and makes the bacteria in which it is present sensitive to 5-FU.
  • the inventors thus describe, as explained below, the use as counter-selection marker (s) of the upp, udp and / or udk genes in a process for the genetic modification of a recombinant bacterium of the genus Clostridium according to the invention. They preferably describe their use as counter-selection marker (s) in the presence of 5-FU.
  • marker gene refers to a sequence encoding a marker protein under the control of functional regulatory elements allowing the synthesis of said protein in Clostridia.
  • the selection marker genes can be divided into several subcategories depending on whether they confer positive or negative selection, and whether the selection is conditional or unconditional on the presence of external substrates.
  • the so-called “positive selection” marker genes promote the growth of cells whose genome has been genetically modified.
  • the detection of these marker genes with positive selection is subordinated to the use of toxic agents (antibiotics, herbicides or drugs).
  • These genes are, for example, genes for resistance to an antibiotic such as the nptl and nptll genes conferring resistance to the antibiotic kanamycin; in this case, all the cells having acquired the transgene will resist the antibiotic while the others will be killed.
  • the use of positive selection marker genes of this type has the double "advantage" of allowing both the identification and rapid sorting of genetically modified cells (the only ones to survive), compared to those which have not acquired the gene. transgene.
  • the so-called “counter-selection” or “negative selection”, “negatively selectable” marker genes cause the death of genetically modified cells or organisms under certain conditions that are controllable and known to the experimenter.
  • the exogenous nucleic acid preferably in the form of a replicative vector, for example d 'a plasmid
  • Elimination of a replicative vector generally occurs with successive cultures of clones, followed by negative or positive selection of clones which have eliminated this vector.
  • the present invention advantageously makes it possible to dispense with these successive cultures.
  • the method of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium described by the inventors thus comprises a step of transforming a population of recombinant bacteria of the genus Clostridium according to the invention, and further comprises i) a step of selecting the only bacteria that have been modified by mutation, insertion or deletion of the sequence of interest, and ii) a step of selecting said modified bacteria no longer possessing the nucleic acid containing the counter-selection marker (s), said bacteria multiplying in the presence of 5-FU unlike bacteria which have not lost said nucleic acid.
  • the recombinant bacteria targeted by the transformation step of the method according to the invention does not express the upp gene and does not also express the udp gene and / or the udk gene.
  • Said bacterium is advantageously transformed, in the context of a particular process for the genetic modification of said bacterium, using a nucleic acid comprising the upp gene or the upp and udp genes or the upp and udk genes or the upp genes. , udp and udk, said / said genes being used as counter-selection marker (s).
  • the recombinant bacterium is transformed using an exogenous nucleic acid comprising the, or more, gene (s) (typically upp, udp and / or udk) whose genome has been deleted in accordance with the teaching provided. by the inventors in the present text.
  • gene (s) typically upp, udp and / or udk
  • the use of the counter-selection marker is particularly useful because the recombinant Clostridia according to the invention are capable of growing on a medium comprising 5-FU before the transformation and after the elimination of the exogenous genetic tool ("nucleic acid exogenous'), typically of the vector.
  • the strains which have eliminated said exogenous tool can thus be selected positively.
  • said bacterium is transformed with the aid of a nucleic acid comprising the upp gene, said gene being used as a counter-selection marker.
  • said bacterium is transformed with the aid of a nucleic acid comprising the udp and / or udk gene (s), said gene (s) being used as marker (s) against -selection.
  • said bacterium is transformed with the aid of a nucleic acid comprising the genes upp and udp and / or udk, said gen (s) being used as counter-selection marker (s).
  • the inventors describe the use of a recombinant bacterium according to the invention to manufacture a genetically modified derivative bacterium, which can be used on an industrial scale to produce a solvent or a mixture of solvents, as well as the derivative recombinant bacteria thus obtained. They also describe the use of the derivative recombinant bacterium thus obtained, to produce, thanks to the expression of the nucleic acid (s) of interest voluntarily introduced into its genome, one or more solvents, preferably at least isopropanol, of preferably on an industrial scale.
  • the description also relates to a kit (kit) for transforming, and preferably genetically modifying, a bacterium belonging to the genus Clostridium to produce at least one solvent, for example a mixture of solvents, using such a bacterium.
  • kit for transforming, and preferably genetically modifying, a bacterium belonging to the genus Clostridium to produce at least one solvent, for example a mixture of solvents, using such a bacterium.
  • This kit preferably comprises a recombinant bacterium as described in the present text and 5 -FU.
  • It can also comprise a nucleic acid as described in the present text, all or part of the elements of a genetic tool as described in the present text making it possible to transform, and typically genetically modify such a bacterium, in order to produce a improved variant of said bacterium, and / or an inducer suitable for an inducible promoter present within the tool, for example an inducible promoter of the expression of the selected anti-CRISPR protein.
  • a preferred nucleic acid described in the present text comprises a sequence targeting and inactivating the upp gene, and the udp gene and / or the udk gene of a bacterium of the genus Clostridium comprising in the wild state at least two genes responsible for the production.
  • 5-FUMP from 5-FU selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum and C. butyricum.
  • the kit according to the invention can also comprise one or more consumables such as a culture medium, at least one gRNA, a nuclease, one or more selection molecules, or even an explanatory leaflet.
  • one or more consumables such as a culture medium, at least one gRNA, a nuclease, one or more selection molecules, or even an explanatory leaflet.
  • the description also relates to the use of a kit according to the invention, or of one or more of the elements of this kit, for the implementation of a method described in the present conversion text, and ideally of genetic modification, of a bacterium belonging to the genus Clostridium and / or for the production of solvent (s) or biofuel (s), or mixtures thereof, preferably on an industrial scale, using 'such a bacterium.
  • Solvents capable of being produced are typically acetone, butanol, ethanol, isopropanol or a mixture of these, typically an ethanol / isopropanol, butanol / isopropanol or ethanoFbutanol mixture, preferably an isopropanol mixture. / butanol.
  • the use of bacteria transformed according to the invention typically allows the production per year on an industrial scale of at least 100 tonnes of acetone, of at least 100 tonnes of ethanol, of at least 1000 tonnes of isopropanol. , at least 1,800 tonnes of butanol, or at least 40,000 tonnes of a mixture thereof.
  • Figure 1 A depicts a genetic construct.
  • Figure IB shows the verification of the presence of mutant strains of C. beijerinckii DSM 6423 in which the upp gene (CIBE 0562) is deleted (cf. figure 19 of patent FR1905485).
  • Figure 2 represents the 5-FU metabolic pathway described for C. acetobutylicum via the Upp enzyme encoded by the CA C2879 gene, as well as the metabolic pathways in C. beijerinckii DSM 6423 involving the enzyme Upp encoded by the CIBE 0562 gene or an alternative route passing through 5-Flurouridine involving the Udp and Udk enzymes encoded respectively by the CIBE 3715 (Udp), and CIBE 1796 and CIBE 3382 (Udk) genes.
  • 5-FUMP 5-fluorouracil monophosphate.
  • Figure 3 represents the phylogenetic tree Blast grouping the Clostridium strains exhibiting a udp gene 90% identical to the amino acid sequence of the CIBE 3715 gene. (Position of the udp gene of C. beijerinckii surrounded by a solid line ).
  • Figure 4 represents the phylogenetic tree grouping the Clostridium strains exhibiting a udk gene 85% identical to the amino acid sequence of the CIBE 1796 gene. (Position of the udk gene of C. beijerinckii surrounded by a solid line) .
  • Figure 5 represents the phylogenetic tree grouping the Clostridium strains exhibiting a udk gene 85% identical to the amino acid sequence of the CIBE 3382 gene. (Position of the udk gene of C. beijerinckii surrounded by a solid line) .
  • FIG. 6 represents the phylogenetic tree grouping the Clostridium strains exhibiting an upp gene 85% identical to the amino acid sequence of the CIBE 0562 gene. (Position of the upp gene of C. beijerinckii surrounded by a solid line) .
  • FIG. 7 represents the verification by PCR on a colony of the size of the loci targeted in each type of strain obtained. Sizes of expected amplicons, per target: upp (primers RH10 x RH11) - WT: 1,680 kb, Aupp: 1,080 kb; udp (RH171 x RH172 primers) - WT: 1,732 kb, Audp: 1,099 kb; udk (RH175 x RH176 primers) - WT: 1.848 kb, Audk: 1.225 kb.
  • FIG 8 shows the growth on agar medium of C. beijerinckii DSM 6423 (WT) and of the various mutants constructed during this study.
  • Figure 9 shows the map of the plasmid pNF3C-ABsaI.
  • Figure 10 shows the map of the plasmid pNF3C-GRNAind.
  • FIG 11 shows the Map of the plasmid pNF3C-GRNAind-udp-HR.
  • Figure 12 shows the Map of the plasmid pNF3C-GRNAind-udk-HR.
  • Figure 13 shows the Map of the plasmid pNF3C -Audp.
  • Figure 14 shows the Map of the plasmid pNF3C -Audk.
  • a clone of the C. beijerinckii DSM 6423 AcalB strain was first transformed with the vector pCas9 acr not exhibiting methylation at the levels of the motifs recognized by the methyltransferases of the dam and dcm type (prepared from an Escherichia coli bacterium exhibiting the half demj genotype.
  • An erythromycin resistant clone was then transformed with previously demethylated pEC750C-Aw /? /? The colonies thus obtained were selected on medium containing erythromycin (20 ⁇ g / ml), thiamphenicol (15 pg / mL) and lactose (40 mM).
  • the method described in application EP 3,578,662 comprises a step of introduction into the strain of a first plasmid, “pCas9 aCT”, which makes it possible to express the Cas9 enzyme under the control of several regulatory elements (inducible promoter and transient presence. anti-CRISPR AcrIIA4 protein).
  • pCas9 aCT a first plasmid
  • a second so-called “targeting” plasmid is introduced into said strain.
  • the targeting plasmid comprises:
  • the E. coli NEB 10-beta strain (New England Biolabs, Ref C3019) is used for the various clonings.
  • a strain of ⁇ . coli Dam Dcm expressing the products of the genes encoding certain methyl transferases from C. beijerinckii (CIBE 3327, CIBE 3328, CIBE 3322) placed under the control of an arabinose-inducible promoter (concentration used: 1 mM) was used .
  • the different E. coli strains were cultured on LB medium (tryptone 10 g / L, yeast extract 5 g / L, NaCl 5 g / L, agar 0 or 15 g / L if liquid or solid, respectively).
  • strain “IFP 962” strain C. beijerinckii registered on December 6, 2018 under the deposit number LMG P-31151 with the Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM” , KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium) - patent application FR 1905485] was used.
  • the strain “IFP 962 A upp” [or “IFP964” - strain registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P-31853 with Belgian Co-ordinated Collections of Micro -organisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium)] obtained in example n ° l was used.
  • strains are cultured on 2YTG medium (tryptone: 16 g / L, yeast extract: 10 g / L, glucose: 5 g / L, NaCl: 4 g / L) liquid (balanced at pH 5.2) or solid (supplemented with 15 g / L of agar).
  • Erythromycin at concentrations of 20 or 500 mg / L respectively in 2YTG or LB medium), chloramphenicol (25 or 12.5 mg L 1 respectively in solid or liquid LB medium), thiamphenicol (15 mg / L in 2YTG medium) and ampicillin (100 mg / L in solid or liquid LB medium) were used, if necessary.
  • 5-fluorouracil 5-FU
  • the solid 2YTG medium was supplemented with 50 mg / L of 5-fluorouracil (Sigma-Aldrich).
  • Plasmids described in patent application EP 3,578,662 were used, in particular the plasmids pCas9acr (SEQ ID NO: 32 - cf. sequence SEQ ID NO: 23 and FIG. 4 of EP 3,578,662), pGRNAind (SEQ ID NO: 33 - cf. sequence SEQ ID NO: 82 of EP3 578 662) and pNF3C (SEQ ID NO: 34 - cf. sequence SEQ ID NO: 125 and FIG. 29 of EP3 578 662).
  • the plasmid pNF3C had to be modified to remove a Bsal restriction site.
  • a “Quickchange” type method was used.
  • the vector was amplified with the primers RH159 and RH160, then digested with DpnI.
  • the PCR product was then introduced into E. coli, which made it possible to obtain the vector pNF3C-ABsaI of sequence SEQ ID NO: 35 (see Figure 9).
  • this vector was then modified to incorporate the region for expressing a guide RNA with an easily modifiable protospacer sequence.
  • this zone was amplified by PCR with the primers M13-rev and pEC750C-fwd from pGRNAind.
  • the PCR product was then digested with SacI then cloned by ligation (T4 DNA Ligase, NEB) in pNF3C-ABsaI, previously digested with SacI and dephosphorylated with the enzyme Antarctic Phosphatase (NEB), which made it possible to obtain pNF3C-GRNAind of sequence SEQ ID NO: 36 (cf. FIG. 11).
  • the two PCR products were assembled by PCR fusion.
  • the two repair matrices thus obtained were then cloned in BamHI in pNF3C-gRNAind, previously dephosphorylated with the enzyme Antarctic Phosphatase (NEB).
  • NEB Antarctic Phosphatase
  • the last step consisted in introducing into these two vectors the variable sequences (protospacer) of the guide RNAs targeting udp and udk. These sequences were determined in silico using the Geneious RIO software (https://www.geneious.com). For each protospacer, a pair of primers is hybridized in a thermal cycler (thermal denaturation at 95 ° C, then gradually lowering the temperature to room temperature). The udp-guide-fwd / udp-guide-rev and udk-guide-fwd / udk-guide-rev pairs were used to target the udp and udk genes respectively.
  • hybridization products were then integrated into the vectors pNF3C-GRNAind-udp-HR and pNF3C-GRNAind-udk-HR by Golden Gâte assembly in Bsal, which made it possible to obtain the final vectors pNF3C -Audp of sequence SEQ ID NO: 39 (cf. Figure 13) and pNF3C -Audk of sequence SEQ ID NO: 40 (cf. Figure 14).
  • the resulting strains are again transformed with the vectors pNF3C -Audp and pNF3C -Audk.
  • the transformants are selected on selective medium in the presence of lactose (40 mM) to induce the anti-CRISPR system described in applications EP3 578 662 and FR 19/05485. Individual colonies are suspended in water, then serial dilutions are deposited on selective solid medium supplemented with anhydrotetracycline (200 ng / mL).
  • Colonies resistant to anhydrotetracycline are subcultured and then their genotypes are tested by PCR on a colony and their phenotypes by exposure on a dish to 5-fluorouracil (50 mg / L).
  • the pairs of primers RH10 / RH11, RH171 / RH172 and RH175 / RH176 are used to verify the inactivation of the upp, udp and udk genes, respectively.
  • Each of these pairs makes it possible to amplify a region comprising the zones of homologies used to inactivate each of these genes, so that the PCR product can only come from an amplification of the genomic DNA at the targeted locus.
  • pNF3C -Audp and pNF3C -Audk Two targeting plasmids were constructed, pNF3C -Audp and pNF3C -Audk (respectively targeting the udp and udk genes), which were then introduced into the IFP 962 strains [C.
  • FIG. 7 shows the typical profiles obtained by PCR on a colony for each type of strain obtained.
  • deletion of this second gene in addition to the gene of sequence SEQ ID NO: 3, i.e., the complete deletion of the udk gene, is able to confer resistance to 5-FU on the recombinant bacteria.
  • C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp and C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk strains have been obtained by genetic engineering.
  • the inventors deduce from the experiments carried out that once at least two genes involved in the formation of 5-FUMP from 5-FU are deleted, the recombinant bacterium of the Clostridium genus is made resistant to 5-FU.
  • These phenotypes are advantageous in that they allow the use of a counter-selection marker (the upp gene, the udp gene and / or the udk gene) to obtain strains of C. beijerinckii not possessing any other. genetic modification than desired.
  • Such a marker can thus be used to accelerate the phase of elimination of the exogenous plasmids after a given genetic modification, a step which, before the present invention, required numerous subcultures on non-selective medium.
  • the metabolic pathways responsible for the assimilation of 5-FU in C. beijerinckii DSM 6423 are also present in a number of clostridia, ie C. beijerinckii, C. diolis, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. taeniosporum, C botulinum, C. butyricum, C. perfringens, C. saccharobutylicum, in which it is also possible to delete at least two of the genes upp, udp and udk.

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Abstract

The present invention relates to recombinant bacteria of the genus Clostridium made resistant to 5-fluorouracil (5-FU), the tools and methods enabling them to be obtained, as well as the uses of the recombinant strains and the tools, in particular for genetically modifying a bacterium of the same genus. The invention also relates to the methods for genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium, comprising a step of transforming a recombinant bacterium according to the invention.

Description

SOUCHES DE BACTERIES CLOSTRIDIUM RESISTANTES AU 5-FLUOROURACILE, OUTILS GENETIQUES ET UTILISATIONS DE CEUX-CI 5-FLUOROURACIL RESISTANT CLOSTRIDIUM BACTERIAL STRAINS, GENETIC TOOLS AND USES OF THEM
La présente invention concerne la modification génétique de bactéries, plus particulièrement de bactéries appartenant au genre Clostridium, par exemple de bactéries solvantogènes. Elle concerne plus particulièrement des bactéries recombinantes rendues résistantes au 5 -fluorouracile (5 -FU) appartenant au genre Clostridium, les outils et procédés permettant leur obtention, ainsi que les utilisations desdites souches recombinantes et desdits outils, notamment pour modifier génétiquement une bactérie du même genre. L’invention concerne également l’utilisation, comme gène(s) marqueur(s) dans un procédé de modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium, de plusieurs gènes choisis parmi les gènes upp, udp et/ou udk, et les procédés de modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium comprenant une étape de transformation d’une bactérie recombinante selon l’invention. The present invention relates to the genetic modification of bacteria, more particularly bacteria belonging to the genus Clostridium, for example solvent-forming bacteria. It relates more particularly to recombinant bacteria made resistant to 5 -fluorouracil (5 -FU) belonging to the Clostridium genus, the tools and methods allowing them to be obtained, as well as the uses of said recombinant strains and of said tools, in particular for genetically modifying a bacterium of the same. kind. The invention also relates to the use, as marker gene (s) in a method of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium, of several genes chosen from among the upp, udp and / or udk genes, and the methods of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium comprising a step of transformation of a recombinant bacterium according to the invention.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE TECHNOLOGICAL BACKGROUND
Le genre Clostridium contient des bactéries à Gram positif, anaérobies strictes et sporulantes, appartenant au phylum des Firmicutes. Les Clostridia sont un groupe d’importance pour la communauté scientifique pour plusieurs raisons. La première est qu’un certain nombre de maladies graves (e.g. tétanos, botulisme) sont dues à des infections de membres pathogènes de cette famille (John & Wood, 1986 ; Gonzales et al., 2014). La deuxième est la possibilité d’utiliser des souches dites acidogènes ou solvantogènes en biotechnologie (Moon et al. , 2016). Ces Clostridia, non pathogènes, ont naturellement la capacité de convertir une variété importante de sucres pour produire des espèces chimiques d’intérêt, et plus particulièrement de l’acétone, du butanol, et de l’éthanol (John & Wood, 1986) au cours d’un processus nommé fermentation ABE. De manière similaire, la fermentation IBE est possible chez certaines espèces particulières, capables de réduire en proportion variable l’acétone en isopropanol (Chen et al., 1986, George et al., 1983) grâce à la présence dans le génome de ces souches de gènes codant des alcool déshydrogénases secondaires (s-ADH ; Ismael et al., 1993, Hiu et al., 1987). The genus Clostridium contains Gram-positive bacteria, strictly anaerobic and sporulating, belonging to the phylum Firmicutes. Clostridia are an important group to the scientific community for several reasons. The first is that a number of serious diseases (e.g. tetanus, botulism) are due to infections of pathogenic members of this family (John & Wood, 1986; Gonzales et al., 2014). The second is the possibility of using so-called acidogenic or solventogenic strains in biotechnology (Moon et al., 2016). These Clostridia, non-pathogenic, naturally have the capacity to convert a large variety of sugars to produce chemical species of interest, and more particularly acetone, butanol, and ethanol (John & Wood, 1986) in during a process called ABE fermentation. Similarly, IBE fermentation is possible in certain particular species, capable of reducing acetone in variable proportions to isopropanol (Chen et al., 1986, George et al., 1983) thanks to the presence in the genome of these strains genes encoding secondary alcohol dehydrogenases (s-ADH; Ismael et al., 1993, Hiu et al., 1987).
Bien qu’utilisées en industrie depuis plus d’un siècle, les connaissances sur ces bactéries ont longtemps été limitées par les difficultés rencontrées pour les modifier génétiquement. Différents outils génétiques ont été conçus au cours des dernières années pour optimiser les souches de ce genre, la dernière génération étant basée sur l’utilisation de la technologie CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromie Repeats)-Cas (CRISPR-associated protein). Although used in industry for over a century, knowledge of these bacteria has long been limited by the difficulties encountered in genetically modifying them. Various genetic tools have been designed in recent years to optimize strains of this genus, the latest generation being based on the use of CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromie Repeats) -Cas (CRISPR-associated protein) technology.
C. beijerinckii DSM 6423 est une souche solvantogène du genre Clostridium qui a la particularité de produire de F isopropanol, en mélange avec du n-butanol et de l’éthanol (métabolisme IBE). Cette capacité la rend intéressante pour la production de biocarburants avancés ou pour la chimie verte. Jusqu’à encore récemment, peu d’informations étaient disponibles sur cette souche, ce qui limitait son utilisation. Les inventeurs ont récemment mis au point des outils et méthodes décrits dans le brevet EP3 362 559 et dans les demandes EP3 578 662, PCT/FR2019053227 et FRI 9/05485 permettant de modifier de façon ciblée le génome des bactéries appartenant au genre Clostridium, dont ce microorganisme. L’une des preuves de concept employées par les inventeurs pour démontrer l’efficacité de leurs outils et méthodes consistait à supprimer le gène upp (CIBE 0562 - SEQ ID NO : 1) codant une uracile phosphoribosyltransférase. Ce gène est un orthologue du gène CA C2879 (SEQ ID NO : 5) provenant de C. acetobutylicum ATCC 824, une espèce voisine. D’après la demande de brevet W02008/040387 (2006), l’inactivation de CA C2879 entraîne chez C. acetobutylicum une résistance au 5-fluorouracile (5-FU), un analogue organofluoré de l’uracile, car Upp permet la conversion du 5- FU en 5-Fluorouridine monophosphate (5-FUMP), un composé toxique pour la cellule bactérienne qui interfère notamment avec la synthèse d’ ARN. Il est ainsi envisageable de remplacer le gène upp par une séquence nucléique d’intérêt, la souche recombinante devenant capable de croître en milieu liquide ou gélosé contenant du 5-FU. Toutefois, comme ont pu le constater les inventeurs, chez C. beijerinckii DSM 6423, l’inactivation du gène CIBE 0562 ne permet pas d’obtenir une souche résistante au 5-FU (cf. FR 19/05485 et exemple 1 de la partie expérimentale). C. beijerinckii DSM 6423 is a solventogenic strain of the Clostridium genus which has the particularity of producing F isopropanol, mixed with n-butanol and ethanol (IBE metabolism). This capacity makes it interesting for the production of advanced biofuels or for green chemistry. Until recently, little information was available on this strain, which limited its use. The inventors have recently developed tools and methods described in patent EP3 362 559 and in applications EP3 578 662, PCT / FR2019053227 and FRI 9/05485 making it possible to modify in a targeted manner the genome of bacteria belonging to the genus Clostridium, including this microorganism. One of the proofs of concept employed by the inventors to demonstrate the effectiveness of their tools and methods consisted in deleting the upp gene (CIBE 0562 - SEQ ID NO: 1) encoding a uracil phosphoribosyltransferase. This gene is an ortholog of the CA C2879 gene (SEQ ID NO: 5) from C. acetobutylicum ATCC 824, a related species. According to the patent application WO2008 / 040387 (2006), the inactivation of CA C2879 causes in C. acetobutylicum a resistance to 5-fluorouracil (5-FU), an organofluorine analogue of uracil, because Upp allows the conversion 5-FU in 5-Fluorouridine monophosphate (5-FUMP), a compound toxic to the bacterial cell which interferes in particular with the synthesis of RNA. It is thus possible to envisage replacing the upp gene with a nucleic acid sequence of interest, the recombinant strain becoming capable of growing in liquid or agar medium containing 5-FU. However, as the inventors were able to observe, in C. beijerinckii DSM 6423, the inactivation of the CIBE 0562 gene does not make it possible to obtain a strain resistant to 5-FU (cf. FR 19/05485 and example 1 of part experimental).
Peu de marqueurs de contre-sélection ont été développés pour les bactéries du genre Clostridium, notamment pour C. beijerinckii (Joseph et al., 2018 ; Little et al., 2018 ; Wen et al., 2020), et aucun ne l’a été pour la souche naturellement productrice d’isopropanol DSM 6423. L’identification d’un tel marqueur et la mise au point de nouveaux outils permettant de l’utiliser seraient particulièrement utiles pour faciliter la sélection des souches recombinantes et, d’une manière générale, la modification du génome des bactéries appartenant au genre Clostridium. Few counter-selection markers have been developed for bacteria of the genus Clostridium, in particular for C. beijerinckii (Joseph et al., 2018; Little et al., 2018; Wen et al., 2020), and none have was for the naturally isopropanol-producing strain DSM 6423. The identification of such a marker and the development of new tools allowing its use would be particularly useful to facilitate the selection of recombinant strains and, in a manner general modification of the genome of bacteria belonging to the genus Clostridium.
La présente invention décrit des bactéries recombinantes résistantes au 5-FU ainsi que les outils et procédés permettant leur obtention et leur manipulation. Elle facilite ainsi considérablement et de manière très avantageuse la sélection des souches recombinantes d’intérêt, et donc l’exploitation, en particulier à l’échelle industrielle, des bactéries appartenant au genre Clostridium. The present invention describes recombinant bacteria resistant to 5-FU as well as the tools and methods for their production and manipulation. It thus considerably and very advantageously facilitates the selection of the recombinant strains of interest, and therefore the exploitation, in particular on an industrial scale, of bacteria belonging to the genus Clostridium.
RESUME DE L’INVENTION SUMMARY OF THE INVENTION
Les inventeurs décrivent, dans le contexte de la présente invention, des bactéries recombinantes appartenant au genre Clostridium, en particulier à l’espèce Clostridium beijerinckii, avantageusement capables de croître en présence de 5-fluorouracile (5-FU). The inventors describe, in the context of the present invention, recombinant bacteria belonging to the genus Clostridium, in particular to the species Clostridium beijerinckii, advantageously capable of growing in the presence of 5-fluorouracil (5-FU).
Ils décrivent ainsi pour la première fois une bactérie recombinante du genre Clostridium résistante au 5- FU caractérisée en ce qu’elle est dépourvue d’au moins deux gènes responsables de la production de 5- Fluorouridine monophosphate (5-FUMP) à partir de 5-FU, ou en d’autres termes une bactérie du genre Clostridium modifiée par inactivation de plusieurs gènes (au moins deux, par exemple trois gènes) responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5 -FU, en particulier une bactérie recombinante appartenant à l’espèce Clostridium beijerinckii. They thus describe for the first time a recombinant bacterium of the genus Clostridium resistant to 5- FU characterized in that it lacks at least two genes responsible for the production of 5- Fluorouridine monophosphate (5-FUMP) from 5 -FU, or in other words a bacterium of the genus Clostridium modified by inactivation of several genes (at least two, for example three genes) responsible for the production of 5-FUMP from 5 -FU, in particular a recombinant bacterium belonging to the species Clostridium beijerinckii.
Ils décrivent aussi le procédé permettant d’obtenir une telle bactérie recombinante et l’utilisation de ladite bactérie recombinante dans un procédé de modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium, par exemple pour fabriquer une bactérie dérivée, modifiée génétiquement, de préférence utilisable à l’échelle industrielle pour produire un solvant ou un mélange de solvants. They also describe the process making it possible to obtain such a recombinant bacterium and the use of said recombinant bacterium in a process for the genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium, for example to manufacture a derived bacterium, genetically modified, preferably usable in industrial scale to produce a solvent or a mixture of solvents.
Un procédé particulier décrit par les inventeurs permet la modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium. Il comprend une ou plusieurs étapes de transformation d’une bactérie du genre Clostridium à l’aide d’un ou plusieurs acides nucléiques comprenant une séquence ciblant et inactivant les gènes upp et udp, permettant de rendre ladite bactérie résistante 5 -FU. Sont également décrites les bactéries recombinantes du genre Clostridium résistantes au 5-FU caractérisée en ce qu’elles ont été obtenues par un tel procédé. A particular process described by the inventors allows the genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium. It comprises one or more steps of transforming a bacterium of the genus Clostridium using one or more nucleic acids comprising a sequence targeting and inactivating the upp and udp genes, making it possible to make said bacterium 5 -FU resistant. Also described are recombinant bacteria of the genus Clostridium resistant to 5-FU characterized in that they have been obtained by such a process.
Dans un mode de réalisation particulier, l’acide nucléique utilisé pour transformer une bactérie du genre Clostridium comprend une séquence ciblant et inactivant, par un mécanisme de recombinaison homologue, le gène upp et le gène udp et/ou le gène udk de la bactérie, ladite bactérie du genre Clostridium comprenant, à l’état sauvage, de préférence au moins deux gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5-FU et étant de préférence sélectionnée parmi C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum et C. butyricum. In a particular embodiment, the nucleic acid used to transform a bacterium of the genus Clostridium comprises a sequence targeting and inactivating, by a homologous recombination mechanism, the upp gene and the udp gene and / or the udk gene of the bacterium, said bacterium of the genus Clostridium comprising, in the wild state, preferably at least two genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU and being preferably selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum , C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum and C. butyricum.
Dans un autre mode de réalisation particulier, l’acide nucléique utilisé pour transformer une bactérie du genre Clostridium comprend une séquence permettant l’insertion d’un intron dans le gène upp, le gène udp et/ou le gène udk de la bactérie, ladite bactérie du genre Clostridium comprenant, à l’état sauvage, de préférence au moins deux gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5-FU et étant de préférence sélectionnée parmi C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum et C. butyricum. In another particular embodiment, the nucleic acid used to transform a bacterium of the genus Clostridium comprises a sequence allowing the insertion of an intron into the upp gene, the udp gene and / or the udk gene of the bacterium, said bacterium of the Clostridium genus comprising, in the wild state, preferably at least two genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU and being preferably selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum and C. butyricum.
Dans le contexte de la présente invention, le procédé de modification génétique de la bactérie est de préférence l’un de ceux mis au point par les inventeurs décrits dans le brevet EP 3 362 559 et dans les demandes EP 3 578 662 et FRI 8 73492. In the context of the present invention, the method of genetic modification of the bacterium is preferably one of those developed by the inventors described in patent EP 3 362 559 and in applications EP 3 578 662 and FRI 8 73492 .
La présente description vise par ailleurs l’utilisation des gènes upp, udp et/ou udk comme marqueur(s) de contre-sélection, typiquement en présence de 5-FU, dans un procédé de modification génétique d’une bactérie recombinante du genre Clostridium selon l’invention, typiquement d’une bactérie du genre Clostridium comprenant, à l’état sauvage, plusieurs gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5-FU. The present description is also aimed at the use of the upp, udp and / or udk genes as counter-selection marker (s), typically in the presence of 5-FU, in a process for the genetic modification of a recombinant bacterium of the genus Clostridium. according to the invention, typically from a bacterium of the genus Clostridium comprising, in the wild state, several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU.
Les inventeurs décrivent aussi un procédé avantageux de modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium, de préférence d’une (souche de) bactérie comprenant à l’état sauvage plusieurs gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5-FU, comprenant une étape de transformation d’une bactérie recombinante du genre Clostridium telle que décrite dans le présent texte à l’aide d’un acide nucléique comprenant une séquence permettant la modification, par un mécanisme de recombinaison homologue, du matériel génétique de la bactérie par mutation, insertion ou délétion d’une séquence d’intérêt. The inventors also describe an advantageous process for the genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium, preferably of a (strain of) bacterium comprising in the wild state several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU. , including a transformation step of a recombinant bacterium of the genus Clostridium as described in the present text using a nucleic acid comprising a sequence allowing the modification, by a homologous recombination mechanism, of the genetic material of the bacterium by mutation, insertion or deletion of a sequence of interest.
Les inventeurs décrivent aussi un kit pour transformer, et de préférence modifier génétiquement, une bactérie appartenant au genre Clostridium, de préférence d’une (souche de) bactérie comprenant à l’état sauvage plusieurs gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5 -FU, ou pour produire au moins un solvant, par exemple un mélange de solvants, à l’aide d’une telle bactérie. Ils décrivent également l’utilisation d’un tel kit ou de l’un ou de plusieurs des éléments de ce kit, pour la mise en œuvre d’un procédé décrit dans le présent texte de transformation, et idéalement de modification génétique, d’une bactérie appartenant au genre Clostridium, de préférence d’une bactérie comprenant à l’état sauvage plusieurs gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5 -FU, et/ou pour la production de solvant(s) ou de biocarburant(s), ou de mélanges de ceux-ci, de préférence à l’échelle industrielle, à l’aide d’une bactérie recombinante selon l’invention. Ce kit comprend de préférence une bactérie recombinante telle que décrite dans le présent texte et du 5 -FU. The inventors also describe a kit for transforming, and preferably genetically modifying, a bacterium belonging to the genus Clostridium, preferably a (strain of) bacterium comprising in the wild state several genes responsible for the production of 5-FUMP from of 5 -FU, or to produce at least one solvent, for example a mixture of solvents, using such a bacterium. They also describe the use of such a kit or of one or more of the elements of this kit, for the implementation of a process described in the present text of transformation, and ideally of genetic modification, of a bacterium belonging to the genus Clostridium, preferably a bacterium comprising in the wild state several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5 -FU, and / or for the production of solvent (s) or biofuel (s), or mixtures thereof, preferably on an industrial scale, using a recombinant bacterium according to the invention. This kit preferably comprises a recombinant bacterium as described in the present text and 5 -FU.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Les méthodes classiques de modification génétique basées sur l'intégration dans le génome de fragments d’ADN linéaires et qui fonctionnent bien dans de nombreux micro-organismes tels que E. coli ou la levure ne sont pas réalisables dans les bactéries du genre Clostridium, ce qui a considérablement limité les possibilités de modification génétique de ces micro-organismes. En effet, outre les faibles efficacités de transformation de ces bactéries, la demi-vie d’un acide nucléique à recombiner est faible en raison de la présence de nucléases dégradant les acides nucléiques exogènes, tandis que l'efficacité (fréquence) de la recombinaison dans ce genre bactérien est particulièrement faible. Par exemple, la souche C. beijerinckii DSM 6423 souffre naturellement d’une efficacité de transformation très faible (inférieure à 5 colonies/pg de plasmide préparé dans une souche A'Escherichia coli Dam+ Dcm+), et il serait vain de tenter l’intégration directe par double événement de recombinaison homologue d’un fragment d’ADN linéaire dans le génome de ce micro-organisme. Classical methods of genetic modification based on the integration into the genome of linear DNA fragments and which work well in many microorganisms such as E. coli or yeast are not feasible in bacteria of the genus Clostridium. which considerably limited the possibilities of genetic modification of these microorganisms. Indeed, in addition to the low transformation efficiencies of these bacteria, the half-life of a nucleic acid to be recombined is low due to the presence of nucleases degrading the exogenous nucleic acids, while the efficiency (frequency) of the recombination in this bacterial genus is particularly weak. For example, the C. beijerinckii DSM 6423 strain naturally suffers from a very low transformation efficiency (less than 5 colonies / pg of plasmid prepared in an A'Escherichia coli Dam + Dcm + strain), and it would be futile to attempt the integration direct by double homologous recombination event of a linear DNA fragment in the genome of this microorganism.
Très récemment, les inventeurs ont mis au point des outils et méthodes, décrits dans le brevet EP3 362 559 (incorporé par référence) et dans la demande EP3 578 662 (incorporée par référence) ainsi que dans les demandes PCT/FR2019053227 et FR19/05485, permettant de modifier de façon ciblée le génome de ce microorganisme. Ils ont en particulier décrit un outil faisant intervenir la technologie CRISPR-Cas comprenant deux acides nucléiques, l’un contenant les éléments génétiques permettant l’expression contrôlée de la nucléase Cas (qui réalise une coupure double brin au sein d’une molécule d’acide nucléique), et l’autre au moins un ARN guide (ARNg) ciblant la région d’ADN à modifier ainsi qu’une matrice de réparation. De manière préférée (cf. EP 3 578 662), au moins l’un desdits acides nucléiques comprend en outre une séquence codant une protéine anti-CRISPR placée sous le contrôle d’un promoteur inductible. L’outil génétique peut autrement comprendre en outre un troisième acide nucléique codant une protéine anti-CRISPR de préférence placée sous le contrôle d’un promoteur inductible. Very recently, the inventors have developed tools and methods, described in patent EP3 362 559 (incorporated by reference) and in application EP3 578 662 (incorporated by reference) as well as in applications PCT / FR2019053227 and FR19 / 05485 , allowing targeted modification of the genome of this microorganism. They have in particular described a tool involving CRISPR-Cas technology comprising two nucleic acids, one containing the genetic elements allowing the controlled expression of the Cas nuclease (which produces a double-stranded cleavage within a molecule of nucleic acid), and the other at least one guide RNA (gRNA) targeting the region of DNA to be modified as well as a repair template. Preferably (cf. EP 3,578,662), at least one of said acids nucleic acid further comprises a sequence encoding an anti-CRISPR protein placed under the control of an inducible promoter. The genetic tool may otherwise further comprise a third nucleic acid encoding an anti-CRISPR protein preferably placed under the control of an inducible promoter.
Les inventeurs ont construit la souche C. beijerinckii IFP962 Aupp qui est un mutant de la souche DSM 6423 dans laquelle le gène upp (CIBE 0562, SEQ ID NO : 1) a été inactivé (cf. Figure 1). Les inventeurs ont pu constater que, contrairement à ce qui est observé chez C. acetobutylicum ATCC 824 suite à l’inactivation du gène upp (brevet W02008/040387), les mutants C. beijerinckii DSM 6423 Aupp obtenus restent sensibles au 5 -fluorouracile (5 -FU) (cf. Figure 8), du fait de l’accumulation de 5- Fluorouridine monophosphate (5-FUMP) qui entraîne un important effet cytotoxique conduisant à l’arrêt de la croissance de la cellule (mort cellulaire). Un schéma illustrant cette voie métabolique toxique est détaillé en Figure 2. The inventors constructed the C. beijerinckii IFP962 Aupp strain which is a mutant of the DSM 6423 strain in which the upp gene (CIBE 0562, SEQ ID NO: 1) has been inactivated (cf. FIG. 1). The inventors were able to observe that, contrary to what is observed in C. acetobutylicum ATCC 824 following the inactivation of the upp gene (patent WO2008 / 040387), the C. beijerinckii DSM 6423 Aupp mutants obtained remain sensitive to 5 -fluorouracil ( 5 -FU) (cf. FIG. 8), due to the accumulation of 5-Fluorouridine monophosphate (5-FUMP) which causes a significant cytotoxic effect leading to the arrest of cell growth (cell death). A diagram illustrating this toxic metabolic pathway is detailed in Figure 2.
L’uracile est un intermédiaire métabolique de la voie de sauvetage des pyrimidines permettant de recycler les bases pyrimidiques Cytosine (C) et Uracile (U). Uracil is a metabolic intermediate in the pyrimidine rescue pathway which recycles the pyrimidine bases Cytosine (C) and Uracil (U).
Les inventeurs sont, de manière très avantageuse, parvenu à mettre au point une bactérie recombinante du genre Clostridium résistante au 5-fluorouracile (5 -FU) caractérisée en ce qu’elle est dépourvue de plusieurs, i.e., d’au moins deux gènes, responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5 -FU, ou en d’autres termes dans laquelle plusieurs gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5-FU ont été inactivés. The inventors have very advantageously succeeded in developing a recombinant bacterium of the Clostridium genus resistant to 5-fluorouracil (5 -FU) characterized in that it lacks several, ie at least two genes, responsible for the production of 5-FUMP from 5 -FU, or in other words in which several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU have been inactivated.
Cette bactérie recombinante du genre Clostridium est typiquement une souche comprenant à l’état sauvage plusieurs gènes, i.e., au moins deux gènes, responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5-FU, par exemple deux, trois, quatre ou cinq gènes responsables d’une telle production. This recombinant bacterium of the Clostridium genus is typically a strain comprising in the wild several genes, ie, at least two genes, responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU, for example two, three, four or five genes responsible for such production.
Dans un mode de réalisation particulier, la bactérie recombinante du genre Clostridium est la bactérie C. botulinum ou la bactérie C. perfringens. In a particular embodiment, the recombinant bacterium of the genus Clostridium is the bacterium C. botulinum or the bacterium C. perfringens.
Dans un mode de réalisation préféré, la bactérie recombinante du genre Clostridium est sélectionnée parmi C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum et C. butyricum. Elle est de préférence sélectionnée parmi C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. diolis et C. butyricum. In a preferred embodiment, the recombinant bacterium of the genus Clostridium is selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum and C. butyricum. It is preferably selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. diolis and C. butyricum.
Dans encore un autre mode de réalisation préféré, la bactérie recombinante du genre Clostridium est une bactérie sensible à un antibiotique appartenant à la classe des amphénicols tel que par exemple le chloramphénicol, le thiamphénicol, l’azidamfénicol ou le florfénicol, de préférence au chloramphénicol et/ou au thiamphénicol, par exemple une bactérie n’exprimant plus une amphénicol-O-acetyltransférase, par exemple une bactérie exprimant à l’état sauvage le gène catB, et dépourvue dudit gène catB ou incapable d’exprimer ledit gène catB. In yet another preferred embodiment, the recombinant bacterium of the genus Clostridium is a bacterium sensitive to an antibiotic belonging to the class of amphenicols such as, for example, chloramphenicol, thiamphenicol, azidamphenicol or florfenicol, preferably chloramphenicol and / or thiamphenicol, for example a bacterium no longer expressing an amphenicol-O-acetyltransferase, for example a bacterium expressing the catB gene in the wild, and lacking said catB gene or incapable of expressing said catB gene.
Une bactérie particulièrement préférée appartient à l’espèce C. beijerinckii. La bactérie C. beijerinckii peut être une bactérie sensible au thiamphénicol tel que par exemple la souche C. beijerinckii enregistrée le 6 décembre 2018 sous le numéro de dépôt LMG P-31151 auprès de la Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique), ou la souche C. beijerinckii enregistrée le 20 février 2019 sous le numéro de dépôt LMG P-31277 auprès de la BCCM. A particularly preferred bacterium belongs to the species C. beijerinckii. The C. beijerinckii bacterium can be a bacterium sensitive to thiamphenicol such as for example the C. beijerinckii strain registered on December 6, 2018 under the deposit number LMG P-31151 with the Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM », KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium), or the C. beijerinckii strain registered on February 20, 2019 under the deposit number LMG P-31277 with the BCCM.
Dans un mode de réalisation particulier, la bactérie modifiée génétiquement grâce à un procédé décrit dans le présent texte, est une bactérie du genre Clostridium n’exprimant pas (du fait de ladite modification génétique) le gène upp et l’un et/ou l’autre des gènes udp et udk, caractérisée en ce qu’elle est en outre sensible à un antibiotique appartenant à la classe des amphénicols comme décrit ci-dessus. La description vise, à côté des bactéries recombinantes selon l’invention, toute bactérie dérivée, clone, mutant ou version génétiquement modifiée de celles-ci, par exemple toute bactérie dérivée, clone, mutant ou version génétiquement modifiée restant résistante au 5 -FU. In a particular embodiment, the bacterium genetically modified by means of a method described in the present text, is a bacterium of the genus Clostridium not expressing (due to said genetic modification) the upp gene and one and / or l another of the udp and udk genes, characterized in that it is also sensitive to an antibiotic belonging to the class of amphenicols as described above. The description relates to, besides the recombinant bacteria according to the invention, any bacterium derived, clone, mutant or genetically modified version thereof, for example any bacterium derived, clone, mutant or genetically modified version remaining resistant to 5 -FU.
Les inventeurs ont découvert l’existence de plusieurs enzymes capables de métaboliser le 5-FU au sein de bactéries appartenant au genre Clostridium et sont parvenus à mettre au point un procédé permettant d’obtenir des bactéries Clostridium recombinantes résistantes au 5-FU. The inventors have discovered the existence of several enzymes capable of metabolizing 5-FU in bacteria belonging to the genus Clostridium and have succeeded in developing a method for obtaining recombinant Clostridium bacteria resistant to 5-FU.
Un procédé particulier de modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium décrit par les inventeurs comprend une étape de transformation d’une bactérie du genre Clostridium à l’aide d’un acide nucléique permettant, par un mécanisme de recombinaison homologue, de rendre ladite bactérie résistante au 5-fluorouracile (5-FU). Ce procédé comprend typiquement les étapes d’une méthode décrite dans le brevet EP3 362559 ou dans la demande EP3 578 662. A particular method of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium described by the inventors comprises a step of transforming a bacterium of the genus Clostridium using a nucleic acid making it possible, by a homologous recombination mechanism, to make said bacteria resistant to 5-fluorouracil (5-FU). This method typically comprises the steps of a method described in patent EP3 362559 or in application EP3 578 662.
Le terme « transformation » fait référence à l'incorporation d'acide nucléique exogène par une cellule, cette acquisition de nouveaux gènes étant transitoire (si l’acide nucléique exogène porteur des gènes peut par la suite être éliminé) ou permanente (dans le cas où l’acide nucléique exogène est intégré dans l’ADN de la cellule hôte). The term "transformation" refers to the incorporation of exogenous nucleic acid by a cell, this acquisition of new genes being transient (if the exogenous nucleic acid carrying the genes can subsequently be eliminated) or permanent (in the case of where the exogenous nucleic acid is integrated into the DNA of the host cell).
L'expression "recombinaison homologue" fait référence à l'événement de substitution d'un segment d'ADN par un autre qui possède des régions identiques (homologues) ou presque. The term "homologous recombination" refers to the event of substitution of a segment of DNA by another which has identical (homologous) or nearly identical regions.
Un procédé préféré comprend une étape de transformation d’une bactérie du genre Clostridium telle que décrite dans le présent texte, de préférence d’une bactérie comprenant à l’état sauvage plusieurs gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5-FU, à l’aide de tout ou partie d’un outil de modification (également identifié dans le présent texte en tant que « séquence exogène » ou « acide nucléique exogène ») par recombinaison homologue caractérisé typiquement i) en ce qu’il comprend au moins : - un « premier » acide nucléique codant au moins une endonucléase d’ADN, par exemple l’enzyme Cas9, dans lequel la séquence codant l’endonucléase d’ADN est placée sous le contrôle d’un promoteur, et A preferred method comprises a step of transforming a bacterium of the genus Clostridium as described in the present text, preferably a bacterium comprising in the wild state several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5- FU, using all or part of a modification tool (also identified in the present text as “exogenous sequence” or “exogenous nucleic acid”) by homologous recombination, typically characterized i) in that it comprises at least : a "first" nucleic acid encoding at least one DNA endonuclease, for example the Cas9 enzyme, in which the sequence encoding the DNA endonuclease is placed under the control of a promoter, and
- au moins un « deuxième » acide nucléique contenant une matrice de réparation permettant, par un mécanisme de recombinaison homologue, le remplacement d’une portion de l’ADN bactérien ciblée (« séquence d’ADN cible ») par l’endonucléase par une « séquence d’intérêt », en ce que ii) au moins l’un desdits acides nucléiques code en outre un ou plusieurs ARN guides (ARNg) ou en ce que l’outil génétique comprend en outre un ou plusieurs ARN guides, chaque ARN guide comprenant une structure ARN de fixation à l’endonucléase d’ADN et une séquence complémentaire de la portion ciblée de l’ADN bactérien, et de préférence iii) en ce que au moins l’un desdits acides nucléiques comprend en outre une séquence codant une protéine anti-CRISPR placée sous le contrôle d’un promoteur inductible, ou en ce que l’outil génétique comprend en outre un troisième acide nucléique codant une protéine anti-CRISPR placée sous le contrôle d’un promoteur inductible. L'expression « séquence d'ADN cible » désigne tout gène, région intergénique, promoteur et/ou séquence régulatrice d'intérêt choisi par l'homme du métier. Il s'agit notamment de gènes codant pour des protéines d'intérêt, par exemple des enzymes impliquées dans le métabolisme cellulaire. L'expression « séquence d'intérêt » désigne une séquence codante ou non. Il peut s'agir d'une séquence mutée de la séquence d’ADN cible, par exemple du gène cible, du promoteur ou de la séquence régulatrice et/ou d'un marqueur tel qu'un gène de résistance aux antibiotiques ou une enzyme génératrice de couleur. - at least one "second" nucleic acid containing a repair matrix allowing, by a homologous recombination mechanism, the replacement of a portion of the targeted bacterial DNA ("target DNA sequence") by the endonuclease by a “Sequence of interest”, in that ii) at least one of said nucleic acids further encodes one or more guide RNAs (gRNA) or in that the genetic tool further comprises one or more guide RNAs, each RNA guide comprising an RNA structure for binding to the DNA endonuclease and a sequence complementary to the targeted portion of the bacterial DNA, and preferably iii) in that at least one of said nucleic acids further comprises a coding sequence an anti-CRISPR protein placed under the control of an inducible promoter, or in that the genetic tool further comprises a third nucleic acid encoding an anti-CRISPR protein placed under the control of an inducible promoter. The expression “target DNA sequence” denotes any gene, intergenic region, promoter and / or regulatory sequence of interest chosen by a person skilled in the art. They are in particular genes encoding proteins of interest, for example enzymes involved in cell metabolism. The expression “sequence of interest” denotes a coding sequence or not. It can be a mutated sequence of the target DNA sequence, for example of the target gene, of the promoter or of the regulatory sequence and / or of a marker such as an antibiotic resistance gene or an enzyme. color generator.
La séquence d’intérêt peut être plus longue ou plus courte que la séquence remplacée (« séquence d'ADN cible »), selon la distance séparant les deux régions homologues. The sequence of interest may be longer or shorter than the replaced sequence ("target DNA sequence"), depending on the distance between the two homologous regions.
La protéine anti-CRISPR est une protéine capable d’inhiber ou d’empêcher/de neutraliser l’action de l’endonucléase d’ADN, typiquement de Cas, et/ou une protéine capable d’inhiber ou d’empêcher/de neutraliser l’action d’un système CRISPR-Cas, par exemple d’un système CRISPR-Cas de type II lorsque la nucléase est une nucléase de type Cas9, de préférence durant la phase d’introduction des séquences d’acide nucléique de l’outil génétique dans la souche bactérienne d’intérêt. The anti-CRISPR protein is a protein capable of inhibiting or preventing / neutralizing the action of DNA endonuclease, typically from Cas, and / or a protein capable of inhibiting or preventing / neutralizing the action of a CRISPR-Cas system, for example of a CRISPR-Cas type II system when the nuclease is a Cas9 type nuclease, preferably during the phase of introduction of the nucleic acid sequences of the genetic tool in the bacterial strain of interest.
Cette séquence est typiquement placée sous le contrôle d’un promoteur inductible différent des promoteurs contrôlant l’expression de l’endonucléase d’ADN et/ou du ou des ARNg, et est inductible par un autre agent inducteur. Ce promoteur peut être par exemple sélectionné parmi le promoteur Pbgal (inductible au lactose), le promoteur du gène tetA, du gène xylA ou du gène lad, ou un dérivé de ceux- ci. Le promoteur contrôlant l’expression de la protéine anti-CRISPR permet de maîtriser avantageusement l’action de l’endonucléase d’ADN, par exemple de l’enzyme Cas9, et d’ainsi faciliter la transformation des bactéries et l’obtention de transformants ayant subi les modifications génétiques souhaitées. This sequence is typically placed under the control of an inducible promoter different from the promoters controlling expression of DNA endonuclease and / or gRNA (s), and is inducible by another inducing agent. This promoter can for example be selected from the Pbgal promoter (inducible to lactose), the promoter of the tetA gene, of the xylA gene or of the lad gene, or a derivative thereof. The promoter controlling the expression of the anti-CRISPR protein makes it possible to advantageously control the action of the DNA endonuclease, for example of the Cas9 enzyme, and thus to facilitate the transformation of bacteria and the production of transformants. having undergone the desired genetic modifications.
La protéine anti-CRISPR est typiquement une protéine « anti-Cas9 » ou une protéine « anti-MAD7 », i.e. une protéine capable d’inhiber ou d’empêcher/de neutraliser l’action de Cas9 ou de MAD7. La protéine anti-CRISPR est avantageusement une protéine « anti-Cas9 », par exemple sélectionnée parmi AcrlIAl, AcrIIA2, AcrIIA3, AcrIIA4, AcrIIA5, AcrlICl, AcrIIC2 et AcrIIC3 (Pawluk et al, 2018). De manière préférée la protéine « anti-Cas9 » est AcrIIA2 ou AcrIIA4. De manière encore plus préférée la protéine « anti-Cas9 » est AcrIIA4. Une telle protéine est typiquement capable de limiter très significativement, idéalement d’empêcher, l’action de Cas9, par exemple en se fixant sur l’enzyme Cas9 (Dong et al, 2017 ; Rauch et al, 2017). Une autre protéine anti-CRISPR avantageusement utilisable est une protéine « anti-MAD7 », par exemple la protéine AcrVAl (Marino et al, 2018). The anti-CRISPR protein is typically an “anti-Cas9” protein or an “anti-MAD7” protein, ie a protein capable of inhibiting or preventing / neutralizing the action of Cas9 or MAD7. The anti-CRISPR protein is advantageously an “anti-Cas9” protein, for example selected from AcrlIA1, AcrIIA2, AcrIIA3, AcrIIA4, AcrIIA5, AcrIIC1, AcrIIC2 and AcrIIC3 (Pawluk et al, 2018). Preferably, the “anti-Cas9” protein is AcrIIA2 or AcrIIA4. Even more preferably, the “anti-Cas9” protein is AcrIIA4. Such a protein is typically capable of very significantly limiting, ideally preventing, the action of Cas9, for example by binding to the enzyme Cas9 (Dong et al, 2017; Rauch et al, 2017). Another advantageously usable anti-CRISPR protein is an “anti-MAD7” protein, for example the AcrVA1 protein (Marino et al, 2018).
Les inventeurs décrivent en particulier un tel outil génétique comprenant au moins : The inventors describe in particular such a genetic tool comprising at least:
- un « premier » acide nucléique codant au moins une endonucléase d’ADN, dans lequel la séquence codant l’endonucléase d’ADN est placée sous le contrôle d’un promoteur, et - a "first" nucleic acid encoding at least one DNA endonuclease, in which the sequence encoding the DNA endonuclease is placed under the control of a promoter, and
- un « autre » acide nucléique comprenant, ou consistant en, une séquence d’« acide nucléique OREP », i.e. comprenant, ou consistant en, i) tout ou partie de la séquence SEQ ID NO : 41 et ii) une séquence permettant la modification du matériel génétique d’une bactérie par mutation, insertion ou délétion d’une séquence d’intérêt et/ou l’expression au sein de ladite bactérie d’une séquence d’ADN partiellement ou totalement absente du matériel génétique présent au sein de la version sauvage de ladite bactérie. - an “other” nucleic acid comprising, or consisting of, an “OREP nucleic acid” sequence, ie comprising, or consisting of, i) all or part of the sequence SEQ ID NO: 41 and ii) a sequence allowing the modification of the genetic material of a bacterium by mutation, insertion or deletion of a sequence of interest and / or the expression within said bacterium of a DNA sequence partially or totally absent from the genetic material present within the wild version of said bacteria.
Dans un mode de réalisation particulier le « deuxième acide nucléique contenant une matrice de réparation » tel que décrit ci-dessus comprend cet « autre acide nucléique ». In a particular embodiment, the “second nucleic acid containing a repair template” as described above comprises this “other nucleic acid”.
La séquence « d’acide nucléique OREP » comprend une séquence nucléotidique (SEQ ID NO : 41) codant une protéine impliquée dans la réplication d’un acide nucléique OPT d’intérêt. Cette protéine impliquée dans la réplication est également identifiée dans le présent texte en tant que protéine « REP » (SEQ ID NO : 42 The "OREP nucleic acid" sequence comprises a nucleotide sequence (SEQ ID NO: 41) encoding a protein involved in the replication of an OPT nucleic acid of interest. This protein involved in replication is also identified in the present text as the “REP” protein (SEQ ID NO: 42
« MNNNNTESEELKEQSQLLLDKCTKKKKKNPKFSSYIEPLVSKKLSERIKECGDFLQMLSDLN LENSKLHRASFCGNRFCPMCSWRIACKDSLEISILMEHLRKEESKEFIFLTLTTPNVKGADLDN SIKAYNKAFKKLMERKEVKSIVKGYIRKLEVTYNLDKSSKSYNTYHPHFHVVLAVNRSYFKK QNLYINHHRWLSLWQESTGDYSITQVDVRKAKINDYKEVYELAKYSAKDSDYLINREVFTVF YKSLKGKQVLVFSGLFKDAHKMYKNGELDLYKKLDTIEYAYMVSYNWLKKKYDTSNIRELT EEEKQKFNKNLIEDVDIE »). La protéine REP possède un domaine conservé chez les firmicutes, nommé « COG 5655 » (Plasmid rolling circle réplication initiator protein REP), de séquence SEQ ID NO : 43. Elle facilite la transformation des bactéries en améliorant le maintien au sein desdites bactéries de l’ensemble du matériel génétique introduit. "MNNNNTESEELKEQSQLLLDKCTKKKKKNPKFSSYIEPLVSKKLSERIKECGDFLQMLSDLN LENSKLHRASFCGNRFCPMCSWRIACKDSLEISILMEHLRKEESKEFIFLTLTTPNVKGADLDN SIKAYNKAFKKLMERKEVKSIVKGYIRKLEVTYNLDKSSKSYNTYHPHFHVVLAVNRSYFKK QNLYINHHRWLSLWQESTGDYSITQVDVRKAKINDYKEVYELAKYSAKDSDYLINREVFTVF YKSLKGKQVLVFSGLFKDAHKMYKNGELDLYKKLDTIEYAYMVSYNWLKKKYDTSNIRELT EEEKQKFNKNLIEDVDIE"). The REP protein has a domain conserved in firmicutes, called “COG 5655” (Plasmid rolling circle replication initiator protein REP), of sequence SEQ ID NO: 43. It facilitates the transformation of bacteria by improving the maintenance within said bacteria of the all the genetic material introduced.
Un procédé particulier comprend avantageusement une étape de transformation de la bactérie par introduction dans ladite bactérie de tout ou partie d’un outil génétique tel que décrit dans le présent texte, en particulier d’un acide nucléique comprenant, ou consistant en, i) tout ou partie de la séquence SEQ ID NO : 41 et ii) une séquence permettant la modification du matériel génétique d’une bactérie et/ou l’expression au sein de ladite bactérie d’une séquence d’ADN partiellement ou totalement absente du matériel génétique présent au sein de la version sauvage de ladite bactérie. A particular method advantageously comprises a step of transforming the bacterium by introducing into said bacterium all or part of a genetic tool as described in the present text, in particular of a nucleic acid comprising, or consisting of, i) all or part of the sequence SEQ ID NO: 41 and ii) a sequence allowing the modification of the genetic material of a bacterium and / or the expression within said bacterium of a DNA sequence partially or totally absent from the genetic material present within the wild version of said bacterium.
Dans le cadre de la présente description, l’acide nucléique utilisé pour transformer une bactérie, ou une population de bactéries, désigne une entité (P« acide nucléique exogène ») se présentant typiquement sous la forme d’une cassette d’expression (ou « construction ») telle que par exemple un acide nucléique comprenant au moins un promoteur transcriptionnel ou une séquence régulatrice d’intérêt, lié(e) de manière opérationnelle (au sens où l’entend l’homme du métier) à une ou plusieurs séquences (codantes ou non) d’intérêt, par exemple à un opéron comprenant plusieurs séquence codantes d’intérêt dont les produits d’expression concourent à la réalisation d'une fonction d’intérêt au sein de la bactérie, ou un acide nucléique comprenant en outre une séquence activatrice et/ou un terminateur de transcription. Il se présente typiquement sous la forme d’un vecteur, circulaire ou linéaire, simple ou double brin, par exemple un plasmide, un phage, un cosmide, un chromosome artificiel ou synthétique, comprenant une ou plusieurs cassettes d’expression telles que définies ci-dessus. De manière préférée, le vecteur est un plasmide. In the context of the present description, the nucleic acid used to transform a bacterium, or a population of bacteria, denotes an entity (P “exogenous nucleic acid”) typically in the form of an expression cassette (or “Construct”) such as for example a nucleic acid comprising at least one transcriptional promoter or a regulatory sequence of interest, operably linked (as understood by those skilled in the art) to one or more sequences (coding or not) of interest, for example to an operon comprising several coding sequences of interest whose expression products contribute to the realization of a function of interest within the bacterium, or a nucleic acid comprising in in addition to an activator sequence and / or a transcription terminator. It is typically in the form of a vector, circular or linear, single or double stranded, for example a plasmid, a phage, a cosmid, an artificial or synthetic chromosome, comprising one or more expression cassettes as defined herein. -above. Preferably, the vector is a plasmid.
Les acides nucléiques d’intérêt, typiquement les cassettes ou vecteurs d’expression, peuvent être construits par des techniques classiques bien connues de l’homme du métier et peuvent comporter un(e) ou plusieurs promoteurs, origines de réplication bactérienne (séquences ORI), séquences de terminaison, gènes de sélection, par exemple gènes de résistance à un antibiotique, et séquences (« régions flanquées ») permettant l’insertion ciblée de la cassette ou du vecteur. Par ailleurs, ces cassettes et vecteurs d’expression peuvent être intégrés au sein du génome bactérien par des techniques bien connues de l’homme du métier. The nucleic acids of interest, typically the cassettes or expression vectors, can be constructed by standard techniques well known to those skilled in the art and can comprise one or more promoters, origins of bacterial replication (ORI sequences) , termination sequences, selection genes, eg antibiotic resistance genes, and sequences ("flanked regions") allowing targeted insertion of the cassette or vector. Furthermore, these expression cassettes and vectors can be integrated within the bacterial genome by techniques well known to those skilled in the art.
Des séquences ORI d’intérêt peuvent être choisies parmi pIP404, rAMbI, repH (origine de réplication chez C. acetobutylicum), ColEl ou rep (origine de réplication chez E. coli), ou toute autre origine de réplication permettant le maintien du vecteur, typiquement du plasmide, au sein d’une cellule de Clostridium. Des séquences de terminaison d’intérêt peuvent être choisies parmi celles des gènes adc, thl, de l’opéron bcs, ou de tout autre terminateur, bien connu de l’homme de l’art, permettant l’arrêt de la transcription au sein d’une cellule bactérienne. Des gènes de sélection (gènes de résistance) d’intérêt peuvent être choisis parmi ermB, catP, bla, tetA, tetM, et/ou tout autre gène de résistance à l’ampicilline, à l’érythromycine, au chloramphenicol, au thiamphénicol, à la spectinomycine, à la tétracycline ou à tout autre antibiotique pouvant être utilisé pour sélectionner des bactéries du genre Clostridium bien connu de l’homme de l’art. ORI sequences of interest can be chosen from pIP404, rAMbI, repH (origin of replication in C. acetobutylicum), ColE1 or rep (origin of replication in E. coli), or any other origin of replication allowing the maintenance of the vector, typically from the plasmid, within a Clostridium cell. Termination sequences of interest can be chosen from those of the adc, th1 genes, of the bcs operon, or of any other terminator, well known to those skilled in the art, allowing the stopping of transcription within of a bacterial cell. Selection genes (resistance genes) of interest can be chosen from ermB, catP, bla, tetA, tetM, and / or any other gene for resistance to ampicillin, erythromycin, chloramphenicol, thiamphenicol, to spectinomycin, to tetracycline or to any other antibiotic which can be used to select bacteria of the Clostridium genus well known to those skilled in the art.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé comprend avantageusement les étapes suivantes : a) d’introduction dans la bactérie d’un outil de modification par recombinaison homologue tel que décrit ci-dessus, de préférence en présence d’un agent inducteur de l’expression de la protéine anti- CRISPR, et b) de culture de la bactérie transformée obtenue à l’issue de l’étape a) sur un milieu ne contenant pas (ou dans des conditions n’impliquant pas) l’agent inducteur de l’expression de la protéine anti-CRISPR, et permettant typiquement l’expression du complexe ribonucléoprotéique endonucléase d’ADN/ARNg, par exemple Cas9/ARNg (afin de stopper la production de ladite protéine anti-CRISPR et de permettre l’action de l’endonucléase). In a particular embodiment, the method advantageously comprises the following steps: a) introduction into the bacteria of a modification tool by homologous recombination as described above, preferably in the presence of an agent inducing l. 'expression of the anti-CRISPR protein, and b) culture of the transformed bacterium obtained at the end of step a) on a medium not containing (or under conditions not involving) the agent inducing the expression of the anti-CRISPR protein, and typically allowing the expression of the ribonucleoprotein endonuclease complex of DNA / gRNA, for example Cas9 / gRNA (in order to stop the production of said anti-CRISPR protein and to allow the action of the endonuclease).
Un procédé particulier tel que décrit ci-dessus vise, dans le contexte de la présente invention, à rendre une bactérie du genre Clostridium (par exemple une bactérie telle que décrite dans le présent texte comprenant au moins deux gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5 -FU) résistante au 5 -FU. Dans un tel procédé, la séquence d’intérêt utilisée comprend typiquement, ou consiste en, une séquence ciblant et inactivant le gène upp, et l’un et/ou l’autre des gènes udp et udk, et permet, par un mécanisme de recombinaison homologue, de rendre la bactérie résistante au 5-fluorouracile (5 -FU). Dans un mode de réalisation particulier, l’acide nucléique utilisé dans le procédé comprend, ou consiste en, une séquence ciblant et inactivant les gènes upp et udp, les gènes upp et udk, ou les gènes upp, udp et udk. A particular method as described above aims, in the context of the present invention, to render a bacterium of the genus Clostridium (for example a bacterium as described in the present text comprising at least two genes responsible for the production of 5- FUMP from 5 -FU) resistant to 5 -FU. In such a method, the sequence of interest used typically comprises, or consists of, a sequence targeting and inactivating the upp gene, and one and / or the other of the udp and udk genes, and allows, by a mechanism of homologous recombination, to render the bacteria resistant to 5-fluorouracil (5 -FU). In a particular embodiment, the nucleic acid used in the method comprises, or consists of, a sequence targeting and inactivating the upp and udp genes, the upp and udk genes, or the upp, udp and udk genes.
Dans un mode de réalisation préféré, l’acide nucléique utilisé dans le procédé comprend, ou consiste en, une séquence ciblant et inactivant les gènes upp et udp. In a preferred embodiment, the nucleic acid used in the method comprises, or consists of, a sequence targeting and inactivating the upp and udp genes.
Dans un autre mode de réalisation préféré, l’acide nucléique utilisé dans le procédé comprend, ou consiste en, une séquence ciblant et inactivant les gènes upp et udk. In another preferred embodiment, the nucleic acid used in the method comprises, or consists of, a sequence targeting and inactivating the upp and udk genes.
Deux acides nucléiques particuliers décrits par les inventeurs permettent, par des mécanismes de recombinaison homologue, de rendre résistante au 5-fluorouracile (5 -FU) une bactérie du genre Clostridium comprenant, à l’état sauvage, au moins deux gènes responsables de la production de 5- FUMP à partir de 5 -FU. Ces acides nucléiques comprennent, dans un mode de réalisation particulier, une séquence ciblant et inactivant le gène upp, et le gène udp et/ou le gène udk. Dans un mode de réalisation particulier, la bactérie est sélectionnée parmi C. beijerinckii, C. diolis, C. saccharobutylicum, C. taeniosporum, C. botulinum, C. saccharoperbutylacetonicum, C. butyricum et C. perfringens, de préférence parmi C. beijerinckii, C. diolis, C. saccharoperbutylacetonicum et C. butyricum. Dans un autre mode de réalisation particulier, la bactérie est la bactérie C. botulinum ou la bactérie C. perfringens. Two particular nucleic acids described by the inventors make it possible, by homologous recombination mechanisms, to make resistant to 5-fluorouracil (5 -FU) a bacterium of the genus Clostridium comprising, in the wild state, at least two genes responsible for the production. from 5- FUMP from 5 -FU. These nucleic acids comprise, in a particular embodiment, a sequence targeting and inactivating the upp gene, and the udp gene and / or the udk gene. In a particular embodiment, the bacterium is selected from C. beijerinckii, C. diolis, C. saccharobutylicum, C. taeniosporum, C. botulinum, C. saccharoperbutylacetonicum, C. butyricum and C. perfringens, preferably from C. beijerinckii , C. diolis, C. saccharoperbutylacetonicum and C. butyricum. In another particular embodiment, the bacterium is the bacterium C. botulinum or the bacterium C. perfringens.
Le gène upp est le gène de séquence SEQ ID NO : 1 présent chez C. beijerinckii ou un gène analogue codant ou présentant l’activité d’une uracile phosphoribosyl-transférase, dont la séquence est identique à au moins 70%, 75% ou 80%, de préférence identique à au moins 81%, 82%, 83% ou 84%, de manière encore plus préférée identique à au moins 85%, à la séquence SEQ ID NO : 1. The upp gene is the gene of sequence SEQ ID NO: 1 present in C. beijerinckii or an analogous gene encoding or exhibiting the activity of a uracil phosphoribosyl-transferase, the sequence of which is at least 70%, 75% or more identical. 80%, preferably at least 81%, 82%, 83% or 84% identical, even more preferably at least 85% identical, to the sequence SEQ ID NO: 1.
Le gène udp est le gène de séquence SEQ ID NO : 2 présent chez C. beijerinckii ou un gène analogue codant ou présentant l’activité d’une uridine phosphorylase, dont la séquence est identique à au moins 70%, 75% ou 80%, de préférence identique à 81%, 82%, 83% ou 84%, de manière encore plus préférée identique à au moins 85%, à la séquence SEQ ID NO : 2. The udp gene is the gene of sequence SEQ ID NO: 2 present in C. beijerinckii or an analogous gene encoding or exhibiting the activity of a uridine phosphorylase, the sequence of which is identical to at least 70%, 75% or 80%, preferably identical to 81%, 82%, 83% or 84%, even more preferably identical to at least 85%, to the sequence SEQ ID NO: 2.
Le gène udk est le gène de séquence SEQ ID NO : 3 présent chez C. beijerinckii ou un gène analogue codant ou présentant l’activité d’une uridine kinase, dont la séquence est identique à au moins 70%, 75% ou 80%, de préférence identique à 81%, 82%, 83% ou 84%, de manière encore plus préférée identique à au moins 85%, à la séquence SEQ ID NO : 3, ou le gène de séquence SEQ ID NO : 4 ou un gène analogue codant ou présentant l’activité d’une uridine kinase, dont la séquence est identique à au moins 70%, de préférence à au moins 80%, de manière encore plus préférée à au moins 85%, à la séquence SEQ ID NO : 4. Dans le contexte de la présente description, une bactérie recombinante du genre Clostridium qui a été modifiée par inactivation des gènes upp et udk et est présentée comme résistante au 5-FU, désigne une bactérie n’exprimant aucune copie des gènes upp et udk, typiquement une bactérie qui n’exprime aucune des séquences SEQ ID NO : 1, 3 et 4. The udk gene is the gene of sequence SEQ ID NO: 3 present in C. beijerinckii or an analogous gene encoding or exhibiting the activity of a uridine kinase, the sequence of which is at least 70%, 75% or 80% identical. , preferably 81%, 82%, 83% or 84% identical, even more preferably at least 85% identical, to the sequence SEQ ID NO: 3, or the gene of sequence SEQ ID NO: 4 or a analogue gene encoding or exhibiting the activity of a uridine kinase, the sequence of which is identical at least 70%, preferably at least 80%, even more preferably at least 85%, to the sequence SEQ ID NO : 4. In the context of the present description, a recombinant bacterium of the genus Clostridium which has been modified by inactivation of the upp and udk genes and is presented as resistant to 5-FU, denotes a bacterium which does not express any copy of the upp and genes. udk, typically a bacterium which does not express any of the sequences SEQ ID NO: 1, 3 and 4.
Des gènes équivalents sur le plan fonctionnel aux gènes upp, udp et udk sont présents chez d’autres Clostridies (cf. Figures 3, 4, 5 et 6). L’analyse phylogénétique des souches de C. beijerinckii réalisée par les inventeurs indique que cette voie métabolique est largement répandue dans cette espèce. On retrouve par exemple des séquences quasi identiques par exemple au sein des espèces C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum et C. butyricum. Genes functionally equivalent to the upp, udp and udk genes are present in other Clostridia (see Figures 3, 4, 5 and 6). The phylogenetic analysis of C. beijerinckii strains carried out by the inventors indicates that this metabolic pathway is widespread in this species. For example, almost identical sequences are found, for example within the species C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum and C. butyricum.
Les inventeurs se sont aperçus que les bactéries recombinantes obtenues par ce procédé, elles aussi objets de la présente invention, étaient, de manière à la fois surprenante et très avantageuse, résistantes au 5-fluorouracile. Le 5-FU peut dès lors être utilisé comme agent de contre-sélection de bactéries présentant une modification génétique d’intérêt, dérivées (/obtenues à partir) desdites bactéries recombinantes selon l’invention, typiquement comme agent de contre-sélection de bactéries présentant une/des mutations dans le/les gènes upp, udp et/ou udk, ou comprenant une séquence exogène d’intérêt insérée dans l’un desdits gènes. The inventors have noticed that the recombinant bacteria obtained by this process, which are also subjects of the present invention, were, surprisingly and very advantageously, resistant to 5-fluorouracil. 5-FU can therefore be used as an agent for the counter-selection of bacteria exhibiting a genetic modification of interest, derived (/ obtained from) said recombinant bacteria according to the invention, typically as an agent for the counter-selection of bacteria exhibiting one or more mutations in the upp, udp and / or udk gene (s), or comprising an exogenous sequence of interest inserted into one of said genes.
Une bactérie recombinante préférée selon l’invention, est une bactérie du genre Clostridium dépourvue des gènes upp et udp. Une bactérie recombinante selon l’invention, dépourvue des gènes upp et udp, particulièrement préférée est la bactérie C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp (« IFP965 ») enregistrée le 9 juin 2020 sous le numéro de dépôt LMG P-31854 auprès de la Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique). Une telle bactérie est typiquement utilisable comme outil de laboratoire pour obtenir des souches de bactéries du genre Clostridium génétiquement améliorées. Un objet préféré de la présente description vise ainsi rutilisation d’une bactérie recombinante selon l’invention, de préférence la bactérie C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp (« IFP965 ») enregistrée le 9 juin 2020 sous le numéro de dépôt LMG P-31854 auprès de la Belgian Co-ordinated Collections of Micro- organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique), dans un procédé de modification/d’amélioration génétique d’une bactérie du genre Clostridium. A preferred recombinant bacterium according to the invention is a bacterium of the genus Clostridium lacking the upp and udp genes. A recombinant bacterium according to the invention, devoid of the upp and udp genes, which is particularly preferred is the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp (“IFP965”) registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P-31854 with the Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium). Such a bacterium can typically be used as a laboratory tool for obtaining genetically improved strains of bacteria of the genus Clostridium. A preferred object of the present description is thus aimed at the reuse of a recombinant bacterium according to the invention, preferably the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp (“IFP965”) registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P- 31854 from the Belgian Co-ordinated Collections of Microorganisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium), in a process for the modification / genetic improvement of a bacterium of the genus Clostridium.
Une autre bactérie recombinante préférée selon l’invention est une bactérie du genre Clostridium dépourvue des gènes upp et udk. Another preferred recombinant bacterium according to the invention is a bacterium of the genus Clostridium lacking the upp and udk genes.
Une bactérie recombinante particulière selon l’invention, dépourvue du gène upp et d’une copie du gène udk, est la bactérie C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk (« IFP966 ») enregistrée le 9 juin 2020 sous le numéro de dépôt LMG P-31855 auprès de la Belgian Co-ordinated Collections of Micro- organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique). Une telle bactérie est typiquement utilisable comme outil de laboratoire pour obtenir des souches de bactéries du genre Clostridium génétiquement améliorées. A particular recombinant bacterium according to the invention, devoid of the upp gene and of a copy of the udk gene, is the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk (“IFP966”) registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P -31855 from the Belgian Co-ordinated Collections of Microorganisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium). Such a bacterium can typically be used as a laboratory tool for obtaining genetically improved strains of bacteria of the genus Clostridium.
Un autre objet de la présente description vise ainsi l’utilisation d’une bactérie recombinante selon l’invention, de préférence la bactérie C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk (« IFP966 ») enregistrée le 9 juin 2020 sous le numéro de dépôt LMG P-31855 auprès de la Belgian Co-ordinated Collections of Micro- organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique), dans un procédé de modification/d’amélioration génétique d’une bactérie du genre Clostridium. Another subject of the present description is thus the use of a recombinant bacterium according to the invention, preferably the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk (“IFP966”) registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P-31855 from the Belgian Co-ordinated Collections of Microorganisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium), in a process for the modification / genetic improvement of a bacterium of the genus Clostridium.
Une bactérie recombinante préférée selon l’invention est une bactérie du genre Clostridium dépourvue du gène upp et du gène udk, i.e. de toutes les copies du gène udk (par exemple les séquences identifiées dans les figures et la partie expérimentale en tant que CIBE 1796 et CIBE 3382 chez C. beijerinckii DSM 6423). Une telle bactérie est typiquement utilisable comme outil de laboratoire pour obtenir des souches de bactéries du genre Clostridium génétiquement améliorées. A preferred recombinant bacterium according to the invention is a bacterium of the genus Clostridium lacking the upp gene and the udk gene, ie all copies of the udk gene (for example the sequences identified in the figures and the experimental part as CIBE 1796 and CIBE 3382 at C. beijerinckii DSM 6423). Such a bacterium can typically be used as a laboratory tool for obtaining genetically improved strains of bacteria of the genus Clostridium.
Une autre bactérie recombinante préférée selon l’invention est une bactérie du genre Clostridium dépourvue (de toutes les copies) des gènes upp, udp et udk. Une telle bactérie est typiquement utilisable comme outil de laboratoire pour obtenir des souches de bactéries du genre Clostridium génétiquement améliorées. Another preferred recombinant bacterium according to the invention is a bacterium of the genus Clostridium lacking (all copies) of the upp, udp and udk genes. Such a bacterium can typically be used as a laboratory tool for obtaining genetically improved strains of bacteria of the genus Clostridium.
Un autre objet préféré de la présente description vise ainsi l’utilisation d’une bactérie recombinante telle que décrite dans le contexte de la présente description dans un procédé de modification/d’amélioration génétique d’une bactérie du genre Clostridium. Un tel procédé est typiquement similaire aux procédés de modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium décrits dans le présent texte comprenant une étape de transformation d’une bactérie à l’aide d’un outil génétique exogène (« acide nucléique exogène ») comprenant une séquence permettant la modification, comme expliqué plus haut, par un mécanisme de recombinaison homologue, du matériel génétique de la bactérie typiquement par mutation, insertion ou délétion d’une séquence d’intérêt. Ce procédé de modification génétique vise à obtenir une bactérie recombinante présentant des propriétés améliorées lui permettant d’être exploitée directement à l’échelle industrielle, par exemple pour produire un biocarburant. Les propriétés améliorées de la bactérie obtenue par un tel procédé, de préférence d’une bactérie du genre Clostridium comprenant, à l’état sauvage, plusieurs gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5 -FU, modifiée par inactivation d’au moins deux desdits gènes, par exemple trois gènes, sont directement liées à la ou aux modifications apportées à son génome, et donc à la ou aux séquences d’intérêt sélectionnées, introduites de manière stable dans son génome. Another preferred object of the present description is thus aimed at the use of a recombinant bacterium as described in the context of the present description in a process for the modification / genetic improvement of a bacterium of the genus Clostridium. Such a method is typically similar to the methods of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium described in the present text comprising a step of transforming a bacterium using an exogenous genetic tool (“exogenous nucleic acid”) comprising a sequence allowing the modification, as explained above, by a mechanism of homologous recombination, of the genetic material of the bacterium, typically by mutation, insertion or deletion of a sequence of interest. This method of genetic modification aims to obtain a recombinant bacterium exhibiting improved properties allowing it to be exploited directly on an industrial scale, for example to produce a biofuel. The improved properties of the bacterium obtained by such a process, preferably of a bacterium of the genus Clostridium comprising, in the wild state, several genes responsible for the production of 5-FUMP from 5 -FU, modified by inactivation of d 'at least two of said genes, for example three genes, are directly linked to the modification (s) made to its genome, and therefore to the selected sequence (s) of interest, introduced in a stable manner into its genome.
Dans le procédé selon l’invention, l’acide nucléique exogène comprend avantageusement tout ou partie de la séquence codant Upp, Udp et/ou Udk et rend les bactéries dans lesquelles il est présent sensibles au 5-FU. In the method according to the invention, the exogenous nucleic acid advantageously comprises all or part of the sequence encoding Upp, Udp and / or Udk and makes the bacteria in which it is present sensitive to 5-FU.
Selon un aspect particulier, les inventeurs décrivent ainsi, comme expliqué ci-dessous, l’utilisation comme marqueur(s) de contre-sélection des gènes upp, udp et/ou udk dans un procédé de modification génétique d’une bactérie recombinante du genre Clostridium selon l’invention. Ils décrivent de préférence leur utilisation comme marqueur(s) de contre-sélection en présence de 5-FU. According to one particular aspect, the inventors thus describe, as explained below, the use as counter-selection marker (s) of the upp, udp and / or udk genes in a process for the genetic modification of a recombinant bacterium of the genus Clostridium according to the invention. They preferably describe their use as counter-selection marker (s) in the presence of 5-FU.
L’expression « gène marqueur » fait référence à une séquence codant une protéine marqueur sous le contrôle d'éléments régulateurs fonctionnels permettant la synthèse de ladite protéine dans Clostridia. Les gènes marqueurs de sélection peuvent être divisés en plusieurs sous-catégories selon qu'ils confèrent une sélection positive ou négative, et selon que la sélection est conditionnelle ou non-conditionnelle à la présence de substrats externes. The expression "marker gene" refers to a sequence encoding a marker protein under the control of functional regulatory elements allowing the synthesis of said protein in Clostridia. The selection marker genes can be divided into several subcategories depending on whether they confer positive or negative selection, and whether the selection is conditional or unconditional on the presence of external substrates.
Les gènes marqueurs dits « de sélection positive » favorisent la croissance des cellules dont le génome a été génétiquement modifiée. La détection de ces gènes marqueurs à sélection positive est subordonnée à l'utilisation d'agents toxiques (antibiotiques, herbicides ou médicaments). Ces gènes sont par exemple des gènes de résistance à un antibiotique comme les gènes nptl et nptll conférant une résistance à l'antibiotique kanamycine; dans ce cas, toutes les cellules ayant acquis le transgène résisteront à l'antibiotique alors que les autres seront tuées. L'utilisation de gènes marqueurs de sélection positive de ce type présente le double « avantage » de permettre à la fois le repérage et un tri rapide des cellules génétiquement modifiées (les seuls à survivre), par rapport à celles n'ayant pas acquis le transgène. Inversement, les gènes marqueur dits « de contre-sélection » ou « de sélection négative », « négativement sélectionnables » provoquent la mort des cellules ou organismes génétiquement modifiés dans certaines conditions, contrôlables et connues de l'expérimentateur. Classiquement, une fois que l'événement de recombinaison s'est produit dans le cadre du procédé de modification génétique selon l’invention, l’acide nucléique exogène (se présentant de manière préférée sous la forme d’un vecteur réplicatif, par exemple d’un plasmide) doit être éliminé. L'élimination d'un vecteur réplicatif se produit généralement avec des cultures successives de clones, suivies d'une sélection négative ou positive de clones ayant éliminé ce vecteur. La présente invention permet avantageusement de se dispenser de ces cultures successives. Elle permet en effet d’éliminer (/de purger) très simplement, en présence de 5 -FU, les cellules bactériennes de l’acide nucléique exogène (se présentant typiquement sous la forme d’un vecteur) grâce à la présence au sein dudit acide nucléique exogène de la séquence codant Upp, Udp et/ou Udk qui rend les bactéries comprenant toujours l’acide nucléique exogène sensible au 5-FU contrairement aux bactéries l’ayant éliminé. Les souches qui n'expriment plus les gènes upp, upp et udp, upp et udk, ou upp, udp et udk, peuvent ainsi être sélectionnées sur cette caractéristique. The so-called “positive selection” marker genes promote the growth of cells whose genome has been genetically modified. The detection of these marker genes with positive selection is subordinated to the use of toxic agents (antibiotics, herbicides or drugs). These genes are, for example, genes for resistance to an antibiotic such as the nptl and nptll genes conferring resistance to the antibiotic kanamycin; in this case, all the cells having acquired the transgene will resist the antibiotic while the others will be killed. The use of positive selection marker genes of this type has the double "advantage" of allowing both the identification and rapid sorting of genetically modified cells (the only ones to survive), compared to those which have not acquired the gene. transgene. Conversely, the so-called “counter-selection” or “negative selection”, “negatively selectable” marker genes cause the death of genetically modified cells or organisms under certain conditions that are controllable and known to the experimenter. Conventionally, once the recombination event has occurred in the context of the genetic modification process according to the invention, the exogenous nucleic acid (preferably in the form of a replicative vector, for example d 'a plasmid) must be removed. Elimination of a replicative vector generally occurs with successive cultures of clones, followed by negative or positive selection of clones which have eliminated this vector. The present invention advantageously makes it possible to dispense with these successive cultures. It makes it possible in fact to very simply eliminate (/ purge), in the presence of 5 -FU, the bacterial cells of the exogenous nucleic acid (typically in the form of a vector) thanks to the presence within said exogenous nucleic acid of the sequence encoding Upp, Udp and / or Udk which makes the bacteria still comprising the exogenous nucleic acid sensitive to 5-FU unlike the bacteria which have eliminated it. The strains which no longer express the genes upp, upp and udp, upp and udk, or upp, udp and udk, can thus be selected on this characteristic.
Dans un mode de réalisation préféré, le procédé de modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium décrit par les inventeurs comprend ainsi une étape de transformation d’une population de bactéries recombinantes du genre Clostridium selon l’invention, et comprend en outre i) une étape de sélection des seules bactéries ayant été modifiées par mutation, insertion ou délétion de la séquence d’intérêt, et ii) une étape de sélection desdites bactéries modifiées ne possédant plus l’acide nucléique contenant le ou les marqueurs de contre-sélection, lesdites bactéries se multipliant en présence de 5-FU à la différence des bactéries n’ayant pas perdu ledit acide nucléique. In a preferred embodiment, the method of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium described by the inventors thus comprises a step of transforming a population of recombinant bacteria of the genus Clostridium according to the invention, and further comprises i) a step of selecting the only bacteria that have been modified by mutation, insertion or deletion of the sequence of interest, and ii) a step of selecting said modified bacteria no longer possessing the nucleic acid containing the counter-selection marker (s), said bacteria multiplying in the presence of 5-FU unlike bacteria which have not lost said nucleic acid.
Selon un aspect particulier, la bactérie recombinante visée par l’étape de transformation du procédé selon l’invention n’exprime pas le gène upp et n’exprime pas en outre le gène udp et/ou le gène udk. Ladite bactérie est avantageusement transformée, dans le cadre d’un procédé particulier de modification génétique de ladite bactérie, à l’aide d’un acide nucléique comprenant le gène upp ou les gènes upp et udp ou les gènes upp et udk ou les gènes upp, udp et udk, ledit/lesdits gènes étant utilisé(s) comme marqueur(s) de contre-sélection. According to one particular aspect, the recombinant bacteria targeted by the transformation step of the method according to the invention does not express the upp gene and does not also express the udp gene and / or the udk gene. Said bacterium is advantageously transformed, in the context of a particular process for the genetic modification of said bacterium, using a nucleic acid comprising the upp gene or the upp and udp genes or the upp and udk genes or the upp genes. , udp and udk, said / said genes being used as counter-selection marker (s).
Typiquement, la bactérie recombinante est transformée à l’aide d’un acide nucléique exogène comprenant le, ou plusieurs des, gène(s) (typiquement upp, udp et/ou udk) dont son génome a été délété conformément à l’enseignement fourni par les inventeurs dans le présent texte. Typically, the recombinant bacterium is transformed using an exogenous nucleic acid comprising the, or more, gene (s) (typically upp, udp and / or udk) whose genome has been deleted in accordance with the teaching provided. by the inventors in the present text.
L'utilisation du marqueur de contre-sélection est particulièrement utile car les Clostridia recombinantes selon l’invention sont capables de croître sur un milieu comprenant du 5-FU avant la transformation et après l'élimination de l’outil génétique exogène (« acide nucléique exogène »), typiquement du vecteur. Les souches ayant éliminé ledit outil exogène peuvent ainsi être sélectionnées positivement. The use of the counter-selection marker is particularly useful because the recombinant Clostridia according to the invention are capable of growing on a medium comprising 5-FU before the transformation and after the elimination of the exogenous genetic tool ("nucleic acid exogenous'), typically of the vector. The strains which have eliminated said exogenous tool can thus be selected positively.
Dans un procédé préféré, ladite bactérie est transformée à l’aide d’un acide nucléique comprenant le gène upp ledit gène étant utilisé comme marqueur de contre-sélection. In a preferred method, said bacterium is transformed with the aid of a nucleic acid comprising the upp gene, said gene being used as a counter-selection marker.
Dans un autre procédé préféré, ladite bactérie est transformée à l’aide d’un acide nucléique comprenant le(s) gène(s) udp et/ou udk, ledit/lesdits gènes étant utilisé(s) comme marqueur(s) de contre-sélection. Dans un autre procédé préféré, ladite bactérie est transformée à l’aide d’un acide nucléique comprenant les gènes upp et udp et/ou udk, ledit/lesdits gènes étant utilisé(s) comme marqueur(s) de contre-sélection. In another preferred method, said bacterium is transformed with the aid of a nucleic acid comprising the udp and / or udk gene (s), said gene (s) being used as marker (s) against -selection. In another preferred method, said bacterium is transformed with the aid of a nucleic acid comprising the genes upp and udp and / or udk, said gen (s) being used as counter-selection marker (s).
Selon un aspect particulier de l’invention, les inventeurs décrivent l’utilisation d’une bactérie recombinante selon l’invention pour fabriquer une bactérie dérivée modifiée génétiquement, utilisable à l’échelle industrielle pour produire un solvant ou un mélange de solvants, ainsi que les bactéries recombinantes dérivées ainsi obtenues. Ils décrivent aussi l’utilisation de la bactérie recombinante dérivée ainsi obtenue, pour produire, grâce à l’expression du ou des acides nucléiques d’intérêt introduits volontairement dans son génome, un ou plusieurs solvants, de préférence au moins l’isopropanol, de préférence à l’échelle industrielle. According to a particular aspect of the invention, the inventors describe the use of a recombinant bacterium according to the invention to manufacture a genetically modified derivative bacterium, which can be used on an industrial scale to produce a solvent or a mixture of solvents, as well as the derivative recombinant bacteria thus obtained. They also describe the use of the derivative recombinant bacterium thus obtained, to produce, thanks to the expression of the nucleic acid (s) of interest voluntarily introduced into its genome, one or more solvents, preferably at least isopropanol, of preferably on an industrial scale.
La description concerne également un kit (trousse) pour transformer, et de préférence modifier génétiquement, une bactérie appartenant au genre Clostridium pour produire au moins un solvant, par exemple un mélange de solvants, à l’aide d’une telle bactérie. Ce kit comprend de préférence une bactérie recombinante telle que décrite dans le présent texte et du 5 -FU. Il peut en outre comprendre un acide nucléique tel que décrit dans le présent texte, tout ou partie des éléments d’un outil génétique tel que décrit dans le présent texte permettant de transformer, et typiquement modifier génétiquement une telle bactérie, en vue de produire un variant amélioré de ladite bactérie, et/ou un inducteur adapté à un promoteur inductible présent au sein de l’outil, par exemple un promoteur inductible de l’expression de la protéine anti-CRISPR sélectionnée. The description also relates to a kit (kit) for transforming, and preferably genetically modifying, a bacterium belonging to the genus Clostridium to produce at least one solvent, for example a mixture of solvents, using such a bacterium. This kit preferably comprises a recombinant bacterium as described in the present text and 5 -FU. It can also comprise a nucleic acid as described in the present text, all or part of the elements of a genetic tool as described in the present text making it possible to transform, and typically genetically modify such a bacterium, in order to produce a improved variant of said bacterium, and / or an inducer suitable for an inducible promoter present within the tool, for example an inducible promoter of the expression of the selected anti-CRISPR protein.
Un acide nucléique préféré décrit dans le présent texte comprend une séquence ciblant et inactivant le gène upp, et le gène udp et/ou le gène udk d’une bactérie du genre Clostridium comprenant à l’état sauvage au moins deux gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5-FU sélectionnée parmi C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum et C. butyricum. A preferred nucleic acid described in the present text comprises a sequence targeting and inactivating the upp gene, and the udp gene and / or the udk gene of a bacterium of the genus Clostridium comprising in the wild state at least two genes responsible for the production. of 5-FUMP from 5-FU selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum and C. butyricum.
Le kit selon l’invention peut en outre comprendre un ou plusieurs consommables tels qu’un milieu de culture, au moins un ARNg, une nucléase, une ou plusieurs molécules de sélection, ou encore une notice explicative. The kit according to the invention can also comprise one or more consumables such as a culture medium, at least one gRNA, a nuclease, one or more selection molecules, or even an explanatory leaflet.
La description concerne également l’utilisation d’un kit selon l’invention, ou de l’un ou de plusieurs des éléments de ce kit, pour la mise en œuvre d’un procédé décrit dans le présent texte de transformation, et idéalement de modification génétique, d’une bactérie appartenant au genre Clostridium et/ou pour la production de solvant(s) ou de biocarburant(s), ou de mélanges de ceux-ci, de préférence à l’échelle industrielle, à l’aide d’une telle bactérie. The description also relates to the use of a kit according to the invention, or of one or more of the elements of this kit, for the implementation of a method described in the present conversion text, and ideally of genetic modification, of a bacterium belonging to the genus Clostridium and / or for the production of solvent (s) or biofuel (s), or mixtures thereof, preferably on an industrial scale, using 'such a bacterium.
Des solvants susceptibles d’être produits sont typiquement l’acétone, le butanol, l’éthanol, l’isopropanol ou un mélange de ceux-ci, typiquement un mélange éthanol/isopropanol, butanol/isopropanol, ou éthanoFbutanol, de préférence un mélange isopropanol/butanol. L’utilisation de bactéries transformées selon l’invention permet typiquement la production par an à l’échelle industrielle d’au moins 100 tonnes d’acétone, d’au moins 100 tonnes d’éthanol, d’au moins 1000 tonnes d’isopropanol, d’au moins 1800 tonnes de butanol, ou d’au moins 40 000 tonnes d’un mélange de ceux-ci. Solvents capable of being produced are typically acetone, butanol, ethanol, isopropanol or a mixture of these, typically an ethanol / isopropanol, butanol / isopropanol or ethanoFbutanol mixture, preferably an isopropanol mixture. / butanol. The use of bacteria transformed according to the invention typically allows the production per year on an industrial scale of at least 100 tonnes of acetone, of at least 100 tonnes of ethanol, of at least 1000 tonnes of isopropanol. , at least 1,800 tonnes of butanol, or at least 40,000 tonnes of a mixture thereof.
Les exemples et figures ci-après ont pour but d’illustrer plus pleinement l’invention sans pour autant en limiter la portée. The examples and figures below are intended to illustrate the invention more fully without limiting its scope.
FIGURES FIGURES
[Fig 1 A] La Figure 1 A décrit une construction génétique. [Fig 1 A] Figure 1 A depicts a genetic construct.
[Fig IB] La Figure IB montre la vérification de la présence de souches mutantes de C. beijerinckii DSM 6423 dans lesquelles le gène upp (CIBE 0562) est délété (cf. figure 19 du brevet FR1905485). [Fig IB] Figure IB shows the verification of the presence of mutant strains of C. beijerinckii DSM 6423 in which the upp gene (CIBE 0562) is deleted (cf. figure 19 of patent FR1905485).
[Fig 2] La Figure 2 représente la voie métabolique d’assimilation du 5-FU décrite pour C. acetobutylicum via l’enzyme Upp codée par le gène CA C2879, ainsi que les voies métaboliques chez C. beijerinckii DSM 6423 impliquant l’enzyme Upp codée par le gène CIBE 0562 ou une voie alternative passant par la 5-Flurouridine impliquant les enzymes Udp et Udk codées respectivement par les gènes CIBE 3715 (Udp), et CIBE 1796 et CIBE 3382 (Udk). 5-FUMP : 5-fluorouracile monophosphate. [Fig 2] Figure 2 represents the 5-FU metabolic pathway described for C. acetobutylicum via the Upp enzyme encoded by the CA C2879 gene, as well as the metabolic pathways in C. beijerinckii DSM 6423 involving the enzyme Upp encoded by the CIBE 0562 gene or an alternative route passing through 5-Flurouridine involving the Udp and Udk enzymes encoded respectively by the CIBE 3715 (Udp), and CIBE 1796 and CIBE 3382 (Udk) genes. 5-FUMP: 5-fluorouracil monophosphate.
[Fig 3] La Figure 3 représente l’arbre phylogénétique Blast regroupant les souches de Clostridium présentant un gène udp identique à 90% à la séquence en acides aminés du gène CIBE 3715. (Position du gène udp de C. beijerinckii entouré en trait plein). [Fig 3] Figure 3 represents the phylogenetic tree Blast grouping the Clostridium strains exhibiting a udp gene 90% identical to the amino acid sequence of the CIBE 3715 gene. (Position of the udp gene of C. beijerinckii surrounded by a solid line ).
[Fig 4] La Figure 4 représente l’arbre phylogénétique regroupant les souches de Clostridium présentant un gène udk identique à 85% à la séquence en acides aminés du gène CIBE 1796. (Position du gène udk de C. beijerinckii entouré en trait plein). [Fig 4] Figure 4 represents the phylogenetic tree grouping the Clostridium strains exhibiting a udk gene 85% identical to the amino acid sequence of the CIBE 1796 gene. (Position of the udk gene of C. beijerinckii surrounded by a solid line) .
[Fig 5] La Figure 5 représente l’arbre phylogénétique regroupant les souches de Clostridium présentant un gène udk identique à 85% à la séquence en acides aminés du gène CIBE 3382. (Position du gène udk de C. beijerinckii entouré en trait plein). [Fig 5] Figure 5 represents the phylogenetic tree grouping the Clostridium strains exhibiting a udk gene 85% identical to the amino acid sequence of the CIBE 3382 gene. (Position of the udk gene of C. beijerinckii surrounded by a solid line) .
[Fig 6] La figure 6 représente l’arbre phylogénétique regroupant les souches de Clostridium présentant un gène upp identique à 85% à la séquence en acides aminés du gène CIBE 0562. (Position du gène upp de C. beijerinckii entouré en trait plein). [Fig 6] FIG. 6 represents the phylogenetic tree grouping the Clostridium strains exhibiting an upp gene 85% identical to the amino acid sequence of the CIBE 0562 gene. (Position of the upp gene of C. beijerinckii surrounded by a solid line) .
[Fig 7] La Figure 7 représente la vérification par PCR sur colonie de la taille des loci ciblés dans chaque type de souche obtenue. Tailles des amplicons attendus, par cible : upp (amorces RH10 x RH11) - WT : 1.680 kb, Aupp : 1.080 kb ; udp (amorces RH171 x RH172) - WT : 1.732 kb, Audp : 1.099 kb ; udk (amorces RH175 x RH176) - WT : 1.848 kb, Audk : 1.225 kb. [FIG. 7] FIG. 7 represents the verification by PCR on a colony of the size of the loci targeted in each type of strain obtained. Sizes of expected amplicons, per target: upp (primers RH10 x RH11) - WT: 1,680 kb, Aupp: 1,080 kb; udp (RH171 x RH172 primers) - WT: 1,732 kb, Audp: 1,099 kb; udk (RH175 x RH176 primers) - WT: 1.848 kb, Audk: 1.225 kb.
[Fig 8] La Figure 8 montre la croissance sur milieu gélosé de C. beijerinckii DSM 6423 (WT) et des différents mutants construits durant cette étude. [Fig 9] La Figure 9 représente la Carte du plasmide pNF3C-ABsaI. [Fig 8] Figure 8 shows the growth on agar medium of C. beijerinckii DSM 6423 (WT) and of the various mutants constructed during this study. [Fig 9] Figure 9 shows the map of the plasmid pNF3C-ABsaI.
[Fig 10] La Figure 10 représente la Carte du plasmide pNF3C-GRNAind. [Fig 10] Figure 10 shows the map of the plasmid pNF3C-GRNAind.
[Fig 11] La Figure 11 représente la Carte du plasmide pNF3C-GRNAind-udp-HR. [Fig 11] Figure 11 shows the Map of the plasmid pNF3C-GRNAind-udp-HR.
[Fig 12] La Figure 12 représente la Carte du plasmide pNF3C-GRNAind-udk-HR. [Fig 12] Figure 12 shows the Map of the plasmid pNF3C-GRNAind-udk-HR.
[Fig 13] La Figure 13 représente la Carte du plasmide pNF3C -Audp. [Fig 13] Figure 13 shows the Map of the plasmid pNF3C -Audp.
[Fig 14] La Figure 14 représente la Carte du plasmide pNF3C -Audk. [Fig 14] Figure 14 shows the Map of the plasmid pNF3C -Audk.
EXEMPLESEXAMPLES
EXEMPLE n°l EXAMPLE n ° l
Comme décrit dans la demande FRI 9/05485, les inventeurs ont étudié l’inactivation du gène upp chez C. beijerinckii. Pour ce faire, ils ont utilisé l’outil CRISPR-Cas9 décrit dans la demande EP3 578 662 (incorporée par référence). As described in application FRI 9/05485, the inventors studied the inactivation of the upp gene in C. beijerinckii. To do this, they used the CRISPR-Cas9 tool described in application EP 3,578,662 (incorporated by reference).
Un clone de la souche C. beijerinckii DSM 6423 AcalB a été au préalable transformé avec le vecteur pCas9acr ne présentant pas de méthylation aux niveaux des motifs reconnus par les méthyltransférases de type dam et dcm (préparé à partir d’une bactérie Escherichia coli présentant le génotype demi demj. Un clone résistant à l’érythromycine a ensuite été transformé avec pEC750C-Aw/?/? préalablement déméthylé. Les colonies ainsi obtenues ont été sélectionnées sur du milieu contenant de l'érythromycine (20 pg/mL), du thiamphénicol (15 pg/mL) et du lactose (40 mM). A clone of the C. beijerinckii DSM 6423 AcalB strain was first transformed with the vector pCas9 acr not exhibiting methylation at the levels of the motifs recognized by the methyltransferases of the dam and dcm type (prepared from an Escherichia coli bacterium exhibiting the half demj genotype. An erythromycin resistant clone was then transformed with previously demethylated pEC750C-Aw /? /? The colonies thus obtained were selected on medium containing erythromycin (20 μg / ml), thiamphenicol (15 pg / mL) and lactose (40 mM).
Plusieurs de ces clones ont ensuite été resuspendus dans 100 pL de milieu de culture (2YTG) puis dilués en série dans du milieu de culture (jusqu’à un facteur de dilution de 104). Cinq pL de chaque dilution ont été déposés sur une boîte de Pétri contenant de l'érythromycine, du thiamphénicol et de l’anhydrotétracycline (200 ng/mL). Pour chaque clone, deux colonies résistantes à l’aTc ont été testées par colonie PCR avec des amorces destinées à amplifier le locus upp (cf. Figure IA). La résistance de ces clones au 5-FU (50 mg/L) a ensuite été testée, et l’ensemble des bactéries recombinantes C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp était sensible à ce composé. La croissance de l’une de ces bactéries recombinantes [« IFP962 Aupp » ou « IFP964 » - souche enregistrée le 9 juin 2020 sous le numéro de dépôt LMG P-31853 auprès de la Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique), désignée dans la figure comme « Aupp »] ainsi que de la bactérie C. beijerinckii DSM 6423 AcatB [« IFP962 » - souche enregistrée le 6 décembre 2018 sous le numéro de dépôt LMG P-31151 auprès de la Belgian Co-ordinated Collections of Micro- organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique), désignée dans la figure comme « WT »] sur milieu 2YTG et sur milieu 2YTG complémenté en 5-FU est présentée en Figure 8. Contrairement à ce qui est observé chez la bactérie recombinante C. acetobutylicum MGC ACA_C1502 Aupp (Croux et al, 2016), la délétion du gène upp dans la bactérie IFP964 n’entraîne pas de résistance au 5-FU. EXEMPLE n°2 Several of these clones were then resuspended in 100 μL of culture medium (2YTG) and then serially diluted in culture medium (up to a dilution factor of 10 4 ). Five μl of each dilution were placed on a Petri dish containing erythromycin, thiamphenicol and anhydrotetracycline (200 ng / mL). For each clone, two colonies resistant to aTc were tested by PCR colony with primers intended to amplify the upp locus (cf. FIG. 1A). The resistance of these clones to 5-FU (50 mg / L) was then tested, and all the recombinant bacteria C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp were sensitive to this compound. The growth of one of these recombinant bacteria [“IFP962 Aupp” or “IFP964” - strain registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P-31853 with the Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM ", KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium), designated in the figure as" Aupp "] as well as the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB [" IFP962 "- strain registered on December 6, 2018 under the deposit number LMG P-31151 from the Belgian Co-ordinated Collections of Microorganisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium), designated in the figure as “WT”] on 2YTG medium and on supplemented 2YTG medium in 5-FU is presented in Figure 8. Contrary to what is observed in the recombinant bacterium C. acetobutylicum MGC ACA_C1502 Aupp (Croux et al, 2016), the deletion of the upp gene in the bacterium IFP964 does not lead to resistance to 5-FU. EXAMPLE n ° 2
MATERIELS & METHODES MATERIALS & METHODS
Les inventeurs ont étudié l’inactivation des gènes udp et udk chez C. beijerinckii. The inventors studied the inactivation of the udp and udk genes in C. beijerinckii.
Pour ce faire, ils ont également utilisé l’outil CRISPR-Cas9 décrit dans la demande EP3 578 662 (incorporée par référence). To do this, they also used the CRISPR-Cas9 tool described in application EP 3,578,662 (incorporated by reference).
Comme décrit ci-dessous, les inventeurs sont parvenus à éliminer les deux gènes cibles (gènes udp et udk ) au sein des souches C. beijerinckii DSM 6423 AcatB [« IFP962 » - souche enregistrée le 6 décembre 2018 sous le numéro de dépôt LMG P-31151 auprès Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique)] et C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp [« IFP962 Aupp » ou « IFP964 » - souche enregistrée le 9 juin 2020 sous le numéro de dépôt LMG P-31853 auprès Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique)]. As described below, the inventors have succeeded in eliminating the two target genes (udp and udk genes) within the C. beijerinckii DSM 6423 AcatB strains [“IFP962” - strain registered on December 6, 2018 under the deposit number LMG P -31151 from Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium)] and C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp [“IFP962 Aupp” or “IFP964” - strain registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P-31853 with Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium)].
La méthode décrite dans la demande EP3 578 662 comprend une étape d’introduction dans la souche d’un premier plasmide, « pCas9aCT », qui permet d’exprimer l’enzyme Cas9 sous contrôle de plusieurs éléments régulateurs (promoteur inductible et présence transitoire de la protéine anti-CRISPR AcrIIA4). Dans une seconde étape, un second plasmide dit « de ciblage » est introduit dans ladite souche. Le plasmide de ciblage comprend : The method described in application EP 3,578,662 comprises a step of introduction into the strain of a first plasmid, “pCas9 aCT”, which makes it possible to express the Cas9 enzyme under the control of several regulatory elements (inducible promoter and transient presence. anti-CRISPR AcrIIA4 protein). In a second step, a second so-called “targeting” plasmid is introduced into said strain. The targeting plasmid comprises:
- le plasmide « pNF3C », utilisé comme vecteur de base ; - the “pNF3C” plasmid, used as base vector;
- une matrice de réparation correspondant aux zones d’homologies entourant la région à supprimer par recombinaison homologue ; et - a repair matrix corresponding to the areas of homology surrounding the region to be deleted by homologous recombination; and
- une cassette d’expression d’un ARN guide ciblant la région du chromosome à modifier. - an expression cassette for a guide RNA targeting the region of the chromosome to be modified.
SOUCHES ET CONDITIONS DE CULTURE STRAINS AND CULTIVATION CONDITIONS
La souche E. coli NEB 10-beta (New England Biolabs, Ref C3019) est utilisée pour les différents clonages. Pour la préparation des plasmides avant transformation chez C. beijerinckii DSM 6423, une souche d Έ. coli Dam Dcm exprimant les produits des gènes codant certaines méthyl-transférases de C. beijerinckii (CIBE 3327, CIBE 3328, CIBE 3322) placés sous le contrôle d’un promoteur inductible à l’arabinose (concentration utilisée : 1 mM) a été employée. Les différentes souches à' E. coli ont été cultivées sur milieu LB (tryptone 10 g/L, extrait de levure 5 g/L, NaCl 5 g/L, agar 0 ou 15 g/L si liquide ou solide, respectivement). The E. coli NEB 10-beta strain (New England Biolabs, Ref C3019) is used for the various clonings. For the preparation of the plasmids before transformation in C. beijerinckii DSM 6423, a strain of Έ. coli Dam Dcm expressing the products of the genes encoding certain methyl transferases from C. beijerinckii (CIBE 3327, CIBE 3328, CIBE 3322) placed under the control of an arabinose-inducible promoter (concentration used: 1 mM) was used . The different E. coli strains were cultured on LB medium (tryptone 10 g / L, yeast extract 5 g / L, NaCl 5 g / L, agar 0 or 15 g / L if liquid or solid, respectively).
Pour la construction des souches Audp et Audk, la souche « IFP 962 » [souche C. beijerinckii enregistrée le 6 décembre 2018 sous le numéro de dépôt LMG P-31151 auprès de la Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique) - demande de brevet FR 1905485] a été utilisée. Pour la construction des souches A upp Auclp et A upp Audk, la souche « IFP 962 A upp » [ou « IFP964 » - souche enregistrée le 9 juin 2020 sous le numéro de dépôt LMG P-31853 auprès Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique)] obtenue dans l’exemple n°l a été utilisée. Toutes ces souches sont cultivées sur milieu 2YTG (tryptone : 16 g/L, extrait de levure : 10 g/L, glucose : 5 g/L, NaCl : 4 g/L) liquide (équilibré à pH 5.2) ou solide (supplémenté avec 15 g/L d’agar). For the construction of the Audp and Audk strains, the strain “IFP 962” [strain C. beijerinckii registered on December 6, 2018 under the deposit number LMG P-31151 with the Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM” , KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium) - patent application FR 1905485] was used. For the construction of the strains A upp Auclp and A upp Audk, the strain “IFP 962 A upp” [or “IFP964” - strain registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P-31853 with Belgian Co-ordinated Collections of Micro -organisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium)] obtained in example n ° l was used. All these strains are cultured on 2YTG medium (tryptone: 16 g / L, yeast extract: 10 g / L, glucose: 5 g / L, NaCl: 4 g / L) liquid (balanced at pH 5.2) or solid (supplemented with 15 g / L of agar).
De l’érythromycine (à des concentrations de 20 ou 500 mg/L respectivement en milieu 2YTG ou LB), du chloramphénicol (25 ou 12,5 mg L 1 respectivement en milieu LB solide ou liquide), du thiamphénicol (15 mg/L en milieu 2YTG) et de l’ampicilline (100 mg/L en milieu LB solide ou liquide) ont été utilisés, si nécessaire. Pour les tests de sensibilité au 5-fluorouracile (5-FU), le milieu 2YTG solide a été supplémenté avec 50 mg/L de 5-fluorouracile (Sigma-Aldrich). Erythromycin (at concentrations of 20 or 500 mg / L respectively in 2YTG or LB medium), chloramphenicol (25 or 12.5 mg L 1 respectively in solid or liquid LB medium), thiamphenicol (15 mg / L in 2YTG medium) and ampicillin (100 mg / L in solid or liquid LB medium) were used, if necessary. For the 5-fluorouracil (5-FU) sensitivity tests, the solid 2YTG medium was supplemented with 50 mg / L of 5-fluorouracil (Sigma-Aldrich).
AMORCES ET PLASMIDES PRIMERS AND PLASMIDS
Amorces Primers
Les amorces utilisées dans cette étude sont décrites ci-dessous, par ordre d’apparition : Nom Séquence d’ADN The primers used in this study are described below, in order of appearance: Name DNA sequence
RH 159 5 ’ -GTGGGTCACGCGGTATCATTGC-3 ’ RH 160 5 ’ -GCAATGATACCGCGTGACCCAC-3 ’ M13-rev 5 ’ -CAGGAAACAGCTATGAC-3 ’ pEC750C-fwd 5’-CAATATTCCACAATATTATATTATAAGCTAGC-3 ’ RH163 5 ’ -CAACAACTAGAAATACTGAACCTACTATAATACCTCCATTTATTTCACG-RH 159 5 ’-GTGGGTCACGCGGTATCATTGC-3’ RH 160 5 ’-GCAATGATACCGCGTGACCCAC-3’ M13-rev 5 ’-CAGGAAACAGCTATGAC-3’ pECGAAACAGCTATGAC-3 ’pECAGATA750C-fwd 5’-CAATATTCCATACATACATTACAT 3’-CAATATTCCATACATACATTACAT 3 ’-CAATATTAC ’TCAGATACATTAC’ 3 ’’ATTACATTAC’ ’’ pECAGATTAC ’’ CAATATTAC ’’ATTACATTACATTAC’ 3 ’pECAGATA’ ’TCAGACATTAC’ ’3’ CAATATTATT ’TCAGACATTACATTAC’ ’3’ T ’ACATTACAT
3’ 3 ’
RH 164 5 ’ -CGAAAAAGAAAAACTGCCGGGATCCGGTAATCTACTTCCTTCTGG-3 ’RH 164 5 "-CGAAAAAGAAAAACTGCCGGGATCCGGTAATCTACTTCCTTCTGG-3"
RH161 5’-RH161 5'-
ATCATAGTTACATTAATACGGATCCGGAGTATGTTTTTCTAATAATTCAAC-3’ ATCATAGTTACATTAATACGGATCCGGAGTATGTTTTTCTAATAATTCAAC-3 '
RH 162 5 ’-GTAGGTTCAGTATTTCTAGTTGTTG-3 ’ RH 162 5 ’-GTAGGTTCAGTATTTCTAGTTGTTG-3’
RH 165 5 ’ - ATCATAGTTACATTAATACGGATCCGCTTTAAAAAATATAACTTTCAGG-RH 165 5 ’- ATCATAGTTACATTAATACGGATCCGCTTTAAAAAATATAACTTTCAGG-
3’ 3 ’
RH 166 5 ’ -CCTCCATAAGTAATCTAATATAATTATAC-3 ’
Figure imgf000020_0001
RH 166 5 '-CCTCCATAAGTAATCTAATATAATTATAC-3'
Figure imgf000020_0001
3’ 3 ’
RH 168 5 ’ -CGAAAAAGAAAAACTGCCGGGATCCCTTTCCAATAATTCAAGAGC-3 ’ udk-guide-fwd 5 ’ -TCATCGTTGATCCGAGTAAGAGAA-3 ’ udk-guide-rev 5 ’ - AAACTT CT CTTACTCGGAT C AACG- 3 ’ udp-guide-fwd 5 ’ -TCATGTAAATACGTAATATTACCA-3 ’ udp-guide-rev 5’-AAACTGGTAATATTACGTATTTAC-3’ RH010 5 ’ -CGGATATTGCATTACCAGTAGC-3 ’ RH 168 5 '-CGAAAAAGAAAAACTGCCGGGATCCCTTTCCAATAATTCAAGAGC-3' udk-guide-fwd 5 '-TCATCGTTGATCCGAGTAAGAGAA-3' udk-guide-rev 5 '- AAACTT CT CTTACTCGGAT C AACG- 3' fATTG-udTAAC-guide -guide-rev 5'-AAACTGGTAATATTACGTATTTAC-3 ' RH010 5 '-CGGATATTGCATTACCAGTAGC-3'
RH011 5 ’ -TTATCAATCTCTTACACATGGAGC-3 ’ RH011 5 "-TTATCAATCTCTTACACATGGAGC-3"
RH171 5 ’ -AAAGGACATTGGTAATAATTCTTCG-3 ’ RH171 5 ’-AAAGGACATTGGTAATAATTCTTCG-3’
RH172 5 ’ -CACCAATTAATTTAGATAGTTCAGG-3 ’ RH172 5 ’-CACCAATTAATTTAGATAGTTCAGG-3’
RH175 5 ’-GTAAAGTGGGTGATATGTTAAATG-3 ’ RH175 5 ’-GTAAAGTGGGTGATATGTTAAATG-3’
RH176 5 ’ -TCAACTTGATCTCCACAAAC-3 ’ RH176 5 "-TCAACTTGATCTCCACAAAC-3"
Plasmides Plasmids
Des plasmides décrits dans la demande de brevet EP3 578 662 ont été utilisés, en particulier les plasmides pCas9acr (SEQ ID NO : 32- cf. séquence SEQ ID NO : 23 et figure 4 de EP3 578 662), pGRNAind (SEQ ID NO : 33 - cf. séquence SEQ ID NO : 82 de EP3 578 662) et pNF3C (SEQ ID NO : 34 - cf. séquence SEQ ID NO : 125 et figure 29 de EP3 578 662). Plasmids described in patent application EP 3,578,662 were used, in particular the plasmids pCas9acr (SEQ ID NO: 32 - cf. sequence SEQ ID NO: 23 and FIG. 4 of EP 3,578,662), pGRNAind (SEQ ID NO: 33 - cf. sequence SEQ ID NO: 82 of EP3 578 662) and pNF3C (SEQ ID NO: 34 - cf. sequence SEQ ID NO: 125 and FIG. 29 of EP3 578 662).
Dans la présente étude, plusieurs sous-clonages ont permis de produire les plasmides pNF3 C- udp de séquence SEQ ID NO : 39 et pNF3C -Audk de séquence SEQ ID NO : 40. In the present study, several subclonings made it possible to produce the plasmids pNF3 C-udp of sequence SEQ ID NO: 39 and pNF3C -Audk of sequence SEQ ID NO: 40.
Dans un premier temps, le plasmide pNF3C a dû être modifié pour enlever un site de restriction Bsal. Pour ce faire, une méthode de type « Quickchange » a été employée. Le vecteur a été amplifié avec les amorces RH159 et RH160, puis digéré avec DpnI. Le produit de PCR a ensuite été introduit chez E. coli, ce qui a permis d’obtenir le vecteur pNF3C-ABsaI de séquence SEQ ID NO : 35 (cf. Figure 9). Afin d’obtenir un vecteur similaire au pGRNAind avec l’origine de réplication du pNF2, ce vecteur a ensuite été modifié pour incorporer la région permettant d’exprimer un ARN guide avec une séquence protospacer facilement modifiable. Pour ce faire, cette zone a été amplifiée par PCR avec les amorces M13-rev et pEC750C-fwd à partir du pGRNAind. Le produit de PCR a ensuite été digéré par Sacl puis cloné par ligation (T4 DNA Ligase, NEB) dans le pNF3C-ABsaI, préalablement digéré par Sacl et déphosphorylé avec l’enzyme Antarctic Phosphatase (NEB), ce qui a permis d’obtenir le pNF3C- GRNAind de séquence SEQ ID NO : 36 (cf. Figure 11). First, the plasmid pNF3C had to be modified to remove a Bsal restriction site. To do this, a “Quickchange” type method was used. The vector was amplified with the primers RH159 and RH160, then digested with DpnI. The PCR product was then introduced into E. coli, which made it possible to obtain the vector pNF3C-ABsaI of sequence SEQ ID NO: 35 (see Figure 9). In order to obtain a vector similar to pGRNAind with the origin of replication of pNF2, this vector was then modified to incorporate the region for expressing a guide RNA with an easily modifiable protospacer sequence. To do this, this zone was amplified by PCR with the primers M13-rev and pEC750C-fwd from pGRNAind. The PCR product was then digested with SacI then cloned by ligation (T4 DNA Ligase, NEB) in pNF3C-ABsaI, previously digested with SacI and dephosphorylated with the enzyme Antarctic Phosphatase (NEB), which made it possible to obtain pNF3C-GRNAind of sequence SEQ ID NO: 36 (cf. FIG. 11).
Dans ce nouveau vecteur, des zones d’homologie amont et aval des gènes CIBE 3715 et CIBE 1796 ont été intégrées afin d’obtenir les plasmides pNF3C-GRNAind-udp-HR de séquence SEQ ID NO : 37 (cf. Figure 11) et pNF3C-GRNAind-udk-HR de séquence SEQ ID NO : 38 (cf. Figure 12). Pour ce faire, les zones ciblées ont été amplifiées par PCR à partir de l’ADN génomique de la souche DSM 6423 (udp : amont avec RH 163 et RH 164, aval avec RH161 et RH 162 ; udk : amont avec RH 165 et RH 166, aval avec RH 167 et RH 168). Pour chaque cible, les deux produits de PCR ont été assemblés par fusion PCR. Les deux matrices de réparation ainsi obtenues ont ensuite été clonées en BamHI dans le pNF3C- gRNAind, préalablement déphosphorylé avec l’enzyme Antarctic Phosphatase (NEB). In this new vector, areas of upstream and downstream homology of the CIBE 3715 and CIBE 1796 genes were integrated in order to obtain the plasmids pNF3C-GRNAind-udp-HR of sequence SEQ ID NO: 37 (cf. FIG. 11) and pNF3C-GRNAind-udk-HR of sequence SEQ ID NO: 38 (cf. FIG. 12). To do this, the targeted areas were amplified by PCR from the genomic DNA of strain DSM 6423 (udp: upstream with RH 163 and RH 164, downstream with RH161 and RH 162; udk: upstream with RH 165 and RH 166, downstream with RH 167 and RH 168). For each target, the two PCR products were assembled by PCR fusion. The two repair matrices thus obtained were then cloned in BamHI in pNF3C-gRNAind, previously dephosphorylated with the enzyme Antarctic Phosphatase (NEB).
La dernière étape consistait à introduire dans ces deux vecteurs les séquences variables (protospacer ) des ARN guides ciblant udp et udk. Ces séquences ont été déterminées in silico grâce au logiciel Geneious RIO (https://www.geneious.com). Pour chaque protospacer, une paire d’amorces est hybridée dans un thermocycleur (dénaturation thermique à 95°C, puis baisse graduelle de la température jusqu’à température ambiante). Les paires udp-guide-fwd / udp-guide-rev et udk-guide-fwd / udk-guide-rev ont été utilisées pour cibler les gènes udp et udk respectivement. Les produits d’hybridation ont ensuite été intégrés dans les vecteurs pNF3C-GRNAind-udp-HR et pNF3C-GRNAind-udk-HR par assemblage Golden Gâte en Bsal, ce qui a permis d’obtenir les vecteurs finaux pNF3C -Audp de séquence SEQ ID NO : 39 (cf. Figure 13) et pNF3C -Audk de séquence SEQ ID NO : 40 (cf. Figure 14). The last step consisted in introducing into these two vectors the variable sequences (protospacer) of the guide RNAs targeting udp and udk. These sequences were determined in silico using the Geneious RIO software (https://www.geneious.com). For each protospacer, a pair of primers is hybridized in a thermal cycler (thermal denaturation at 95 ° C, then gradually lowering the temperature to room temperature). The udp-guide-fwd / udp-guide-rev and udk-guide-fwd / udk-guide-rev pairs were used to target the udp and udk genes respectively. The hybridization products were then integrated into the vectors pNF3C-GRNAind-udp-HR and pNF3C-GRNAind-udk-HR by Golden Gâte assembly in Bsal, which made it possible to obtain the final vectors pNF3C -Audp of sequence SEQ ID NO: 39 (cf. Figure 13) and pNF3C -Audk of sequence SEQ ID NO: 40 (cf. Figure 14).
Transformation bactérienne Bacterial transformation
Le même protocole que précédemment décrit (Diallo et al, 2020) a été employé pour transformer la souche avec 20 pg d’ADN. La différence principale provient de l’utilisation d’ADN préparé dans une souche particulière d ’E. coli (cf. sous-partie « Souches et conditions de culture »). The same protocol as previously described (Diallo et al, 2020) was used to transform the strain with 20 µg of DNA. The main difference is the use of DNA prepared in a particular strain of E. coli (see sub-section “Strains and culture conditions”).
Inactivation des gènes udp et udk Inactivation of the udp and udk genes
Après introduction du plasmide pCas9aCr dans les souches IFP 962 et IFP 962 Aupp, les souches résultantes sont à nouveau transformées avec les vecteurs pNF3C -Audp et pNF3C -Audk. Les transformants sont sélectionnés sur milieu sélectif en présence de lactose (40 mM) pour induire le système anti-CRISPR décrit dans les demandes EP3 578 662 et FR 19/05485. Des colonies individuelles sont suspendues dans de l’eau, puis des dilutions sérielles sont déposées sur milieu solide sélectif supplémenté en anhydrotétracycline (200 ng/mL). After introduction of the plasmid pCas9 aCr into the IFP 962 and IFP 962 Aupp strains, the resulting strains are again transformed with the vectors pNF3C -Audp and pNF3C -Audk. The transformants are selected on selective medium in the presence of lactose (40 mM) to induce the anti-CRISPR system described in applications EP3 578 662 and FR 19/05485. Individual colonies are suspended in water, then serial dilutions are deposited on selective solid medium supplemented with anhydrotetracycline (200 ng / mL).
Les colonies résistantes à F anhydrotétracycline sont repiquées puis leurs génotypes sont testées par PCR sur colonie et leurs phénotypes par exposition sur boîte à du 5-fluorouracile (50 mg/L). Colonies resistant to anhydrotetracycline are subcultured and then their genotypes are tested by PCR on a colony and their phenotypes by exposure on a dish to 5-fluorouracil (50 mg / L).
PCR sur colonie Colony PCR
Une colonie isolée de C. beijerinckii DSM 6423 est mise en suspension dans 100 pL de Tris 10 mM pH 7,5 EDTA 5 mM. Cette solution est chauffée à 98 °C pendant 10 min sans agitation. 900 pL d’eau sont rajoutés, puis les tubes sont centrifugés à vitesse maximale pendant 3 min. 0,5 pL du surnageant de ce lysat bactérien peuvent alors être utilisés comme matrice de PCR dans des réactions de 10 pL avec la polymérase Phusion (Thermo Scientific). An isolated colony of C. beijerinckii DSM 6423 is suspended in 100 μL of 10 mM Tris pH 7.5 5 mM EDTA. This solution is heated at 98 ° C. for 10 min without stirring. 900 μL of water are added, then the tubes are centrifuged at maximum speed for 3 min. 0.5 µL of the supernatant from this bacterial lysate can then be used as a PCR template in 10 µL reactions with Phusion polymerase (Thermo Scientific).
Les couples d’amorces RH10/RH11, RH171/RH172 et RH175/RH176 sont utilisés pour vérifier l’inactivation des gènes upp, udp et udk, respectivement. Chacun de ces couples permet d’amplifier une région comprenant les zones d’homologies utilisées pour inactiver chacun de ces gènes, de telle sorte que le produit de PCR ne peut provenir que d’une amplification de l’ADN génomique au locus ciblé. RESULTATS The pairs of primers RH10 / RH11, RH171 / RH172 and RH175 / RH176 are used to verify the inactivation of the upp, udp and udk genes, respectively. Each of these pairs makes it possible to amplify a region comprising the zones of homologies used to inactivate each of these genes, so that the PCR product can only come from an amplification of the genomic DNA at the targeted locus. RESULTS
Deux plasmides de ciblage ont été construits, pNF3C -Audp et pNF3C -Audk (ciblant respectivement les gènes udp et udk ), qui ont ensuite été introduits dans les souches IFP 962 [souche C. beijerinckii enregistrée le 6 décembre 2018 sous le numéro de dépôt LMG P-31151 auprès de la Belgian Co- ordinated Collections of Micro-organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique] et IFP 962 Aupp [ou « IFP964 » - souche enregistrée le 9 juin 2020 sous le numéro de dépôt LMG P-31853 auprès Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique)]. Two targeting plasmids were constructed, pNF3C -Audp and pNF3C -Audk (respectively targeting the udp and udk genes), which were then introduced into the IFP 962 strains [C. beijerinckii strain registered on December 6, 2018 under the deposit number LMG P-31151 from the Belgian Co- ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium] and IFP 962 Aupp [or “IFP964” - strain registered on June 9, 2020 under the LMG deposit number P-31853 with Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium)].
Après induction du système CRISPR, des mutants corrects ont été obtenus avec un taux de fréquence de 100% (données non montrées). La figure 7 montre les profils types obtenus par PCR sur colonie pour chaque type de souche obtenue. After induction of the CRISPR system, correct mutants were obtained with a frequency rate of 100% (data not shown). FIG. 7 shows the typical profiles obtained by PCR on a colony for each type of strain obtained.
La croissance des différents mutants a ensuite été testée en présence de 5-FU sur milieu gélosé (cf. Figure 8). The growth of the various mutants was then tested in the presence of 5-FU on agar medium (cf. FIG. 8).
Les résultats (taille et nombre des colonies, vitesse de croissance) indiquent que seuls les contextes génétiques Aupp Audp, et, dans une sensiblement moindre mesure, Audp seul, permettent d’obtenir une croissance sur milieu gélosé 5-FU, et donc une résistance à ce composé. La délétion du gène upp ne permet pas à elle seule d’obtenir une bactérie recombinante résistante au 5-FU, au contraire de ce qui a été observé chez C. acetobutylicum. Par ailleurs, l’inactivation du gène udk de séquence SEQ ID NO : 3, n’entraîne pas de résistance au 5-fluorouracile, même pour une souche dans laquelle le gène upp a été inactivé. Une deuxième copie de ce gène (SEQ ID NO : 4) a été identifiée dans le génome de la souche DSM 6423 (cf. Figure 5) qui explique le phénotype de sensibilité observé (délétion partielle du gène udk). La délétion de ce second gène, en plus du gène de séquence SEQ ID NO : 3, i.e., la délétion complète du gène udk, est en mesure de conférer à la bactérie recombinante la résistance au 5-FU. The results (size and number of colonies, speed of growth) indicate that only the genetic contexts Aupp Audp, and, to a significantly lesser extent, Audp alone, make it possible to obtain growth on 5-FU agar medium, and therefore resistance. to this compound. The deletion of the upp gene alone does not make it possible to obtain a recombinant bacteria resistant to 5-FU, unlike what has been observed in C. acetobutylicum. Furthermore, the activation of the udk gene of sequence SEQ ID NO: 3, does not result in resistance to 5-fluorouracil, even for a strain in which the upp gene has been inactivated. A second copy of this gene (SEQ ID NO: 4) has been identified in the genome of strain DSM 6423 (cf. FIG. 5) which explains the sensitivity phenotype observed (partial deletion of the udk gene). The deletion of this second gene, in addition to the gene of sequence SEQ ID NO: 3, i.e., the complete deletion of the udk gene, is able to confer resistance to 5-FU on the recombinant bacteria.
CONCLUSIONS CONCLUSIONS
Dans l’optique de disposer de nouveaux outils génétiques dédiés aux clostridies, des souches C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp et C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk ont été obtenues par génie génétique. Les inventeurs déduisent des expériences réalisées que dès lors que au moins deux gènes impliqués dans la formation de 5-FUMP à partir de 5-FU sont délétés, la bactérie recombinante du genre Clostridium est rendue résistante au 5-FU. Ces phénotypes sont avantageux en ce qu’ils permettent l’utilisation d’un marqueur de contre-sélection (le gène upp, le gène udp et/ou le gène udk ) pour obtenir des souches de C. beijerinckii ne possédant pas d’autre modification génétique que celle désirée. Un tel marqueur peut ainsi être utilisé pour accélérer la phase d’élimination des plasmides exogènes après une modification génétique donnée, étape qui, avant la présente invention, nécessitait de nombreux repiquages sur milieu non sélectif. Les voies métaboliques responsables de l’assimilation du 5-FU chez C. beijerinckii DSM 6423 sont également présentes dans un certain nombre de clostridies, i.e. C. beijerinckii, C. diolis, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. taeniosporum, C. botulinum, C. butyricum, C. perfringens, C. saccharobutylicum, chez lesquelles il est également possible de supprimer au moins deux des gènes upp, udp et udk. With a view to having new genetic tools dedicated to Clostridia, C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp and C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk strains have been obtained by genetic engineering. The inventors deduce from the experiments carried out that once at least two genes involved in the formation of 5-FUMP from 5-FU are deleted, the recombinant bacterium of the Clostridium genus is made resistant to 5-FU. These phenotypes are advantageous in that they allow the use of a counter-selection marker (the upp gene, the udp gene and / or the udk gene) to obtain strains of C. beijerinckii not possessing any other. genetic modification than desired. Such a marker can thus be used to accelerate the phase of elimination of the exogenous plasmids after a given genetic modification, a step which, before the present invention, required numerous subcultures on non-selective medium. The metabolic pathways responsible for the assimilation of 5-FU in C. beijerinckii DSM 6423 are also present in a number of clostridia, ie C. beijerinckii, C. diolis, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. taeniosporum, C botulinum, C. butyricum, C. perfringens, C. saccharobutylicum, in which it is also possible to delete at least two of the genes upp, udp and udk.
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Claims

REVENDICATIONS
1. Bactérie recombinante du genre Clostridium caractérisée en ce qu’elle a été modifiée par inactivation d’au moins deux gènes responsables de la production de 5-Fluorouridine monophosphate (5-FUMP) à partir de 5-FU. 1. Recombinant bacterium of the genus Clostridium characterized in that it has been modified by inactivation of at least two genes responsible for the production of 5-Fluorouridine monophosphate (5-FUMP) from 5-FU.
2. Bactérie recombinante du genre Clostridium selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bactérie du genre Clostridium est une souche comprenant à l’état sauvage au moins deux gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5-FU, de préférence sélectionnée parmi C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum et C. butyricum. 2. Recombinant bacterium of the genus Clostridium according to claim 1, characterized in that the bacterium of the genus Clostridium is a strain comprising in the wild state at least two genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU, of preference selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum and C. butyricum.
3. Bactérie recombinante du genre Clostridium selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les au moins deux gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5-FU sont sélectionnés parmi les gènes upp, udp et udk. 3. Recombinant bacterium of the Clostridium genus according to claim 1 or 2, characterized in that the at least two genes responsible for the production of 5-FUMP from 5-FU are selected from the upp, udp and udk genes.
4. Bactérie recombinante du genre Clostridium selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu’elle a été modifiée par inactivation des gènes upp et udp. 4. Recombinant bacterium of the Clostridium genus according to claim 1 or 2, characterized in that it has been modified by inactivation of the upp and udp genes.
5. Bactérie recombinante du genre Clostridium selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la bactérie recombinante est la bactérie C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp enregistrée le 9 juin 2020 sous le numéro de dépôt LMG P-31854 auprès de la Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique) ou la bactérie C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk enregistrée le 9 juin 2020 sous le numéro de dépôt LMG P-31855 auprès de la Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (« BCCM », K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgique). 5. Recombinant bacterium of the Clostridium genus according to one of claims 1 to 4, characterized in that the recombinant bacterium is the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audp registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P-31854 with of the Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms ("BCCM", KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium) or the bacterium C. beijerinckii DSM 6423 AcatB Aupp Audk registered on June 9, 2020 under the deposit number LMG P -31855 from the Belgian Co-ordinated Collections of Micro-organisms (“BCCM”, KL Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent - Belgium).
6. Utilisation d’une bactérie recombinante selon l’une des revendications 1 à 5, dans un procédé de modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium, ou pour fabriquer une bactérie dérivée modifiée génétiquement, utilisable à l’échelle industrielle pour produire un solvant ou un mélange de solvants. 6. Use of a recombinant bacterium according to one of claims 1 to 5, in a process for the genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium, or to manufacture a derived bacterium genetically modified, which can be used on an industrial scale to produce a solvent or a mixture of solvents.
7. Utilisation des gènes upp, udp et/ou udk comme marqueur(s) de contre-sélection, en présence de 5-FU, dans un procédé de modification génétique d’une bactérie recombinante du genre Clostridium selon l’une des revendications 1 à 5. 7. Use of the upp, udp and / or udk genes as counter-selection marker (s), in the presence of 5-FU, in a process for the genetic modification of a recombinant bacterium of the genus Clostridium according to one of claims 1. at 5.
8. Procédé de modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium comprenant une étape de transformation d’une bactérie recombinante du genre Clostridium telle que décrite dans l’une des revendications 1 à 5 à l’aide d’un acide nucléique comprenant une séquence permettant la modification, par un mécanisme de recombinaison homologue, du matériel génétique de la bactérie par mutation, insertion ou délétion d’une séquence d’intérêt. 8. A method of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium comprising a step of transforming a recombinant bacterium of the genus Clostridium as described in one of claims 1 to 5 using a nucleic acid comprising a sequence. allowing the modification, by a mechanism of homologous recombination, of the genetic material of the bacterium by mutation, insertion or deletion of a sequence of interest.
9. Procédé selon la revendication 8 de modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium, caractérisé en ce que la bactérie recombinante visée par l’étape de transformation n’exprime pas le gène upp et n’exprime pas en outre le gène udp ou le gène udk, et en ce que ladite bactérie est transformée à l’aide d’un acide nucléique comprenant le gène upp ou les gènes upp et udp ou les gènes upp et udk, utilisé(s) comme marqueur(s) de contre-sélection. 9. The method of claim 8 for genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium, characterized in that the recombinant bacteria targeted by the transformation step does not express the upp gene and does not further express the udp gene or the udk gene, and in that said bacterium is transformed to using a nucleic acid comprising the upp gene or the upp and udp genes or the upp and udk genes, used as counter-selection marker (s).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de transformation d’une population de bactéries recombinantes du genre Clostridium telles que décrites dans l’une des revendications 1 à 5, et en ce qu’il comprend en outre i) une étape de sélection des seules bactéries ayant été modifiées par mutation, insertion ou délétion de la séquence d’intérêt, et ii) une étape de sélection desdites bactéries modifiées ne possédant plus l’acide nucléique contenant le ou les marqueurs de contre- sélection, lesdites bactéries se multipliant en présence de 5-FU à la différence des bactéries n’ayant pas perdu ledit acide nucléique. 10. The method of claim 9, characterized in that it comprises a step of transforming a population of recombinant bacteria of the genus Clostridium as described in one of claims 1 to 5, and in that it comprises in besides i) a step of selecting the only bacteria which have been modified by mutation, insertion or deletion of the sequence of interest, and ii) a step of selecting said modified bacteria no longer possessing the nucleic acid containing the counter marker (s). - selection, said bacteria multiplying in the presence of 5-FU unlike bacteria which have not lost said nucleic acid.
11. Procédé de modification génétique d’une bactérie du genre Clostridium comprenant une étape de transformation d’une bactérie du genre Clostridium à l’aide d’un acide nucléique permettant de rendre ladite bactérie résistante au 5 -fluorouracile (5-FU) par un mécanisme de recombinaison homologue, dans lequel ledit acide nucléique comprend une séquence ciblant et inactivant les gènes upp et udp.11. A method of genetic modification of a bacterium of the genus Clostridium comprising a step of transforming a bacterium of the genus Clostridium using a nucleic acid making it possible to make said bacterium resistant to 5 -fluorouracil (5-FU) by a mechanism of homologous recombination, in which said nucleic acid comprises a sequence targeting and inactivating the upp and udp genes.
12. Bactérie recombinante du genre Clostridium résistante au 5-fluorouracile (5-FU) caractérisée en ce qu’elle a été obtenue par un procédé selon la revendication 11. 12. Recombinant bacterium of the genus Clostridium resistant to 5-fluorouracil (5-FU) characterized in that it has been obtained by a process according to claim 11.
13. Procédé selon l’une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que l’acide nucléique utilisé pour transformer la bactérie ou la population de bactéries est une cassette d’expression ou un vecteur, par exemple un plasmide. 13. Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that the nucleic acid used to transform the bacterium or the population of bacteria is an expression cassette or a vector, for example a plasmid.
14. Acide nucléique comprenant une séquence ciblant et inactivant le gène upp, et le gène udp et/ou le gène udk d’une bactérie du genre Clostridium comprenant à l’état sauvage au moins deux gènes responsables de la production de 5-FUMP à partir de 5-FU sélectionnée parmi C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum et C. butyricum. 14. Nucleic acid comprising a sequence targeting and inactivating the upp gene, and the udp gene and / or the udk gene of a bacterium of the genus Clostridium comprising in the wild state at least two genes responsible for the production of 5-FUMP at from 5-FU selected from C. beijerinckii, C. saccharoperbutylacetonicum, C. saccharobutylicum, C. botulinum, C. perfringens, C. diolis, C. taeniosporum and C. butyricum.
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