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JP6256911B2 - New counter selection method - Google Patents
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本発明は、大腸菌細胞内に存在するベクターを脱落せしめ、該ベクターを保持していない細胞を選択する方法に関する。より詳しくは、脱落せしめる対象ベクター上に大腸菌の生育に必須な遺伝子の発現を抑制する遺伝子を含ませ、該遺伝子をコンディショナルに発現させることにより、該マーカーを含むベクターを保持しない細胞を選択することを特徴とする、カウンターセレクション法、及び該方法に有効なカウンターセレクション遺伝子マーカーに関する。   The present invention relates to a method for removing a vector present in an E. coli cell and selecting a cell not retaining the vector. More specifically, a cell that does not hold the vector containing the marker is selected by including a gene that suppresses the expression of a gene essential for the growth of Escherichia coli on the target vector to be dropped, and by conditional expression of the gene. The counter selection method, and a counter selection gene marker effective for the method.

細胞にベクターを導入する方法としては、化学的な方法(コンピテントセル法)、電気穿孔法(エレクトロポレーション法)、接合伝達法など、物理的、化学的、生物的な種々の方法がある。導入された細胞とそうでないものとの選別は、ベクター上に薬剤耐性遺伝子や栄養要求性遺伝子等の遺伝子マーカーを含ませ、薬剤耐性や栄養要求性などに基づき選択することが一般的である。   As a method for introducing a vector into a cell, there are various physical, chemical and biological methods such as a chemical method (competent cell method), an electroporation method (electroporation method), and a junction transfer method. . In general, selection of the introduced cells and those that are not is carried out by including gene markers such as drug resistance genes and auxotrophic genes on a vector, and selecting based on drug resistance, auxotrophy, and the like.

これに対し、一度細胞内に導入されたベクターを脱落せしめ、該ベクターを保持していない細胞を選択するには、以下の方法が考えられる。すなわち、細胞に導入する際に用いた選択マーカーを利用し、この選択マーカーの形質を失ったクローンを選択する方法がある。しかし、一度導入されたベクターは比較的安定的に細胞内に維持されるのが一般的であり、非選択条件で細胞を培養し続けた場合でも自然に脱落する頻度は低い。このため、導入時に用いたマーカーを指標に脱落クローンを選択するには大量のクローンをスクリーニングする必要があり、非常に非効率である。   On the other hand, the following method is conceivable for removing a vector once introduced into a cell and selecting a cell that does not hold the vector. That is, there is a method of selecting a clone that has lost the trait of this selection marker by using the selection marker used for introduction into the cell. However, once introduced, the vector is generally maintained in the cell relatively stably, and even when cells are continuously cultured under non-selective conditions, the frequency of spontaneous dropout is low. For this reason, it is necessary to screen a large number of clones in order to select missing clones using the marker used at the time of introduction as an index, which is very inefficient.

薬剤耐性遺伝子や栄養要求性遺伝子マーカーのように導入されたベクターを簡便に選択するポジティブセレクションマーカーとなる遺伝子とは逆に、発現することで細胞を死に至らしめる遺伝子も存在する。例えば、ヌクレアーゼやプロテアーゼをコードする遺伝子、ある基質を変換することで毒物に変換する遺伝子などが知られている。このような毒性遺伝子は発現抑制することでクローニングすることが可能であり、発現抑制を解除することで細胞死を誘導することができる。この原理に基づき、細胞内からベクターを脱落したクローンを効率的に選択することが可能となる。このように、発現することで細胞死が誘導される原理を利用し、発現しないクローン、例えばそのような致死因子を脱落したクローンを選択する方法はカウンターセレクションと呼ばれている。   Contrary to genes that serve as positive selection markers for simply selecting vectors introduced such as drug resistance genes and auxotrophic gene markers, there are also genes that cause cells to die by expression. For example, genes encoding nucleases and proteases, and genes that are converted into toxic substances by converting a certain substrate are known. Such a toxic gene can be cloned by suppressing the expression, and cell death can be induced by releasing the expression suppression. Based on this principle, it becomes possible to efficiently select a clone from which the vector has been removed from the cell. Thus, a method of selecting a clone that does not express, for example, a clone from which such a lethal factor is eliminated, is called counter selection, utilizing the principle that cell death is induced by expression.

細胞内にベクターを導入する技術については各種選択マーカーや複製開始点の組み合わせにより多様な方法が取られる一方、ベクターを脱落するための技術は方法論、マーカー遺伝子ともに不足しており、その開発が強く求められている。とりわけ、遺伝子工学実験で頻用される大腸菌において有効なカウンターセレクションマーカーの開発が求められてきた。   There are various methods for introducing vectors into cells, depending on the combination of various selection markers and replication origins. On the other hand, the technology for dropping vectors is lacking in both methodologies and marker genes. It has been demanded. In particular, there has been a demand for the development of an effective counter selection marker in E. coli frequently used in genetic engineering experiments.

これまで、カウンターセレクションに使用する致死性遺伝子としては、大腸菌などのグラム陰性菌において、枯草菌由来のsacB遺伝子がよく知られている(非特許文献1)。大腸菌などのグラム陰性菌において、sacB遺伝子産物であるレバンシュークラーゼはショ糖をレバンに変換し、レバンがペリプラズム層に蓄積することにより細胞が死に至ることが知られている。ショ糖の非存在下では致死性を示さないことから、ショ糖の有無によりコンディショナルにsacB遺伝子を含むベクターを選択できる。本方法は、大腸菌を中心に広く用いられているが、レバンシュークラーゼ酵素自身が非特異的に細胞毒性を持つことなども報告されており、またショ糖添加により細胞死を誘導する際、5%〜15%程度の極めて高濃度のショ糖という通常の生育条件から乖離した条件を適用することによる予期せぬ変異の発生や表現型の変化も懸念されている。また、sacB遺伝子を用いたカウンターセレクションでは、ショ糖なしの非選択培地で選択後、改めてショ糖培地にて選択する必要がある。このように多段階を要することが欠点となっていた。より迅速に目的プラスミドDNAのみが機能する細胞を選択する方法としては、直接脱落条件を適用出来ることが望ましい。また、固体培地のみならず、液体培地で選択可能であることも望まれるが、sacB遺伝子を利用した液体培地での選択では擬陽性が多く検出されてしまうこともよく知られている(非特許文献2)。遺伝子工学実験の宿主として最も頻用される大腸菌の場合、sacB遺伝子以外にカウンターセレクション遺伝子マーカーがいくつか報告されている(非特許文献3)。しかしながら、従来のマーカーには、種々の問題があり、例えば、特殊な遺伝子型を持つ宿主菌にしか適用できない、液体培地での選択に好適に用いることができない等、必ずしも安定的にかつ簡便に利用することができなかった。そこで、カウンターセレクションの新たな方法、マーカーの開発が求められている。   Until now, a sacB gene derived from Bacillus subtilis has been well known as a lethal gene used for counter selection in Gram-negative bacteria such as Escherichia coli (Non-patent Document 1). In gram-negative bacteria such as Escherichia coli, levanshu clease, which is a sacB gene product, is known to convert sucrose to levan, and levan accumulates in the periplasmic layer, leading to cell death. Since it does not show lethality in the absence of sucrose, a vector containing the sacB gene can be selected depending on the presence or absence of sucrose. This method is widely used mainly for Escherichia coli, but it has also been reported that levan sucrose enzyme itself has nonspecific cytotoxicity, and when cell death is induced by addition of sucrose, 5 There are also concerns about the occurrence of unexpected mutations and phenotypic changes caused by applying sucrose at a very high concentration of about 15% to 15%, which is different from normal growth conditions. In addition, in the counter selection using the sacB gene, it is necessary to select again with a sucrose medium after selecting with a non-selective medium without sucrose. The need for such multiple steps has been a drawback. As a method for selecting cells in which only the target plasmid DNA functions more quickly, it is desirable that the direct dropout conditions can be applied. It is also desired that selection is possible not only in a solid medium but also in a liquid medium, but it is well known that many false positives are detected by selection in a liquid medium using the sacB gene (non-patent literature). 2). In the case of Escherichia coli most frequently used as a host for genetic engineering experiments, several counter selection gene markers have been reported in addition to the sacB gene (Non-patent Document 3). However, conventional markers have various problems, such as being applicable only to host bacteria having a special genotype, and being not suitable for use in selection in liquid media. Could not be used. Therefore, the development of new methods and markers for counter selection is required.

上記の方法では、ベクター内に細胞死を誘導する遺伝子を含ませる方法について例示したが、遺伝子そのものには毒性はないが、発現することにより生育必須遺伝子の発現を抑制することにより、細胞を死に至らしめることも可能である。例えば、大腸菌のゲノムには生育に必須な遺伝子が数多くもコードされている。例えば脂質合成系のfabI遺伝子などが挙げられる。本遺伝子などを発現抑制すれば、発現抑制因子を含むベクターを脱落した細胞を選択することができると思われる。   In the above method, the method of including a gene that induces cell death in the vector is exemplified. However, the gene itself is not toxic, but by expressing it, the cell is killed by suppressing the expression of a growth essential gene. It can also be achieved. For example, the E. coli genome encodes many genes essential for growth. For example, the fabI gene of lipid synthesis system can be mentioned. If the expression of this gene or the like is suppressed, cells that have lost the vector containing the expression-suppressing factor can be selected.

また、大腸菌ゲノムやゲノム外DNAには、多くの毒性遺伝子・抗毒性遺伝子(TA family)も含まれている。例としてccdAB遺伝子(非特許文献4)、relBE遺伝子(非特許文献5)、mqzEF遺伝子(非特許文献6)、dinJ/yafQ遺伝子(非特許文献7)、hipBA遺伝子(非特許文献8)、hicAB遺伝子(非特許文献9)、pas遺伝子(非特許文献10)、yefM-yoeB遺伝子(非特許文献11)、mqsRA遺伝子(非特許文献12)、rnlAB遺伝子(非特許文献13)などが知られている。これらに関わる毒性遺伝子は通常の生育条件では毒素遺伝子に対して抗毒素遺伝子が過剰量発現することで、毒性をマスクしている。そのため、抗毒素遺伝子の発現を抑制することにより、毒素遺伝子が機能し、細胞死に至らしめることが可能である。   The E. coli genome and extragenomic DNA also contain many toxic and antitoxic genes (TA family). Examples include ccdAB gene (Non-patent document 4), relBE gene (Non-patent document 5), mqzEF gene (Non-patent document 6), dinJ / yafQ gene (Non-patent document 7), hipBA gene (Non-patent document 8), hicAB Known genes (Non-patent Document 9), pas gene (Non-patent Document 10), yefM-yoeB gene (Non-patent Document 11), mqsRA gene (Non-patent Document 12), rnlAB gene (Non-patent Document 13), etc. Yes. Toxicity genes related to these mask the toxicity by expressing an excessive amount of antitoxin gene relative to the toxin gene under normal growth conditions. Therefore, by suppressing the expression of the antitoxin gene, the toxin gene functions and cell death can be achieved.

Gay, P. et al., J. Bacteriol. 164: 918-921. 1985Gay, P. et al., J. Bacteriol. 164: 918-921. 1985 Hiroshi Mizoguchi et al., Biosci. Biothechnol. Biochem., 71 (12), 2905-2911, 2007Hiroshi Mizoguchi et al., Biosci. Biothechnol. Biochem., 71 (12), 2905-2911, 2007 JEAN-MARC REYRAT et al., Infection and Immunity, 66, 9, 4011-4017, 1998JEAN-MARC REYRAT et al., Infection and Immunity, 66, 9, 4011-4017, 1998 Van Melderen et al., Mol. Microbiol. 11, 1151-1157, 1994Van Melderen et al., Mol. Microbiol. 11, 1151-1157, 1994 Christensen, S.K. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 14328-14333, 2001Christensen, S.K. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 14328-14333, 2001 Christensen, S.K. et al., J. Mol. Biol. 332, 809-819. 2003Christensen, S.K. et al., J. Mol. Biol. 332, 809-819. 2003 Prysak, M.H. et al., Mol. Microbiol. 71, 1071-1087. 2009Prysak, M.H. et al., Mol. Microbiol. 71, 1071-1087. 2009 Hansen, S. et al., PLoS One 7 (6), e39185.Hansen, S. et al., PLoS One 7 (6), e39185. Jorgensen, M.G. et al., J. Bacteriol. 191, 1191-1199. 2009Jorgensen, M.G. et al., J. Bacteriol. 191, 1191-1199. 2009 Smith, A.S.G. et al., J. Bacteriol. 180, 5458-5462. 1998Smith, A.S.G. et al., J. Bacteriol. 180, 5458-5462. 1998 Christensen, S.K. et al., Mol. Microbiol. 51, 1705-1717. 2004Christensen, S.K. et al., Mol. Microbiol. 51, 1705-1717. 2004 Wang, X. et al., Nat. Chem. Biol. 7, 359-366. 2011Wang, X. et al., Nat. Chem. Biol. 7, 359-366. 2011 Koga, M. et al., Genetics 187, 123-130. 2011.Koga, M. et al., Genetics 187, 123-130. 2011.

細胞にベクターを導入する技術は確立されている一方、ベクターを脱落した細胞を選択することによりベクターを脱落、除去する技術の進展は乏しい。カウンターセレクションに基づく従来のベクター選択方法では、一般的に液体培養によって行なう実験系が皆無であった。すなわち、プレート培養による選択方法が主流であったが、この方法では選択するまでに時間がかかること、大規模なサンプルの処理には不都合なことが問題となっている。   While a technique for introducing a vector into a cell has been established, progress in technology for dropping and removing a vector by selecting a cell from which the vector has been dropped is poor. In the conventional vector selection method based on counter selection, there is generally no experimental system performed by liquid culture. That is, the selection method by plate culture has been the mainstream, but this method has a problem that it takes time to select and is inconvenient for processing a large-scale sample.

本発明では、アンチセンス法を用いたカウンターセレクション方法の提供、該方法に用いる有効なカウンターセレクションマーカーの提供を目的とし、それらの提供により、従来法に比して操作性を向上させることができる。   The present invention aims to provide a counter selection method using an antisense method, and to provide an effective counter selection marker used in the method, and by providing them, the operability can be improved as compared with the conventional method. .

上記課題を解決する為に、発明者らは、必須遺伝子の発現を抑制する技術に着目した。中でも、アンチセンスRNAに着目した。アンチセンスRNAは、標的遺伝子のmRNAにハイブリダイズし、そのmRNAの翻訳阻害や、分解促進を行なう事によって標的遺伝子の発現を抑制する。一般的に、標的遺伝子mRNAのリボソーム結合部位(RBS)からスタートコドン周辺を標的配列にすると最も効率よく発現抑制ができるとされている。本発明では、宿主として大腸菌を用いた。ベクターとしてはプラスミドDNAを用いた。アンチセンスRNAの標的遺伝子は、発現抑制によって大腸菌の生育を阻害するもの、特に必須遺伝子や毒性遺伝子・抗毒性遺伝子システム(TAシステム)の抗毒性遺伝子とする。本発明では、予め、前記標的遺伝子に対するアンチセンスDNAをプラスミドDNAにコードしておく。そして、アンチセンスRNAを発現することにより、標的必須遺伝子の発現量を低下させる。必須遺伝子の発現量の低下した細胞は生育できなくなるため、その状況下で生育可能な細胞は、プラスミドDNAが除去されたもののみとなる。このようなプラスミドDNA選択方法に使用可能な大腸菌内のTAシステムは、上で例示した通り数多く存在し、その他の生育必須遺伝子についても302もの遺伝子が知られている(http://www.shigen.nig.ac.jp/ecoli/pec/)(Kato J. et al., Mol. Syst. Biol. 2007;3:132)。本発明では、大腸菌MG1655株(ゲノム配列:NC_000913.2)にコードされた必須遺伝子とTAシステムの中から、必須遺伝子であるfabI遺伝子と種々のTAシステムを標的に効果的なカウンターセレクションができるターゲット、それに応じた遺伝子マーカーを開発した。その結果、毒性遺伝子mqsR遺伝子の抗毒性遺伝子のmqsA遺伝子、毒性遺伝子rnlA遺伝子の抗毒性遺伝子のrnlB遺伝子を標的遺伝子として選んだ場合に特に良好な結果を示した。   In order to solve the above-mentioned problems, the inventors focused on a technique for suppressing the expression of essential genes. In particular, we focused on antisense RNA. Antisense RNA hybridizes to the mRNA of the target gene, and inhibits the expression of the target gene by inhibiting translation and promoting degradation of the mRNA. In general, it is said that the expression can be most efficiently suppressed by setting the target codon around the start codon from the ribosome binding site (RBS) of the target gene mRNA. In the present invention, E. coli was used as the host. Plasmid DNA was used as the vector. Antisense RNA target genes are those that inhibit the growth of Escherichia coli by suppressing expression, in particular, essential genes and anti-toxic genes of the toxic gene / anti-toxic gene system (TA system). In the present invention, the antisense DNA for the target gene is previously encoded in the plasmid DNA. And the expression level of a target essential gene is reduced by expressing antisense RNA. Since cells with a reduced expression level of essential genes cannot grow, the only cells that can grow under the circumstances are those from which plasmid DNA has been removed. There are many TA systems in E. coli that can be used for such a plasmid DNA selection method as shown above, and as many as 302 other genes essential for growth are known (http: //www.shigen nig.ac.jp/ecoli/pec/) (Kato J. et al., Mol. Syst. Biol. 2007; 3: 132). In the present invention, among the essential genes and TA systems encoded by Escherichia coli MG1655 strain (genomic sequence: NC_000913.2), the target can perform effective counter-selection targeting the essential genes fabI gene and various TA systems. Developed the corresponding genetic marker. As a result, particularly good results were obtained when the mqsA gene of the toxic gene mqsR gene and the rnlB gene of the toxic gene rnlA gene were selected as target genes.

すなわち、本発明は、以下のプラスミドDNA選択方法および当該方法で用いるアンチセンスRNA、それがコードされたプラスミドDNA、そのプラスミドDNAを含む大腸菌株を包含する。   That is, the present invention includes the following plasmid DNA selection method and antisense RNA used in the method, plasmid DNA encoded by the RNA, and E. coli strains containing the plasmid DNA.

従って、本発明は以下の通りである。
[1] 大腸菌において発現を抑制することにより致死となる遺伝子を標的とするアンチセンスRNAをコードするDNAを発現する発現ベクターを大腸菌に導入し、アンチセンスRNAを発現させることにより該ベクターを保持する大腸菌を死滅させ、前記ベクターを保持しない大腸菌を選択することを含むカウンターセレクション方法。
[2] アンチセンスRNAをコードするDNAに発現誘導性プロモーターを連結させ、発現誘導によりアンチセンスRNAを発現させる、[1]のカウンターセレクション方法。
[3] 発現を抑制することにより致死となる遺伝子が大腸菌の生育に必須な遺伝子である、[1]又は[2]のカウンターセレクション方法。
[4] 大腸菌の生育に必須な遺伝子がfabI遺伝子である、[3]のカウンターセレクション方法。
[5] 発現を抑制することにより致死となる遺伝子が大腸菌の抗毒性遺伝子である、[1]又は[2]のカウンターセレクション方法。
[6] 大腸菌の抗毒性遺伝子がmqsA遺伝子又はrnlB遺伝子である、[5]のカウンターセレクション方法。
[7] [1]のカウンターセレクションに用いる、アンチセンスRNAをコードするDNAを含み、該アンチセンスRNAを発現し得るベクター。
[8] アンチセンスRNAをコードするDNAに発現誘導性プロモーターが連結しており、発現誘導により、アンチセンスRNAが発現する、[7]のベクター。
[9] アンチセンスRNAが大腸菌の生育に必須な遺伝子、又は大腸菌の抗毒性遺伝子を標的とし発現を抑制する、[7]又は[8]のベクター。
[10] 大腸菌の生育に必須な遺伝子がfabI遺伝子であり、大腸菌の抗毒性遺伝子がmqsA遺伝子又はrnlB遺伝子である、[9]のベクター。
Accordingly, the present invention is as follows.
[1] An expression vector expressing a DNA encoding an antisense RNA that targets a gene that is lethal by suppressing expression in E. coli is introduced into E. coli, and the antisense RNA is expressed to hold the vector. A counter selection method comprising killing E. coli and selecting E. coli that does not retain the vector.
[2] The counter selection method according to [1], wherein an expression-inducible promoter is linked to DNA encoding the antisense RNA, and the antisense RNA is expressed by expression induction.
[3] The counter selection method according to [1] or [2], wherein a gene that is lethal by suppressing expression is a gene essential for the growth of E. coli.
[4] The counter selection method according to [3], wherein the gene essential for the growth of E. coli is the fabI gene.
[5] The counter selection method according to [1] or [2], wherein the gene that is lethal by suppressing expression is an anti-toxic gene of Escherichia coli.
[6] The counter selection method according to [5], wherein the anti-toxic gene of E. coli is the mqsA gene or the rnlB gene.
[7] A vector that contains the DNA encoding an antisense RNA and is capable of expressing the antisense RNA, which is used for the counter selection of [1].
[8] The vector according to [7], wherein an expression-inducible promoter is linked to DNA encoding the antisense RNA, and the antisense RNA is expressed upon expression induction.
[9] The vector according to [7] or [8], wherein the antisense RNA targets an essential gene for Escherichia coli growth or an anti-toxic gene of Escherichia coli to suppress expression.
[10] The vector according to [9], wherein the gene essential for the growth of E. coli is the fabI gene, and the anti-toxic gene of E. coli is the mqsA gene or the rnlB gene.

大腸菌の形質転換方法の確立と多種多様な抗生物質及びその耐性遺伝子の存在により、様々なベクターを簡便かつハイスループットに細胞内に導入できるようになり、組換えDNA実験は大きく発展した。これに対し、一度導入されたベクターを細胞から脱落させる技術は未熟である。合成生物学の時代を迎え、ゲノムを直接改変することがなされるようになった。ゲノム改変などの手法で育種した変異株の性質を特徴づけるには、宿主菌にベクターを導入するとともに、自在に脱落させる技術が必要である。例えば、ゲノム改変によりベクターにコードされた外来遺伝子の発現が向上するようになった変異株を選択する場合など、宿主菌株から導入したベクターを脱落させ、再度ベクターを導入し、変異株の特性を見極めることがなされる。このような、当該ベクターを持たないもののみが選択される技術、すなわちカウンターセレクション技術は、ゲノム工学をはじめとする合成生物学に無くてはならない技術であるが、使用可能なカウンターセレクションマーカーは限定的である。   The establishment of a transformation method for E. coli and the presence of a wide variety of antibiotics and their resistance genes enabled various vectors to be introduced into cells easily and with high throughput, and recombinant DNA experiments were greatly developed. On the other hand, a technique for removing a once introduced vector from a cell is immature. In the era of synthetic biology, the genome has been directly modified. In order to characterize the characteristics of mutant strains bred by methods such as genome modification, it is necessary to introduce a vector into a host bacterium and to allow it to fall off freely. For example, when selecting a mutant strain in which the expression of a foreign gene encoded in the vector is improved by genome modification, the vector introduced from the host strain is dropped, the vector is introduced again, and the characteristics of the mutant strain are determined. It will be determined. The technology that selects only those that do not have the vector, that is, the counter selection technology is an indispensable technology for synthetic biology including genomic engineering, but the counter selection markers that can be used are limited. Is.

組換え実験で最もよく利用される大腸菌においては、ショ糖存在下で毒性を示す枯草菌由来のsacB遺伝子がカウンターセレクションマーカーとして利用されてきた。しかし、sacB遺伝子を用いたカウンターセレクションは液体培養には不向きで、一度ショ糖なし培地で増殖したコロニーをショ糖入りの寒天培地で選択することで脱落させることがなされてきた。このように、最もよく利用されるsacB遺伝子においても、手間や効率の点で不利な点があった。   In Escherichia coli most frequently used in recombination experiments, the sacB gene derived from Bacillus subtilis that is toxic in the presence of sucrose has been used as a counter selection marker. However, counter selection using the sacB gene is not suitable for liquid culture, and it has been possible to drop colonies once grown on a medium without sucrose on an agar medium containing sucrose. Thus, even the most frequently used sacB gene has disadvantages in terms of labor and efficiency.

トリクロサン(0.2μM)とアンチセンスRNAによる宿主大腸菌の致死効果を示す図である。It is a figure which shows the lethal effect of host Escherichia coli by a triclosan (0.2 micromol) and antisense RNA. fabI遺伝子に対するアンチセンスRNAによるカウンターセレクション効果(pHSG299)を示す図である。図2Aはカウンターセレクション開始から5時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図2Bはカウンターセレクション開始から10時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図2Cはカウンターセレクション開始から15時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を示す。It is a figure which shows the counter selection effect (pHSG299) by antisense RNA with respect to fabI gene. 2A shows the ratio of each drug-resistant cell present in the culture medium 5 hours after the start of counter selection, and FIG. 2B shows the ratio of each drug-resistant cell present in the culture medium 10 hours after the start of counter selection. Indicates the ratio of each drug-resistant cell present in the culture solution 15 hours after the start of counter selection. fabI遺伝子に対するアンチセンスRNAによるカウンターセレクション効果(pHSG396)を示す図である。図3Aはカウンターセレクション開始から5時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図3Bはカウンターセレクション開始から10時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図3Cはカウンターセレクション開始から15時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を示す。It is a figure which shows the counter selection effect (pHSG396) by antisense RNA with respect to fabI gene. FIG. 3A shows the ratio of each drug-resistant cell present in the culture medium 5 hours after the start of counter selection, and FIG. 3B shows the ratio of each drug-resistant cell present in the culture medium 10 hours after the start of counter selection. Indicates the ratio of each drug-resistant cell present in the culture solution 15 hours after the start of counter selection. mqsA遺伝子に対するアンチセンスRNAの細胞内量による宿主大腸菌の致死効果を示す図である。It is a figure which shows the lethal effect of host Escherichia coli by the intracellular quantity of the antisense RNA with respect to a mqsA gene. mqsA遺伝子に対するアンチセンスRNAによるカウンターセレクション効果(pHSG299)を示す図である。図5Aはカウンターセレクション開始から5時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図5Bはカウンターセレクション開始から10時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図5Cはカウンターセレクション開始から15時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を示す。It is a figure which shows the counter selection effect (pHSG299) by antisense RNA with respect to a mqsA gene. FIG. 5A shows the ratio of each drug resistant cell present in the culture medium 5 hours after the start of counter selection, and FIG. 5B shows the ratio of each drug resistant cell present in the culture medium 10 hours after the start of counter selection. Indicates the ratio of each drug-resistant cell present in the culture solution 15 hours after the start of counter selection. mqsA遺伝子に対するアンチセンスRNAによるカウンターセレクション効果(pHSG396)を示す図である。図6Aはカウンターセレクション開始から5時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図6Bはカウンターセレクション開始から10時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図6Cはカウンターセレクション開始から15時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を示す。It is a figure which shows the counter selection effect (pHSG396) by antisense RNA with respect to a mqsA gene. 6A shows the ratio of each drug-resistant cell present in the culture medium 5 hours after the start of counter selection, and FIG. 6B shows the ratio of each drug-resistant cell present in the culture medium 10 hours after the start of counter selection. Indicates the ratio of each drug-resistant cell present in the culture solution 15 hours after the start of counter selection. rnlB遺伝子に対するアンチセンスRNAの細胞内量による宿主大腸菌の致死効果を示す図である。It is a figure which shows the lethal effect of host Escherichia coli by the intracellular quantity of the antisense RNA with respect to rnlB gene. rnlB遺伝子に対するアンチセンスRNAを利用したカウンターセレクション効果(pHSG299)を示す図である。図8Aはカウンターセレクション開始から5時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図8Bはカウンターセレクション開始から10時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図8Cはカウンターセレクション開始から15時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を示す。It is a figure which shows the counter selection effect (pHSG299) using antisense RNA with respect to rnlB gene. 8A shows the ratio of each drug-resistant cell present in the culture medium 5 hours after the start of counter selection, and FIG. 8B shows the ratio of each drug-resistant cell present in the culture medium 10 hours after the start of counter selection. Indicates the ratio of each drug-resistant cell present in the culture solution 15 hours after the start of counter selection. rnlB遺伝子に対するアンチセンスRNAを利用したカウンターセレクション効果(pHSG396)を示す図である。図9Aはカウンターセレクション開始から5時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図9Bはカウンターセレクション開始から10時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を、図9Cはカウンターセレクション開始から15時間後の培養液に存在する各薬剤耐性細胞の割合を示す。It is a figure which shows the counter selection effect (pHSG396) using antisense RNA with respect to rnlB gene. FIG. 9A shows the ratio of each drug resistant cell present in the culture medium 5 hours after the start of counter selection, and FIG. 9B shows the ratio of each drug resistant cell present in the culture medium 10 hours after the start of counter selection. Indicates the ratio of each drug-resistant cell present in the culture solution 15 hours after the start of counter selection. 和合性プラスミドが共発現する細胞でのカウンターセレクション効果を示す図である。It is a figure which shows the counter selection effect in the cell in which a compatibility plasmid is coexpressed. 各プラスミドDNAの組み合わせ時のカウンターセレクション効果を示す図である。横軸は、カウンターセレクション開始から15時間培養後の菌液50μLをプレート培養した際のCFUを表している(対数グラフ)。fabI×pHSG299はpHN1009-fabIとpHSG299が含まれる大腸菌JM109でのカウンターセレクションの結果を、fabI×pHSG396はpHN1009-fabIとpHSG396が含まれる大腸菌JM109でのカウンターセレクションの結果を、mqsA×pHSG299はpHN1009-mqsAとpHSG299が含まれる大腸菌JM109でのカウンターセレクションの結果を、mqsA×pHSG396はpHN1009-mqsAとpHSG396が含まれる大腸菌JM109でのカウンターセレクションの結果を、rnlB×pHSG299はpHN1009-rnlBとpHSG299が含まれる大腸菌JM109でのカウンターセレクションの結果を、rnlB×pHSG299はpHN1009-rnlBとpHSG396が含まれる大腸菌JM109でのカウンターセレクションの結果を示している。It is a figure which shows the counter selection effect at the time of the combination of each plasmid DNA. The horizontal axis represents CFU when 50 μL of the bacterial solution after 15 hours of culturing from the start of counter selection is cultured on a plate (logarithmic graph). fabI × pHSG299 shows the result of counter selection in E. coli JM109 containing pHN1009-fabI and pHSG299, fabI × pHSG396 shows the result of counter selection in E. coli JM109 containing pHN1009-fabI and pHSG396, and mqsA × pHSG299 shows the result of pHN1009- The results of counter selection in E. coli JM109 containing mqsA and pHSG299, the results of counter selection in Escherichia coli JM109 containing pHN1009-mqsA and pHSG396, and rnlB × pHSG299 contain pHN1009-rnlB and pHSG299 The result of counter selection with E. coli JM109, rnlB × pHSG299 shows the result of counter selection with E. coli JM109 containing pHN1009-rnlB and pHSG396. スクロースによる致死効果を示す図である、図12A、B、C及びDは、それぞれ、スクロース0%、1%、5%及び10%を含む場合の効果を示す。FIGS. 12A, 12B, 12C, and 12D, which show the lethal effect of sucrose, show the effects when sucrose contains 0%, 1%, 5%, and 10%, respectively. sacB遺伝子の発現による細胞増殖の抑制を示す図である。図13A、B及びCは、それぞれ、0.01mM、0.1mM及び1.0mM IPTGを含むLB培地を用いた場合の結果を示す。It is a figure which shows suppression of the cell growth by expression of a sacB gene. FIGS. 13A, B, and C show the results when LB medium containing 0.01 mM, 0.1 mM, and 1.0 mM IPTG was used, respectively. 大腸菌K-12 MG1655株で同定された生育に必須な302遺伝子を示す図である。It is a figure which shows 302 genes essential for the growth identified by colon_bacillus | E._coli K-12 MG1655 strain.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、カウンターセレクションにより、特定のベクターを保持している宿主細胞(E.coli)を死滅させ、該特定のベクターが自然に脱落しそのベクターを保持していない宿主細胞のみを選択的に生存させる方法である。カウンターセレクションとは、発現することにより細胞死を誘導し得る核酸を利用し、該核酸が脱落等することにより、該遺伝子が発現しない細胞を選択する方法をいう。本発明の方法により、結果的に宿主細胞集団から特定のベクターを脱落させ、除去することができる。この点で、本発明は細胞中のベクターを脱落させる方法ということもできる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present invention kills a host cell (E. coli) holding a specific vector by counter selection, and selectively selects only host cells that are not naturally holding the specific vector. It is a way to survive. Counter selection refers to a method of using a nucleic acid that can induce cell death by expression, and selecting a cell that does not express the gene by dropping the nucleic acid. By the method of the present invention, a specific vector can be dropped and removed from the host cell population as a result. In this respect, the present invention can also be said to be a method for dropping a vector in a cell.

本発明のカウンターセレクション方法において、脱落させようとするベクターには、あらかじめ発現を抑制することにより致死になる遺伝子を抑制し得る核酸を含ませておく。発現を抑制することにより致死になる遺伝子として、宿主細胞の生育に必須な遺伝子の発現を抑制し得る核酸、又は宿主細胞の毒性遺伝子-抗毒性遺伝子システム(TAシステム)において、抗毒性遺伝子の発現を抑制し得る核酸が挙げられる。   In the counter selection method of the present invention, the vector to be dropped contains a nucleic acid that can suppress a gene that is lethal by suppressing expression in advance. Expression of an anti-toxic gene in a nucleic acid capable of suppressing the expression of a gene essential for the growth of a host cell, or a host cell toxic gene-anti-toxic gene system (TA system) as a lethal gene by suppressing the expression And nucleic acids that can suppress the above.

生育に必要な遺伝子とは、その遺伝子の発現がなければ大腸菌が生育できないものをいう。該遺伝子を特定の化合物で誘導すること等によりコンディショナルに発現させると宿主細胞の生育に必須な遺伝子の発現が抑制され、前記ベクターを保持している宿主細胞が死滅する。   A gene required for growth refers to a gene in which E. coli cannot grow without expression of the gene. When the gene is expressed in a conditional manner, such as by induction with a specific compound, the expression of a gene essential for the growth of the host cell is suppressed, and the host cell carrying the vector is killed.

また、宿主細胞の生育に必須な遺伝子の発現を抑制する核酸の代わりに、宿主細胞の毒性遺伝子-抗毒性遺伝子システム(TAシステム)において、抗毒性遺伝子の発現を抑制し得る核酸を用いることもできる。抗毒素遺伝子の発現を抑制することにより、宿主細胞において毒素遺伝子が作用し、宿主細胞が死滅する。   In addition, a nucleic acid capable of suppressing the expression of an antitoxic gene in the toxic gene-antitoxic gene system (TA system) of the host cell may be used in place of the nucleic acid that suppresses the expression of a gene essential for host cell growth. it can. By suppressing the expression of the antitoxin gene, the toxin gene acts in the host cell and the host cell is killed.

本発明のカウンターセレクションを利用した方法により、死滅させることができる宿主細胞は、遺伝子工学技術においてベクターを導入し得る宿主細胞ならば限定されず、細菌、真菌、動物細胞等を含み、発現抑制により宿主細胞が死滅する、生育に必須な遺伝子や抗毒素遺伝子が知られている細胞が対象となる。この点、大腸菌は生育に必須な遺伝子や抗毒素遺伝子が解析されており、本発明のカウンターセレクション方法を好適に適用することができる。   The host cell that can be killed by the method using the counter selection of the present invention is not limited as long as it is a host cell into which a vector can be introduced in genetic engineering technology, and includes bacteria, fungi, animal cells, etc. Target cells are cells that die of host cells and have known genes essential for growth and antitoxin genes. In this respect, Escherichia coli has been analyzed for genes essential for growth and antitoxin genes, and the counter selection method of the present invention can be suitably applied.

本発明の方法において、アンチセンスRNAが標的とする遺伝子をカウンターセレクションマーカーと呼ぶ。   In the method of the present invention, a gene targeted by antisense RNA is called a counter selection marker.

大腸菌の発現に必須な遺伝子(essential gene)として、例えば、大腸菌MG1655株(ゲノム配列:NC_000913.2)ではゲノムにコードされた遺伝子はトータルで4,746遺伝子あると報告されている。生育に必須遺伝子はそのうちの302遺伝子である。大腸菌MG1655株の発現に必須の遺伝子としては、データベースPec Profiling of E.coli Chromosome(http://www.shigen.nig.ac.jp/ecoli/pec/)、Kato J. et al., Mol. Syst. Biol. (2007) 3:132)、Homma et al., Gene (2002) 294:25-33)等に記載の必須遺伝子から選択することができる。大腸菌K-12 MG1655株で同定された生育に必須な302遺伝子を図14に示す。これは、大腸菌K-12 MG1655株で同定された遺伝子であるが、他の株においても、同一の遺伝子あるいは相同遺伝子から選択すればよい。本発明のカウンターセレクション方法を大腸菌に適用する場合、この生育に必須な302遺伝子、あるいはその相同遺伝子が発現抑制すべき遺伝子となる。これらの遺伝子は大腸菌の生育に必須であることが判明している遺伝子であり、生育に必須である遺伝子の発現を抑制することにより、大腸菌が致死となることは自明であり、当業者ならば上記の302遺伝子のいずれを本願発明の「発現を抑制することにより致死となる遺伝子」として用い得ることを予測することができる。   As an essential gene for E. coli expression, for example, in E. coli MG1655 strain (genome sequence: NC — 000913.2), it is reported that there are a total of 4,746 genes encoded in the genome. Of these genes, 302 genes are essential for growth. Examples of genes essential for the expression of E. coli MG1655 strain include databases Pec Profiling of E. coli Chromosome (http://www.shigen.nig.ac.jp/ecoli/pec/), Kato J. et al., Mol. Syst. Biol. (2007) 3: 132), Homma et al., Gene (2002) 294: 25-33) and the like can be selected. FIG. 14 shows 302 genes essential for growth identified in E. coli K-12 MG1655 strain. This is a gene identified in Escherichia coli K-12 MG1655 strain, but other strains may be selected from the same gene or a homologous gene. When the counter selection method of the present invention is applied to Escherichia coli, the 302 gene essential for growth or a homologous gene thereof is a gene whose expression should be suppressed. These genes are known to be essential for the growth of Escherichia coli, and it is obvious that Escherichia coli becomes lethal by suppressing the expression of genes essential for the growth. It can be predicted that any of the above 302 genes can be used as “a gene that is lethal by suppressing expression” in the present invention.

本発明で利用する大腸菌の株は限定されないが、研究や有用物資の生産に通常利用されているK-12株(NBRC 3301)及びB株(NBRC 13168)、あるいはこれらの株から派生した亜株を好適に用いることができる。K-12株及びB株並びにそれらの亜株として、MG1655株、W3110株、W2637株、W1485株、WG1株、58株、679株、MB408株、AG1株、Hfr3000株、5K株、H1443株、DP50株、W945株、PA309株、58-161株、P678株、HB101株(K-12株とB株のハイブリッド)、XL1-Blue株、XLOLR株、SURE株、YN2980株、AB311株、Hfr 3000 X74株、Cavalli Hfr株、W208株、AB284株、EMG2株、Y10株、WA704株、JC9387株、BB4株、BL21株、BM25.5株、BMH71-18mutS株、BW313株、C-Ia株、C600株、CJ236株、DH1株、DH5株、DH5α株、DH10B株、DP50supF株、ED8654株、ED8767株、ER1647株、ER2508株、HB101株、HMS174株、HST02株、HMS174株、HST02株、HST04 dam-/dcm-株、HST08 Premium株、JM83株、JM101株、JM105株、JM106株、JM107株、JM108株、JM109株、JM110株、K802株、K803株、LE392株、MC1061株、MV1184株、MN1193株、NovaBlue株、RR1株、TAP90株、TG1株、TG2株、TH2株、χ1776株、Y-1088株、Y-1099株、Y-1090株、REL606株等が挙げられる。これらのうち、MG1655株、W3110株、W2637株、W1485株、WG1株、58株、679株、MB408株、AG1株、Hfr3000株、5K株、H1443株、DP50株、W945株、PA309株、58-161株、P678株、HB101株(K-12株とB株のハイブリッド)、XL1-Blue株、XLOLR株、SURE株、YN2980株、AB311株、Hfr 3000 X74株、Cavalli Hfr株、W208株、AB284株、EMG2株、Y10株、WA704株、JC9387株等はK-12株由来の株としてよく利用されている株であり、REL606株及びBL21株等はB株由来の株としてよく利用されている株である。
302の大腸菌の生育に必須の遺伝子の中でも、例えば、fabI遺伝子、accA遺伝子、infC遺伝子等を好適に選択することができる。
The Escherichia coli strain used in the present invention is not limited, but K-12 strain (NBRC 3301) and B strain (NBRC 13168), which are usually used for research and production of useful materials, or sub-strains derived from these strains. Can be suitably used. K-12 strain and B strain and their sub-strains are MG1655, W3110, W2637, W1485, WG1, 58, 679, MB408, AG1, Hfr3000, 5K, H1443, DP50, W945, PA309, 58-161, P678, HB101 (K-12 and B hybrid), XL1-Blue, XLOLR, SURE, YN2980, AB311, Hfr 3000 X74, Cavalli Hfr, W208, AB284, EMG2, Y10, WA704, JC9387, BB4, BL21, BM25.5, BMH71-18mutS, BW313, C-Ia, C600 Ltd., CJ236 strain, DH1 strain, DH5 strain, DH5α strain, DH10B strain, DP50supF stock, ED8654 shares, ED8767 shares, ER1647 strain, ER2508 strain, HB101 strain, HMS174 shares, HST02 shares, HMS174 shares, HST02 shares, HST04 dam - / dcm - strain, HST08 Premium strain, JM83 strain, JM101 strain, JM105 strain, JM106 strain, JM107 strain, JM108 strain, JM109 strain, JM110 strain, K802 shares, K803 shares, LE392 strain, MC1061 strain, MV1184 shares, MN1193 shares , NovaBlue, RR1, TAP90, TG1, TG2, TH2, χ1776, Y-1088, Y-1099, Y-1090, REL6 06 shares. Of these, MG1655, W3110, W2637, W1485, WG1, 58, 679, MB408, AG1, Hfr3000, 5K, H1443, DP50, W945, PA309, 58 -161, P678, HB101 (K-12 and B hybrid), XL1-Blue, XLOLR, SURE, YN2980, AB311, Hfr 3000 X74, Cavalli Hfr, W208, AB284, EMG2, Y10, WA704, JC9387, etc. are often used as strains derived from K-12, and REL606, BL21, etc. are often used as strains derived from B. Is a stock.
Among the genes essential for the growth of 302 Escherichia coli, for example, the fabI gene, the accA gene, the infC gene and the like can be suitably selected.

また、毒性遺伝子-抗毒性遺伝子システム(TAシステム)における抗毒素遺伝子として、ccdAB遺伝子、relBE遺伝子、mqzEF遺伝子、dinJ/yafQ遺伝子、hipBA遺伝子、hicAB遺伝子、pas遺伝子、yefM-yoeB遺伝子、mqsRA遺伝子、rnlAB遺伝子等を好適に選択することができる。これは、大腸菌K-12 MG1655株で同定された遺伝子であるが、他の株においても、同一の遺伝子あるいは相同遺伝子から選択すればよい。   In addition, as antitoxin genes in the toxic gene-antitoxic gene system (TA system), ccdAB gene, relBE gene, mqzEF gene, dinJ / yafQ gene, hipBA gene, hicAB gene, pas gene, yefM-yoeB gene, mqsRA gene, rnlAB A gene or the like can be suitably selected. This is a gene identified in Escherichia coli K-12 MG1655 strain, but other strains may be selected from the same gene or a homologous gene.

宿主細胞の生育に必須な遺伝子、又は抗毒素遺伝子の発現を、宿主細胞の生育に必須な遺伝子、又は抗毒素遺伝子を標的とするアンチセンスRNAを用いることにより抑制する。すなわち、脱落させようとするベクターに、あらかじめ含ませておく宿主細胞の生育に必須な遺伝子の発現を抑制する核酸、又は抗毒素遺伝子の発現を抑制する核酸としては、アンチセンスRNAをコードするDNAを用いればよい。アンチセンスRNAは、上記の宿主細胞の生育に必須な遺伝子、又は抗毒素遺伝子のDNA配列の一部に相補的な配列からなるRNAであり、宿主細胞の生育に必須な遺伝子、又は抗毒素遺伝子のmRNAに相補的に結合し、該遺伝子の翻訳を阻害し、発現を抑制する。アンチセンスRNAは、長さが10〜400のヌクレオチドであり、好ましくは長さが10〜250のヌクレオチド、さらに好ましくは長さが10〜150のヌクレオチド、さらに、好ましくは長さが15〜150のヌクレオチド、さらに好ましくは長さが50〜150のヌクレオチドである。アンチセンスRNAが相補的に結合する位置は限定されないが、遺伝子発現のサイレンシング効果が強く表れる領域が好ましい。このような領域として、標的遺伝子のリボソーム結合領域(RBS)及び開始コドンを含む領域が好ましい。また、アンチセンスRNA分子内で二次構造を形成しないことが望ましく、このためアンチセンス内に互いに相補的な配列部分が存在しないことが望ましい。さらに、アンチセンスRNAを含む転写物全域も二次構造を形成しない事が望ましい。アンチセンスRNAの標的配列の手法として種々の方法が知られており、発現を制御しようとする遺伝子の配列情報に基づいて適切な配列を設計することができる。   Expression of a gene essential for host cell growth or an anti-toxin gene is suppressed by using an antisense RNA targeting a gene essential for host cell growth or an anti-toxin gene. That is, a nucleic acid that suppresses the expression of a gene essential for the growth of host cells, or a nucleic acid that suppresses the expression of an antitoxin gene, which is included in the vector to be dropped in advance, includes DNA encoding an antisense RNA. Use it. Antisense RNA is RNA consisting of a gene that is essential for the growth of the host cell, or a sequence complementary to a part of the DNA sequence of the antitoxin gene, and is a gene that is essential for the growth of the host cell or mRNA of the antitoxin gene. Binds complementarily, inhibits translation of the gene and suppresses expression. The antisense RNA is 10 to 400 nucleotides in length, preferably 10 to 250 nucleotides in length, more preferably 10 to 150 nucleotides in length, more preferably 15 to 150 nucleotides in length. Nucleotides, more preferably 50 to 150 nucleotides in length. The position where the antisense RNA binds complementarily is not limited, but a region where the silencing effect of gene expression appears strongly is preferable. As such a region, a region including a ribosome binding region (RBS) of the target gene and an initiation codon is preferable. In addition, it is desirable not to form a secondary structure in the antisense RNA molecule, and therefore it is desirable that there are no sequence portions complementary to each other in the antisense. Furthermore, it is desirable that the entire transcript containing the antisense RNA does not form a secondary structure. Various methods are known as methods for target sequences of antisense RNA, and appropriate sequences can be designed based on sequence information of genes whose expression is to be controlled.

アンチセンスRNAがコードされたDNAを含むベクターから転写されるアンチセンスRNAは、細胞内でRNaseEなどのRNAヌクレアーゼによって分解されるが、アンチセンスRNAを含む転写物の両末端が二次構造を形成する等して、RNaseEなどのヌクレアーゼからの分解を阻害するような構造をしているものが好ましい。   Antisense RNA transcribed from a vector containing DNA that encodes antisense RNA is degraded by RNA nucleases such as RNaseE in the cell, but both ends of transcripts containing antisense RNA form secondary structures. Thus, those having a structure that inhibits degradation from nucleases such as RNaseE are preferred.

大腸菌の生育に必須な遺伝子であるfabI遺伝子、accA遺伝子及びinfC遺伝子の塩基配列を、それぞれ、配列番号29、配列番号30及び配列番号31に示す。また、抗毒素遺伝子relB遺伝子、mazE遺伝子、dinJ遺伝子、hipB遺伝子、yefM遺伝子、mqsA遺伝子及びrnlB遺伝子の遺伝子塩基配列を、それぞれ、配列番号32、配列番号33、配列番号34、配列番号35、配列番号36、配列番号37及び配列番号38に示す。   The base sequences of fabI gene, accA gene and infC gene, which are genes essential for the growth of E. coli, are shown in SEQ ID NO: 29, SEQ ID NO: 30 and SEQ ID NO: 31, respectively. Further, the gene base sequences of the antitoxin gene relB gene, mazE gene, dinJ gene, hipB gene, yefM gene, mqsA gene and rnlB gene, respectively, SEQ ID NO: 32, SEQ ID NO: 33, SEQ ID NO: 34, SEQ ID NO: 35, SEQ ID NO: 36, SEQ ID NO: 37 and SEQ ID NO: 38.

アンチセンスRNAの例として、fabI遺伝子、relB遺伝子、mqzE遺伝子、dinJ遺伝子、hipB遺伝子、yefM遺伝子、mqsA遺伝子、rnlB遺伝子の発現制御に用い得るアンチセンスRNAを以下に示す。以下においては、アンチセンスRNAをコードするDNA配列(アンチセンスDNA配列)を示す。本発明のカウンターセレクション方法により脱落させようとするベクターに、以下のDNA配列からアンチセンス配列が転写されるように挿入すればよい。   As examples of antisense RNA, antisense RNA that can be used for expression control of fabI gene, relB gene, mqzE gene, dinJ gene, hipB gene, yefM gene, mqsA gene, and rnlB gene are shown below. In the following, a DNA sequence (antisense DNA sequence) encoding an antisense RNA is shown. What is necessary is just to insert so that an antisense sequence may be transcribed from the following DNA sequence into the vector to be removed by the counter selection method of the present invention.

fabI遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域
GGTTGATTATAATAACCGTTTATCTGTTCGTACTGTTTACTAAAACGACGAATCGCCTGATTTTCAGGCACAACAAGCATCAACAATAAGGATTAAAGCTATGGGTTTTCTTTCCGGTAAGCGCATTCTGGTAACCGGTGTTGCCAGCAAACTATCCATCGCCTACGGTATCGCTCAGGCGATGCA(配列番号1)

relB遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域
GCGATACTTGTAATGACATTTGTAATTACAAGAGGTGTAAGACATGGGTAGCATTAACCTGCGTATTGACGATGAACTTAAAGCGCGTTCTTACG(配列番号18)


mqzE遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域
ATATACTGTATCTACATATGATAGCGGTTTGAGGAAAGGGTTATGATCCACAGTAGCGTAAAGCGTTGGGGAAATTCACCGGCGGTGCGGATCCCGGCTACGT(配列番号19)

dinJ遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域
CTACAATTCAAGCTGAATAAATATACAGCACAGGAGATACCCCAATGGCTGCTAACGCGTTTGTTCGCGCCCGAATCGATGAAGATCTGAAGAATCAGGCAGCGGACGTACTGG(配列番号20)

hipB遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域
GATAAAACTTATAATATCCCCTTAAGCGGATAAACTTGCTGTGGACGTATGACATGATGAGCTTTCAGAAGATCTATAGCCCAACGCAATTGGCGAATGCAATGA(配列番号21)

hicB遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域
CGCCAATTAAAAAGGTTAATGACATGCGAGAGACAGTCGAAATTATGCGTTATCCCGTCACTCTTACACCCGCGCCGGAAGGCGGTTATATGGTTTCTT(配列番号22)

yefM遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域
TAACGCTCATCATTGTACAATGAACTGTACAAAAGAGGAGATTGACATGCGTACAATTAGCTACAGCGAAGCGCGTCAGAATTTGTCGGCAACAATGATGAAAG(配列番号23)

mqsA遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域
ATTACGGTAATTCATGACGTACTGATCGTCTCGTTTAAGGAGAAGTAATATGAAATGTCCGGTTTGCCACCAGGGAGAAATGGTTTCTGGCATTAAAGATATT(配列番号24)
Antisense DNA region corresponding to fabI gene
GGTTGATTATAATAACCGTTTATCTGTTCGTACTGTTTACTAAAACGACGAATCGCCTGATTTTCAGGCACAACAAGCATCAACAATAAGGATTAAAGCTATGGGTTTTCTTTCCGGTAAGCGCATTCTGGTAACCGGTGTTGCCAGCAAACTATCCATCGCCTACGGTATCGCTCAGGCGATGCA (SEQ ID NO: 1)

Antisense DNA region corresponding to relB gene
GCGATACTTGTAATGACATTTGTAATTACAAGAGGTGTAAGACATGGGTAGCATTAACCTGCGTATTGACGATGAACTTAAAGCGCGTTCTTACG (SEQ ID NO: 18)


Antisense DNA region corresponding to mqzE gene
ATATACTGTATCTACATATGATAGCGGTTTGAGGAAAGGGTTATGATCCACAGTAGCGTAAAGCGTTGGGGAAATTCACCGGCGGTGCGGATCCCGGCTACGT (SEQ ID NO: 19)

Antisense DNA region corresponding to dinJ gene
CTACAATTCAAGCTGAATAAATATACAGCACAGGAGATACCCCAATGGCTGCTAACGCGTTTGTTCGCGCCCGAATCGATGAAGATCTGAAGAATCAGGCAGCGGACGTACTGG (SEQ ID NO: 20)

Antisense DNA region corresponding to hipB gene
GATAAAACTTATAATATCCCCTTAAGCGGATAAACTTGCTGTGGACGTATGACATGATGAGCTTTCAGAAGATCTATAGCCCAACGCAATTGGCGAATGCAATGA (SEQ ID NO: 21)

Antisense DNA region corresponding to hicB gene
CGCCAATTAAAAAGGTTAATGACATGCGAGAGACAGTCGAAATTATGCGTTATCCCGTCACTCTTACACCCGCGCCGGAAGGCGGTTATATGGTTTCTT (SEQ ID NO: 22)

Antisense DNA region corresponding to yefM gene
TAACGCTCATCATTGTACAATGAACTGTACAAAAGAGGAGATTGACATGCGTACAATTAGCTACAGCGAAGCGCGTCAGAATTTGTCGGCAACAATGATGAAAG (SEQ ID NO: 23)

Antisense DNA region corresponding to mqsA gene
ATTACGGTAATTCATGACGTACTGATCGTCTCGTTTAAGGAGAAGTAATATGAAATGTCCGGTTTGCCACCAGGGAGAAATGGTTTCTGGCATTAAAGATATT (SEQ ID NO: 24)

本発明のカウンターセレクションにおいては、脱落させようとするベクターに上記のアンチセンスRNAをコードするDNAを含ませればよい。この際、アンチセンスRNAの発現は、例えば、特定の化合物で誘導することによりコンディショナルに発現させればよい。アンチセンスRNAをコンディショナルに発現させる方法として、特定の物質で誘導されるプロモーターを用いればよい。このような発現誘導性プロモーターとして、IPTG(イソプロピル-β-チオガラクトピラノシド)誘導性のlacプロモーター、tacプロモーター、trcプロモーター、キシロース誘導性のxylFプロモーター、xylAプロモーター、xylBプロモーター、アラビノース誘導性のaraBADプロモーター、araBプロモーター、等が挙げられる。脱落させようとするベクター中にアンチセンスRNAをコードするDNAに上記プロモーターを作動可能に連結すればよい。   In the counter selection of the present invention, the vector to be removed may contain the DNA encoding the antisense RNA. At this time, the expression of the antisense RNA may be conditionally expressed by, for example, induction with a specific compound. As a method for conditional expression of antisense RNA, a promoter induced by a specific substance may be used. IPTG (isopropyl-β-thiogalactopyranoside) -inducible lac promoter, tac promoter, trc promoter, xylose-inducible xylF promoter, xylA promoter, xylB promoter, arabinose-inducible promoter Examples thereof include araBAD promoter and araB promoter. The promoter may be operably linked to the DNA encoding the antisense RNA in the vector to be removed.

用いる発現ベクターには、プロモーター、上記のアンチセンスRNAをコードするDNAのほか、ターミネーター、所望によりエンハンサーなどのシスエレメント、イントロンの5’末端側に存在するスプライス供与部位及びイントロンの3’末端側に存在するスプライス受容部位からなるスプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、薬剤耐性選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)などを作動可能に連結して用いればよい。薬剤耐性選択マーカーとしては、例えば、アンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。   The expression vector to be used includes a promoter, DNA encoding the above-mentioned antisense RNA, a terminator, a cis element such as an enhancer, if necessary, a splice donor site present on the 5 ′ end side of the intron, and a 3 ′ end side of the intron. A splicing signal consisting of an existing splice accepting site, a poly A addition signal, a drug resistance selection marker, a ribosome binding sequence (SD sequence) and the like may be operably linked. Examples of drug resistance selection markers include ampicillin resistance genes and kanamycin resistance genes.

また、アンチセンスRNAを発現し得るベクターを用いずに、特定のベクターを脱落させたい時期に細胞外から、アンチセンスRNAを添加し、宿主細胞内に取り込ませてもよい。この場合、例えばアンチセンスRNAを化学合成し、それを添加すればよい。   Further, without using a vector capable of expressing antisense RNA, antisense RNA may be added from outside the cell at the time when a specific vector is desired to be dropped and taken into the host cell. In this case, for example, antisense RNA may be chemically synthesized and added.

さらに、アンチセンスRNAの代わりに発現を抑制することにより致死になる遺伝子を抑制し得るPNA(ペプチド核酸)やdsRNA(double stranded RNA)等を用いてもよい。dsRNAはRNA干渉(RNAi)により致死になる遺伝子のmRNAを切断し、該遺伝子の発現を抑制する。dsRNA分子は、siRNA分子及びshRNA分子を含み、またmiRNA分子を形成し得る。dsRNAを用いる場合、脱落させようとするベクターにdsRNAをコードするDNAを含ませればよい。   Furthermore, PNA (peptide nucleic acid) or dsRNA (double stranded RNA) that can suppress a lethal gene by suppressing expression may be used instead of antisense RNA. dsRNA cleaves the mRNA of a gene that is lethal by RNA interference (RNAi) and suppresses the expression of the gene. dsRNA molecules include siRNA molecules and shRNA molecules, and can also form miRNA molecules. When dsRNA is used, DNA encoding dsRNA may be included in the vector to be removed.

本発明において、例えば、ある遺伝子に対するアンチセンスRNAをコードするDNAを含むプラスミドを、遺伝子がfabI遺伝子であり、プラスミドがpH1009である場合、pH1009-fabIのように示す。   In the present invention, for example, a plasmid containing DNA encoding an antisense RNA for a certain gene is indicated as pH1009-fabI when the gene is a fabI gene and the plasmid is pH1009.

宿主細胞に、アンチセンスRNAをコードするDNAを含むベクター以外の他のベクターが含まれている場合、本発明のカウンターセレクション法により、アンチセンスRNAをコードするDNAを含むベクターを脱落させ、他のベクターを回収することができる。この場合、アンチセンスRNAを含むベクターと他のベクターは不和合性であることが好ましい。他のベクターは限定されないが、pHSG299やpHSG396、pUC18、pUC19、pJexpress404等が挙げられる。   When the host cell contains a vector other than the vector containing the DNA encoding the antisense RNA, the vector containing the DNA encoding the antisense RNA is dropped by the counter selection method of the present invention, The vector can be recovered. In this case, the vector containing the antisense RNA and the other vector are preferably incompatible. Other vectors include, but are not limited to, pHSG299, pHSG396, pUC18, pUC19, pJexpress404 and the like.

宿主細胞へのベクターの導入方法は、限定されず、例えばカルシウムイオンを用いる方法[Cohen, S.N.et al.:Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 69:2110(1972)]、エレクトロポレーション法等が挙げられる。用いるベクターも限定されず、例えば、プラスミドDNA、ファージDNA等の公知の発現ベクターを利用することができる。   The method for introducing a vector into a host cell is not limited, and for example, a method using calcium ions [Cohen, SNet al .: Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 69: 2110 (1972)], electroporation Law. The vector to be used is not limited, and known expression vectors such as plasmid DNA and phage DNA can be used.

宿主細胞の培養は公知の方法に従い行うことができる。例えば、培養液として、DMEM、MEM、RPMI1640、IMDM等を使用することができ、牛胎児血清(FCS)等の血清補液やその他のサプリメント試薬等を添加して用いればよい。   Host cell culture can be performed according to a known method. For example, DMEM, MEM, RPMI1640, IMDM, or the like can be used as a culture solution, and a serum supplement such as fetal calf serum (FCS), other supplement reagents, or the like may be added.

本発明のカウンターセレクションを行なうときの培養温度は限定されないが、30〜40℃、好ましくは35〜40℃、さらに好ましくは37℃である。   The culture temperature when performing the counter-selection of the present invention is not limited, but is 30 to 40 ° C, preferably 35 to 40 ° C, more preferably 37 ° C.

本発明のカウンターセレクション方法は、液体培養で行なうことが可能であるが、寒天培地等を用いるプレート培養等の固体培養でも行なうこともできる。   The counter selection method of the present invention can be performed by liquid culture, but can also be performed by solid culture such as plate culture using an agar medium or the like.

本発明は、宿主細胞の生育に必須な遺伝子や宿主細胞の毒性遺伝子-抗毒性遺伝子システム(TAシステム)における抗毒性遺伝子を標的とし、これらの発現を抑制し得る上記のアンチセンスRNAをコードするDNAを含み、カウンターセレクションに用いるためのベクターを含む。該ベクターは、アンチセンスRNAを誘導発現させるために、アンチセンスRNAをコードするDNAに作動可能に連結した発現誘導性プロモーターを含んでいてもよい。さらに、該発現ベクターは、プロモーター、上記のアンチセンスRNAをコードするDNAのほか、ターミネーター、所望によりエンハンサーなどのシスエレメント、イントロンの5’末端側に存在するスプライス供与部位及びイントロンの3’末端側に存在するスプライス受容部位からなるスプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、薬剤耐性選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)などを作動可能に連結して含んでいてもよい。   The present invention targets the genes essential for host cell growth and the anti-toxic genes in the host cell toxic gene-anti-toxic gene system (TA system), and encodes the above-mentioned antisense RNA capable of suppressing the expression thereof. Contains DNA and vector for use in counter selection. The vector may contain an expression-inducible promoter operably linked to DNA encoding the antisense RNA in order to induce and express the antisense RNA. Furthermore, the expression vector includes a promoter, DNA encoding the above-mentioned antisense RNA, a terminator, a cis element such as an enhancer, if necessary, a splice donor site present on the 5 ′ end side of the intron, and the 3 ′ end side of the intron. A splicing signal consisting of a splice acceptor site present in, a poly A addition signal, a drug resistance selection marker, a ribosome binding sequence (SD sequence) and the like may be operably linked.

本発明は、カウンターセレクションに用いるための遺伝子からなるカウンターセレクションマーカーを含む。該カウンターセレクションマーカーとして、発現することにより宿主細胞が致死になる遺伝子が挙げられ、宿主細胞の生育に必須な遺伝子や宿主細胞の毒性遺伝子-抗毒性遺伝子システム(TAシステム)における抗毒性遺伝子が含まれる。具体的には、例えば、大腸菌の生育に必須の遺伝子として、fabI遺伝子、accA遺伝子、infC遺伝子等が挙げられ、毒性遺伝子-抗毒性遺伝子システム(TAシステム)における抗毒素遺伝子として、ccdAB遺伝子、relBE遺伝子、mazEF遺伝子、dinJ/yafQ遺伝子、hipBA遺伝子、hicAB遺伝子、pas遺伝子、yefM-yoeB遺伝子、mqsRA遺伝子、rnlAB遺伝子等が挙げられる。   The present invention includes a counter selection marker comprising a gene for use in counter selection. Examples of the counter selection marker include genes that cause the host cell to become lethal when expressed, and include genes essential for host cell growth and host cell toxic genes-antitoxic genes in the antitoxic gene system (TA system) It is. Specifically, for example, fabI gene, accA gene, infC gene etc. are mentioned as essential genes for the growth of E. coli, and ccdAB gene, relBE gene as antitoxin genes in toxic gene-antitoxic gene system (TA system) , MazEF gene, dinJ / yafQ gene, hipBA gene, hicAB gene, pas gene, yefM-yoeB gene, mqsRA gene, rnlAB gene and the like.

以下に本発明の実施例を説明するが、ここで挙げる実施例は単なる具体例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the examples given here are merely specific examples and do not limit the technical scope of the present invention.

実施例1 大腸菌必須遺伝子、fabI遺伝子を標的遺伝子としたアンチセンスRNAの利用によるカウンターセレクション
(1)fabI遺伝子を標的遺伝子としたアンチセンスRNAがコードされた発現プラスミドの構築
アンチセンスRNA発現プラスミドとして、中島らによって構築されたpHN1009を用いた(Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2006; Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2009)。ここにfabI遺伝子に対するアンチセンスRNAがコードされたプラスミドDNA、fabI-PT7 asRNA plasmid(本願内ではpHN1009-fabIと呼ぶ)はJM109の形質転換に使用された(Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2006; Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2009)。その形質転換体からプラスミドDNAを精製した。fabI遺伝子に対するRNA領域のPCR増幅には、オリゴヌクレオチドプライマーとして、配列番号39(sSN90)及び配列番号40(sSN91)のプライマーを用いた。
Example 1 Counter selection by using antisense RNA with E. coli essential gene and fabI gene as target gene (1) Construction of expression plasmid encoding antisense RNA with fabI gene as target gene Antisense RNA expression plasmid as PHN1009 constructed by Nakajima et al. Was used (Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2006; Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2009). Here, a plasmid DNA encoding an antisense RNA for the fabI gene, fabI-PT7 asRNA plasmid (referred to as pHN1009-fabI in the present application) was used for transformation of JM109 (Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2006; Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2009). Plasmid DNA was purified from the transformant. For PCR amplification of the RNA region for the fabI gene, primers of SEQ ID NO: 39 (sSN90) and SEQ ID NO: 40 (sSN91) were used as oligonucleotide primers.

(2)fabI遺伝子に対するアンチセンスRNAのサイレンシング効果
pHN1009-fabI一種類のプラスミドDNAのみを含む大腸菌JM109株のアンチセンスRNAの転写誘導による細胞死を観察する。アンチセンスRNAの細胞内濃度はイソプロピル-β-チオガラクトピラノシド(Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside、IPTG)の濃度によって調節できる。そこで、IPTGの添加量に応じた細胞の増殖を以下の手順に従い観察した。また、トリクロサンはFabIの合成に関し、阻害剤として機能する。この事から、低濃度のトリクロサンを培地中に添加した状態は、添加しない場合と比べてアンチセンスRNAによるfabIの発現抑制が高くなることが知られている。そこで、各条件において、トリクロサンを添加することとした。
(2) Silencing effect of antisense RNA against fabI gene
pHN1009-fabI Observe cell death due to transcription induction of antisense RNA of E. coli strain JM109 containing only one kind of plasmid DNA. The intracellular concentration of antisense RNA can be adjusted by the concentration of isopropyl-β-thiogalactopyranoside (IPTG). Therefore, cell proliferation according to the amount of IPTG added was observed according to the following procedure. Triclosan functions as an inhibitor for the synthesis of FabI. From this, it is known that the expression suppression of fabI by antisense RNA is higher when a low concentration of triclosan is added to the medium than when it is not added. Therefore, triclosan was added under each condition.

まず、pHN1009-fabIにより大腸菌JM109を形質転換した。寒天プレート上に生育した形質転換体コロニーを2 mL LB培地(50μg/mL アンピシリン)に植菌して37℃で17時間培養した。その後、トリクロサン0.2μM、IPTG 0, 0.1, 0.5, 1.0 mMのLB培地(50μg/mL アンピシリン)に1:10000で前培養菌液を混合し、それらをマイクロプレートに200μLずつ分注した。そして、37℃で15時間培養し、その間15分毎に増殖濁度(OD600)を測定した。 First, E. coli JM109 was transformed with pHN1009-fabI. Transformant colonies that grew on the agar plate were inoculated into 2 mL LB medium (50 μg / mL ampicillin) and cultured at 37 ° C. for 17 hours. Thereafter, the precultured bacterial solution was mixed at 1: 10000 in LB medium (50 μg / mL ampicillin) of triclosan 0.2 μM and IPTG 0, 0.1, 0.5, 1.0 mM, and these were dispensed 200 μL each on a microplate. Then, the cells were cultured at 37 ° C. for 15 hours, and the growth turbidity (OD 600 ) was measured every 15 minutes.

その結果、アンチセンスRNAの転写誘導をした場合とそうではない場合とでは、転写誘導に使用したIPTGの濃度にほぼ関係なく、増殖し始める時間に約8時間の違いが観察された(図1)。これは、アンチセンスRNAの発現により増殖が抑制された事を意味している。しかし、完全な死滅には至らなかった。   As a result, a difference of about 8 hours was observed in the time to start proliferation irrespective of the concentration of IPTG used for the induction of transcription between the case where the transcription of antisense RNA was induced and the case where it was not (FIG. 1). ). This means that growth was suppressed by the expression of antisense RNA. However, it was not completely killed.

(3)fabI遺伝子に対するアンチセンスRNAによるカウンターセレクション
本実施例では、複数種のプラスミドを保持する大腸菌から、アンチセンスDNAを含むプラスミドを選択的に除去することにより、除去効率を定量評価した。大腸菌宿主はJM109株を使用し、アンチセンスDNAを含むプラスミドはpHN1009-fabIを使用する。これに加え、pHSG299(タカラバイオ社製、カナマイシン耐性)またはpHSG396(タカラバイオ社製、クロラムフェニコール耐性)をpHN1009-fabI保持菌と共存させた。
(3) Counterselection with antisense RNA for fabI gene In this example, the removal efficiency was quantitatively evaluated by selectively removing plasmids containing antisense DNA from Escherichia coli holding plural types of plasmids. The JM109 strain is used as the E. coli host, and pHN1009-fabI is used as the plasmid containing the antisense DNA. In addition, pHSG299 (Takara Bio Inc., kanamycin resistant) or pHSG396 (Takara Bio Inc., chloramphenicol resistant) was allowed to coexist with pHN1009-fabI-carrying bacteria.

まず、大腸菌JM109株をpHN1009-fabIにより形質転換し、さらに本組換JM109を定法(Hanahan法)に従いコンピテントセル化した。本コンピテントセルをpHSG299あるいはpHSG396により形質転換した結果、pHSG299を使用した場合は1×106 CFU/μL、pHSG396の場合は1×105 CFU/μLの効率が得られた。 First, Escherichia coli JM109 strain was transformed with pHN1009-fabI, and this recombinant JM109 was made into competent cells according to a standard method (Hanahan method). As a result of transformation of this competent cell with pHSG299 or pHSG396, an efficiency of 1 × 10 6 CFU / μL was obtained when pHSG299 was used, and 1 × 10 5 CFU / μL was obtained with pHSG396.

このコンピテントセル100μLとpHSG299 40 ngを混合し、氷上で15分間静置した。その後、42℃で45秒間熱ショックを与え、再び氷上で1分間静置した。そこにSOC培地1 mLを加え、37℃で45分間震盪培養した。次に、500μLの8種類の培地、(1)LB Lennox、(2)LB Lennox、0.5 mM IPTG、(3)LB Lennox、カナマイシン25μg/ml、(4)LB Lennox、カナマイシン25μg/ml、0.5 mM IPTG、(5)LB Lennox、0.2μM トリクロサン、(6)LB Lennox、0.2μM トリクロサン、0.5 mM IPTG、(7)LB Lennox、0.2μM トリクロサン、25μg/ml カナマイシン、(8)LB Lennox、0.2μM トリクロサン、25μg/ml カナマイシン、0.5 mM IPTGに菌液を50μLずつ植菌し、37℃で震盪培養した。そして、5時間後、10時間後、15時間後の大腸菌細胞内のpHN1009-fabIとpHSG299またはpHSG396の2種のプラスミドの割合を、培養菌液をpHN1009-fabIの耐性薬剤であるアンピシリンプレート(LB Lennox, 50μg/ml アンピシリン)と、pHSG299の耐性薬剤であるカナマイシンプレート、またはpHSG396の耐性薬剤であるクロラムフェニコールプレートに同量を撒き、37℃で一晩培養して出現したコロニー数を計数した。   100 μL of this competent cell and 40 ng of pHSG299 were mixed and allowed to stand on ice for 15 minutes. Thereafter, a heat shock was applied at 42 ° C. for 45 seconds, and the mixture was allowed to stand again on ice for 1 minute. 1 mL of SOC medium was added thereto, and cultured with shaking at 37 ° C. for 45 minutes. Next, 500 μL of 8 media, (1) LB Lennox, (2) LB Lennox, 0.5 mM IPTG, (3) LB Lennox, kanamycin 25 μg / ml, (4) LB Lennox, kanamycin 25 μg / ml, 0.5 mM IPTG, (5) LB Lennox, 0.2 μM triclosan, (6) LB Lennox, 0.2 μM triclosan, 0.5 mM IPTG, (7) LB Lennox, 0.2 μM triclosan, 25 μg / ml kanamycin, (8) LB Lennox, 0.2 μM triclosan 50 μL of the bacterial solution was inoculated in 25 μg / ml kanamycin, 0.5 mM IPTG, and cultured at 37 ° C. with shaking. After 5 hours, 10 hours, and 15 hours, the ratio of the two plasmids, pHN1009-fabI and pHSG299 or pHSG396, in the Escherichia coli cells, and the culture broth were added to the ampicillin plate (LB), a resistance drug for pHN1009-fabI. Lennox, 50μg / ml ampicillin) and the kanamycin plate that is resistant to pHSG299 or the chloramphenicol plate that is resistant to pHSG396, and count the number of colonies that appeared after overnight culture at 37 ° C. did.

その結果、薬剤、IPTGともに非添加(LB)の場合、IPTGのみ添加の場合、トリクロサンのみ添加の場合、そして、トリクロサンとIPTGを添加の場合では、15時間培養しても大腸菌JM109内のプラスミドはすべてpHN1009-fabIであることがわかった(図2、C)。また、カナマイシンのみを添加した場合とトリクロサンとカナマイシンを添加した場合では、15時間培養時の細胞内プラスミドDNA存在率は、pHN1009-fabIとpHSG299が同等であった(図2、C)。一方、カナマイシンとIPTGを添加した場合と、トリクロサンとカナマイシン、IPTGを添加した場合では、15時間培養時の細胞内には100%pHSG299となっていた図2、C)。また、この条件の5時間培養時および10時間培養時でさえ、pHSG299が大部分占めている事が分かった(図2、A、B)。つまり、上記条件を適用することで、pHN1009-fabIを選択的に脱落させる事ができた。   As a result, when neither drug nor IPTG is added (LB), only IPTG is added, only triclosan is added, and when triclosan and IPTG are added, the plasmid in E. coli JM109 is not affected even if cultured for 15 hours. All were found to be pHN1009-fabI (Figure 2, C). In addition, when only kanamycin was added and when triclosan and kanamycin were added, the intracellular plasmid DNA abundance at the time of culturing for 15 hours was equivalent to pHN1009-fabI and pHSG299 (FIG. 2, C). On the other hand, when kanamycin and IPTG were added, and when triclosan, kanamycin, and IPTG were added, the cells were 100% pHSG299 when cultured for 15 hours (Fig. 2, C). It was also found that pHSG299 occupies most of these conditions even when cultured for 5 hours and 10 hours (FIGS. 2, A and B). That is, by applying the above conditions, pHN1009-fabI could be selectively removed.

また、pHN396を使用した場合では(抗生物質濃度は34μg/mL)、致死効果が現れるのに要する時間が長いものの、pHN299の時と同様の条件(クロラムフェニコールとIPTGを添加した場合とトリクロサンとクロラムフェニコールとIPTGを添加した場合)では、15時間培養時にpHN396のみの存在、pHN1009-fabIの脱落を確認できた(図3、C)。   When pHN396 is used (antibiotic concentration is 34 μg / mL), it takes a long time for the lethal effect to appear, but the same conditions as for pHN299 (when adding chloramphenicol and IPTG and triclosan) When chloramphenicol and IPTG were added), the presence of only pHN396 and the loss of pHN1009-fabI were confirmed after 15 hours of culture (FIG. 3, C).

以上より、大腸菌の必須遺伝子、fabI遺伝子に対するアンチセンスRNAを利用する事により、液体培養系でも選択的なカウンターセレクションを行えることを確認した。   From the above, it was confirmed that selective counter selection can be performed even in a liquid culture system by using an antisense RNA against an essential gene of Escherichia coli and the fabI gene.

実施例2 アンチセンスRNAの標的となる大腸菌ゲノムにコードされている抗毒性遺伝子の選択
(1)抗毒性遺伝子をターゲットとしたアンチセンスRNAの設計
relB(Van Melderen et al., Mol. Microbiol. 11, 1151-1157, 1994)、mazE(Christensen, S.K. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 14328-14333, 2001)、dinJ(Christensen, S.K. et al., J. Mol. Biol. 332, 809-819. 2003)、hipB(Prysak, M.H. et al., Mol. Microbiol. 71, 1071-1087. 2009)、hicB(Hansen, S. et al., PLoS One 7 (6), e39185.)、yefM(Smith, A.S.G. et al., J. Bacteriol. 180, 5458-5462. 1998)、mqsA(Christensen, S.K. et al., Mol. Microbiol. 51, 1705-1717. 2004)、rnlB(Wang, X. et al., Nat. Chem. Biol. 7, 359-366. 2011)遺伝子はみな、大腸菌MG1655株(NC_000913.2)のゲノムにコードされた抗毒性遺伝子である。これらの遺伝子の発現を抑制するアンチセンスRNAを各々設計した。設計されたアンチセンスRNAは、これらの遺伝子のRBS(リボソーム結合領域)と開始コドンを含み、全長が100bp程度である。
Example 2 Selection of Antitoxic Gene Encoded in E. coli Genome Targeting Antisense RNA (1) Design of Antisense RNA Targeting Antitoxic Gene
relB (Van Melderen et al., Mol. Microbiol. 11, 1151-1157, 1994), mazE (Christensen, SK et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, 14328-14333, 2001), dinJ ( Christensen, SK et al., J. Mol. Biol. 332, 809-819. 2003), hipB (Prysak, MH et al., Mol. Microbiol. 71, 1071-1087. 2009), hicB (Hansen, S. et al., PLoS One 7 (6), e39185.), yefM (Smith, ASG et al., J. Bacteriol. 180, 5458-5462. 1998), mqsA (Christensen, SK et al., Mol. Microbiol. 51, 1705-1717. 2004), rnlB (Wang, X. et al., Nat. Chem. Biol. 7, 359-366. 2011) are all encoded in the genome of E. coli strain MG1655 (NC_000913.2). Is an anti-toxic gene. Antisense RNAs that suppress the expression of these genes were designed respectively. The designed antisense RNA contains the RBS (ribosome binding region) and start codon of these genes, and has a total length of about 100 bp.

(2)抗毒性遺伝子をターゲットとしたアンチセンスRNAの調整
大腸菌MG1655株(NC_000913.2)のゲノムを鋳型に、アンチセンスRNAとなる領域をPCR増幅により抽出した。その反応に用いたプライマーは、フォワードプライマーにはXhoI制限酵素切断部位が、リバースプライマーにはNcoI制限酵素切断部位が付加されているため、増幅産物には両端にこれらの制限酵素切断部位が添加されている。relB、mqzE、dinJ、hipB、hicB、yefM、mqsA、rnlB遺伝子に対応するアンチセンスRNA領域のPCR増幅には、オリゴヌクレオチドプライマーとして、配列番号2(relB-R-NcoI)、3(relB-F-XhoI)、4(mazE-R-NcoI)、5(mazE-F-XhoI)、6(dinJ-R-Nco)、7(dinJ-F-XhoI)、8(hipB-R-NcoI)、9(hipB-F-XhoI)、10(hicB-R-NcoI)、11(hicB-F-XhoI)、12(yefM-R-NcoI)、13(yefM-F-XhoI)、14(mqsA-R-NcoI)、15(mqsA-F-XhoI)、16(rnlB-R-NcoI)、17(rnlB-F-XhoI)を各々使用した。反応溶液(総量25μL)は、1x PCR Buffer for KOD Neo(東洋紡社製)、各0.2mM dATP、dGTP、dCTP、dTTP(以上、東洋紡社製)、各25 pmol プライマー、0.5μL ゲノムDNA(約10 ng)、0.5ユニット KOD Neo(東洋紡社製)を含む。本溶液を98℃ 2分間の保温後、98℃ 10秒、53℃ 30秒、68℃ 10秒の温度サイクルを25回繰り返し、最後に68℃で2分間保温した。得られたPCR産物をアガロースゲル電気泳動により分離し、マッハライナーゲル社製のDNA精製キット(NucleoSpin Extract II)を用いてマニュアルに従って精製し、30μLの水で溶出した。その結果、アンチセンスDNAとして、配列番号18(relB遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域)、19(mqzE遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域)、20(dinJ遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域)、21(hipB遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域)、22(hicB遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域)、23(yefM遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域)、24(mqsA遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域)、25(rnlB遺伝子に対応したアンチセンスDNA領域)を得た。
(2) Preparation of Antisense RNA Targeting Antitoxic Genes Using the genome of Escherichia coli MG1655 strain (NC — 000913.2) as a template, a region that becomes antisense RNA was extracted by PCR amplification. The primer used for the reaction has an XhoI restriction enzyme cleavage site added to the forward primer and an NcoI restriction enzyme cleavage site added to the reverse primer, so these restriction enzyme cleavage sites are added to both ends of the amplified product. ing. For PCR amplification of antisense RNA regions corresponding to relB, mqzE, dinJ, hipB, hicB, yefM, mqsA, and rnlB genes, as oligonucleotide primers, SEQ ID NO: 2 (relB-R-NcoI), 3 (relB-F -XhoI), 4 (mazE-R-NcoI), 5 (mazE-F-XhoI), 6 (dinJ-R-Nco), 7 (dinJ-F-XhoI), 8 (hipB-R-NcoI), 9 (HipB-F-XhoI), 10 (hicB-R-NcoI), 11 (hicB-F-XhoI), 12 (yefM-R-NcoI), 13 (yefM-F-XhoI), 14 (mqsA-R- NcoI), 15 (mqsA-F-XhoI), 16 (rnlB-R-NcoI), and 17 (rnlB-F-XhoI) were used. The reaction solution (total volume 25 μL) was 1x PCR Buffer for KOD Neo (Toyobo), 0.2 mM dATP, dGTP, dCTP, dTTP (above, Toyobo), 25 pmol primer, 0.5 μL genomic DNA (about 10 ng), 0.5 unit KOD Neo (manufactured by Toyobo). This solution was kept at 98 ° C. for 2 minutes, and then a temperature cycle of 98 ° C. for 10 seconds, 53 ° C. for 30 seconds, and 68 ° C. for 10 seconds was repeated 25 times, and finally the solution was kept at 68 ° C. for 2 minutes. The obtained PCR products were separated by agarose gel electrophoresis, purified according to the manual using a DNA purification kit (NucleoSpin Extract II) manufactured by Mach Liner Gel, and eluted with 30 μL of water. As a result, as the antisense DNA, SEQ ID NOs: 18 (antisense DNA region corresponding to the relB gene), 19 (antisense DNA region corresponding to the mqzE gene), 20 (antisense DNA region corresponding to the dinJ gene), 21 (Antisense DNA region corresponding to hipB gene), 22 (Antisense DNA region corresponding to hicB gene), 23 (Antisense DNA region corresponding to yefM gene), 24 (Antisense DNA region corresponding to mqsA gene) 25 (an antisense DNA region corresponding to the rnlB gene).

(3)アンチセンスRNA領域のPCR増幅断片の制限酵素処理
(2)で得られたDNA溶液に、3μL NEB Buffer 4(New England Biolabs社製)、5 ユニット NcoI(New England Biolabs社製)、5ユニット XhoI(New England Biolabs社製)を加え、37℃で2時間保温した。その後、マッハライナーゲル社製のDNA精製キット(NucleoSpin Extract II)を用いてマニュアルに従って精製し、20μLの水で溶出した。
(3) Restriction enzyme treatment of PCR-amplified fragment of antisense RNA region 3 μL NEB Buffer 4 (New England Biolabs), 5 units NcoI (New England Biolabs), 5 A unit XhoI (manufactured by New England Biolabs) was added and incubated at 37 ° C. for 2 hours. Then, it refine | purified according to the manual using the DNA purification kit (NucleoSpin Extract II) made from Mach liner gel, and eluted with 20 microliters water.

(4)アンチセンスRNA発現プラスミドの制限酵素処理
実施例1と同様に、アンチセンスRNA発現プラスミドとしてpHN1009を使用する(Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2006; Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2009)。アンチセンスDNAのクローニングは、制限酵素NcoIとXhoIで行なう。制限酵素反応液は、プラスミドDNA、pHN1009 40 ng(5μL)、2μL NEB Buffer 4(New England Biolabs社製)、5 ユニット NcoI(New England Biolabs社製)、5ユニット XhoI(New England Biolabs社製)を加え、総量が20μLとなるように滅菌水を加えた。反応液を37℃で5時間保温後、マッハライナーゲル社製のDNA精製キット(NucleoSpin Extract II)を用いてマニュアルに従って精製し、20μLの水で溶出した。
(4) Restriction enzyme treatment of antisense RNA expression plasmid As in Example 1, pHN1009 is used as an antisense RNA expression plasmid (Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2006; Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids). Research, 2009). Cloning of antisense DNA is performed with restriction enzymes NcoI and XhoI. For the restriction enzyme reaction solution, plasmid DNA, pHN1009 40 ng (5 μL), 2 μL NEB Buffer 4 (New England Biolabs), 5 units NcoI (New England Biolabs), 5 units XhoI (New England Biolabs) In addition, sterilized water was added so that the total volume was 20 μL. The reaction solution was incubated at 37 ° C. for 5 hours, then purified according to the manual using a DNA purification kit (NucleoSpin Extract II) manufactured by Mach Liner Gel, and eluted with 20 μL of water.

(5)アンチセンスDNAのpHN1009へのクローニング
(3)で得たDNA断片と、(4)で得た線状プラスミドDNAのライゲーションを行なう。反応液は、2μL T4 DNA Ligase Buffer(New England Biolabs社製)、5μLアンチセンスDNA溶液、5μL pHN1009溶液、400ユニット T4 DNA Ligase、滅菌水を加え総量を20μLとした。反応液を室温で1時間保温し、その一部を用いて大腸菌JM109を形質転換した。50μg/mlアンピシリンを含むLBプレートでコロニーを選択し、50μg/ml アンピシリンを含むLB培地で液体培養しグリセロースストック(終濃度20%となるように滅菌グリセロールを添加し、-80℃にて凍結保存)を作成するのと共に、培養液の一部からプラスミドを精製し、20μLの水で溶出した。こうして、各抗毒性遺伝子に対するアンチセンスDNAを含むアンチセンス発現プラスミドが発現する大腸菌JM109株を得た。
(5) Cloning of antisense DNA to pHN1009 Ligation of the DNA fragment obtained in (3) and the linear plasmid DNA obtained in (4) is performed. 2 μL T4 DNA Ligase Buffer (manufactured by New England Biolabs), 5 μL antisense DNA solution, 5 μL pHN1009 solution, 400 units T4 DNA Ligase, and sterilized water were added to the reaction solution to make a total volume of 20 μL. The reaction solution was incubated at room temperature for 1 hour, and a part thereof was used to transform E. coli JM109. Select colonies on an LB plate containing 50 μg / ml ampicillin, liquid culture in LB medium containing 50 μg / ml ampicillin, add glycerose stock (sterilized glycerol to a final concentration of 20%, freeze at −80 ° C.) The plasmid was purified from a portion of the culture and eluted with 20 μL of water. Thus, Escherichia coli JM109 strain expressing an antisense expression plasmid containing an antisense DNA for each anti-toxic gene was obtained.

(6)サイレンシング効果の検証
(5)で得られた大腸菌JM109株のアンチセンスRNA発現誘導によるサイレンシング効果を観察する。
まず、(5)で作製したグリセロースストックから2 mL LB培地(50μg/mLアンピシリン)に植菌して37℃で17時間培養した。その後、IPTG0 mMおよび1.0 mMのLB培地(50μg/mLアンピシリン)1000μlに1:10000で前培養菌液を混合し17時間培養した。その結果、mqsA遺伝子に対するアンチセンスRNAを使用した場合、とくに顕著なサイレンシング効果が観察された(表1)。mqsA以外では、rnlBに対応するアンチセンスRNAでも若干の増殖阻害効果が見られた(表1)。
(6) Verification of silencing effect The silencing effect of E. coli JM109 strain obtained in (5) by inducing antisense RNA expression is observed.
First, 2 mL LB medium (50 μg / mL ampicillin) was inoculated from the glycerose stock prepared in (5) and cultured at 37 ° C. for 17 hours. Thereafter, the precultured bacterial solution was mixed at 1: 10000 in 1000 μl of IPTG 0 mM and 1.0 mM LB medium (50 μg / mL ampicillin) and cultured for 17 hours. As a result, particularly remarkable silencing effect was observed when antisense RNA against mqsA gene was used (Table 1). In addition to mqsA, an antisense RNA corresponding to rnlB also showed a slight growth inhibitory effect (Table 1).

Figure 0006256911
Figure 0006256911

実施例3 大腸菌ゲノムにコードされている抗毒性遺伝子、mqsA遺伝子を標的遺伝子とするアンチセンスRNAの利用によるカウンターセレクション
(1)mqsA遺伝子に対するアンチセンスRNAのサイレンシング効果
まず、実施例2の(5)で作製したグリセロースストックから2 mL LB培地(50μg/mLアンピシリン)に植菌して37℃で17時間培養した。その後、IPTG 0, 0.1, 0.5, 1.0 mMのLB培地(50μg/mLアンピシリン)に1:10000で前培養菌液を混合し、それらをマイクロプレートに200μLずつ分注した。その後、37℃で22時間培養し、その間15分毎に増殖濁度(OD600)を測定した。その結果、培養液へのIPTGの添加によるアンチセンスRNAの転写誘導によって、細胞の生育が阻害され、培養15時間経っても増殖しないという事が分かった(図4)。
Example 3 Counterselection by using antisense RNA targeting mqsA gene, antitoxic gene encoded in E. coli genome (1) Silencing effect of antisense RNA against mqsA gene First, (5 ) Was inoculated into 2 mL LB medium (50 μg / mL ampicillin) and cultured at 37 ° C. for 17 hours. Thereafter, the precultured bacterial solution was mixed at 1: 10000 with LB medium (50 μg / mL ampicillin) of IPTG 0, 0.1, 0.5, 1.0 mM, and 200 μL of these were dispensed on a microplate. Thereafter, the cells were cultured at 37 ° C. for 22 hours, and the growth turbidity (OD 600 ) was measured every 15 minutes. As a result, it was found that the transcription of antisense RNA by addition of IPTG to the culture broth inhibited cell growth and did not proliferate even after 15 hours of culture (FIG. 4).

(2)mqsA遺伝子に対するアンチセンスRNAによるカウンターセレクション
大腸菌宿主として、大腸菌JM109株を使用した。除去するプラスミドとして、pHN1009-mqsAを使用する。脱落効率を定量的に評価するため、pHN1009-mqsAとともにpHSG299(タカラバイオ社製、カナマイシン耐性)およびpHSG299(タカラバイオ社製、クロラムフェニコール耐性)を保持させた。
(2) Counter selection with antisense RNA for mqsA gene E. coli JM109 strain was used as an E. coli host. PHN1009-mqsA is used as the plasmid to be removed. In order to quantitatively evaluate the drop-off efficiency, pHSG299 (Takara Bio, Kanamycin resistance) and pHSG299 (Takara Bio, Chloramphenicol resistance) were retained together with pHN1009-mqsA.

まず、pHN1009-mqsAにより大腸菌JM109株を形質転換し、さらに本形質転換体のコンピテントセルをHanahan法により作製した。形質転換効率を測定したところ、pHSG299を用いた場合1×106 CFU/μL、pHSG396を用いた1×105 CFU/μLと算出された。コンピテントセル100μLとpHSG299 40 ngを混合し、氷上で15分間放置した。その後、42℃で45秒間熱ショックを与え、再び氷上で1分間放置した。それにSOC培地1 mLを加え、37℃で45分間震盪培養した。その後、500μLの4種類の培地、(1)LB Lennox、(2)LB Lennox、0.5 mM IPTG、(3)LB Lennox、25μg/mlカナマイシン(pHSG299の場合)または34μg/mLクロラムフェニコール(pHSG396の場合)、(4)LB Lennox、25μg/mlカナマイシン(pHSG299の場合)または34μg/mL クロラムフェニコール(pHSG396の場合)、0.5 mM IPTGに50μLずつ植菌し、37℃で震盪培養した。5時間後、10時間後、15時間後の大腸菌細胞内のpHN1009-mqsAとpHSG299またはpHSG396の2種のプラスミドの割合を、培養菌液をpHN1009-mqsAの耐性薬剤であるアンピシリンプレート(LB Lennox, 50μg/ml アンピシリン)と、pHSG299の耐性薬剤であるカナマイシンプレート、またはpHSG396の耐性薬剤であるクロラムフェニコールプレートに同量を撒き、37℃で一晩培養して出現したコロニーの数で概算した。 First, E. coli JM109 was transformed with pHN1009-mqsA, and competent cells of this transformant were prepared by the Hanahan method. When transformation efficiency was measured, it was calculated to be 1 × 10 6 CFU / μL using pHSG299 and 1 × 10 5 CFU / μL using pHSG396. 100 μL of competent cells and 40 ng of pHSG299 were mixed and left on ice for 15 minutes. Thereafter, a heat shock was applied at 42 ° C. for 45 seconds, and the mixture was again left on ice for 1 minute. 1 mL of SOC medium was added thereto, followed by shaking culture at 37 ° C. for 45 minutes. Then, 500 μL of 4 types of media, (1) LB Lennox, (2) LB Lennox, 0.5 mM IPTG, (3) LB Lennox, 25 μg / ml kanamycin (for pHSG299) or 34 μg / mL chloramphenicol (pHSG396 (4) LB Lennox, 25 μg / ml kanamycin (for pHSG299) or 34 μg / mL chloramphenicol (for pHSG396), 50 μL each in 0.5 mM IPTG, and cultured at 37 ° C. with shaking. After 5 hours, 10 hours, and 15 hours, the ratio of two plasmids, pHN1009-mqsA and pHSG299 or pHSG396, in the Escherichia coli cells, and the culture broth were mixed with ampicillin plates (LB Lennox, LB Lennox, 50μg / ml ampicillin) and the same amount on the kanamycin plate that is resistant to pHSG299 or the chloramphenicol plate that is resistant to pHSG396, and estimated by the number of colonies that emerged overnight at 37 ° C. .

pHSG299を使用した場合、抗生物質による選択もIPTGによるアンチセンスRNAの発現誘導を行わなかった場合、15時間培養後の大腸菌JM109内のプラスミドは全てpHN1009であることがわかった(図5、C)。また、IPTGを添加したのみの培地でも同様の結果となった(図5、C)。一方、抗生物質で選択した状態では、10時間培養後にはpHSG299が50%となっていた(図5、B)が、培養時間を伸ばしても完全にpHN1009-mqsAを細胞から除去する事はできなかった(図5、C)。薬剤による選択をかけた上で、IPTGを添加した場合では、10時間培養の時点でpHSG299の細胞内存在率が90%程になっており(図5、B)、更に5時間培養を継続するとpHN1009は完全に細胞から除去された(図5、C)。   When pHSG299 was used, neither the selection with antibiotics nor the induction of antisense RNA expression with IPTG revealed that the plasmids in E. coli JM109 after 15 hours of culture were all pHN1009 (FIG. 5, C). . Moreover, the same result was obtained even in a medium containing only IPTG (FIG. 5, C). On the other hand, in the state selected with antibiotics, pHSG299 was 50% after 10 hours of culture (Fig. 5, B), but pHN1009-mqsA could be completely removed from the cells even if the culture time was extended. (FIG. 5, C). When IPTG was added after selection by the drug, the intracellular abundance of pHSG299 was about 90% at the time of 10-hour culture (Fig. 5, B), and when further cultivation was continued for 5 hours. pHN1009 was completely removed from the cells (FIG. 5, C).

また、pHSG396を使用した場合では、濃縮効果の現れの時期はやや遅いものの、pHSG299の時と同様の条件(抗生物質とIPTGを添加した場合)では、15時間培養時にカウンターセレクションが効いているという結果を得た(図6、C)。   In addition, when pHSG396 is used, the concentration effect appears a little late, but under the same conditions as in pHSG299 (when antibiotics and IPTG are added), counter-selection is effective during 15 hours of culture. Results were obtained (Figure 6, C).

以上より、大腸菌の抗毒性遺伝子であるmqsA遺伝子に対するアンチセンスRNA(配列番号4)を利用することで、液体培地中で効率的にカウンターセレクション可能であることが確認された。   As described above, it was confirmed that the counter selection can be efficiently performed in the liquid medium by using the antisense RNA (SEQ ID NO: 4) against the mqsA gene which is an anti-toxic gene of Escherichia coli.

実施例4 大腸菌ゲノムにコードされている抗毒性遺伝子、rnlB遺伝子を標的遺伝子とするアンチセンスRNAの利用によるカウンターセレクション
(1)rnlB遺伝子に対するアンチセンスRNAの設計
実施例2では、rnlB遺伝子に対するアンチセンスRNA(配列番号25)の発現サイレンシング効果が、微弱ながら観察された。サイレンシング効果は、標的遺伝子の発現量低下に伴う、未だ知られていない相補機構があることも考えられるが、多くの場合、標的遺伝子とアンチセンスRNAの転写量の関係や、それらの半減期の関係、細胞内での高次構造形成の関係などが大きく影響すると考えられる。そこで、アンチセンスRNAが細胞内で二次構造を形成しないよう、設計し直した。アンチセンスRNAの高次構造形成は、標的遺伝子mRNAへのハイブリダイゼーション効率を低下させ、最終的にサイレンシング効果の低下を招くと考えられる。基本的なアンチセンスRNA領域の設計の条件は、実施例2と変わらず、RBSと開始コドンを含む100bp程の領域とした。二次構造の予測は、CentroidFold(http://www.ncrna.org/centroidfold)で行なった。
Example 4 Counter-selection by using antisense RNA that targets rnlB gene, an antitoxic gene encoded in the E. coli genome (1) Design of antisense RNA for rnlB gene In Example 2, antisense to rnlB gene The expression silencing effect of RNA (SEQ ID NO: 25) was weakly observed. The silencing effect may be due to the unknown complementary mechanism that accompanies a decrease in the expression level of the target gene, but in many cases, the relationship between the transcription amount of the target gene and antisense RNA, and their half-life It is considered that the relationship between the structure and the formation of higher-order structures in the cell greatly influence. Therefore, the design was redesigned so that the antisense RNA does not form a secondary structure in the cell. It is considered that the formation of a higher-order structure of antisense RNA decreases the efficiency of hybridization to the target gene mRNA and ultimately causes a decrease in the silencing effect. The basic antisense RNA region design conditions were the same as in Example 2, and the region was about 100 bp including RBS and the start codon. Secondary structure prediction was performed at CentroidFold (http://www.ncrna.org/centroidfold).

(2)rnlB遺伝子に対するアンチセンスRNAの調整
大腸菌MG1655株(NC_000913.2)のゲノムを鋳型に、オリゴヌクレオチド、rnlB-R-NcoI(配列番号26)とrnlB-F-XhoI(配列番号27)(Sigma-Aldrich社製)をプライマーとして用いて、ポリメラーゼチェインリアクション(PCR)法によりrnlB遺伝子の当該領域を増幅した。これらのプライマーには各々NcoI, XhoIの制限酵素サイトが付加されている。反応溶液(総量25μL)は、1x PCR Buffer for KOD Neo(東洋紡社製)、各0.2 mM dATP、dGTP、dCTP、dTTP(以上、東洋紡社製)、各25 pmolプライマー、0.5μLゲノムDNA(約10 ng)、0.5ユニット KOD Neo(東洋紡社製)を含む。本溶液を98℃ 2分間の保温後、98℃ 10秒、53℃ 30秒、68℃ 10秒の温度サイクルを25回繰り返し、最後に68℃で2分間保温した。得られたPCR産物をアガロースゲル電気泳動により分離し、マッハライナーゲル社製のDNA精製キット(NucleoSpin Extract II)を用いてマニュアルに従って精製し、30μLの水で溶出した。こうして、rnlB遺伝子に対するアンチセンスRNAとなるアンチセンスDNAを含む断片を得た。アンチセンスDNA配列は配列番号28(rnlB-antisense RNA)である。
(2) Preparation of antisense RNA for rnlB gene Using the genome of E. coli MG1655 strain (NC_000913.2) as a template, oligonucleotides, rnlB-R-NcoI (SEQ ID NO: 26) and rnlB-F-XhoI (SEQ ID NO: 27) ( The region of the rnlB gene was amplified by the polymerase chain reaction (PCR) method using Sigma-Aldrich (manufactured by Sigma-Aldrich) as a primer. NcoI and XhoI restriction enzyme sites are added to these primers, respectively. The reaction solution (total volume 25 μL) was 1x PCR Buffer for KOD Neo (Toyobo), 0.2 mM dATP, dGTP, dCTP, dTTP (above, Toyobo), 25 pmol primer, 0.5 μL genomic DNA (about 10 ng), 0.5 unit KOD Neo (manufactured by Toyobo). This solution was kept at 98 ° C. for 2 minutes, and then a temperature cycle of 98 ° C. for 10 seconds, 53 ° C. for 30 seconds, and 68 ° C. for 10 seconds was repeated 25 times, and finally the solution was kept at 68 ° C. for 2 minutes. The obtained PCR products were separated by agarose gel electrophoresis, purified according to the manual using a DNA purification kit (NucleoSpin Extract II) manufactured by Mach Liner Gel, and eluted with 30 μL of water. In this way, a fragment containing an antisense DNA serving as an antisense RNA for the rnlB gene was obtained. The antisense DNA sequence is SEQ ID NO: 28 (rnlB-antisense RNA).

(3)rnlB遺伝子翻訳開始領域断片の制限酵素処理
(2)で得られたDNA溶液に、3μL NEB Buffer 4(New England Biolabs)、5ユニットNcoI(New England Biolabs社製)、5ユニット XhoI(New England Bionlabs社製)を加え、37℃で2時間保温した。その後、マッハライナーゲル社製のDNA精製キット(NucleoSpin Extract II)を用いてマニュアルに従って精製し、20μLの水で溶出した。
(3) Restriction enzyme treatment of rnlB gene translation initiation region fragment In the DNA solution obtained in (2), 3 μL NEB Buffer 4 (New England Biolabs), 5 units NcoI (manufactured by New England Biolabs), 5 units XhoI (New England Bionlabs) was added and incubated at 37 ° C. for 2 hours. Then, it refine | purified according to the manual using the DNA purification kit (NucleoSpin Extract II) made from Mach liner gel, and eluted with 20 microliters water.

(4)アンチセンスRNA発現プラスミドの制限酵素処理
実施例1と同様に、アンチセンスRNA発現プラスミドとしてpHN1009を使用する(Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2006; Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2009)。アンチセンスDNAのクローニングは、制限酵素NcoIとXhoIで行なう。制限酵素反応液は、プラスミドDNA、pHN1009 400 ng(5μL)、2μL NEB Buffer 4(New England Biolabs社製)、5ユニットNcoI(New England Biolabs社製)、5ユニット XhoI(New England Bionlabs社製)、そして滅菌水を加え総量を20μLとした。そして、37℃で5時間保温した。その後、マッハライナーゲル社製のDNA精製キット(NucleoSpin Extract II)を用いてマニュアルに従って精製し、20μLの水で溶出した。
(4) Restriction enzyme treatment of antisense RNA expression plasmid As in Example 1, pHN1009 is used as an antisense RNA expression plasmid (Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids Research, 2006; Nobutaka Nakashima et al., Nucleic Acids). Research, 2009). Cloning of antisense DNA is performed with restriction enzymes NcoI and XhoI. Restriction enzyme reaction solutions were plasmid DNA, pHN1009 400 ng (5 μL), 2 μL NEB Buffer 4 (New England Biolabs), 5 units NcoI (New England Biolabs), 5 units XhoI (New England Bionlabs), Sterile water was added to make a total volume of 20 μL. And it kept at 37 degreeC for 5 hours. Then, it refine | purified according to the manual using the DNA purification kit (NucleoSpin Extract II) made from Mach liner gel, and eluted with 20 microliters water.

(5)rnlB遺伝子に対するアンチセンスDNAのpHN1009へのクローニング
(3)で得たアンチセンスDNA断片と、(4)で得た線状プラスミドDNAのライゲーションを行なう。反応液は、2μL T4 DNA Ligase Buffer(New England Biolabs社製)、5μLアンチセンスDNA溶液、5μL pHN1009溶液、400ユニット T4 DNA Ligase、そして滅菌水を加え総量を20μLとし、室温で1時間保温した。反応産物を大腸菌JM109(TaKaRa社製)に導入し、50μg/mlアンピシリンを含むLBプレートで選択し、その形質転換体からグリセロースストックを作成するのと共に、そこからプラスミドを精製し、20μLの水で溶出した。こうして、rnlBに対するアンチセンスDNAをコードするアンチセンス発現プラスミド、pHN1009-rnlBを得た。
(5) Cloning of antisense DNA for rnlB gene into pHN1009 Ligation of the antisense DNA fragment obtained in (3) and the linear plasmid DNA obtained in (4) is performed. 2 μL T4 DNA Ligase Buffer (manufactured by New England Biolabs), 5 μL antisense DNA solution, 5 μL pHN1009 solution, 400 units T4 DNA Ligase, and sterilized water were added to the reaction solution to make a total volume of 20 μL, and kept at room temperature for 1 hour. The reaction product was introduced into Escherichia coli JM109 (TaKaRa), selected on an LB plate containing 50 μg / ml ampicillin, a glycerose stock was prepared from the transformant, and the plasmid was purified therefrom, and 20 μL of water was added. Eluted with. Thus, an antisense expression plasmid, pHN1009-rnlB, encoding an antisense DNA against rnlB was obtained.

(6)rnlB遺伝子に対するアンチセンスRNAのサイレンシング効果
まず、(5)で作製したグリセロースストックから2 mL LB培地(50μg/mLアンピシリン)に植菌して37℃で17時間培養した。その後、IPTG濃度が0, 0.1, 0.5, 1.0 mMのLB培地(50μg/mLアンピシリン)に1:10000で前培養菌液を混合し、それらをマイクロプレートに200μLずつ分注した。その後、37℃で22時間培養し、その間15分毎に増殖濁度(OD600)を測定した。その結果、IPTG添加によりアンチセンスRNAを発現誘導すると細胞の生育が阻害され、添加していない場合に比べて増殖開始時間に約10時間程度の遅延が見られた(図7)。
(6) Silencing effect of antisense RNA against rnlB gene First, 2 mL of LB medium (50 μg / mL ampicillin) was inoculated from the glycerose stock prepared in (5) and cultured at 37 ° C. for 17 hours. Thereafter, the precultured bacterial solution was mixed at 1: 10000 in an LB medium (50 μg / mL ampicillin) having an IPTG concentration of 0, 0.1, 0.5, 1.0 mM, and 200 μL each was dispensed onto a microplate. Thereafter, the cells were cultured at 37 ° C. for 22 hours, and the growth turbidity (OD 600 ) was measured every 15 minutes. As a result, when the expression of antisense RNA was induced by the addition of IPTG, cell growth was inhibited, and a delay of about 10 hours was observed in the growth start time compared to the case where no addition was made (FIG. 7).

(7)rnlB遺伝子に対するアンチセンスRNAによるカウンターセレクション
大腸菌宿主は、大腸菌JM109株を使用した。除去するプラスミドとして、pHN1009-rnlBを使用する。脱落効率を測定するため、pHN1009-mqsAとともにpHSG299およびpHSG299を保持させた。
(7) Counter selection with antisense RNA for rnlB gene E. coli JM109 strain was used as the E. coli host. PHN1009-rnlB is used as the plasmid to be removed. In order to measure the drop-off efficiency, pHSG299 and pHSG299 were retained together with pHN1009-mqsA.

まず、pHN1009-rnlBにより大腸菌JM109株を形質転換した。さらに本形質転換体のコンピテントセルをHanahan法により作製した。形質転換効率を測定したところ、pHSG299を用いた場合1×106 CFU/μL、pHSG396を用いた1×105 CFU/μLと算出された。コンピテントセル100μLとpHSG299 40 ngを混合し、氷上で15分間放置した。その後、42℃で45秒間熱ショックを与え、再び氷上で1分間放置した。それにSOC培地1 mLを加え、37℃で45分間震盪培養した。その後、500μLの4種類の培地、(1)LB Lennox、(2)LB Lennox、0.5 mM IPTG、(3)LB Lennox、25μg/mLカナマイシン(pHSG299の場合)または34μg/mL クロラムフェニコール(pHSG396の場合)、(4)LB Lennox、25μg/mLカナマイシン(pHSG299の場合)または34μg/mLクロラムフェニコール(pHSG396の場合)、0.5 mM IPTGに50μLずつ植菌し、37℃で震盪培養した。5時間後、10時間後、15時間後の大腸菌細胞内のpHN1009-rnlBとpHSG299またはpHSG396の2種のプラスミドの割合を、培養菌液をpHN1009-rnlBの耐性薬剤であるアンピシリンプレート(LB Lennox, 50μg/mlアンピシリン)と、pHSG299の耐性薬剤であるカナマイシンプレート、またはpHSG396の耐性薬剤であるクロラムフェニコールプレートに同量を撒き、37℃で一晩培養して出現したコロニーの数で概算した。 First, E. coli JM109 strain was transformed with pHN1009-rnlB. Furthermore, competent cells of this transformant were prepared by the Hanahan method. When transformation efficiency was measured, it was calculated to be 1 × 10 6 CFU / μL using pHSG299 and 1 × 10 5 CFU / μL using pHSG396. 100 μL of competent cells and 40 ng of pHSG299 were mixed and left on ice for 15 minutes. Thereafter, a heat shock was applied at 42 ° C. for 45 seconds, and the mixture was again left on ice for 1 minute. 1 mL of SOC medium was added thereto, followed by shaking culture at 37 ° C. for 45 minutes. Then, 500 μL of 4 types of media, (1) LB Lennox, (2) LB Lennox, 0.5 mM IPTG, (3) LB Lennox, 25 μg / mL kanamycin (for pHSG299) or 34 μg / mL chloramphenicol (pHSG396) (4) LB Lennox, 25 μg / mL kanamycin (for pHSG299) or 34 μg / mL chloramphenicol (for pHSG396), 50 μL each in 0.5 mM IPTG, and cultured at 37 ° C. with shaking. The pHN1009-rnlB and pHSG299 or pHSG396 two plasmid ratios in E. coli cells after 5 hours, 10 hours, and 15 hours, and the culture broth were added to the ampicillin plate (LB Lennox, LB Lennox, 50μg / ml ampicillin) and the same amount on a kanamycin plate that is resistant to pHSG299 or chloramphenicol that is resistant to pHSG396, and estimated by the number of colonies that emerged overnight at 37 ° C. .

pHSG299共存の場合、抗生物質(カナマイシン)もIPTGも添加しない場合とIPTGのみを添加する場合では、15時間培養しても大腸菌JM109内のプラスミドは全てpHN1009であることがわかった(図8、C)。また、カナマイシンによる選択を行った場合、15時間培養後にはpHSG299が50%となっていた(図8、C)。一方、カナマイシンによる選択を行った上で、さらにIPTGを添加した場合では、すでに10時間培養の時点でpHSG299の細胞内存在率がほぼ100%になっており(図8、B)、更に5時間培養を継続するとpHN1009は完全に細胞から除去されたことが分かった(図8、C)。   In the case of coexisting with pHSG299, when neither antibiotic (kanamycin) nor IPTG was added, or when only IPTG was added, it was found that all the plasmids in E. coli JM109 were pHN1009 even after culturing for 15 hours (FIG. 8, C ). In addition, when selection with kanamycin was performed, pHSG299 was 50% after 15 hours of culture (FIG. 8, C). On the other hand, when IPTG was further added after selection with kanamycin, the intracellular abundance of pHSG299 was already 100% after 10 hours of culture (FIG. 8, B), and for another 5 hours. It was found that pHN1009 was completely removed from the cells when the culture was continued (FIG. 8, C).

また、pHSG396を使用した場合では、濃縮効果の現れの時期はやや遅いものの、pHSG299の時と同様の条件(薬剤とIPTGを添加した場合)では、15時間培養時にプラスミドDNA選択が成功しているという結果を得る事ができた(図9、C)。   In addition, when pHSG396 is used, the concentration effect appears slightly later, but under the same conditions as in pHSG299 (when drugs and IPTG are added), plasmid DNA selection was successful during 15 hours of culture. (Fig. 9, C).

以上より、大腸菌の抗毒性遺伝子であるrnlB遺伝子に対するアンチセンスRNA(配列番号7)を利用することで、液体培地中で効率的にカウンターセレクション可能であることが確認された。   As described above, it was confirmed that counter selection can be efficiently performed in a liquid medium by using an antisense RNA (SEQ ID NO: 7) against the rnlB gene, which is an antitoxic gene of Escherichia coli.

実施例5 当該方法による和合性プラスミドでのカウンターセレクション効果
(1)pKn1009-mqsAと和合性のpBAD24(p15A origin)でのカウンターセレクション
大腸菌宿主として、大腸菌JM109株を使用した。除去するプラスミドとして、pKn1009-mqsAを使用する。このプラスミドはpHN1009-mqsAのアンピシリン耐性遺伝子をカナマイシン耐性遺伝子に置き換えたものである。脱落効率を測定するため、pKn1009-mqsAとともにpBAD24(タカラバイオ社製、アンピシリン耐性)を保持させた。
Example 5 Counterselection effect with compatible plasmid by this method (1) Counterselection with pKn1009-mqsA and compatible pBAD24 (p15A origin) E. coli strain JM109 was used as an E. coli host. PKn1009-mqsA is used as the plasmid to be removed. This plasmid is obtained by replacing the ampicillin resistance gene of pHN1009-mqsA with a kanamycin resistance gene. In order to measure the shedding efficiency, pBAD24 (manufactured by Takara Bio Inc., ampicillin resistance) was retained together with pKn1009-mqsA.

まず、pKn1009-mqsAにより大腸菌JM109株を形質転換し、さらに本形質転換体のコンピテントセルをHanahan法により作製した。形質転換効率を測定したところ、pHSG299を用いた場合1×106 CFU/μLと算出された。コンピテントセル100μLとpBAD24 40 ngを混合し、氷上で15分間放置した。その後、42℃で45秒間熱ショックを与え、再び氷上で1分間放置した。それにSOC培地1 mLを加え、37℃で45分間震盪培養した。その後、500μLの4種類の培地、(1)LB Lennox、(2)LB Lennox、0.5 mM IPTG、(3)LB Lennox、100μg/mlアンピシリン、(4)LB Lennox、100μg/ml アンピシリン、0.5 mM IPTGに50μLずつ植菌し、37℃で震盪培養した。5時間後、10時間後、15時間後の大腸菌細胞内のpKn1009-mqsAとpBAD24の割合を、培養菌液をpKn1009-mqsAの耐性薬剤であるカナマイシンプレート(LB Lennox, 25μg/mlカナマイシン)と、pBAD24の耐性薬剤であるアンピシリンプレート(LB Lennox, 100μg/mlアンピシリン)に同量を撒き、37℃で一晩培養して出現したコロニーの数で概算した。 First, E. coli JM109 was transformed with pKn1009-mqsA, and competent cells of this transformant were prepared by the Hanahan method. When the transformation efficiency was measured, it was calculated to be 1 × 10 6 CFU / μL when using pHSG299. 100 μL of competent cells and 40 ng of pBAD24 were mixed and left on ice for 15 minutes. Thereafter, a heat shock was applied at 42 ° C. for 45 seconds, and the mixture was again left on ice for 1 minute. 1 mL of SOC medium was added thereto, followed by shaking culture at 37 ° C. for 45 minutes. Then, 500 μL of 4 types of media, (1) LB Lennox, (2) LB Lennox, 0.5 mM IPTG, (3) LB Lennox, 100 μg / ml ampicillin, (4) LB Lennox, 100 μg / ml ampicillin, 0.5 mM IPTG 50 μL each was inoculated and cultured at 37 ° C. with shaking. The ratio of pKn1009-mqsA and pBAD24 in E. coli cells after 5 hours, 10 hours, and 15 hours, the culture broth and kanamycin plate (LB Lennox, 25 μg / ml kanamycin), which is a pKn1009-mqsA resistant drug, The same amount was plated on an ampicillin plate (LB Lennox, 100 μg / ml ampicillin), which is a pBAD24 resistant drug, and the number of colonies that appeared after overnight culture at 37 ° C. was estimated.

その結果、2種類のプラスミドの混在状態において、抗生物質による選択もIPTGによるアンチセンスRNAの発現誘導を行わなかった場合、およびIPTGのみを添加し、抗生物質による選択がない条件でアンチセンスRNAを発現させた場合、15時間培養後の大腸菌JM109内のプラスミドは全てpKn1009であることがわかった(図10)。一方、抗生物質で選択した状態では、15時間培養後には2種類のプラスミドの細胞内の存在率は等しかった(図10)。薬剤による選択をかけた上で、IPTGを添加した場合では、15時間培養後にはpKn1009-mqsAの細胞内存在率が10-8程であった(図10)。 As a result, in the mixed state of two types of plasmids, when the selection with antibiotics did not induce the expression of antisense RNA with IPTG, and when only IPTG was added and antisense RNA was not selected under the conditions with antibiotics When expressed, all the plasmids in E. coli JM109 after 15 hours of culture were found to be pKn1009 (FIG. 10). On the other hand, in the state selected with antibiotics, the intracellular abundance of the two plasmids was equal after 15 hours of culture (FIG. 10). When IPTG was added after selection by the drug, the intracellular abundance of pKn1009-mqsA was about 10 −8 after 15 hours of culture (FIG. 10).

以上より、当該方法では和合性を示すプラスミドが混在する細胞でも、任意のプラスミドのみが発現する細胞を選択する事ができる事が明らかとなった。   From the above, it has been clarified that in this method, cells expressing only an arbitrary plasmid can be selected even if cells containing a compatible plasmid are mixed.

実施例6 各アンチセンスRNAのカウンターセレクション効果の比較
(1)カウンターセレクション
大腸菌宿主は、大腸菌JM109株を使用した。除去するプラスミドとして、pHN1009-fabIおよびpHN1009-mqsA、pHN1009-rnlBをそれぞれ使用した。大腸菌内に共存させるプラスミドとしては、pHSG299およびpHSG396を使用した。
Example 6 Comparison of Counterselection Effect of Each Antisense RNA (1) Counterselection E. coli JM109 strain was used as the E. coli host. As plasmids to be removed, pHN1009-fabI, pHN1009-mqsA and pHN1009-rnlB were used, respectively. PHSG299 and pHSG396 were used as plasmids to coexist in E. coli.

pHN1009-fabIおよびpHN1009-mqsA、pHN1009-rnlBをそれぞれ含む大腸菌JM109株のコンピテントセル100μLとpHSG299またはpHSG396 40 ngを混合し、氷上で15分間放置した。その後、42℃で45秒間熱ショックを与え、再び氷上で1分間放置した。それにSOC培地1 mLを加え、37℃で45分間震盪培養した。その後、試験管で2 mLの培地、LB Lennox、カナマイシン25μg/mLまたはクロラムフェニコール34μg/mL、0.5 mM IPTGに200μLずつ植菌し、37℃で震盪培養した。15時間後の菌液を×1、×10-1、×10-2、×10-3、×10-4、×10-5、×10-6、×10-7、×10-8、×10-9、×10-10、×10-11、×10-12、×10-13、×10-14にLB培地で希釈し、50μlずつアンピシリンプレートとカナマイシンプレートまたはクロラムフェニコールプレートにまき、37℃で培養した。このとき、データの定量性を考慮し、各条件に対し3枚のプレートに同量を撒いた。17時間培養後、コロニーがよく分離された希釈率のシャーレを各々の条件から選び、コロニーを計数した。そして、元の菌液50μLでのコロニー数を計算した。 100 μL of competent cells of E. coli JM109 strain each containing pHN1009-fabI, pHN1009-mqsA and pHN1009-rnlB were mixed with 40 ng of pHSG299 or pHSG396 and left on ice for 15 minutes. Thereafter, a heat shock was applied at 42 ° C. for 45 seconds, and the mixture was again left on ice for 1 minute. 1 mL of SOC medium was added thereto, followed by shaking culture at 37 ° C. for 45 minutes. Thereafter, 200 μL each of inoculated in 2 mL of medium, LB Lennox, kanamycin 25 μg / mL or chloramphenicol 34 μg / mL, 0.5 mM IPTG in a test tube, and cultured at 37 ° C. with shaking. × 1 bacterial solution after 15 hours, × 10 -1, × 10 -2 , × 10 -3, × 10 -4, × 10 -5, × 10 -6, × 10 -7, × 10 -8, Dilute with LB medium to × 10 -9 , × 10 -10 , × 10 -11 , × 10 -12 , × 10 -13 , × 10 -14 and add 50 μl each to ampicillin plate and kanamycin plate or chloramphenicol plate The seedlings were cultured at 37 ° C. At this time, considering the quantitativeness of the data, the same amount was spread on three plates for each condition. After culturing for 17 hours, a petri dish having a dilution ratio in which colonies were well separated was selected from each condition, and the colonies were counted. Then, the number of colonies in 50 μL of the original bacterial solution was calculated.

これらの結果は図11に示した。pHN1009-fabIとpHSG299を使用した場合では、カウンターセレクションを開始してから15時間後の菌液には、pHSG299がpHN1009-fabIの約10,000,000倍多く含まれている事が分かった。また、pHSG396の場合では、pHSG396がpHN1009-fabIの約10,000倍多く含まれている事が分かった。pHN1009-mqsAとpHSG299を使用した場合では、pHSG299がpHN1009-mqsAの約100,000,000倍多く含まれている事が分かった。pHSG396の場合では、pHSG396がpHN1009-mqsAの約100,000倍多く含まれている事が分かった。pHN1009-rnlBとpHSG299を使用した場合では、pHSG299がpHN1009-rnlBの約10,000,000倍多く含まれている事が分かった。さらに、pHSG396の場合でも、pHSG396はpHN1009-rnlBの約10,000,000倍多く含まれていた。   These results are shown in FIG. When pHN1009-fabI and pHSG299 were used, it was found that the pHSG299 contained about 10,000,000 times more than pHN1009-fabI in the bacterial solution 15 hours after the start of the counter selection. Further, in the case of pHSG396, it was found that pHSG396 was contained about 10,000 times more than pHN1009-fabI. When pHN1009-mqsA and pHSG299 were used, it was found that pHSG299 was contained approximately 100,000,000 times more than pHN1009-mqsA. In the case of pHSG396, it was found that pHSG396 was contained about 100,000 times more than pHN1009-mqsA. When pHN1009-rnlB and pHSG299 were used, it was found that pHSG299 was contained about 10,000,000 times more than pHN1009-rnlB. Furthermore, even in the case of pHSG396, pHSG396 was contained about 10,000,000 times more than pHN1009-rnlB.

これらのことから、アンチセンスRNAの種類によってカウンターセレクション後もごく僅かにpHN1009に由来するアンピシリン耐性クローンが混入していたものの、混入率は最も高い場合でもたかだか1/10,000程度であった。このように、本発明は、液体培養によるカウンターセレクションという操作性、簡便性とともにバックグラウンドの低減、スループットの改善など、従来法と比較し格段に高い効率を示した。   From these facts, ampicillin resistant clones derived from pHN1009 were slightly mixed even after counter selection depending on the type of antisense RNA, but the contamination rate was at most about 1 / 10,000 even at the highest. Thus, the present invention showed remarkably high efficiency compared to the conventional method, such as operability and convenience of counter selection by liquid culture, as well as reduction of background and improvement of throughput.

実施例7 当該方法とsacB遺伝子を利用したカウンターセレクション効率の比較
(1)致死効果
sacB遺伝子は発現プラスミド、pTD-tacプラスミドにクローニングした。大腸菌JM109株はpTD-tacプラスミドおよびsacB遺伝子をクローニングしたプラスミドで形質転換された。形質転換体はグリセロールストックとして-80℃に保存された。ここで、sacB遺伝子を含む細胞が致死を示す条件を検証する。スクロースによる致死効果を観察した。LB培地(アンピシリン50μg/ml, 2ml)にスクロース0%, 1%, 5%および10%を含む培地に1:10000で前培養菌液を混合し、それらをマイクロプレートに200μLずつ分注した。そして、37℃で15時間培養し、その間15分毎に増殖濁度(OD600)を測定した。その結果、濃度に関わらず、スクロースを含む培地で増殖させた場合、sacB遺伝子を含む細胞の方が増殖し始める時間が僅かに遅くなったが、いずれの条件でも細胞の増殖を完全に抑制する事はできなかった。また、明らかにスクロースを含まない培地よりも、スクロースを含有する程に2種類の細胞とも最終濁度が低くなることが明らかである(図12(A,B,C,D))。
Example 7 Comparison of counter selection efficiency using the method and sacB gene (1) Lethal effect
The sacB gene was cloned into an expression plasmid, pTD-tac plasmid. E. coli strain JM109 was transformed with the pTD-tac plasmid and the plasmid cloned with the sacB gene. Transformants were stored at −80 ° C. as glycerol stocks. Here, the conditions under which cells containing the sacB gene are lethal are verified. The lethal effect of sucrose was observed. A pre-cultured bacterial solution was mixed at 1: 10000 in a medium containing sucrose 0%, 1%, 5%, and 10% in LB medium (ampicillin 50 μg / ml, 2 ml), and 200 μL was dispensed onto a microplate. Then, the cells were cultured at 37 ° C. for 15 hours, and the growth turbidity (OD 600 ) was measured every 15 minutes. As a result, when grown in a medium containing sucrose regardless of concentration, cells containing the sacB gene started to grow slightly slower, but completely suppressed cell growth under any conditions I could n’t. In addition, it is apparent that the final turbidity of both types of cells is lower as the sucrose is contained than in the medium not containing sucrose (FIG. 12 (A, B, C, D)).

(2)sacB遺伝子の発現による細胞毒性
(1)では、sacB遺伝子の発現を転写誘導剤であるIPTGを添加せずに、発現が漏れている状態を利用している。そこで、グルコースを培地中に添加し、発現を完全に抑制した状態と発現が漏れている状態の増殖を観察する事とした。(1)と同様に、(1)で作成したグリセロールストックからLB培地プレート(アンピシリン50μg/ml)にストリークして37℃で培養した。よく分離されたコロニーを2つずつLB培地(アンピシリン50μg/ml, 2ml)に植菌し、17時間37℃で培養した。その後、LB培地(アンピシリン50μg/ml, 2ml)と0.9%グルコースLB培地(アンピシリン50μg/ml)に1:10000で前培養菌液を混合し、それらをマイクロプレートに200μLずつ分注した。そして、37℃で15時間培養し、その間15分毎に増殖濁度(OD600)を測定した。その結果、グルコースを含む培地では2種類の細胞の差はほとんど見られなかったが(図12(A))、グルコースを含まない培地では、sacB遺伝子を含有する細胞が二段階の増殖をしている事が分かった(図13)。培養開始から200分を過ぎた頃から一度増殖を停止させ、再度500分頃から増殖を開始している。この非増殖状態はsacB遺伝子の発現による細胞毒性によって生じていると考えられる。そこで、sacB遺伝子の発現量の違いによる細胞毒性を観察するため、(1)と同様に、(1)で作成したグリセロールストックからLB培地プレート(アンピシリン50μg/ml)にストリークして37℃で培養した。よく分離されたコロニーを2つずつLB培地(アンピシリン50μg/ml, 2ml)に植菌し、17時間37℃で培養した。その後、LB培地(アンピシリン50μg/ml, 2ml)と0.01mM, 0.1mM, 1.0 mM IPTGを含むLB培地(アンピシリン50μg/ml)に1:10000で前培養菌液を混合し、それらをマイクロプレートに200μLずつ分注した。そして、37℃で15時間培養し、その間15分毎に増殖濁度(OD600)を測定した。その結果、IPTGを含有する培地で培養した場合、前述のような非増殖状態は観察されず、初期からsacB遺伝子を含む細胞は増殖が抑制されていることが分かった。しかし、(1)と同様に、完全に増殖を停止する場合はなかった。ここから、sacB遺伝子の発現は、その量がわずかな場合でも細胞毒性を示す事が分かった。
(2) Cytotoxicity due to expression of sacB gene In (1), the expression is leaked without adding IPTG, which is a transcription inducer, to the expression of sacB gene. Therefore, glucose was added to the medium to observe growth in a state where expression was completely suppressed and in a state where expression was leaking. As in (1), the glycerol stock prepared in (1) was streaked onto an LB medium plate (ampicillin 50 μg / ml) and cultured at 37 ° C. Two well-separated colonies were inoculated into LB medium (ampicillin 50 μg / ml, 2 ml) and cultured at 37 ° C. for 17 hours. Thereafter, the precultured bacterial solution was mixed at 1: 10000 with LB medium (ampicillin 50 μg / ml, 2 ml) and 0.9% glucose LB medium (ampicillin 50 μg / ml), and these were dispensed into microplates at 200 μL. Then, the cells were cultured at 37 ° C. for 15 hours, and the growth turbidity (OD 600 ) was measured every 15 minutes. As a result, there was almost no difference between the two types of cells in the medium containing glucose (FIG. 12 (A)), but in the medium not containing glucose, cells containing the sacB gene proliferated in two stages. (Fig. 13). The growth is once stopped from about 200 minutes after the start of the culture, and the growth is started again from about 500 minutes. This non-proliferative state is thought to be caused by cytotoxicity due to the expression of the sacB gene. Therefore, in order to observe the cytotoxicity due to the difference in the expression level of the sacB gene, streak the glycerol stock prepared in (1) to the LB medium plate (ampicillin 50 μg / ml) and culture at 37 ° C, as in (1). did. Two well-separated colonies were inoculated into LB medium (ampicillin 50 μg / ml, 2 ml) and cultured at 37 ° C. for 17 hours. Then, mix the precultured bacterial solution at 1: 10000 in LB medium (ampicillin 50μg / ml, 2ml) and LB medium (ampicillin 50μg / ml) containing 0.01mM, 0.1mM, 1.0mM IPTG, and add them to the microplate. 200 μL each was dispensed. Then, the cells were cultured at 37 ° C. for 15 hours, and the growth turbidity (OD 600 ) was measured every 15 minutes. As a result, when cultured in a medium containing IPTG, the non-proliferation state as described above was not observed, and it was found that the growth of cells containing the sacB gene was suppressed from the beginning. However, as in (1), the growth was not completely stopped. From this, it was found that the expression of the sacB gene is cytotoxic even when the amount is small.

配列番号2〜17、26、27 プライマー
配列番号1、18〜25、28 合成
SEQ ID NO: 2-17, 26, 27 Primer SEQ ID NO: 1, 18-25, 28 Synthesis

Claims (4)

大腸菌の生育に必須な遺伝子又は大腸菌の抗毒性遺伝子であり、発現を抑制することにより致死となる遺伝子を標的とするアンチセンスRNAをコードするDNAを発現する発現ベクターを大腸菌に導入し、アンチセンスRNAを発現させることにより該ベクターを保持する大腸菌を死滅させ、前記ベクターを保持しない大腸菌を選択することを含むカウンターセレクション方法。 An expression vector that expresses an antisense RNA that targets genes that are essential for the growth of Escherichia coli or an antitoxic gene of Escherichia coli that becomes lethal by suppressing expression is introduced into Escherichia coli. A counter selection method comprising killing Escherichia coli holding the vector by expressing RNA and selecting Escherichia coli not holding the vector. アンチセンスRNAをコードするDNAに発現誘導性プロモーターを連結させ、発現誘導によりアンチセンスRNAを発現させる、請求項1記載のカウンターセレクション方法。   The counter selection method according to claim 1, wherein an expression-inducible promoter is linked to DNA encoding the antisense RNA, and the antisense RNA is expressed by expression induction. 大腸菌の生育に必須な遺伝子がfabI遺伝子である、請求項1又は2に記載のカウンターセレクション方法。 The counter selection method according to claim 1 or 2 , wherein the gene essential for the growth of E. coli is the fabI gene. 大腸菌の抗毒性遺伝子がmqsA遺伝子又はrnlB遺伝子である、請求項1又は2に記載のカウンターセレクション方法。 The counter selection method according to claim 1 or 2, wherein the anti-toxic gene of E. coli is the mqsA gene or the rnlB gene.
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