JPH0665307B2 - Bacillus subtilis operon gluconate and promoter - Google Patents
Bacillus subtilis operon gluconate and promoterInfo
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- JPH0665307B2 JPH0665307B2 JP59221192A JP22119284A JPH0665307B2 JP H0665307 B2 JPH0665307 B2 JP H0665307B2 JP 59221192 A JP59221192 A JP 59221192A JP 22119284 A JP22119284 A JP 22119284A JP H0665307 B2 JPH0665307 B2 JP H0665307B2
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、バチルスズブチリス(Bacillus subtilis)
のグルコン酸オペロンとその転写を支配するプロモータ
ーに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is directed to Bacillus subtilis.
Gluconate operon and promoters that control its transcription.
本発明は特に、培地中へのグルコン酸添加により誘導的
にオペロンの転写を可能ならしめる部分をも含むDNA
塩基配列に関する。The present invention particularly relates to a DNA containing a portion that inducibly enables transcription of an operon by adding gluconic acid into a medium.
Regarding the base sequence.
近年の遺伝子工学の発展により、異種遺伝子をベクター
と結合した組換え体DNAを微生物細胞へ導入すること
により、該遺伝子がコードする蛋白を宿主微生物中で産
生することが可能となつて来た。このような技術を用い
て物質生産を企てる場合、バチルス属細菌はこれまで永
い間に亘つて発酵工業で用いられてきた経験があるこ
と、また病原性がなく発熱物質を産生しないことから、
現在遺伝子工学研究に広く用いられている大腸菌に比し
宿主微生物としてより好適であることはよく知られてい
る。しかしながら、バチルス属細菌を宿主として異種遺
伝子を発現させる場合はバチルス属細菌のRNAポリメ
ラーゼおよびリボゾームがプロモーター領域およびリボ
ゾーム結合領域の認識に関して厳格な特異性をもつため
(堀之内末治、蛋白質 核酸 酵素28 1468(1
983))それらの領域がバチルス属由来であることが
必要である(ゴールードフアルブら(Goldfarb,D.S.et
al.)ネイチヤー(Nature)293 309(1981))。かかる
観点から、バチルス属細菌で異種遺伝子の発現を可能な
らしめるバチルス属由来のプロモーターは、遺伝子工学
による物質生産上重要な鍵を握るものである。また、遺
伝子工学による物質生産の別の観点から異種遺伝子の発
現の時期に関し次の二点が従来より問題とされている。With the recent development of genetic engineering, it has become possible to produce a protein encoded by the gene in a host microorganism by introducing a recombinant DNA in which a heterologous gene is linked to a vector into a microbial cell. When attempting to produce a substance using such a technique, Bacillus bacteria have been used in the fermentation industry for a long time, and since they are not pathogenic and do not produce pyrogens,
It is well known that it is more suitable as a host microorganism than Escherichia coli which is widely used in genetic engineering research. However, when a heterologous gene is expressed in a bacterium belonging to the genus Bacillus, RNA polymerase and ribosomes of the bacterium belonging to the genus Bacillus have a strict specificity with respect to recognition of a promoter region and a ribosome binding region (Sueji Horinouchi, Protein Nucleic Acid Enzyme 28 1468 ( 1
983)) It is necessary that those regions originate from the genus Bacillus (Goldfarb, DSet.
al.) Nature 293 309 (1981)). From this point of view, a promoter derived from the genus Bacillus, which enables the expression of a heterologous gene in a bacterium belonging to the genus Bacillus, is an important key for producing substances by genetic engineering. In addition, the following two points have been conventionally problematic with respect to the timing of expression of a heterologous gene from another viewpoint of substance production by genetic engineering.
第一の問題点は、宿主微生物細胞にとつて有害である物
質を製造する場合は、宿主微生物の増殖の初期に該物質
をコードする遺伝子が発現され該物質が産生されたなら
ば宿主微生物はその時点で死滅してしまい該物質の製造
は不可能となることである。このような事態を回避する
ためには宿主微生物の増殖が終了して後に該遺伝子の発
現が開始されればよい。即ち何らかの手段により宿主微
生物の増殖終了後該遺伝子の発現を誘導すればよい。し
かしながらバチルス属細菌において誘導による発現に関
与するプロモーターは従来抗生物質によつて誘導される
一、二の例が知られているに過ぎず(ハーディ(K.Hard
y)らネイチヤー(Nature)293 481(1981)),ウイリア
ムス(D.M.Williams)らジーン(Gene)16 199(1981))
これらの場合誘導物質として高価な抗生物質を使用して
いる点また最終的に目的とする物質から抗生物質を除去
する工程を要する点に大きな問題があつた。The first problem is that in the case of producing a substance that is harmful to the host microbial cells, if the gene encoding the substance is expressed in the early stage of the growth of the host microorganism and the substance is produced, the host microorganism is At that point, it will die and the production of the substance will be impossible. In order to avoid such a situation, the expression of the gene may be started after the growth of the host microorganism is completed. That is, expression of the gene may be induced after the growth of the host microorganism is completed by some means. However, there are only a few known examples of promoters involved in inducible expression in Bacillus bacteria, which are conventionally induced by antibiotics (Hardy (K. Hard
y) et al. Nature 293 481 (1981)), Williams (DMWilliams) et al. Gene 16 199 (1981))
In these cases, there is a big problem in that an expensive antibiotic is used as the inducer and a step of finally removing the antibiotic from the target substance is required.
他方、製造される物質が宿主微生物にとつて無害な場合
は増殖の初期から該物質をコードする遺伝子が発現され
該物質が産生された方が短時間に多量に該物質が蓄積さ
れると云う観点から好ましく前記の問題はない。On the other hand, when the produced substance is harmless to the host microorganism, it is said that a large amount of the substance is accumulated in a short time when the gene encoding the substance is expressed from the early stage of growth and the substance is produced. From the viewpoint, the above problem does not occur.
第二の問題は、培地中に糖源がある場合にカタボライト
リプレッションとして知られる現象であるが、プロモー
ターの働きが抑えられその結果遺伝子の発現が抑制され
る場合のことである。物質生産上この点も大きな問題で
あり、これを回避する為には長時間培養するか或は培地
の糖源を抜くことが必要となる。The second problem is a phenomenon known as catabolite repression when there is a sugar source in the medium, but it is the case where the function of the promoter is suppressed and the gene expression is suppressed as a result. This point is also a major problem in terms of substance production, and in order to avoid this, it is necessary to perform long-term culture or remove the sugar source from the medium.
このことは余計な用役コストを必要とするか或は安価な
廃糖蜜を培地に用いることを不可とするもので工業的な
に物質生産上早期の解決をせまられている点でもある。This requires extra utility costs or makes it impossible to use inexpensive molasses in the medium, and is an industrially early point in material production.
このような点に鑑み本発明者は、安価な物質の添加によ
り任意の培養時期に誘導可能でかつ誘導以前は発現がお
こらないバチルス属の誘導酵素について検討を重ねてい
たところ遂に、グルコースから容易に得られる安価なグ
ルコン酸資化に関与するグルコン酸オペロンがグルコン
酸添加によつて急速に誘導がおこることを見出し、該オ
ペロンの発現を司るプロモーターおよびそれに連らなる
該オペロンをDNA断片として単離することに成功しそ
の塩基配列を決定し本発明を完成した。In view of such a point, the present inventor has repeatedly studied an inducible enzyme of the genus Bacillus that can be induced at an arbitrary culture time by the addition of an inexpensive substance and expression does not occur before the induction, and finally, easily from glucose. It was found that the inexpensive gluconate operon involved in gluconate assimilation is rapidly induced by the addition of gluconate, and the promoter controlling the expression of the operon and the operon linked thereto are isolated as a DNA fragment. The separation was successful, the base sequence was determined, and the present invention was completed.
更にプロモーター検索プラスミドpPL603Bを用いた検討
の結果、該DNA断片のプロモーター近傍の塩基配列を
該プラスミドに挿入するとその塩基配列の長さに応じて
pPL603Bのクロラムフェニコール耐性遺伝子の発現がグ
ルコン酸による誘導を受る場合と全く誘導を受けずグル
コース存在下でも抑制されることなく発現される場合が
あることを認め本発明の実用性を確認した。即ち本発明
によつて前述したバチルス属を宿主とした遺伝子工学の
手法を用いた物質生産における二つの問題点が一気に解
決出来ることが証明された。Furthermore, as a result of examination using the promoter search plasmid pPL603B, when a base sequence near the promoter of the DNA fragment was inserted into the plasmid,
Confirming that the expression of the chloramphenicol resistance gene of pPL603B may be expressed by gluconic acid or may be expressed without being suppressed even in the presence of glucose, confirming the practicality of the present invention did. That is, it was proved by the present invention that the above-mentioned two problems in the substance production using the genetic engineering method using Bacillus as a host can be solved at once.
以下本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.
グルコン酸オペロンおよびそのプロモーターを含むDN
A断片を得るためのDNA供与株としては、グルコン酸
資化性を有するバチルスズブチリスであればいかなるも
のでもよい。とは言つても該資化性に関与する酵素、即
ちグルコン酸オペロン中にコードされるグルコン酸パー
ミアーゼおよびグルコン酸キナーゼが、グルコースによ
るカタボライトリプレッションを厳密に受け、かつグル
コースが培地中に存在しない条件下ではグルコン酸によ
り強く誘導されるものであることが本発明の目的から好
適である。また該DNA断片を得るためのクローニング
宿主としては、いかなるバチルス属細菌も使用可能であ
るが遺伝的解析が進んでいる点からバチルスズブチリス
が好ましく、更に選択の容易さからグルコン酸資化性欠
損株であることが都合がよい。DN containing gluconate operon and its promoter
Any DNA donor strain for obtaining the A fragment may be used as long as it is Bacillus subtilis having gluconic acid assimilation. That said, the enzymes involved in the assimilation, namely, gluconate permease and gluconate kinase encoded in the gluconate operon, are strictly subjected to catabolite repression by glucose, and glucose is not present in the medium. It is preferable for the purpose of the present invention that it is strongly induced by gluconic acid under the conditions. Any Bacillus bacterium can be used as a cloning host for obtaining the DNA fragment, but Bacillus subtilis is preferable from the viewpoint of progress of genetic analysis, and a gluconic acid-assimilating deficient strain is more preferable because of easy selection. Is convenient.
尚、本発明においてオペロンとは、通常の概念と同様に
プロモーターに連なる一つの転写単位である遺伝子群を
意味する。またプロモーターとは、RNAポリメラーゼ
が結合しオペロンの転写を開始する部位を意味する。従
つて本発明で云うグルコン酸オペロンおよびプロモータ
ーとはグルコン酸を資化するのに必要な酵素であるグル
コン酸キナーゼおよびグルコン酸パーミアーゼをコード
する遺伝子を含む一つの転写単位およびその転写単位の
mRNA合成のためのRNAポリメラーゼ結合部位を意
味する。このようなグルコン酸オペロンおよびプロモー
ターを含むDNA断片を得るためには、バチルスズブチ
リスの通常のクローニング技術を用いればよく何ら特別
の手法を要しない。該技術については成書(ダブナウ
(D.A.Dubnau)編ザモレキュラーバイオロジーオブザバ
チリ(The molecular Biology of the Bacilli),アカ
デミックプレス(Academic Press)1982,オールド,プ
リムローズ(R.W.old,S.B.Primrose)著プリンシプルズ
オブジーンマニピュレーション(Principles of Gene M
anipulation),ブラックウエルサイエンティフィック
パブリケーションズ(Blackwell Scientific Publicati
ons)1981)に詳しい、クローニングに用いるベクター
としてはファージおよびプラスミドのいずれでも差支え
ない。例えばファージベクターとしては911、φ10
5、φ3T等が通常よく用いられまたプラスミドベクタ
ーとしてはpUB110、pC194、pE194、pBD64等がよく使
用されているがそのいずれもが本発明の実施に使用可能
である。クローニング宿主としてグルコン酸資化性欠損
バチルスズブチリスを用いた場合、目的とするグルコン
酸オペロンおよびそのプロモーターを含むDNA断片を得
ることが容易となる。即ちグルコン酸資化能を獲得した
形質転換株を選択すればよいからである。In the present invention, the operon means a gene group which is one transcription unit linked to a promoter as in the usual concept. The promoter means a site at which RNA polymerase binds to start transcription of an operon. Therefore, the gluconate operon and promoter referred to in the present invention are one transcription unit containing genes encoding gluconate kinase and gluconate permease, which are enzymes required to assimilate gluconate, and mRNA synthesis of the transcription unit. For the RNA polymerase binding site. In order to obtain a DNA fragment containing such a gluconate operon and a promoter, the usual cloning technique of Bacillus subtilis may be used without any special technique. The technology is described in DADubnau, The molecular Biology of the Bacilli, Academic Press 1982, OLD, Primrose by RWold, SBPrimrose, Principles of Gene Manipulation. (Principles of Gene M
anipulation), Blackwell Scientific Publications (Blackwell Scientific Publicati
ons) 1981), the vector used for cloning may be either a phage or a plasmid. For example, as a phage vector, 911, φ10
5, φ3T and the like are often used, and pUB110, pC194, pE194, pBD64 and the like are often used as the plasmid vector, and any of them can be used in the practice of the present invention. When Bacillus tin butyris deficient in gluconate utilization is used as a cloning host, it becomes easy to obtain the target DNA fragment containing the gluconate operon and its promoter. That is, it is only necessary to select a transformant strain that has acquired the ability to utilize gluconate.
このようにして得られた形質転換株から組換え体DNA
を得るには何ら特別の方法を要せず通常のファージDN
A、プラスミドDNAの調製法を用いればよい。これら
の方法に就いては成書(マニアティス(T.maniatis)ら
著モレキュラークローニング(Molecular Cloning)、
コールドスプリングハーバーラボラトリ(Cold Spring
Harbor Laboratory)(1982))に述べられている。得
られた組換え体DNAは、制限エンドヌクレアーゼを用
いて切断した後アガロースあるいはポリアクリルアミド
ゲル電気泳動を行うことによりその切断部位を決定し切
断地図をつくることが出来る。得られた組換え体DNA
のベクターに挿入されたDNA断片の塩基配列の決定は
通常用いられる方法のいずれでも可能であるがその様な
方法としてマクサム−ギルバートの方法(マクサム、ギ
ルバート(A.Maxam,W.Gilbert),プロシーディングス
ナショナルアカデミーオブサイエンス米国(Proc.Natl.
Acad.Sci.USA)74 560(1977))またはファージM13を
用いる方法(メッシング(J.Messing)ら、ヌュクレイ
ックアシッヅリサーチ(Nucl.Acids Res.),9 309(1
981),ツァグルスキー,ベルマン(R.J.Zagursky,M.L.B
erman),ジーン(Gene)27 183(1984))がよく知られ
ている。Recombinant DNA from the transformant thus obtained
No special method is required to obtain normal phage DN
A, a method for preparing plasmid DNA may be used. Regarding these methods, a book written by T.maniatis et al. (Molecular Cloning),
Cold Spring Harbor Laboratory (Cold Spring
Harbor Laboratory) (1982)). The obtained recombinant DNA can be digested with a restriction endonuclease and then subjected to agarose or polyacrylamide gel electrophoresis to determine the cleavage site to prepare a cleavage map. Obtained recombinant DNA
The nucleotide sequence of the DNA fragment inserted into the vector can be determined by any of the commonly used methods. As such a method, Maxam-Gilbert method (A.Maxam, W.Gilbert), Procedure Dings National Academy of Sciences USA (Proc.Natl.
Acad.Sci.USA) 74 560 (1977)) or a method using phage M13 (J. Messing et al., Nucl. Acids Res.), 9 309 (1).
981), Tsagursky, Bellman (RJZagursky, MLB
erman) and Gene 27 183 (1984)) are well known.
本発明で得られたグルコン酸オペロンおよびそのプロモ
ーターを含むDNA断片の塩基配列は特許請求の範囲第
2項に示すとおりで、この配列を模式的に示したものが
図−1である。この配列のうちプロモーターに見出され
るRNAポリメラーゼの認識および結合のための塩基配
列である−35領域および−10領域は本発明の場合は
それぞれTTGCATおよびTATCATでシグマー55RNAポリ
メラーゼで認識されるプロモーターの共通とされる配列
TTGACAおよびTATAATと類似しており効率的に転写がなさ
れる型のものである。The nucleotide sequence of the DNA fragment containing the gluconate operon and the promoter thereof obtained in the present invention is as shown in claim 2, and FIG. 1 schematically shows this sequence. In this sequence, the −35 region and −10 region, which are the base sequences for recognition and binding of RNA polymerase found in the promoter, are common to the promoters recognized by Sigma 55 RNA polymerase in TTGCAT and TATCAT, respectively, in the present invention. Array
It is a type similar to TTGACA and TATAAT that allows efficient transcription.
また枯草菌(バチルス・ズブチリス)が異種遺伝子の発
現を許さない重要な機構としてmRNAから蛋白へと翻訳す
る過程でのリボゾームとmRNAの結合の問題が知られてお
り、マクローリン(J.R.Mclaughlin)ら、ジャーナルオ
ブザバイオロジカルケミストリー(J.Biol.Chem.)256
11283(1981))はリボゾーム結合領域として知られるプ
ロモーター下流の塩基配列と16SリボソームRNAの
3′末端との強い結合が発現のために重要であるとして
いるところである。本発明のグルコン酸オペロンのプロ
モーターの下流に存在する最初の蛋白のリボソーム結合
領域の塩基配列はAGGAAGGであり、バチルスズブチリス
のリボゾームRNAの3′末端3′OHUCUUUCC5′とよい
相補性を持つている。従つて本発明のグルコン酸オペロ
ンのリボソーム結合領域はバチルスズブチリスにおいて
強い発現を行いうる型のものであることが肯首される。It is also known that Bacillus subtilis (b. Subtilis) does not allow the expression of heterologous genes because of the problem of ribosome-mRNA binding in the process of translation from mRNA to protein. Of the Biological Chemistry (J.Biol.Chem.) 256
11283 (1981)) suggests that strong binding between the nucleotide sequence downstream of the promoter known as the ribosome binding region and the 3'end of 16S ribosomal RNA is important for expression. Nucleotide sequence of the first ribosome binding region of the protein that is present downstream of the promoter of the gluconate operon of the present invention is AGGAAGG, and with 3 'terminal 3' OH UCUUUCC 5 'good complementarity ribosomal RNA of Bacillus subtilis There is. Therefore, it is agreed that the ribosome binding region of the gluconate operon of the present invention is of a type capable of strong expression in Bacillus subtilis.
このことはプロモーター検索ベクターに本発明のプロモ
ーター部分を含むDNA断片を挿入した場合、そのクロ
ラムフェニコール耐性遺伝子(クロラムフェニコールア
セチルトランスフェラーゼ遺伝子)を発現させ合成培地
で100μg/mlの該抗生物質に対する耐性を与えること
でも明らかである。そして更にその場合、プロモーター
を含む短いDNA断片を挿入すると、クロラムフェニコ
ールアセチルトランスフェラーゼはグルコース存在下で
カタボライトリプレッションを受けることなく誘導時と
同様に高いレベルで発現し宿主バチルスズブチリスに10
0μg/mlの該抗生物質耐性を与える。またプロモータ
ーを含む長いDNA断片を挿入すると、クロラムフェニ
コールアセチルトランスフェラーゼは通常発現は抑えら
れているがグルコン酸を培地に添加することにより誘導
可能であり宿主バチルスズブチリスに100μg/mlの該
抗生物質耐性を与え、この誘導はグルコースによるカタ
ポライトリプレッションを受けていることが示された。This means that when a DNA fragment containing a promoter portion of the present invention is inserted into a promoter search vector, the chloramphenicol resistance gene (chloramphenicol acetyltransferase gene) is expressed and 100 μg / ml of the antibiotic substance in a synthetic medium. It is also obvious to give resistance to. And in that case, when a short DNA fragment containing a promoter is inserted, chloramphenicol acetyltransferase is expressed in the host Bacillus subtilis at a high level in the presence of glucose without catabolite repression and at the same level as in induction.
Give 0 μg / ml of the antibiotic resistance. When a long DNA fragment containing a promoter is inserted, expression of chloramphenicol acetyltransferase is normally suppressed, but it can be induced by adding gluconic acid to the medium, and 100 μg / ml of the antibiotic is added to the host Bacillus subtilis. It conferred resistance and this induction was shown to undergo cataporite repression by glucose.
上に述べたことは即ち本発明の塩基配列を使用すること
により異種遺伝子を条件に応じてカタボライトリプレッ
ションを受けることなく構成的に発現させることも、ま
た任意の時期にグルコン酸添加により誘導的に発現させ
ることも可能であることを示すもので、遺伝子工学を用
いた物質生産上大きな意義を有するものである。What has been stated above is that by using the nucleotide sequence of the present invention, it is possible to express a heterologous gene constitutively without being subjected to catabolite repression depending on conditions, or to induce it by adding gluconic acid at any time. It also shows that it can be expressed in Escherichia coli, and has great significance in the substance production using genetic engineering.
尚、本発明の塩基配列も、遺伝子に関する分子生物学の
常識に従つて任意の部分の塩基を他のものと置換した
り、新たに塩基を挿入したり、または削除した場合、或
は塩基配列の一部を転移させた場合に得られる誘導体に
ついても上に述べた本発明の効果を有する場合があり、
そのようなものは当然に本発明の範疇に入るものであ
る。The base sequence of the present invention is also a base sequence in the case where any part of the base is replaced with another base, a new base is inserted, or a base sequence is deleted in accordance with common knowledge of molecular biology regarding genes. In some cases, the derivative obtained when a part of is transferred has the effects of the present invention described above,
Such a thing naturally falls within the scope of the present invention.
以下本発明を具体例で説明するが本発明は何らこの例に
限定されるものではない。The present invention will be described below with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples.
実施例1(バチルスズブチリスのグルコン酸オペロンの
クローニング) バチルスズブチリスM168(trpC2)株(オハイオ大
学バチルスストックセンター保存株:保存番号1A1)
肉汁培地(Difco社製ニュートリエントブロス)2を
用い37℃で15時間培養した後集菌し、サイトウ−ミ
ウラの方法(バイオシミカバイオフィジカアクタ(Bioc
him.Biophys.Acta)72 619(1963))に従い5mgの精製D
NAを得た。この精製DNAを更にセシウムクロライド
密度勾配遠心で精製し、そのうち5μgを10単位の制
限ヌクレアーゼEcoRI(宝酒造製)を用い37℃6時間
の反応で完全に切断した。この反応系の組成は100mMト
リス−HCl(pH7.5),7mM MgCl2,50mM NaCl,7mM
2−メルカプトエタノール,0.01%ウシ血清アルブミン
である。Example 1 (Cloning of Bacillus subtilis gluconate operon) Bacillus subtilis M168 (trpC2) strain (Ohio Bacillus Stock Center stock: stock number 1A1)
After culturing at 37 ° C. for 15 hours in a broth medium (Nutrient Broth, manufactured by Difco), cells were collected and the method of Saito-Miura (Biocica Biophysica Acta (Bioc
him.Biophys.Acta) 72 619 (1963)) 5 mg of purified D
I got NA. The purified DNA was further purified by cesium chloride density gradient centrifugation, and 5 μg of the purified DNA was completely digested with 10 units of restriction nuclease EcoRI (Takara Shuzo) at 37 ° C. for 6 hours. The composition of this reaction system is 100 mM Tris-HCl (pH 7.5), 7 mM MgCl 2 , 50 mM NaCl, 7 mM
2-mercaptoethanol, 0.01% bovine serum albumin.
反応物をフェノール抽出、エタノール沈殿で精製し、こ
のものを、他方において同様にEcoRIで切断しておいた
ファージφ105DNA(5μg)とT4リガーゼ(宝酒造
製)による結果反応を行なわせた。この結合反応にはT
4リガーゼ10単位を用いた。この反応系の組成は66
mMトリス−HCl(pH7.6),6.6mMMgCl2,10mMジチオスラ
イトール,1mMATPである。反応は15℃で4時間行つ
た。このようにして得られた組換え体ファージを用い
て、次にバチルスズブチリスの形質転換を行つた。宿主
菌としてはグルコン酸オペロンが欠失した変異株(Gn
t-)であるバチルスズブチリス61656株(FERMP−7834)
を用いた。組換え体ファージによる形質転換にさきだつ
て、まずファージφ105を61656株に感染させ該ファージ
が溶原化した61656株を得た。この溶原菌のコンピテン
ト細胞をサイトウらの方法(サイトウ(H.Saito)らジ
ャーナルオブジェネティクスアプライドマイクロバイオ
ロジー(J.Gen.Appl.Microbiol.)7 243(1961))に従つ
て調製し前に述べた組み換え体ファージDNAを用いて
形質転換を行つた。この方法の詳細については河村によ
つて紹介されている(河村富士夫 蛋白質 核酸 酵素
26 469(1981))。The reaction product was purified by phenol extraction and ethanol precipitation, and on the other hand, the resulting product was subjected to the resulting reaction with phage φ105 DNA (5 μg) which had been similarly digested with EcoRI and T 4 ligase (Takara Shuzo). T for this binding reaction
10 units of 4 ligase were used. The composition of this reaction system is 66
mM Tris-HCl (pH 7.6), 6.6 mM MgCl 2 , 10 mM dithiothreitol, 1 mM ATP. The reaction was carried out at 15 ° C for 4 hours. The recombinant phage thus obtained was then used to transform Bacillus subtilis. As a host bacterium, a mutant strain (Gn
t -) and is Bacillus subtilis 61,656 shares (FERMP-7834)
Was used. Prior to transformation with the recombinant phage, 61656 strain was first infected with phage φ105 to obtain 61656 strain in which the phage was lysogenized. Competent cells of this lysogen were prepared according to the method of Saito et al. (H. Saito et al., Journal of Genetics Applied Microbiology (J.Gen.Appl.Microbiol.) 7 243 (1961)). Transformation was carried out using the recombinant phage DNA described above. The details of this method were introduced by Kawamura (Fujio Kawamura Protein Nucleic Acid Enzyme)
26 469 (1981)).
この形質転換によつて250株のグルコン酸資化性株(Gnt
+)が得られた。この形質転換株のひとつである61656GP
株(FERM P-7835)からマイトマイシンCによりファー
ジを誘発し該ファージを用いて新たに該ファージが溶原
化されている61656株を造成したところ全てグルコン酸
資化性(Gnt+)となつた。該株〔61656(φ105 Gn
t+)〕のグルコン酸キナーゼとグルコン酸パーミアーゼ
の活性を表−1に示した通りである。グルコン酸キナー
ゼおよびグルコン酸パーミアーゼの活性はそれぞれベル
グマイヤーらの方法(ベルグマイヤー(H.U.Bergmeyer
et.al.)メソットオブエンチマティックアナリシス(Me
thods of Enzymatic Analysis)457頁アカデミックプレ
ス(Academic Press)(1974))およびドウズらの方法
(バイオシミカバイオフィジカアクタ(Biochim.Biophy
s.Acta)541 18(1978))に従つた。As a result of this transformation, 250 strains of gluconic acid-assimilating strain (Gnt
+ ) Was obtained. 61656GP, one of the transformants
From the strain (FERM P-7835), a phage was induced by mitomycin C, and a 61656 strain in which the phage was newly lysogenized was constructed using the phage, and all were gluconate-utilizing (Gnt + ). . The strain [61656 (φ 105 Gn
The activities of gluconate kinase and gluconate permease of (t + )] are shown in Table 1. The activity of gluconate kinase and gluconate permease is determined by the method of Bergmeier et al. (HUBergmeyer (HUBergmeyer
et.al.) Method of Enticmatic Analysis (Me
thods of Enzymatic Analysis) Page 457 Academic Press (1974)) and the method of Dows et al. (Biochim.
s.Acta) 541 18 (1978)).
本表から該形質転換株ではグルコン酸キナーゼおよびグ
ルコン酸パーミアーゼ活性を誘導できていることが明ら
かである。From this table, it is clear that gluconate kinase and gluconate permease activity can be induced in the transformed strain.
このことからグルコン酸キナーゼおよびグルコン酸パー
ミアーゼの構造遺伝子およびその発現調節遺伝子即ちグ
ルコン酸オペロンとそのプロモーターはここで得られた
φ105 Gnt+中にクローニングされていることが明らかで
ある。From this, it is clear that the structural genes for gluconate kinase and gluconate permease and their expression-regulating genes, that is, the gluconate operon and its promoter, have been cloned into φ 105 Gnt + obtained here.
実施例2(制限エンドヌクレアーゼによる切断地図の作
製および塩基配列の決定) 実施例1で得られた61656GP(φ105Gnt+)からφ105Gnt
+ファージDNAを調製し、常法に従い制限エンドヌク
レアーゼEcoRIで切断してアガロースゲル電気泳動でそ
の切断パターンを調べた。 Example 2 (Creation of cleavage map by restriction endonuclease and determination of nucleotide sequence) From 61656GP (φ105Gnt + ) obtained in Example 1 to φ105Gnt
+ Phage DNA was prepared, cleaved with restriction endonuclease EcoRI according to a conventional method, and its cleavage pattern was examined by agarose gel electrophoresis.
対照としてφ105ファージDNAを同様にEcoRIで切断し
たものを用いた。その結果約7KbのEcoRI断片にグルコ
ン酸オペロンとそのプロモーターがクローニングされて
いることが判明したのでその制限エンドヌクレアーゼ切
断地図を作成した。その切断地図は第1図に示す。更に
本図中に示すHindIIIの約4.5KbのDNA断片にグルコン
酸オペロントとそのプロモーターが存在することが明ら
かとなつたのでマクサム−ギルバートの方法に従い該D
NA断片の塩基配列を決定した。その結果は特許請求の
範囲に示すものである。この結果を模式的に示したもの
が第2図である。本図からわかる通りこの塩基配列には
プロモーターおよび蛋白質をコードする4つのオープン
リーディングフレームが存在する。このことからグルコ
ン酸オペロン中にはグルコン酸キナーゼ、グルコン酸パ
ーミアーゼの他に2つの調節のための蛋白がコードされ
ることが明らかとなつた。As a control, φ105 phage DNA similarly digested with EcoRI was used. As a result, it was revealed that the gluconate operon and its promoter were cloned in an EcoRI fragment of about 7 Kb, and therefore a restriction endonuclease cleavage map was created. The cut map is shown in FIG. Furthermore, it was revealed that the gluconate operonto and its promoter are present in the approximately 4.5 Kb DNA fragment of HindIII shown in this figure. Therefore, according to the method of Maxam-Gilbert, D
The base sequence of the NA fragment was determined. The results are shown in the claims. FIG. 2 schematically shows this result. As can be seen from this figure, there are four open reading frames encoding a promoter and a protein in this nucleotide sequence. From this, it was revealed that the gluconate operon encodes two proteins for regulation in addition to gluconate kinase and gluconate permease.
実施例3(グルコン酸オペロンのプロモーター近傍のD
NA断片による異種遺伝子の発現の検討) プロモーターを含むDNA断片を挿入することによりク
ロラムフェニコール耐性遺伝子(クロラムフェニコール
アセチルトランスフェラーゼ遺伝子)を発現させるプロ
モーター検索ベクターpPL603B(クローニング部位はBam
HI)を用いて異種遺伝子の発現の検討を行つた。即ち制
限エンドヌクレアーゼSau3AIで部分切断したグルコン酸
オペロンおよびそのプロモーターを含むHindIII4.5Kb断
片より得られたSau3AIDNA断片をpPL603Bのクローニ
ング部位に挿入し常法によりT4リガーゼにより結合し
た。該組換えプラスミドを用いてバチルスズブチリス1A
423株(オハイオ大学バチルスストックセンター保存
株)をチヤンの方法(チヤン、コーエン(S.Chang,S.N.
Cohen)モレキュラールジェネラルジェネティクス(Mo
l.Gen.Genet.)168 111(1978))に従つて形質転換し
た。その結果得られた形質転換株のひとつ1S21(FERMP-
7832)は約1.5Kbの挿入DNA断片を含み、グルコン酸
による誘導をかけると100μg/mlのクロラムフェニコ
ール耐性を与えるが10mMグルコース存在下ではこの誘
導がおきずカタボライトリプレッションで制御されてい
ることが明らかとなつた。また別に得られた形質転換株
1S22(FERM P−7833)は約0.4Kbの挿入DNA断片を
含みこのものは100mMグルコース存在下でも100μg/ml
のクロラムフェニコール耐性を与えるものであることが
明らかとなつた。Example 3 (D near the promoter of gluconate operon
Examination of Expression of Heterologous Gene by NA Fragment) Promoter Search Vector pPL603B (Cloning Site is Bam) for Inserting a DNA Fragment containing a Promoter to Express a Chloramphenicol Resistance Gene (Chloramphenicol Acetyltransferase Gene)
HI) was used to investigate the expression of heterologous genes. That linked by T 4 ligase by inserting a conventional method Sau3AIDNA fragment obtained from HindIII4.5Kb fragment into the cloning site of pPL603B containing restriction endonuclease gluconate operon and the promoter was partially digested with Sau3AI. Bacillus subtilis 1A using the recombinant plasmid
423 shares (Ohio University Bacillus Stock Center Preserved Strains) in Jiang's way (S.Chang, SN
Cohen) Molecular General Genetics (Mo
1) Gen. Genet.) 168 111 (1978)). One of the transformants obtained as a result, 1S21 (FERMP-
7832) contains an inserted DNA fragment of about 1.5 Kb and gives chloramphenicol resistance of 100 μg / ml when induced by gluconic acid, but this induction does not occur in the presence of 10 mM glucose and is regulated by catabolite repression. It became clear. Transformed strain obtained separately
1S22 (FERM P-7833) contains an insert DNA fragment of about 0.4 Kb, which is 100 μg / ml even in the presence of 100 mM glucose.
It was clarified that this confers resistance to chloramphenicol.
この結果から、本発明のグルコン酸オペロンおよびその
プロモーターを用いると、異種遺伝子を誘導的にも、ま
たカタボライトリプレッションを受けない構成的なもの
としても、目的に応じて任意に発現させることが可能と
なることが明らかである。尚、このクロラムフェニコー
ルアセチルトランスフェラーゼの発現に用いた培地組成
は、100mM4−モルホリノプロパン硫酸カリウム緩衝
液(pH7.0),10mM硫安,5mMリン酸カリウム緩衝液
(pH7.0),1mM MgCl2,0.7mM CaCl2,50μM MnCl
2,1μM ZnCl2,5μM FeCl3,5g/カザミノ
酸(Difco),50μg/mlL−トリプトファン、50
μg/mlL−メチオニンでありグルコースは必要に応じ
て10または100mMの濃度で添加した。また誘導物質で
あるグルコン酸は10mM添加した。培養は37℃で行つ
た。From this result, using the gluconate operon of the present invention and the promoter thereof, it is possible to arbitrarily express a heterologous gene according to the purpose, even inducibly and as a constitutive one that does not undergo catabolite repression. It is clear that The medium composition used for the expression of this chloramphenicol acetyltransferase is 100 mM 4-morpholinopropane potassium sulfate buffer (pH 7.0), 10 mM ammonium sulfate, 5 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), 1 mM MgCl 2 , 0.7 mM CaCl 2 , 50 μM MnCl
2 , 1 μM ZnCl 2 , 5 μM FeCl 3 , 5 g / casamino acid (Difco), 50 μg / ml L-tryptophan, 50
μg / ml L-methionine and glucose were added at a concentration of 10 or 100 mM as needed. Gluconic acid, which is an inducer, was added at 10 mM. The culture was performed at 37 ° C.
【図面の簡単な説明】第1図は、グルコン酸オペロンお
よびそのプロモーターを含むDNA断片の制限エンドヌ
クレアーゼ切断地図である。約4.5kbのHindIII断片中に
グルコン酸オペロンおよびそのプロモーターを含む。該
部分を用いて塩基配列の決定を行つた。 第2図はグルコン酸オペロンおよびそのプロモーターの
模式図である。 ATrich:アデニン、チミンが多くみられる配列 −35:プロモーターの−35領域 −10:プロモーターの−10領域 SD:リボソーム結合領域 をそれぞれ示している。 なお、FrameA、B、C、Dは蛋白をコードしているオ
ープンリーディングフレームを示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a restriction endonuclease cleavage map of a DNA fragment containing the gluconate operon and its promoter. It contains the gluconate operon and its promoter in a HindIII fragment of approximately 4.5 kb. The base sequence was determined using this portion. FIG. 2 is a schematic diagram of the gluconate operon and its promoter. ATrich: Sequence in which adenine and thymine are frequently found -35: -35 region of promoter -10: -10 region of promoter SD: Ribosome binding region, respectively. Note that Frames A, B, C, and D represent open reading frames encoding proteins.
Claims (2)
の転写を支配するプロモーターおよびその支配下にあ
り、カタボライトリプレッションによりその転写が調節
されるグルコン酸オペロンを含む約4.5KbのDNA
断片を制限酵素Sau3AIで部分消化して得られる約
1.5KbのDNA断片の直後に異種遺伝子を連結した
DNA断片。1. A promoter which controls transcription of the gluconate operon of Bacillus subtilis and a DNA of about 4.5 Kb containing the gluconate operon, which is under the control and whose transcription is regulated by catabolite repression.
A DNA fragment obtained by ligating a heterologous gene immediately after a DNA fragment of about 1.5 Kb obtained by partially digesting the fragment with a restriction enzyme Sau3AI.
の転写を支配するプロモーターおよびその支配下にあ
り、カタボライトリプレッションによりその転写が調節
されるグルコン酸オペロンを含む約4.5KbのDNA
断片の片方の鎖が以下に示す塩基配列であることを特徴
とする特許請求の範囲第一項に記載のDNA断片。 2. A promoter that controls transcription of the gluconate operon of Bacillus subtilis and a DNA of about 4.5 Kb containing the gluconate operon, which is under the control and whose transcription is regulated by catabolite repression.
The DNA fragment according to claim 1, wherein one strand of the fragment has a base sequence shown below.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59221192A JPH0665307B2 (en) | 1984-10-23 | 1984-10-23 | Bacillus subtilis operon gluconate and promoter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59221192A JPH0665307B2 (en) | 1984-10-23 | 1984-10-23 | Bacillus subtilis operon gluconate and promoter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61100194A JPS61100194A (en) | 1986-05-19 |
| JPH0665307B2 true JPH0665307B2 (en) | 1994-08-24 |
Family
ID=16762910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59221192A Expired - Lifetime JPH0665307B2 (en) | 1984-10-23 | 1984-10-23 | Bacillus subtilis operon gluconate and promoter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0665307B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63133999A (en) * | 1986-11-27 | 1988-06-06 | Agency Of Ind Science & Technol | Production of protein by inductive expression |
| CN110129353B (en) * | 2019-05-05 | 2022-09-27 | 江南大学 | Gluconate response element and application thereof |
| CN110093366B (en) * | 2019-05-05 | 2022-09-27 | 江南大学 | A kind of Bacillus subtilis gluconate inducible expression element and construction method |
-
1984
- 1984-10-23 JP JP59221192A patent/JPH0665307B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| AGRIC.BIOI.CHEM=1983 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61100194A (en) | 1986-05-19 |
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