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JPS61234784A - デオキシリボ核酸プラスミドをインビボの細菌宿主に輸送する方法 - Google Patents

デオキシリボ核酸プラスミドをインビボの細菌宿主に輸送する方法

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JPS61234784A
JPS61234784A JP61006630A JP663086A JPS61234784A JP S61234784 A JPS61234784 A JP S61234784A JP 61006630 A JP61006630 A JP 61006630A JP 663086 A JP663086 A JP 663086A JP S61234784 A JPS61234784 A JP S61234784A
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plasmid
dna
bacterial
deoxyribonucleic acid
nrrl
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ロナルド・ヘンリー・オルソン
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MAIKURORAIFU TECHNIC Inc
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Publication date
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Publication of JPH0158949B2 publication Critical patent/JPH0158949B2/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、広め細菌宿主域を有する新しい小プラスミ
ド・リング(plasmid rings)、およびデ
オキリボ核酸プラスミドをインビボの細菌宿主に輸送す
る方法に関する。
種々の化学薬品を創造するためにプラスミド組換え体の
遺伝的操作を含む先行技術の商業ベースによる研究は、
これまで宿主生物として大腸菌に集中してきた。その理
由は、その組換え体プラスミドが仲の宿主生物と和合で
きないためである。
しかしながら、大腸菌は、哺乳動物の腸道内におけるそ
の成長能と疾患をもたらすために、これらの目的に最適
の生物ではない。大腸菌の外に、広い細菌宿主域を有す
るプラスミドをもった宿主細菌を使用できることが極め
て7ましい。本発明は、特に哺乳動物の体温において生
存できない生物(細菌)の使用に関する。
以下は本発明に関して用いた語義である。
「細菌接合」とは、少なくとも2つの細菌宿主間の交配
と遺伝的伝達を意味し、その供与菌は「雄」、そして受
容菌は「雌」と呼ばれる。
「プラスミド集合体(又は集塊)」とは、2つのプラス
ミド・リング間の会合を意味する、こq場合、各プラス
ミドはその環状体としての構造を保ち、各環状体は各組
換え体の遺伝的操作のできるものである。
「輸送」とは、DNAが1つの細菌から別の細菌へ転移
されるプロセスに意味する。
「形質導入」とは、DNAプラスミドまたは断片が細菌
ウィルスによってインビボでの自然のプロセスで1つの
細菌から別の細菌へ移し入れられることを意味する。
「形質転換」とは、インビトロでの細菌の全細胞から取
り除いたDNAを宿主細菌へ移し入れることを意味する
「転位(トランスポジション)」とは、遺伝物質がDN
A分子の1部分から他の部分、又は1つのDNA分子か
ら他のDNA分子へ移動することを意味する。
[トランスボゾン(zranspcscn)Jとは、転
位によって移送された遺伝物質を意味する。
「DNA源」または「DNA断片」とは、真核細胞又は
原核細胞および/またはそれらのウィルスを含む寄生体
から誘導された染色体または染色体外の細胞要素からの
DNAを特徴する特許技術の状態は、米国特許第5.8
13.516号;第1+、cDa1113号;第1+、
080,261号;第14,082,613号および第
4.190.1195号に一般的に記載されている。こ
れらの特許には本発明に関連した先行技術の方法が記載
されている。
DNA分子自体の合成に必要な酵素と蛋白質の一連の群
の外に、インビボでのDNA分子の複製に必要な2つの
エレメントが同定されている。そnらは、(IIDNA
分子上の領域であってDNA複與の起源として同定され
、蛋白質によって認識されるものである、また(2)同
じDNA分子に与ら汎る前記蛋白質の遺伝子である。こ
の最小限の仕様を細菌細胞内で独自の自己増殖ができる
DNA分子に仮定すると、前記2つの機能を妨げない限
りさらに別のDNA小片が含まれうる。事実、宿主細菌
種内に含まれ、宿生細菌種によって染色体外に保持され
ていることがわかっている前記filと(2)の組合せ
がプラスミドまたは染色体要素と呼ばれてきた( Ba
cr、eriologicalRsviews、 9.
pp。
552−590(1976)参照)。最近まで、微生物
遺伝学者は、細菌染色体のDNAをプラスミドに組換え
るため、または同一の宿主細菌内に一緒に保持されたプ
ラスミド間の組換えをするために、宿主細菌細胞の組換
え機構を利用してインビボにおいてDNA断片を操作し
てきた。この方法は、種々の領域のより複雑なゲノムの
一部分を別の複勲ユニットへ転移することによってその
ゲノムの精製をさせた。しかしながら、この方法は、通
常別の源からの又は別の生物から大きな生物学的障壁を
越えて移送されたDNAからなるプラスミド−雑種の生
成をさせない。
しかしながら、最近、DNAの異種断片のインビボでの
操作および組換え技術によって雑種DNA分子の生成が
可能になった。文献[”Recombinant。
R,F、Beers and E、G、Ba5sett
、 pp、 9−20゜Raven Press、 N
ew YorK(197?)] から引用したインビト
ロ法の要約は次の通シである:[インビトロでの糺換え
体(DNA)技術には、最終的に全ての源からのDNA
断片をレプリコン(プラスミド)へ挿入さすことになる
2、うの重要ガ技術的要素;およびそれらの複製要素と
しての回復がある。これら技術的要素は: 1)目的のDNA分子の制限エンドヌクレアーゼによる
系統的切断(これら酵素の検討については、ロバーツ(
Ro be r、t5 )著のローニンク媒体(または
レプリコーン)への再結合; 5)組換え体DNAによる細胞の形質転換、および組換
え体プラスミドを含む細胞の選択;および u)得られたDNAの[クロン化(Cxonea)j断
片の同定および特性指摘。」 この発明は、上記要請の全て、特に第(2)項、すなわ
ち適当なりローニング運搬体(プラスミド)の必要条件
、および前記形質変換法の利用に寄与するプラスミド・
クローニング・ベクターの新しい性質に関するものであ
る。
分子DNAのクローニングに潜在的に有用なプラスミド
の生物学的な性質は、ヘリンスキイら(D、R,He1
inski az al)によって次のように要R,F
、  Beers  and E、G、  Ba5se
tt、  eds、。
Raven Prewar NeW York(197
7)を参照〕:[大腸菌における遺伝子のクローニング
に対するプラスミド要素の利用性が最初に論証されて以
来、種々のプラスミド要素が大腸菌および他の細菌にお
けるクローニング媒体として開発されてきた。これらの
新しいクローニング媒体はDNAのクローニングに有利
な次のようなプラスミド特性をもっている: 1)宿主細菌細胞内での安定維持、 2)非自己伝達能。
3)遺伝的操作の容易性、 q)分離の容易性、 5)寸法的に大きな範囲の異種DNA七の結合能力およ
びその複〜能力、 6)インビトロで生じた雑種プラスミドの細菌細胞への
導入の容易性。」 しかしながら、組換え体DNAの技術に有用なプラスミ
ドを最大限に利用するのに望ましいと考えられた特性に
関する前記仕様は広い細菌宿主域をもったクローニング
・プラスミドの高利用性を考慮していない。
今までに記載された大部分の細菌プラスミドは、プラス
ミドが最初に分離された細珈に密接に関係した細菌種に
おいてのみ維持することができる。
このために、特定プラスミドのDNAの維持および重複
に関連した必要条件は一般に問題のプラスミドに特有な
ものである。しかし、この一般的な所見には例外があっ
た。例えば、オルセン(Olsen。
本願の発明者)とシップレイ(Shipley)は、多
重の抗生物質抵抗を特定するプラスミド、R1g22(
後でRPIと呼ぶようになった)が、有性接合によって
関係および無関係の細菌属を代表する種々の細菌種に転
移されること金示した[ Journal780(19
73)を参照〕。菌株、緑膿菌1g22(これから後で
RPIが得られた)の起源はロウベリー(Lowbur
y、 E、J、)らにより示された(Lancet i
i、  u II 13−1152 (1969)参照
)。
プラスミドRPIの細菌宿主域は、腸内菌(Enter
obaczeriaceae)、 土壌腐生菌(Pse
u−aomonas) 、ナイセリア・ベルフロ/’ 
(Neisseriaperflava)および光合成
菌ヲ含む。従って、プラスミドRPIは、関係のない細
菌種間を自由に転移する広宿主域の細菌プラスミドの一
例である。
そのプラスミド・リングRPIは比較的大きいものであ
る。この寸法が大きいこととプラスミド・リングの組成
が細菌の形質転換のプロセス全非効率的なものにする。
特に形質転換によって細菌宿主から細菌宿主へと容易か
つ広く輸送できるクローニング媒体としての小さなプラ
スミド・リングおよびその組換え体を提供することは技
術的に着しい改良となる。それらのプラスミドが同定の
ために抗生物質抵抗性の単一表現型標識を含むならば、
それらプラスミドは特に有用なものとなる。また、小プ
ラスミド・リングの断片を他の遺伝子断片とインビボま
たはインビトロでの組換え方法全提供することも改良と
なる。
従って、本発明の目的はデオキシ核酸プラスミド全イン
ビボの細菌宿主に輸送する方法全提供することである。
さらに、組換え体のプラスミド・リング内で結合された
時にクローニング媒体の働をする小プラスミドから誘導
され、広い細菌宿主転移範囲を有する新しい組換え体プ
ラスミド・リングを提供することが本発明の目的である
特に、宿主細菌において有用な化学薬品生成特性または
他の有用な特性を有する組換え体プラスミド・リングを
提供することが本発明の目的である。これらおよび他の
目的は、添付図面と共に以下の記載からさらに明白とな
るであろう。
本発明は、細菌の接合、形質転換または形質導入の工程
を用いてデオキシリボ核酸プラスミド全インビボでの細
菌宿主へ輸送する方法において、第1プラスミド・リン
グを含み、該第1プラスミド・リングが最初プラスミド
Rpxl有するプラスミド集合体として誘導され、分子
の大きさが約2×10ダルトン以下で、単独または第1
プラスミド・リングからの断片との複製に必須で分子の
大きさがO,g 3 x 10ダルトンの臨界、B、9
11制限工ンドヌクレアーゼ消化断片を有し、組換え体
プラスミド・リングを形成するためにインビトロでの第
1プラスミドに連結された制限エンドヌクレアーゼ消化
断片またはインビボでの細菌によシ第1プラスミドに挿
入された自然発生断片である少なくとも1個の第2デオ
キシリボ核酸と共有結合され、前記プラスミドが緑膿菌
PAOATCC15692によシ運搬可能であシ、広細
菌宿主塘を有し、該プラスミド自身は宿主細菌の細胞分
裂中にデオキシリボ核酸によってクローニングするとこ
ろのデオキシリボ核酸プラスミド・リングを輸送するこ
とからなることを特徴とする。
細菌のプラスミド含量は、スラブ・アガロースゲルの電
気泳動法を採用し得られた電気フェログラムの写真を観
察することによシ便利かつ迅速に決定することができる
(例えば、Hansen andolsen、  Jo
urnal  of  Bacteriology、 
 135゜N11.pp、227−258(197g)
を参照されたい)。かぐして、DNAは第1図に示すよ
うに次の如く電気泳動された:図のAは緑膿菌NRRL
12123から抽出したDNA;BはRP 1/pRo
 1600  のDNA;CはpRO1601のDNA
;Dは大腸菌V517(サイズ標準として使用した多プ
ラスミドを含む菌株(Plasmid、 1  p p
 。
+417−1120(1978)参照)のDNA;Eは
pRO1613のDNA;そしてFはpRO1613、
pRO1614のDNAである。この方法は、適当な標
準体を併用することにより存在するプラスミドの分子の
大きさも決定することができる。
プラスミドRPIが細菌接合(又は有性接合)のプロセ
スによって1つの細菌から別の細菌へ伝達される時、そ
のプラスミドを新たに得た受容買は、普通、電気泳動図
では供与菌に存在するプラスミドと区別できないプラス
ミドを含む0第1図のA列には、伝達後に供与菌細菌個
体群または受容菌細胞個体群から抽出した時のプラスミ
ドRP1の通常の様相(又は様子)が示されている。あ
る場合には別の結果が得られた。緑膿菌PAO25での
交雑実験においてプラスミドRPI’!i受は取ったA
TCC15692(菌株PAO2)の単一受容菌細胞か
ら誘導した培養体を分析した所、異なるプラスミド集合
体上生成していた。そのトランス接合個体は親のプラス
ミドのみならすかなシ小さな第2のプラスミドを示した
(第1図、B列参照)。親の大きさのプラスミドは第1
図B列の最上部に、異常に小さなプラスミドは下部に示
されている。この下部のプラスミドの大きさは、D列に
示す標準寸法と比較、計算した所38×1016ダルト
ンのRPIに対して2×10ダルトンであった。従って
、この小プラスミドの出現は、一般に親プラスミドRP
Iの受容菌への伝達中に生じたランダムの突然変異と考
えられる新規の出来事を示している。本発明者は、小プ
ラスミドpRO1600およびRPI全有する集合体を
RP1/pRO1600と名付けた。
組換え体DNAの技術における小プラスミドの利用性は
、宿主細菌がもっていなかった独特な代謝特性用の遺伝
情報をエンコード(encode)する能力から一部由
来する。従って、プラスミドの存在又は不在は、遺伝的
操作後に間萌の代謝特性の存否に基いて決めることがで
きる。第1図のB列に示す細菌株を予備的に分析した所
、プラスミド1)’RO1600の存在に関連した独特
な代謝特性(又は表現型形質)を示さなかった。従って
、本発明者は、pRO1600に区別の目安となる表現
型形質を加えて後の実験でその検出音する細菌の遺伝的
標準技法を適用し、それによって部分的に精象したDN
A溶液から受容菌株へ転換される能力を試験した。加え
た区別の目安となる表現型形質は、抗生物質カルペニシ
リンへの耐性用の遺伝情報をエンコードするDNAの断
片であった。
従って、このDNA断片とプラスミドpRO1600を
保有する細菌は全て、親のプラスミドを含iない細菌株
と異なりカルペニシリンの存在下で成長することになる
カルペニシリン耐性用の遺伝特性(又は形質)は、トラ
ンスポジションと呼ぶ遺伝的プロセスでプラスミドpR
O1600へ添加された。トランスポゾンと呼ぶ若干の
抗生物質耐性遺伝子は、DNAの断片上のある場所から
別の場所へ移動できる、或いはトランスポジションと呼
ぶ遺伝的なプロセスで細菌細胞内のあるDNA分子から
別のDNA分子へ移動できる( S 、 C0hen、
 ”Trans−posable genetic e
lement、s and plasmidevolu
tion”、 Nature、  263 、 pp、
 751−73g(1976)参照)。これらの遺伝的
エレメントは、細菌宿主の遺伝的組換え機構なしにこの
プロセスを果たす。第1図のA列に示すプラスミドRP
Iは、カルペニシリンおよび関連抗生物質(ペニシリン
、アムビシリン)に対する耐性用遺伝情報をエンコード
するTnlと呼ぶトランスポゾンを含む。トランスボゾ
ンTnJは分子の大きさが3.2 x 10ダルトンの
転置可能な遺伝的エレメントである。従って、Tnlに
よって転置されたDNAは3.2 X 10ダルトンま
で大きさ全増すことになる。
転位(トランスポジション)は、トランスポゾンを有す
る供与菌のDNA分子を含む細菌細胞の個体群において
不規則に生じる。従って、菌株緑膿菌RP 1.”pi
’to l 600の場合に、小比率の細菌細胞が転位
された異体のプラスミドを含むことが期待される。例え
ば、第1図のB列に示すように、培養における2、5の
細菌細胞は、電気法動因の下部に示す小DNA分子より
12X10ダルトンまで大きいDNA分子を含んでいる
(そのプラスミドはpRO1600となづけfc)。し
かしながら、培養におけるこnら細菌の比較的少数は第
1図に示すようにアガロース・ゲルでの検出を妨害する
。しかし、こnらプラスミドpRO1600の転置誘導
体は、細菌の形質転換と呼ぶ遺伝的技法を採用すること
によシ検出と分離をされる。この方法によって、供与菌
細胞から抽出されたDNAはプラスミド金倉まない受容
菌細胞培養体へ付加される。次に、その混合体は、この
場合抗住物質のカルペニシリンを含む細菌学的媒質で成
長する。これらの条件下で、抗生物質カルペニシリン用
の遺伝情報をエンコードしている遺伝エレメントを得て
複製した細菌細胞のみが高密度便体群に成長する。この
実験が行なわれる時、2種類のカルペニシリン耐性細菌
株が期待される:即ち、供与菌親プラスミドRPIの全
てを受は入れたものと、カルペニシリン耐性をエンコー
ドしているトランスボゾンTnJと結合したpRO16
00のみを受は入れたものである。前者の可能な細菌分
離体は、これらの細菌がカルペニシリンのみならずテト
ラサイクリンおよびカナマイシンに耐性があることによ
って区別することができる。しかし、後者の可能性の場
合に、これらの細菌分離体は、それらがプラスミドRP
Iから細菌細胞内で同時に共に保持されたプラスミドp
RO1600ヘジャンプしたTnJだけを受は入れたか
ら、抗生物質カルペニシリンに対する耐性のみを示すで
あろう。そのような細菌株は前述のプロセスで得られた
、そしてそのDNAは、そのプラスミドの抽出および電
気泳動稜のもの全第1図の0列に示す。このプラスミド
pRO1601の電気泳動による移動度は、プラスミド
p R01600よりも遅い(これはサイズが大きいこ
と表わす)。
第1図のD列に示す標準DNAを用いて計算すると、p
RO1601がpRO1600よりも分子の大きさで3
+2XlO大きいことになる。従って、この関係はTn
JがpRO1600へ付加されたこと、従って独特な代
謝特質(表功型標識)がpRO1600へ付加されたこ
と示唆する(その検出は抗生物質カルペニシリンに対す
る耐性を試験することによって行なう)。
DNA分子はプリンおよびピリミジンと呼ぶ置換分子か
らなる線状分子である。その結合したプリン又はピリミ
ジンの正確な線状配列(シーフェンス)が注目のDNA
分子の領域全画定する。
DNA分子に類但した領域は、クラス■の制限エンドヌ
クレアーゼと呼ぶ領域におけるそれらの活性に特有な酵
素での分割(cleavage)によって識別すること
ができる( B、A1]et、 ”Fragments
producel  by cleavage  of
  lambda  deoxyribo−nucie
ic  acid  with  Haemophil
us  parain−f!uenzae  rest
riction  enzyme  Hpa  I[’
  、Biochemistry、12.pp、397
2−3977(1972)参照)。認識シーフェンスと
呼ばれるDNA分子の特定領域(そ扛らは40以上の特
定制限ニドヌクレアーゼによる分割用部位(又は座位)
の役目をする)は、別々に分布されるか、または別の生
物学的源からのDNAが比較さnる時には存在しない。
逆に言えば、関係又は同一のDNA分子は、制限エンド
ヌクレアーゼ消化およびスラブ・アガロース・ゲル電気
泳動法による分析後に同一セットの断片を生成する。従
って、新しいプラスミドは前述の消化後に生成すること
ができる。DNA分子の大きさが小さく、制限エンドヌ
クレアーゼでの処理によシ生成した断片の数が少ないと
、これらの断片は、親分子に最初に存在した時と異なる
順序で不規則に連合することができる。この不規則な再
連合に続いて、それら断片は、再連合複合体が[) N
 A +)ガーゼと呼ぶ第2酵素で処理さ九る時に再び
共有結合ができ、補因子を必要とする。
従って、前述の方法はDNA分子の構造解析およびDN
Aシークエンスの新組合せ体の生成に適用できる。従っ
て、前述の方法によって、プラスミドの構造はDNAの
必須でない領域の欠失或いは生物学的に関係のない源か
らのDNAからなるDNA分子の生成によって変えるこ
とができる。
本発明は特に、プラスミドpRO1601、通常DNA
組換え技術と呼ばれる前述の原理および手順を適用する
ことによる遺伝的クローニングおよび新規性に対する前
記プラスミドpRO1601の修飾および有用性に関す
る。このDNA組換え技術の主な特glは、既に要約さ
nている(S。
Cohen、 5cientific America
n、 July、 pp。
25−55C1975)参照)。
上記通常の方法によるプラスミドpRO1601のDN
A’i分析(制限エンドヌクレアーゼの地図作與)した
所、第2図のA部に示す構造となった。
この遺伝学的地図は、制限エン、ドヌクレアーゼPst
 I について4つの制限エンドヌクレアーゼ認識座位
(s i tes )があることを示している。pRO
1601を生成するためにpRO1601へ付加された
トランスポゾンn1は、5つの乙已工制限エンドヌクレ
アーゼの座位を含むことが知られている(J、 Gri
nszel et al、 Plasmid、 1゜p
p  うキーう7(1977)参照)。従ってTnlに
よジ置換を受けた組換え体プラスミドのpRol 60
0@域は単一のPstI座位を含まなければならない。
また、 Tn 1と連合したPst工 断片の大きさは
前述のように評価されたから、pRO1600に狂特な
PstI分割用の特定座位は同定することができる。こ
の座位は、遺伝地図作表用基準座位として選ばnた。そ
して第2図のA部に示す図面の左側に現われている。紹
換え体プラスミドpRO1601の領域を表わす他の座
位(それらはTn lの一部である)はpRO1600
PstIの部位に関して並置されている。また、この遺
伝地図に示すように、制限エンドヌクレアーゼBiIに
ついての特定認識部位がある。これらは、トランスボゾ
ンTnl(i7p ROl 600に挿入した点に関し
てpRO1601と異なる肛1−置換プラスミドpRO
1600の他の変種を比較することによって決定された
。このために、約換え体DNA技術に付随する通常の方
法を採用した。
第2図のパネルAの121の所に引いたPstl制限エ
ンドヌクレアーゼの座位(これはトランスポゾンTn 
1の付加を反映する領域の部分として知られている)は
、カルペニシリンに対する耐性をエンコードする遺伝的
領域の中央にあるべきことが知らnている。従って、こ
の点に過剰DNAの挿入はDNA配列の連続性を破壊し
、DNAのこの領域がカルペニシリン耐性をもった酵素
を特定する能力の喪失をもたらすことになる。pRO1
601の分子クローニングへの有用性を示すために、D
NAの断片をこの座位に挿入した。しかしながら、この
DNA断片は抗生物質テトラサイクリンに対する耐性用
の遺伝情報を含んでいる。
従って、この断片がこの座位でプラスミドpRO160
1へ組み込まn、連結されて閉鎖、円形DNA構造を形
成し、受容菌に形質転換され、そしてテトラサイクリン
の存在下で成長できるように培養されると、挿入断片の
クローニングが生じるであろう。
これらの実験用のDNA源には、さらにpBR322と
呼ぶ別のプラスミドがあった(F、Bolivaret
 al、”Con5truction and Cha
racterizationof NeW Cloni
ng Vehicles M+a multipurp
osecloning system@Gene、 2
. pp+95−113(1977)参照)。現在まで
開発されたクローニング・プラスミドの代表的なもので
あるプラスミドpBR122は、原菌の大腸菌に密接に
関係しない細菌中に保存することができない。従って、
このプラスミドDNA?無関係の緑膿菌へ導入すると、
それは耐性、即ちカルペニシリンおよびテトラサイクリ
ンに対する耐性をエンコードする抗生物質の存在下で成
長する能力を授与することができない。一方、組換えに
よってプラスミドpBR522のDNAがプラスミドp
RO1601のようなプラスミドの構造の一部分になる
と、組換え体プラスミドを含むpRo 1601−pB
Rう22雑種にその遺伝機能が授与されることになる。
プラスミドpRO1601に類但したプラスミドpBR
322も抗生物質カルペニシリンに対する耐性を特定す
る遺伝子を含む。この遺伝子もカルペニシリン耐性と関
連したそのDNA0佃緘内に制限エンドヌクレアーゼP
stI用の座位を有する。
プラスミドpRO1691のカルペニシリン耐性遺伝子
の部分がプラスミドpBR322からの類但遺伝子の部
分と接合できて、この場合1つの場所で接合した雑種分
子にカルペニシリン耐性の保存上もたらすという仮説を
試験するために、プラスミドpRo 1601およびプ
ラスミドpBR322を制限エンドヌクレアーゼPst
  Iで分割(又は切断)した。これによって、親の円
形構造から2つの線状分子(そnらは不規則に会合でき
る)、即ちプラスミドpRO1601からの可能な4断
片の1つと、プラスミドpBR322がら誘導されたD
NAの線状単一断片が得られた。
DNA組換え技術、即ちプラスミドの分割、連結および
テトラサイクリンに対する抵抗性獲得用選択をも・つた
形質転換を行なうことによって2グル−プ(制限エンド
ヌクレアーゼで地図を作ることにより後で判定した)の
組換え体プラスミドが得られた。
pRO1613の決定構造は次の可能性から期待される
ものに一致する:第2図のパネルAに示すOとL21の
間およびL21と2.95の間の距離を横切るプラスミ
ドpRO1601PstI断片の再会合。しかしながら
、理論的に、これは得られたプラスミドpRO1613
について第2図のパネルBに示すものではない2つのP
stIの部位を有するプラスミドを生成する。従って、
他の系の先例に基いて、pRO1601地図上の0と2
.95におけるDNAは、PstIの座位の欠失をさせ
るが細菌培養の成長および生殖中に細菌およびその子孫
細胞によってプラスミドの生存に必要な閉鎖リング構造
を再形成させる過程において、未知の要素によって変え
られたらしい。プラスミドpRO1613は、制限エン
ドヌクレアーゼPstIi生んだDNA断片のクローニ
ング用に潜在的に有用である(その存在は、代謝物質の
DNAクローンド断片内の体現によって確認できる。
プラスミドpRO1613、pRO1614の決定構造
は、クローニング・ベクター・プラスミドpRO160
1の一部およびクローンド断片(この場合はプラスミド
psRs22)2含む雑種−糾換え体プラスミドに期待
される構造に一致している。さらに、この組換え体1)
ROL6111の形成およびその緑膿菌への形質転換は
、今はカルペニシリン耐性およびテトラサイクリン耐性
である細菌の発生を伴う。従って、前記仮説を設けたよ
うに、カルペニシリン耐性遺伝子の部分はプラスミドp
RO1601から誘導され(L21の所に示すPStI
の座位の左側の領域)、そしてカルペニシリン遺伝子の
部分は挿入したDNA断片(プラスミドpBR322の
部分であるから誘導(第2図のパネルCに示すL21の
右側の領域)されたことは明らかである。
従って、この結果は無関係のDNA(プラスミドpBR
522)のクローニング用にプラスミドpRO1601
が有用であることを示している。
また、この結果は大きさは小さいが親のプラスミドDN
A分子pRO1601よシも高有用性である関連の派生
プラスミドの誘導を示す。  2宿主細菌による維持に
必要なプラスミドpRO1601の重要な特徴に関する
別の情報もこれらの実験によシ提供される、即ち第2図
のペネルA、BおよびCでα05〜0.88の地図単位
(0,83メガダルトンの距離がある)領域が図示した
全てのプラスミドに共通している。従って、これはプラ
スミドpRO1600に最初に存在するプラスミドDN
Aの領域であってプラスミド・クローニング・ベクター
およびその可能な誘導体の複製および維持に必須なもの
である。0.05および0.8g地図単位における制限
エンドヌクレアーゼ酵素の座位によって画定されるこの
領域は本発明の重要な実施態様である。
以上の外に、本発明の開発において記載されたプラスミ
ドの制限エンドヌクレアーゼ消化分析によって、RPl
から独立してプラスミドpRO1600の遺伝地図の推
論をすることができる。
その制限エンドヌクレアーゼ消化地図を第2図のパネル
Dに示す。
本発明は特に、制限エンドヌクレアーゼでの染色体分割
により得られた染色体DNA断片を広宿主域のレプリケ
ータ−・プラスミドへ添加することからなる方法に関す
る。このプラスミドと染色体DNA断片の混和体は次に
リガーゼによる処理および組換えDNAの適当な細菌宿
主への形質転換を受ける。
この系列のクローニング実験用DNA源はプラスミドp
RO1613、pRO1614と緑膿菌株PAO染色体
であった。これら実験の目的は、細菌細胞の生合成活性
に寄与する特定の代謝機能を組み込んだ染色体上の遺伝
的場所に対応する染色体DNA断片をクローニングする
ためのpRO1611tの有用性を示すことであった。
このために、菌株PAO256と呼ぶ緑膿菌の突然変異
体を形質転換−クローニング受容菌として使用した( 
D、Haas andB、 HO110Wa71 MO
leCular and generalgeneti
cs 1ul+ : 251 (1976)参照)。残
菌の緑膿菌株PAO1c (ATCC15692)と異
なり、菌株PA○236は突然変異したが、細胞合成と
成長を維持するための成長媒質にアミノ酸のL−インロ
イシン、L−バリンおよびL−メチオンの添加を要した
。従って、これらのアミノ酸栄養の要求は、これら化合
物の合成と関係した染色体DNA断片を含む組換え体ク
ローンの選択を許す:適当なりローノドDNA断片全受
入した細菌はアミノ酸がない時に成長能力を得る。また
、この原理を適用することから、組換え体プラスミド(
この場合はpRO161Bにクローニングまたは染色体
DNA断片を加えたもの)がプラスミドpRO1611
4の分子よシも大きくなるという結果になる(これは分
子のクローニング・プロセスにおいて付加DNAの獲得
を表わす)。広細菌宿主域のレプリケータ−・プラスミ
ドpRO1613にクローニングされたプラスミドpB
R322のDNAの中に、抗生物質テトラサイクリンに
対する耐性を特定する遺伝情報が含まれる。
クローニングされた断片のこの領域内には、制限エンド
ヌクレアーゼBamH1用の認識座位もある。
従って、この関係から、クローニングされたDNA断片
のインビトロでの挿入によるこのテトラサイクリン耐性
遺伝子の連続性の中断はこの遺伝子により特定さnたテ
トラサイクリン耐性を無効にするという結果になる。さ
らに、クローニングされたDNA断片の選択が特定代謝
特質の獲得に基〈ならば、適当な組換体プラスミドを受
入した細菌は間助の特定代謝特質に対応する代謝産物が
なくて成長するであろう。そのような菌株は前述の方法
で得られた、そして七nらのプラスミド抽出後の七nら
のDNA全第3図に示す。第5図において、B列は大き
さの基準として用いた基準のDNAを含んでいる。0列
はプラスミドpRO1613、pRO1614を示し、
A列はプラスミドpRO1613、pRO1614のD
NA断片が今やアミノ酸のイソロイシンとL−バリンが
なくて菌株PAO236Q成長さすp R01615と
呼ぶプラスミドを示し、D列はプラスミドpFl。
1613、pRO1614のクローニングされ7’CD
NA断片が今やアミノ酸のL−メチオニンがなくて菌株
PAO236を成長さすpRO1616と呼ぶプラスミ
ドを示す。A列とD列に示す組換え体プラスミドがpR
O1611Lよシ大きいことは明らかである。
これは、組換え体DNA技術の適用により異種のDNA
断片の獲得に関連した期待される関係である。
特定の説明 り工程 遺伝的クローニング・プラスミドを人工的、化学的に誘
導した非伝達性プラスミドの形にする特定の方法および
DNAの代表的断片の遺伝的クローニングへの利用は次
の通りである: (1)遺伝的転移実験に続いて、先祖のプラスミドRP
Iの存在についてのルーチン分析中に突然変異プラスミ
ドの新規性および潜在的有用性の認−識(pRO160
0の発生); (2)特に不規則なプラスミドとして観察さnる小プラ
スミドに抗生物質カルペニシリン耐性用の識別可能な表
現型特質の付加(プラスミドpRO1601の産生); (3)制限エンドヌクレアーゼを用いてプラスミドpR
o 1601の物理的遺伝子地図の作製;(ILI  
プラスミドpRO1601のサイズ縮少(プラスミドp
RO1615の産生)、プラスミドpBR322のプラ
スミドpRO1601への遺伝的クローニング(プラス
ミドpRO16114の産生);および (51DNA組換え技術を用いて、L−インロイシンお
よびL−バリンまたはL−メチオニンのない時に菌株P
AO236による成長と関連した細菌染色体DNAの遺
伝的クローニング。
乙 使用菌株 遺伝的クローニング用プラスミドの発生および確認に用
いた細菌株およびそれらの顕著な特色は次の通りである
: (1)  緑膿菌PAO2:この菌株は緑膿菌1c(A
T CCNα15692)の突然変異体であシ、その成
長および維持にアミノ酸のセリンを必要とする。
(2)緑膿菌PAO2(RPI):この菌株は前記PA
O2(RP 1 ) NRRL−B−12123から細
菌接合のプロセスでプラスミドRPIの付加により前記
菌株PAO2から誘導された。
(3)  シュードモナス・プチダPPOl 51 :
この菌株はシュードモナス・プチダA、3.12(AT
CCNcL12653)の突然変異体であり、その成長
および維持にアミノ酸のヒスチジンを必要とした。
体)螢光菌PF’01111:この分離体は自然界から
分離さnた野生型菌株から誘導された。この菌株のクロ
ーンは52℃以上の温度でその成長と増殖が不能になっ
た。従って、この生理学的特性が細菌の成長を効果的に
抑制する、従ってそのプラスミドは哺乳動物環境全排除
する。螢光菌PF’01ヰ1は成長および維持にアミノ
酸のヒスチジンを必要とする野生型菌株の突然変異体で
ある。
(5)大腸菌EDII!6511:この菌株は大腸菌に
12の誘導された、そしてその成長と維持にアミノ酸の
メチオニンを必要とする。この菌株も突然変異したもの
でDNA’i制限或いは修飾しない。
(6)  アゾトバクタ−・パイネランデイAVM10
0 :これは自然界から分離された菌株である。
(7)肺炎桿菌KPO100:これは自然界から分離さ
れた菌株である。
N81  大腸菌PAO256:この菌株は緑膿菌1c
(ATCCN115692)の突然変異体であり、突然
変異にはインロイシン、バリン、メチオニン、その他の
アミノ酸を必要とした。
前記培養菌は全てミシガン大学医学部の微生物学科の培
養菌集積所に保管されていて、適性な受容菌に自由に利
用できる。そのような培養菌は他の貯蔵所からも入手す
ることができる。
工材料 前記細菌株の日常的な維持および増殖に使用さnた細菌
学的媒質は次の成分を含有した:バクトートリプトン 
      51バクトーイースト・エキス   N7
5.9デキストロース         IJFKNo
、              I11蒸留水    
      1000m固体媒質を使用した時は、滅菌
前にバクト・アガール(15g)を添加した。媒質は1
21℃の温度で15分間オートクレーブで処理すること
により滅菌さ九た。滅菌処理後、前記媒質に抗生物質を
添加して50℃に冷却した。プラスミドDNAが受容菌
に添加され、抗生物質耐性を特定するプラスミドの取込
みおよび維持のための選択が行なわれた。カルペニシリ
ンには0.5 mg / rug、テトラサイクリンに
は大腸菌PAO2i除いて0.025119/Mであっ
た。この菌株に、テトラサイクリンをo、 05 my
/ml (媒質)添加した。
4、温度 シュードモナス・プチダ又は螢光菌を利用する実験は2
5℃で行ない、他の実験は全て57℃で行なった。
これはプラスミドpRo1600に選択遺伝標識の付加
実験(プラスミドpRO1601の生成)である。
この実験には、緑膿菌PA○2(RPI)または緑膿菌
(RP 1/pRo l 600 )から誘導され、部
分的に精製されたDNA懸濁液が緑膿菌PAO2の成長
培養菌に添加された。細菌の形質転換の周知プロセスに
伴う実験操作に続いて、混和物を抗生物質カルペニシリ
ンを含んだ固体媒質の表面に置いた。これを37℃で2
11時間培養した、そして細菌群体の数を計数した。代
表的な実験結果を第1表に示す。カルペニシリンの存在
下で成長できるように選んだこnらの群体は、さらに抗
生物質のテトラサイクリン又はカナマイシンを含む栄養
培地で増殖させた。
第1表に示す結果は、緑膿菌PAO2(RPI/pRO
1600)のDN八へ濁液から得た形質転換体の8%だ
けがカルペニシリン耐性を獲得して、テトラサイクリン
又はカナマイシン耐性は獲得できなかったことを示す。
従って、この結果は、前記技術的背景の検討の所で示唆
したように、Tn 1トランスポゾン全もったpRO1
600が形質転換されたことを示唆する。一方、緑膿菌
PAO2(RPI)のDNA懸濁液を使用して誘導され
た形質転換体は、この菌株が潜在的トランスポゾン受容
菌プラスミドとしてプラスミドI)RO1600を含ま
ないから、カルペニシリンのみに対する耐性をもった形
質転換体全生成しなかった。
実  施  例   2 この実験はプラスミドpRO1601のサイズ減縮(プ
ラスミドpRO1615の生成)およびpBR322D
NAのプラスミド1)RO1601へのクローニング(
プラスミドpRO16114の生成)である。
この実験には、第2表に示す部分的に精動したDNA溶
液を表記群累で処理した。形質転換体は前もってプラス
ミドを受は入れなかった緑膿菌PAO2の細胞を使用し
て選択さ扛た。表記のように処理された種々のDNA標
本との混合の結果として細菌により獲得された抗生物質
耐性は表の右欄に示す。
上記実験から、プラスミドpBR322はそn自身で形
質転換できなかったことが注目される。
従って、プラスミドpRO1601にクローニングされ
た時そのテトラサイクリン耐性の表瑠は、中介体プラス
ミドpRO1601によって提供さnた重要な機能との
共同によるその維持を表わす。
こnは、pRO1600から誘導されたプラスミドにつ
いて広細菌宿主域の実証実験である。
異なる生態的地位および生理学的性質の細菌にDNA組
換え技術を用いてクローニングの実験を行なう、のに本
発明の有用性に関してプラスミドpRO1600(7)
誘導体(pRO1613、pRo 161りの有用性を
示すために、形質転換−受容菌として緑膿菌PAO2以
外の細菌を用いて細菌の形質転換の研究上行なった。代
表的な実験結果を第5表に示す。DNAの生成および抽
出の方法は前記ハンセンおよびオルセンの引例に記載さ
nている。
この研究のために、0,025JI7緩衝溶液に懸濁し
た約α5μsのDNAが約1×10受容菌細胞(0,2
1nlの体積)に添加さ几た。その溶液はレーデルブル
グら、(D、E、Lederburg and S、N
、Cohen。
J、Bact、Vol、 119. pp 1072〜
10711(197J)。
Transformation of 5alnnon
ella typhiniumb’y plasmid
 Deoxyribonucleic Ac1d’)の
方法で0℃と115℃の間をサイクル加熱された。この
混和体は、細菌形質転換の周知方法に伴う実験操作に続
いて抗生物質を含んで固体媒質の表面に置いた。これを
57℃の温度で4g時間培養して細菌群体の数を計数し
た。こnらの実験結果を第5表に示す。
第5表に示した実験は、プラスミドpRo 160 。
から誘導さnたプラスミドの広宿王域の特g1を明示し
ている。使用した菌株での形質転換効率の変動は、多分
問題の菌株に最適でない形質転換プロセスを採用したこ
とに関連していると思われる。
従って、これらの結果の定量的解釈は、形質転換効率の
低い細菌での遺伝的クローニング実験用にプラスミドp
Ro l 600−誘導体の有用性を決、して限定する
ものではない。これらの場合に、問題の細菌株について
の細菌形質転換プロセスにおける改良は、将来において
これらの菌株を用いて形質転換自体の効率を高めるべき
である。
本例は、組換え体プラスミドpROl 61 uf使用
して緑膿菌から染色体DNAの分子クローニングを実証
するものである。
細菌の染色体遺伝子のクローニングにDNA組換え技術
を使用してクローニング実験を行なうのに本発明の有用
性に関して誘導プラスミドpRO1613、pRO16
14の効用を示すべく、アミノ酸のL−イソロイシン、
L−バリンおよびL−メチオニンの生合成と関連した細
菌遺伝子の選択(又は淘汰)および分離のためにクロー
ニング実験を行なった。
染色体およびプラスミドDNAの生成方法は前記ハンセ
ンとオルセンの引例に記載されている。
この実験には、PAOlcから抽出した染色体DNA又
はプラスミドpRO16114DNA約05μIが0.
025 mlの緩衝液に懸濁され、制限エンドヌクレア
ーゼBamHlで消化され友。次にそれぞれの溶液を混
合し、酵素T4リガーゼおよび共同因子で処理した。こ
の混合体は、細菌の形質転換法に伴う実験操作に続いて
、アミノ酸のL−インロイシンとL−バリンの場合、お
よび別のアミノ酸のL−メチオニンの場合を除いて緑膿
菌による成長に必要な栄養素を補給された固体培地の表
面に置かれた。前記選択培地の各々に細菌成長の単一群
体が現わnた(10個の受容菌に1個の頻度)。これら
の組換え体DNAプラスミドが形質転換の受容菌から抽
出される時、得られたDNAはさらに別の受容菌への形
質転換によるテスト時に高形質転換頻度を示す。アミノ
酸の生合成獲得の頻度はこnら実験におけるカルペニシ
リン耐性獲得の頻度に対応する。次に、こnらの解体は
プラスミドDNAの生成のために精鯛、成長さnる。
第5図は緑膿菌PA0256からのプラスミドDNAに
ついてのスラブ・アガロース・ゲル電気泳動写真の一部
を示す。細菌細胞は栄養のブイヨン媒質で成長させ、プ
ラスミドDNAFi第1図に関して記載したように抽出
そして処理さf′した。電気泳動させ;1DNAの試料
は次の通りである二AはL−インロイシン又はL−バリ
ンなしに成長できる形質転換体クローンから抽出したD
NA(pRO1615);Bは大腸菌v517からのD
NAであって、大きさの標準として使用した菌株を含む
多重プラスミド;Cは緑膿WPAO2(pRO1613
、pRO1614)からのDNA;DはL−メチオニン
なしに成長できる形質転換クローンから抽出したDNA
(pRO1616)。これら組換え体プラスミドの算定
した分子の大きさはA列のプラスミドが1LL×10ダ
ルトン、そしてD列のプラスミドがlo、 u x 1
fダルトンである。
インロイシンおよびバリン生成合の組換え体クローン(
A列)又はメチオニン生合成(D列)はプラスミドpR
O1613、pRO1614クローニング・ベクター(
C列)よシ明らかに大きい。この関係は、DNAの組換
え技術を用いて問題のアミノ酸の生成合を導く染色体D
NAの獲得を表わしている。
その組換え体プラスミドは予想通シヵルペニシリン耐性
を保持した。
本発明の新規プラスミドおよびRPIは、国際寄託当局
であるノーザン・リージョナル研究所(Norther
n Regional Re5earch Labor
atory)に寄託さnている、そして次の国際受託番
号で請求することによシ自由に入手できる。また、そn
らプラスミドは内国参照番号で請求することによってミ
シガン大学からも入手することができる:RPI   
        B−12123pR)RPV、460
0        B−1212upRO1601B−
12125 pRo 1613        B−121261)
RO16114B −12127 pRO1615B−121u9 pRo 1616        B −121n 8
以上記載した実験の外に、本発明の範囲内において多く
の実験があシうることは明らがである。
【図面の簡単な説明】
第1図はスラブ・アガロース・ゲル電気泳動図形であっ
て、(A)は先行技術のRPI;(DJは電気泳動の大
きさ基準となる大腸菌V517;(B)のRP1/pR
O1600;および(C,E、およびF)は本発明のプ
ラスミドについてのものである。 第2図は、本発明の望ましいプラスミド(特にpRO1
601,pRO1613、pRO1613、pRO16
14およびpRO1600)についての制限エンドヌク
レアーゼPstIおよびBIII Iの遺伝地図(メガ
ダルトンで表わす)y&:示す。かっこ内の数値は制限
エンドヌクレアーゼ断片の分子の大きさくメガダルトン
で表わす)を示す。水平の実線の上下に示す数値は、プ
ラスミドpRO1600に存在する単一のPatI制限
エンドヌクレアーゼ−DNA分割位置で画定されるゼロ
点からの制限エンドヌクレアーゼ認識位置(メガダルト
ンで表わす)の地図距離である。 第5図はスラブ・アガロース・ゲル電気泳動図形を示し
、[C1は11)RO161ヰ;Bは先行技術による大
腸菌V 517カらのDNA;(A)および(Diはそ
nぞnpRO1611Jの組換え修飾の結果として、L
−インロイシン又はL−バリンおよびL−メチオニンな
しに成長できる形質転換体クロンがらのDNA(1)R
O1615)、およびDNA(+)RO161[))に
ついての図形である。 図面のiうを広−(内容に変更なし) FI G、I FIG、3 手  続  補  正  書(方式) %式% 1、事件の表示 デオキシリポ核酸プラスミドをインビボの細菌宿主に輸
送する方法3、補正する者 事件との関係 特許出願人 4、代愈人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、細菌の接合、形質転換または形質導入のプロセスを
    利用してデオキシリボ核酸プラスミドをインビボの細菌
    宿主に輸送する方法において、 (a)緑膿菌NRRL−B−12124、NRRL−B
    −12125、NRRL−B−12126、NRRL−
    B−12127、NRRL−B−12149およびNR
    RL−B−12148にそれぞれ担われたpRO160
    0、pRO1601、pRO1613、pRO1614
    、pRO1615およびpRO1616から選んだクロ
    ーニング媒体としての第1のプラスミドと、(b)第1
    のプラスミドと第2のデオキシリボ核酸源のエンドヌク
    レアーゼのエンドヌクレアーゼ分割によつて産生された
    第1のプラスミドの組換えプラスミド・リング誘導体か
    ら選んだデオキシリボ核酸プラスミド・リングを線状の
    デオキシリボ核酸断片内に輸送し、該断片の連結反応を
    させて、組換えプラスミドを形成させることからなり、
    前記プラスミド・リングは緑膿菌PAO ATCC 1
    5692 によつて担い運ばれることができると共に、
    広細菌宿主域を有し、プラスミド自身は宿主細菌の細胞
    分裂中にデオキシリボ核酸の複製によつてクローンを発
    生し、クローニング媒体からのデオキシリボ核酸が細胞
    分裂中の組換えプラスミドの複製を制御することを特徴
    とするデオキシリボ核酸をインビボの細菌宿主に輸送す
    る方法。 2、前記組換えプラスミド・リングである第2のDNA
    部分と結合された第1のプラスミド・リング部分が、宿
    主細菌に所定の抗生物質耐性を与える表現型標識を有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の方法
    。 3、前記抗生物質耐性が抗生物質カルペニシリンに対す
    るものであつて、前記プラスミドがpRO1601であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の方法
    。 4、プラスミドpRO1601が緑膿菌NRRL−B−
    12125に担い運ばれることを特徴とする特許請求の
    範囲第3項に記載の方法。 5、前記耐性が抗生物質カルペニシリンおよびテトラン
    リンに対するものであつて、前記プラスミドがpRO1
    614であることを特徴とする特許請求の範囲第2項に
    記載の方法。 6、前記プラスミドが緑膿菌NRRL−B−12127
    に担い運ばれることを特徴とする特許請求の範囲第5項
    に記載の方法。 7、前記プラスミドがpRO1613であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載の方法。
JP61006630A 1980-05-08 1986-01-17 デオキシリボ核酸プラスミドをインビボの細菌宿主に輸送する方法 Granted JPS61234784A (ja)

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DE39743T1 (de) 1983-02-03
JPH0158949B2 (ja) 1989-12-14
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JPS6359677B2 (ja) 1988-11-21

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