본 연구는 200개 이상의 효소에 이론적으로 적용할 수 있는 보편적인 유전 효소 스크리닝 시스템을 이용한 고처리량 스크리닝 방법을 제시합니다. 여기서 단일 스크리닝 시스템은 사용된 기질(p-니트로페닐 아세테이트, p-니트로페닐-β-D-셀로비오시드 및 페닐 포스페이트)을 간단히 변경하여 세 가지 다른 효소(리파아제, 셀룰라아제 및 알칼리성 인산가수분해효소)를 식별합니다.
방법 논문
본 연구는 200개 이상의 효소에 이론적으로 적용할 수 있는 보편적인 유전 효소 스크리닝 시스템을 이용한 고처리량 스크리닝 방법을 제시합니다. 여기서 단일 스크리닝 시스템은 사용된 기질(p-니트로페닐 아세테이트, p-니트로페닐-β-D-셀로비오시드 및 페닐 포스페이트)을 간단히 변경하여 세 가지 다른 효소(리파아제, 셀룰라아제 및 알칼리성 인산가수분해효소)를 식별합니다.
최근 고처리량 단세포 분석 기술의 개발로 대규모 메타유전체학(metagenomic) 라이브러리1의 기능적 활성을 기반으로 하는 새로운 효소를 스크리닝할 수 있게 되었습니다. 우리는 이전에 페놀 또는 p-니트로페놀에 의해 활성화되는 디메틸페놀 조절제를 사용하는 유전자 효소 스크리닝 시스템(GESS)을 제안했습니다. 방대한 양의 자연 효소 반응이 페놀 유래 기질에서 이러한 페놀 화합물을 생성하기 때문에 이 단일 유전자 스크리닝 시스템은 BRENDA 데이터베이스에서 200개 이상의 서로 다른 효소를 스크리닝하는 데 이론적으로 적용될 수 있습니다. GESS의 일반적인 적용 가능성에도 불구하고 스크리닝 프로세스를 적용하려면 최대 유세포 분석 신호에 도달하기 위한 특정 절차가 필요합니다. 여기에서는 GESS를 사용한 메타게놈 전처리 및 유세포 분석 분류기의 작동을 포함하는 개발된 스크리닝 프로세스에 대해 자세히 설명합니다. GESS를 사용한 세 가지 다른 페놀 기질(p-니트로페닐 아세테이트, p-니트로페닐-β-D-셀로비오시드 및 페닐 포스페이트)을 사용하여 각각 세 가지 다른 효소(리파아제, 셀룰라아제 및 알칼리성 인산가수분해효소)를 스크리닝하고 식별했습니다. 선택된 메타게놈 효소 활성은 유세포 분석으로만 확인되었지만, DNA 염기서열분석 및 다양한 in vitro 분석을 통해 추가 유전자 동정을 할 수 있습니다.
최근에 개발 된 높은 처리량 단일 세포 분석 기법은 신규 효소는 기능적 활동을 기반으로 한 대규모 유전자 라이브러리로부터 스크리닝 될 수있다. 단일 세포 수준에서 전사 조절 단백질을 표적 효소 활성의 결과로 생산되는 작은 분자를 감지하여 리포터 유전자의 발현을 유발하기 위해 사용된다. 초기의 방법은 상기 기판은 리포터 단백질이 발현을 유도하는 (SIGEX) 메소드를 스크리닝 기판 - 유도 유전자 발현을 사용 Ralstonia eutropha E2로부터 페놀 분해 오페론의 분리를 포함했다. 슈도모나스 푸티 다 (Pseudomonas putida)의 NhaR은 알데하이드 탈수소 효소 (3)을 선택하기 위해 사용하고, 코리 네 박테 리움 글루 타미 쿰에서 LysG은 다양한 돌연변이 라이브러리 (4)로부터 새로운 L- 라이신 생산 균주의 고 처리량 스크리닝에 이용 하였다.
이전에는 유전 적 효소 screeniNG 시스템 (GESS)는 일반적으로 적용 선별 플랫폼 (5)로 제안되었다. 이 시스템의 P., DmpR을 페놀 인식 디메틸 레귤레이터를 사용 푸티 다. DmpR (E135K) 및 DmpR의 돌연변이는 또한 P의 니트로 페놀 (PNP)의 검출 GESS (PNP-GESS)에 사용될 수있다. 페놀 성 화합물의 제조 표적 효소의 존재에 GESS E. 대장균 세포는 형광 활성화 된 세포 분류기 (FACS)를 사용하여 단일 세포의 신속한 분리를 가능하게하는 형광 신호를 방출한다. 그러나 군 유전체학 효소의 발현은 통상적 인 재조합 효소보다 약한 것으로 보인다; 따라서 GESS 최적의 운전 조건과 함께 5 리보솜 결합 부위 (RBS) 및 종료 서열의 조합을 조사하여 최대 감도와 페놀 성 화합물을 검출하도록 설계되었다.
GESS의 기본적인 장점 중 하나는이 하나의 방법은 이론적으로 오븐의 심사를 수 있다는 것입니다BRENDA 데이터베이스에있는 효소의 어 200 다양한 유형 (표 1에 http : // www.brenda-enzymes.info, 2013.7) 단순히 다른 기판을 사용함으로써. 그것은 그 셀룰라 제, 리파제를 도시하고, 메틸 파라티온 가수 분해 효소 (MPH)의 P의 -nitrophenyl 부티레이트, P의 -nitrophenyl-cellotrioside, 메틸 파라티온, 각각 5 적절한 기질 PNP-GESS을 이용하여 검출 될 수있다. 최근에는 PNP-GESS를 사용하여 식별 소설 효소의 하나 인 알칼리성 포스파타제 (AP)가, 추위 적응 해양 metagenomes 6에서 발견 된 첫 번째 thermolabile의 AP는 것을 입증했다.
여기서, 검사 공정의 상세 PNP-GESS는 5,6- 군 유전체학 라이브러리로부터 새로운 후보 효소를 빠르게 식별 enzymes- 리파아제, 셀룰라아제, 알칼리 포스파타제의 세 가지 유형의 활동을 검출 -and되게된다. 프로세스는 metagenome PNP-GESS로 전처리 및 FL을 운영 포함세포 계측법 분류기를 흐름. 얻은 히트 더 식별 순서가 될 필요가 있지만,이 프로토콜은 유동 세포 계측법 사용하여 효소 활성을 확인하는 단계까지의 절차를 설명합니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
1. PNP-GESS와 군 유전체학 라이브러리를 준비
2. 군 유전체학 라이브러리에서 오판을 제거
3. 군 유전체학 효소 검사
4. 히트 선택 및 효소 활동 확인
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
세 페놀 기판은 제안 된 프로토콜에 따라 태안, 한국의 바다 - 갯벌 퇴적물의 metagenome 라이브러리에서 새로운 군 유전체학 효소를 식별하기 위해 조사 하였다. 라이브러리 건설, 평균 30~40킬로바이트의 metagenome 시퀀스는 E. 기반으로 fosmids에 삽입했다 대장균 F 인자 플리와 셀의 단일 사본으로 제시했다. fosmids 널리 인해 안정적인 전파 8 복잡한 게놈 라이브러리를 구성하기 위해 사용되어왔다 있습니다.
도 1은 음의 정렬과 위양성의 제거 R1 및 R2는 게이트 (도 1 B)을 정렬 한 플러스 히트 선택 하였다 (도 1 A)을 포함하는 스크리닝 프로토콜의 간략한 흐름도를 도시한다. 조회수...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
생체 촉매의 생산 효율을 증가시키는 것은 가장 좋은 천연 효소 소스로 간주됩니다 산업 9 metagenome 기반 바이오 화학의 성공을위한 열쇠입니다. 이러한 의미에서, 그것은 유전자 원의 대부분이 10 탐험되지 않은 metagenome에서 새로운 효소를 선별하는 것이 필수적입니다. 몇몇 선별 방법은 직접 전사 활성화 제 11, 12를 사용하여 효소 제품을 검출하는 개발되어 있지만, 이들 기술은 특정 대사 응답 전사 시스템을 필요로한다. 한편, GESS 페놀 또는 PNP가 기판 태그의 용도에 따라 광범위하게 적용될 수있다. BRENDA 데이터베이스 (이 작업의 세 가지 예를 포함) (표 1), 페놀 또는 PNP 화합물을 제조보고 효소 대부분 가수 분해에 속해 있지만 (EC 번호 3) 분류 효소는 다양 페놀 기판 탐색 및 심지어 인공 설계 기판에 실시천연 기질 대안 크게 스크리닝 시스템의 적용 가능성을 확장 할 수 있기 때문에, 효소 활성을...
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
저자는 공개할 것이 없습니다.
본 연구는 Global Frontier Project 지능형 합성생물학센터(2011-0031944), Next-Generation Biogreen 21 Program(PJ009524), NRF-2015M3D3A1A01064875 및 KRIBB Research Initiative Program의 지원으로 진행되었습니다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| CopyControl | 진원지 | CCFOS110 | Fosmid 라이브러리 제작 키트 |
| CopyControl 유도 솔루션 | 진원지 | CCIS125 | Fosmid 복제 유도 솔루션 |
| EPI300 | 진원지 | EC300110 | 전기 역량 세포 |
| pCC1FOS | 진원지 | CCFOS110 | Fosmid 벡터 |
| 유전자 펄서 Mxcell | Bio-Rad | Electroporation 큐벳 및 전기 천공물 시스템 | |
| FACSAria III | Becton Dickinson | 유세포 분석(FACS 기계) | |
| AZ100M | Nikon | 현미경 | |
| 울트라슬림 | Maestrogen | LED 조명기 | |
| 50-ml 원뿔형 튜브 | BD Falcon | ||
| 14-ml 라운드-바텀 튜브 | BD Falcon | ||
| 5-ml 라운드 바텀 튜브 | BD Falcon | ||
| p-니트로페닐 포스페이 | Sigma-Aldrich | N7653 | Substrate |
| p-nitrophenyl β-D-cellobioside | Sigma-Aldrich | N5759 | Substrate |
| p-nitrophenyl butylate | Sigma-Aldrich | N9876& 주의; | 기판 |
| Luria-Bertani (LB) | BD Difco | 244620 | 트립톤 10 g/L, 효모 추출물 5 g/L, 염화나트륨 10 g/L |
| Super Optimal broth (SOB) | BD Difco | 244310 | Tryptone 20 g/L, 효모 추출물 5 g/L, 염화나트륨 0.5 g/L, 황산마그네슘 2.4 g/L, 염화칼륨 186 mg/L |
| Catabolite 억제 (SOC) | , 0.4 % 포도 | ||
| 2x 효모 추출물 트립톤(2xYT) | BD Difco | 244020 | 카제인 16 g/L, 효모 추출물 10 g/L, 효모 추출물 5 g/L의 췌장 분해 |
| 세포 저장 매체 | 2x YT 육수, 15% 글리세롤, 2% 포도당 | ||
| pGESS(E135K) | dmpR, egfp 유전자와 적절한 프로모터, RBS 및 종결자를 포함하는 DNA 벡터입니다. 에 대한 원고의 참고 문헌 5를 참조하십시오. 자세한 내용은. | ||
| 클로람페니콜 | 시그마 | C0378 | |
| 암피실린 | 시그마 | A9518 | |
| BD FACSDiva | Becton Dickinson | 유세포 분석 소프트웨어 버전 7.0 | |
| PBS | Gibco | 70011-044 | 0.8% NaCl, 0.02% KCl, 0.0144% Na2HPO4, 0.024% KH2OP4, pH 7.4 |
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
이 JoVE 논문의 텍스트 또는 그림 재사용 허가 요청
허가 요청