专利名称：噬菌体φmru多核苷酸和多肽及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及将抑制分子递送至微生物细胞，具体说是产甲烷菌细胞的组合物和方 法。具体说，本发明涉及新鉴定的噬菌体<pmru，包括噬菌体诱导、噬菌体颗粒、噬菌体基因 组、噬菌体多肽以及编码这些多肽的多核苷酸。本发明还涉及用于产生这些多肽的表达载 体和宿主细胞。本发明还涉及使用所公开的噬菌体、多肽、多核苷酸、表达载体和宿主细胞 来探测、靶向并抑制微生物细胞，尤其是产甲烷菌细胞的方法。
背景技术：
在新西兰，农业活动是温室气体排放的主要来源。因此，减少农业温室气体排放对 于新西兰完成京都议定书的义务是重要的。议定书要求在首次承诺期(2008-2012)结束前 温室气体减排至1990年水平。为此，农业部门和新西兰政府成立了田园温室气体研究联合 会(PGGRC)寻求降低新西兰的农业温室气体排放的方法。PGGRC活动的一个重要部分是研究减少来自新西兰放牧反刍动物的甲烷排放量。 出于两个原因，减少反刍动物甲烷排放量具有商业利益。首先，不履行京都议定书承诺将迫 使政府购买碳排放额度。目前预计该项将花费三亿五千万美金。第二，甲烷的产生导致瘤 胃中产生的总能量损耗8-12%。可利用这种能量来提高反刍动物的生产性能。甲烷在瘤胃中由称为产甲烷菌的微生物产生，这种微生物属于古细菌(Archaea) 界广古菌门(euryarchaeota)的一部分。多数产甲烷菌依靠CO2和H2作为它们唯一的能 量来源，但是一些能使用乙酸或甲基化合物生长。瘤胃中中存在多种不同属的产甲烷古菌， 但是甲烷短杆菌属中的种，尤其是反刍甲烷短杆菌(M. ruminantium)和史氏甲烷短杆菌 (M. smithii)被认为是新西兰反刍动物中主要的产甲烷菌，反刍甲烷短杆菌目前是PGGRC 基金资助基因组测序项目的研究对象。该项目第一次对于瘤位产甲烷菌的基因组进行测 序，旨在对甲烷短杆菌(Methanobrevibacter)的生物学建立更好的理解，以发现抑制甲烷 产生的靶点。减少瘤胃中甲烷产生需要抑制产甲烷菌或使其甲烷生成通路失活。一种抑制甲烷 产生的方法是将特异性抑制分子递送至产甲烷菌细胞中。可通过(例如)使用特异性靶向 产甲烷菌的试剂如噬菌体达到这种目的。已对数种非瘤胃产甲烷菌的噬菌体进行表征，但 是没有报道关于能够感染或裂解瘤胃产甲烷菌的噬菌体。因此，鉴定能够感染产甲烷菌细 胞和/或递送抑制剂的噬菌体极具优势。
发明内容
本发明涉及一种分离的噬菌体(pmru，包括本文详述的以整体或部分形式生产的噬菌体颗粒和/或噬菌体基因组，以及分离的噬菌体多核苷酸和多肽。本发明还涉及一种分离的多肽，其包含至少一个选自SEQ ID N0:l-69的噬菌体氨 基酸序列。在一个具体方面，所述多肽包含选自SEQ ID NO :2-5和62-68的氨基酸序列。 另一方面，所述多肽包含SEQ ID NO :63的氨基酸序列。在另一方面，所述多肽为片段，例如 包含至少一个延伸自SEQ IDNO 63中残基32-186的氨基酸序列。本发明还涉及一种分离的多核苷酸，其包含至少一种噬菌体多肽的编码序列。在 一个方面，所述多核苷酸包含至少一个选自SEQ ID NO: 1-69的氨基酸序列的编码序列。在 一个具体方面，所述多核苷酸包含选自SEQ IDNO :2-5和62-68的序列的编码序列。在另一 方面，所述多核苷酸包含SEQ IDNO 63的编码序列。在另一方面，所述多核苷酸包含某编码 序列的片段，该编码序列编码，例如，至少一个延伸自SEQ ID NO 63中残基32-186的氨基 酸序列。在另一方面，本发明涉及一种分离的多核苷酸，其包含选自SEQ IDNO :74_142的 噬菌体核酸序列。.在特定方面，所述多核苷酸包含选自SEQ IDNO :75-78和135-141，或更 具体是SEQ ID N0:136的核酸序列。在另一方面，所述多核苷酸是包含例如延伸自SEQ ID NO 136中核苷酸94-558的核酸序列的片段或寡核苷酸。此外，本发明包括一种分离的多 核苷酸或其片段，该多核苷酸或其片段能与SEQ ID N0:74-142中任一核酸序列杂交。本发 明还包括一种分离的多核苷酸，该多核苷酸含有任一所述核酸序列的互补物、反向互补物、 反向序列或其片段。本发明涉及一种表达载体，其包含含有至少一种噬菌体多肽的编码序列的多核苷 酸。在一个方面，所述表达载体包含至少一个选自SEQ IDNO 1-69的氨基酸序列的编码序 列。在一个特定方面，所述表达载体包含SEQ ID NO :2-5和62-68中至少一个氨基酸序列 的编码序列。在另一方面，所述表达载体包含至少一个SEQ ID NO :63的氨基酸序列的编码 序列。在另一方面，所述表达载体包含至少一个延伸自SEQ ID NO :63中残基32-186的氨 基酸序列的编码序列。在一个具体方面，本发明涉及以完整或部分形式产生如本文详述的噬菌体cpmru 的表达载体。具体说，所述表达载体可产生噬菌体颗粒、噬菌体基因组或修饰的噬菌体，包 括其任何变化形式、衍生物、变体或片段。本发明还涉及包含至少一种表达载体的宿主细胞，例如微生物宿主细胞。本发明尤其涉及本文公开的多肽或多核苷酸的抗体。在某些方面，所述抗体针对 至少一个选自SEQ ID NO 1-69的多肽序列或其片段。在另一方面，所述抗体针对选自SEQ ID NO :74-142的多核苷酸的至少一个片段或其互补或修饰序列。在另一方面，所述抗体包 含与至少一种细胞抑制剂，例如本文详述的抗-甲烷生成化合物(如，溴代乙磺酸)、抗体和 抗体片段、裂解酶、肽核酸、抗微生物肽和其他抗生素产生的一种或多种融合物或偶联物。本发明还涉及例如SEQ ID NO :1_69中至少一项的修饰的噬菌体多肽，其包括如本 文所述的生物学活性变化形式、片段、变体和衍生物。本发明还涉及例如针对SEQ ID NO 1-69中至少一项的修饰的抗体，其包括如本文所述的生物学活性变化形式、片段、变体和衍 生物。本发明还涉及编码这些修饰多肽的多核苷酸，以及所公开多核苷酸的变化形式、片 段、变体和衍生物，包含这些多核苷酸的表达载体以及包含这些载体的宿主细胞。在具体方 面，本发明的组合物和方法使用这些修饰的多核苷酸或多肽，或对应的表达载体或宿主细
5胞。此外，本发明涉及噬菌体多肽，如SEQ ID NO: 1-69中至少一种或其修饰序列，包括 与至少一种细胞抑制剂，如本文详述的抗-甲烷生成化合物(如，溴代乙磺酸)、抗体和抗体 片段、裂解酶、肽核酸、抗微生物肽和其他抗生素形成的融合物或偶联物。本发明涉及一种组合物，该组合物包含分离多肽如SEQ ID N0:l-69中至少一种 或其修饰序列。本发明还涉及一种组合物，该组合物包含针对，例如SEQ ID NO: 1-69中至 少一种或其修饰序列的抗体。本发明还涉及一种组合物，该组合物包含分离的多核苷酸，如 SEQ ID N0:74-142中至少一种或其互补或修饰序列。本发明还涉及一种组合物，该组合物 包含本发明表达载体或本发明含有表达载体的宿主细胞。所述组合物可包含本文所述生物 学活性变化形式、片段、变体和衍生物中的任何一种。所述组合物可包含至少一种细胞抑制 剂(如，作为融合物或偶联物)并可配制成，例如，药物组合物或食品补充剂，具体是反刍动 物饲料组分。本发明还涉及作为按照所公开方法靶向和/或抑制微生物细胞，特别是产甲烷菌 细胞的试剂盒的一部分的本发明组合物。该试剂盒包括a)至少一种本文所列的组合物； 以及b)任选地包括，用其(例如)靶向细胞或抑制产甲烷菌或其他微生物的细胞生长或复 制的使用说明书。本发明涉及一种产生噬菌体的方法，所述方法包括a)在适合产生噬菌体条件下 培养表达载体或含有表达载体的宿主细胞，所述表达载体包含噬菌体基因组的至少一部 分；以及b)从培养物中回收该噬菌体。在特定方面，该噬菌体包含至少一个选自SEQ ID N0:l-69或其修饰序列的多肽。在另一些方面，该噬菌体包含至少一个选自SEQ ID NO: 74-142或其修饰序列的多核苷酸。本发明还涉及一种产生噬菌体多肽的方法，所述方法包括a)在适合多肽表达条 件下培养表达载体或含有表达载体的宿主细胞，所述表达载体包含至少一种噬菌体多肽的 编码序列的至少一部分；以及b)从培养物中回收该多肽。在特定方面，所述多肽包含至少 一个选自SEQ ID NO: 1-69或其修饰序列的氨基酸序列。此外，本发明还涉及一种产生噬菌体多肽的方法，该多肽如SEQ IDN0:1_69中至 少一种，包括与至少一种细胞抑制剂，如本文详述的抗-甲烷生成化合物(如，溴代乙磺 酸)、抗体和抗体片段、裂解酶、肽核酸、抗微生物肽和其他抗生素形成的融合物或偶联物。 此类方法包括a)在适合多肽表达的条件下培养表达载体或包含表达载体的宿主细胞，所 述表达载体包含至少一种噬菌体多肽的编码序列；b)形成噬菌体融合物或偶联物(如，通 过表达融合序列或与细胞抑制剂化学偶联)；以及c)回收该融合物或偶联物。在特定方面， 所述多肽包含至少一个选自SEQ ID NO: 1-69或其修饰序列的氨基酸序列。此外，本发明涉及一种抑制微生物细胞(如抑制其生长或复制)，具体是产甲烷菌 细胞的方法，该方法包括a)任选产生或分离至少一种噬菌体多肽；以及b)将所述细胞与 所述噬菌体多肽接触。在一个特定方面，所述多肽包含至少一个选自SEQ ID N0:l-69或其 修饰序列的氨基酸序列。此外，本发明还包括一种抑制微生物细胞(如抑制其生长或复制)，具体是产甲烷 菌细胞的方法，该方法包括a)任选产生或分离至少一种噬菌体多肽，其还包含至少一种 细胞抑制剂；以及b)将所述细胞与所述噬菌体多肽接触。在一个特定方面，所述多肽包含至少一个选自SEQ ID NO 1-69或其修饰序列的氨基酸序列。本发明还涉及一种检测和/或测定噬菌体水平或对应的噬菌体多肽或多核苷 酸水平的方法，该方法包括1)将来自对象的样品与抗体接触，所述抗体针对噬菌体多肽 (如，SEQ ID NO 1-69中至少一种或其修饰序列)或对应的多核苷酸；和2)检测与样品中 多肽或多核苷酸形成的抗体复合物的存在或水平。此类方法还可用于检测和/或测定微生 物细胞，具体是产甲烷菌细胞的水平。本发明还涉及一种检测和/或测定噬菌体水平或对应的噬菌体多多核苷酸(如噬 菌体编码序列)水平的方法，该方法包括1)将来自对象的样品与互补多核苷酸(如与SEQ ID NO 74-142中任一项或其修饰序列互补的序列)接触；以及2)测定与样品中噬菌体多 核苷酸形成的杂交复合物的存在或水平。此类方法还可用于检测和/或测定微生物细胞， 具体是产甲烷菌细胞的水平。在特定方面，本发明的方法使用体内或体外表达组件。在其它方面，本发明使用重 组、合成或半合成方法产生的多肽，或内源性方法产生的多肽。本发明的其它方面和实施方式如下文所述。附图简要说明用本发明特定实施方式和附图作为参考对本发明进行描述。
图1A-1B.反刍甲烷短杆菌原噬菌体(pmru，显示推定整合位点序列attL和 attR(图1A)和预测的噬菌体功能模块和基因结构(图1B)。图IC 用灭菌空气(氧压)进行噬菌体诱导。图ID 用丝裂霉素C对噬菌体进行初始诱导。图IE 诱导(氧气刺激)和未诱导的反刍甲烷短杆菌的PCR扩增产物的琼脂糖凝 胶电泳。第2和第4泳道英骏公司(Invitrogen)的Ikb DNA梯标记物。第1和第3泳道 分别代表使用引物对R1F-L2R对分离自诱导和未诱导的反刍甲烷短杆菌培养物的DNA进行 PCR的产物。图2.原噬菌体cpmru开放阅读框注释和注解。图3.原噬菌体(pmru开放阅读框注释、功能预测和注解。图4A-4B.反刍甲烷短杆菌原噬菌体Pmni序列信息，包括噬菌体<pmru的编码序列 (图4A)和氨基酸序列(图4B)。图5.噬菌体Cpmru ORF 2058与马尔堡甲烧杆菌(M. marburgensis)的PeiP和沃 氏甲烷杆菌(M-wolfeii)的PeiW的序列比对。图6 使用LogoBar创建的来自反刍甲烷短杆菌的信号肽序列的蛋白质序列标识， 显示了核心共有信号。图7 :0RF2058对反刍甲烷短杆菌静息细胞的抑制效应。图8 :0RF2058对反刍甲烷短杆菌细胞生长和甲烷产生的抑制效应。
具体实施例方式定义如本文所述，“改变的”编码噬菌体多肽的核酸序列包括那些具有不同的核苷酸缺 失、插入或取代，得到优选编码相同或功能等同多肽的多核苷酸的核酸。编码的多肽或抗体
7也可以是“改变的”，并包含氨基酸残基的缺失、插入或取代，产生沉默改变并得到功能等同 的多肽。只要多肽的生物学活性(如细胞结合、细胞通透或细胞裂解)或免疫学活性(如 一个或多个抗体结合位点)得以保留，可在残基的极性、电荷、溶解性、疏水性、亲水性和/ 或两亲特性相似的基础上，有意进行氨基酸取代。例如，带负电的氨基酸可以包括天冬氨酸 和谷氨酸；带正电的氨基酸可以包括赖氨酸和精氨酸；具有亲水性值相似的不带电极性头 部基团的氨基酸包括亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，甘氨酸和丙氨酸，天冬酰胺和谷胺酰胺， 丝氨酸和苏氨酸以及苯丙氨酸和酪氨酸。如本文所用“氨基酸序列”指寡肽、肽、多肽或蛋白质序列及其任何片段，并且指 天然产生的、重组的、合成或半合成的分子。本发明的序列包含至少5、10、15、20、25、30、 35、40、45、50、100、150、200、250 个氨基酸，优选至少 5-10、10-20、20-30、30-40、40_50、 50-100、100-150、150-200或200-250或250-4000个氨基酸，并且优选保持原始序列的生 物学活性(如细胞结合、细胞通透或细胞裂解)或免疫学活性(如一个或多个抗体结合位 点)。当本文引用“氨基酸序列”指代天然产生多肽分子的氨基酸序列、氨基酸序列，以及类 似术语时，并不意于将氨基酸序列限制为与全长分子相关的完整原始氨基酸序列。本文所用“扩增”指产生核酸序列的其它拷贝，通常使用本发明熟知的聚合酶链反 应(PCR)技术操作(Dieffenbach，C. W.和G. S. Dveksler (1995)《PCR引物，实验室手册，冷 泉港出版社，纽约普莱恩维尤》(PCR Primer, a Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Press, Plainview, NY))。
术语“抗体”应理解为最广泛的可能含义，并意于包含完整的单克隆抗体和多克隆 抗体。也意于覆盖抗体片段和衍生物，只要其显示生物学活性。抗体包括免疫球蛋白分子 和免疫球蛋白(Ig)分子的活性部分，即包含特异性结合抗原(与其免疫反应)的抗原结合 位点的分子。这些包括但不限于多克隆抗体、单克隆抗体、嵌合抗体、单链抗体、Fe、Fab、 Fab，和Fab2片段和Fab表达文库。抗体分子涉及IgG、IgM、IgA、IgE和IgD的任何种类，它们之间的差异在于分子中 重链的特性。它们也包括亚类，如IgGl、IgG2和其它。轻链可以是κ链或λ链。本文提 到抗体时包括所有类、亚类和类型。还包括嵌合抗体，例如对于不止一种来源如一种或多种 小鼠、人或反刍动物序列具有特异性的单克隆抗体或其片段。还包括羊驼抗体或纳米抗体。 应理解，本文中提到“抗体”或任何类似术语包括完整抗体，及其任何片段、变化形式、衍生 物或变体。如本文所用术语“生物学活性”或“功能性”指保持一种或多种结构、免疫学或生 物化学功能(如细胞结合、细胞通透或细胞裂解)的多肽。本文所用术语“细胞抑制剂”或“抑制剂”指降低或阻碍微生物细胞，尤其是产甲 烷菌细胞生长或复制的试剂。细胞抑制剂可用于降低或阻碍如细胞分裂。抑制剂可减少或 阻断例如DNA合成、RNA合成、蛋白质合成或翻译后修饰。抑制剂也可降低或阻断参与甲烷 生成通路的酶的活性。抑制剂还可靶向细胞，以便免疫系统组件识别。抑制细胞还包括细 胞杀伤和细胞死亡，例如通过裂解、凋亡、坏死等实现。有用的抑制剂包括但不限于如本文 详述的抗甲烷生成化合物(如溴代乙磺酸)、抗体和抗体片段、裂解酶、肽核酸、抗微生物肽 和其他抗生素。本文所用术语“互补的”或“互补性”指在允许的盐和温度条件下多核苷酸通过碱基配对自然结合。对于序列A-G-T，互补序列是T-C-A，反向互补是A-C-T而反向序列是 T-G-A0两条单链分子间的互补性可以是部分的，即仅有一些核酸结合，或者为完全互补，即 当单链分子间存在完全互补性时。核酸链间的互补程度对于核酸链间杂交的效率和强度有 显著性影响。这对于依赖核酸链结合的扩增反应以及PNA分子的设计和使用尤其重要。本文所用术语“衍生物”指噬菌体多肽的编码核酸或与之互补的核酸的化学修饰 形式。此类修饰包括例如，用烷基、酰基或氨基取代氢。在优选方面，核酸衍生物编码的多 肽保留天然分子的生物学或免疫学功能。衍生多肽是通过糖基化、peg化或任何相似过程修饰的多肽，它保留了其来源序列 的一种或多种生物学功能(如细胞结合、细胞通透或细胞裂解)或免疫学功能。本文所用术语“同源”指一定程度的互补性。可以是部分同源(即，1相同)或完 全同源(即，100%相同)。使用功能性术语“基本同源”指代至少部分抑制相同序列与靶核 酸杂交的部分互补序列。可在低严谨性条件下使用杂交实验(Southern或northern印迹， 溶液杂交等)检验对完全互补序列与靶序列杂交的抑制。基本同源的序列或杂交探针在低 严谨性条件下将竞争并抑制完全同源序列与靶序列的结合。这并不是说低严谨性条件允许 非特异性结合；低严谨性条件需要两条序列的相互结合是特异性(选择性)相互作用。如本文所用术语“杂交”指核酸链通过碱基配对与互补链结合的任何过程。本文所用“插入”或“加入”指对氨基酸或核苷酸序列进行改变，与天然产生的分 子相比，导致加入一个或多个氨基酸残基或核苷酸。本文所用“产甲烷菌”指产生甲烷气体的微生物，包括甲烷短杆 菌(Methanobrevibacter)> 甲；^ 口耆热杆菌(Methanothermobacter)> 甲；^ 微菌 (Methanomicrobium)、甲烧杆菌(Methanobacterium)禾口 甲烧乂V叠球菌(Methanosarcina)。 具体的产甲烷菌包括但不限于反刍甲烷短杆(Methanobrevibacter ruminantium)、史 氏甲烧短杆菌(Methanobrevibactersmithii)、酸个生甲烧短杆菌(Methanobrevibacter acididurans)、巢氏甲烧短杆菌(Methanobrevibacter thaueri)、布氏甲烧杆菌 (Methanobacterium bryantii) > ￥ St ￥ !^υ If lif (Methanobacterium formicicum) > 马尔堡甲烧嗜热杆菌(Methanothermobacter marburgensis)、沃氏甲烧嗜热杆菌 (Methanothermobacter wolfeii)、 f 氏甲;求(Methanosphaerastadtmanae) ￥ 烧微菌(Methanomicrobium mobile)、巴氏甲烧八叠球菌(Methanosarcina barkeri)、梅氏 甲烧W叠球菌(Methanosarcina mazei)、布氏拟甲烧球菌(Methanococcoides burtonii) 和泰氏甲烷叶菌(Methanolobustaylorii)。所有产甲烷菌的属和种均在此术语涵盖范围 内。本文所用“微生物细胞”指天然产生或遗传修饰的微生物细胞，包括古细菌如产甲 烷菌、嗜盐微生物和嗜酸嗜热菌，以及真细菌，如蓝藻、螺旋体、变形细菌以及革兰阳性和革 兰阴性细菌。术语“修饰的”指如本文所述的更改的序列和序列片段、变体和衍生物。本文所用“核酸序列”或“核苷酸序列”指多核苷酸序列、寡核苷酸或其片段，以 及天然、重组、合成或半合成来源的DNA或RNA，它们可以是单链或双链，并可代表正义或 反以链以及编码或非编码区。本发明的序列最优选包括包含至少12、15、30、45、60、75、 90、105、120、135、150、300、450、600、750 个核苷酸，优选至少 15-30、30-60、60-90、90_120、
9120-150,150-300,300-450,450-600或600-750个核苷酸或至少1000个核苷酸或至少 1500个核苷酸的多肽编码序列。应理解的是本文中每一处提及“核酸序列”或“核苷酸序 列”将包括原始、全长序列，及其任何互补序列、片段、变化形式、衍生物或变体。术语“寡核苷酸”指包含至少6、8、10、12、15、18、21、25、27、30或36个核苷酸或至 少12-36个核苷酸或至少15-30个核苷酸的核酸序列，可用于例如PCR扩增、测序或杂交实 验。如本文所用，“寡核苷酸”基本等同于“扩增物”、“引物”、“寡聚物”、“寡核苷酸”以及“探 针”，如本领域通常定义的那样。本文所用“多肽”指本发明的分离多肽，其获自任何物种，优选微生物，以及任何 天然、合成、半合成或重组的来源。具体说，噬菌体多肽可获自产甲烷菌细胞，如甲烷短杆 菌(Methanobrevibacter)细胞，具体是反刍甲烷短杆菌或史氏甲烷短杆菌细胞。对于 重组产生，本发明多肽可获自微生物或真核细胞，例如大肠杆菌(Escherichia)、链球菌 (Str印tomyces)、芽孢杆菌(Bacillus)、沙门菌(Salmonella)、酵母、昆虫细胞如果蝇细 胞、动物细胞如COS和CHO细胞或植物细胞。应理解的是本文中每一处提及“多肽”将包括 原始、全长序列，及其任何片段、变化形式、衍生物或变体。本文中所用单数或复数形式的术语“多核苷酸” 一般指任何核酸序列，例如，任何 聚核糖核苷酸或聚脱氧核糖核苷酸，它可以是未修饰的RNA或DNA，或者修饰的RNA或DNA。 包括但不限于单链和双链DNA，包括单链和双链区的DNA，单链和双链RNA以及包括单链和 双链区的RNA，包含DNA和RNA的杂交分子(可为单链或(更典型的)双链或包含单链和双 链区)。也包括含有RNA或DNA或者RNA和DNA的三链区。具体说，包括mRNA、cDNA和基因 组DNA及其任何片段。该术语包括含有一个或多个修饰碱基如含氚碱基或非常见碱基如肌 苷的DNA和RNA。本发明的多核苷酸可涵盖编码或非编码序列，或正义或反义序列或iRNA 如siRNA。应理解的是本文中每一处提及“多核苷酸”或类似术语将包括全长序列，及其任 何互补序列、片段、变化形式、衍生物或变体。本文所用“肽核酸”或“PNA”指反义分子或抗_基因试剂，其包含通过肽主链连接 的碱基。本文所用术语“反刍动物”指具有瘤胃作为特殊类型消化器官的动物。反刍动物 包括但不限于牛、绵羊、山羊、水牛、麋鹿、羚羊、北美驯鹿和鹿。本文所用术语“严谨条件”或“严谨性”指核酸、盐和温度限定的杂交条件。这些条 件为本领域所熟知，可更改这些条件以鉴定或检测相同或相关的多核苷酸序列。参见例如 Sambrook, J.等(1989)《分子克隆，实验室手册》冷泉港出版社，纽约普莱恩维尤(Molecular Cloning, A LaboratoryManual,Cold Spring Harbor Press,Plainview,NY),以及Ausubel, F. Μ.等(1989)新编分子生物学实验指南，约翰韦利森出版社，纽约(CurrentProtocols in Molecular Biology, John ffiley&Sons,New York，NY)。数种包含低或高严谨性的相等条件 取决于以下因素，如序列的长度和特性(DNA、RNA、碱基组成)、靶点特性(DNA、RNA、碱基组 成)、环境(在溶液中或固定于固体基材上)、盐和其它成分(如甲酰胺、硫酸右旋糖苷和/ 或聚乙二醇)的浓度和反应温度(从低于探针解链温度5°C至低于解链温度约20°C -25°C 的范围内)。可改变一种或多种因素以产生不同于或等同于上述条件的低或高严谨性。术语“对象”包括人或非人动物。非人动物包括但不限于鸟类和哺乳动物，如反 刍动物，具体是小鼠、兔、猫、狗、猪、绵羊、山羊、牛和马。
本文所用术语“基本纯化”或“分离”指从细胞、重组或合成环境中移出的核酸或氨 基酸序列，并且至少至少60%，优选75%并最优选至少90%或至少99%不含它们在细胞、 重组或合成环境中相关联的其它组分。本文所定义“转化”指外源DNA进入并改变接受细胞的过程。可使用本领域所熟知 多种方法在天然或人工条件下进行转化。转化可依赖将外源核酸序列插入原核或真核宿主 细胞的任何已知方法。基于需转化的宿主细胞类型选择方法，可包括但不限于病毒感染、电 穿孔、热休克、脂质转染和粒子轰击。此类“转化”细胞包括稳定转化细胞，其中插入的DNA 能够作为自主复制质粒或作为宿主染色体的一部分进行复制。它们还包括在限定时间期间 瞬时表达插入的DNA或RNA的细胞。如本文所用多肽“变体”指一个或多个氨基酸改变的氨基酸序列。改变变体多核 苷酸的一个或多个核苷酸。变体可导致“保守性”改变，其中取代的氨基酸具有相似结构或 化学特性，如用异亮氨酸取代亮氨酸。更少见的，变体可导致“非保守性”变化，如用色氨酸 替换甘氨酸。类似的小变异还可包括氨基酸缺失或插入或两者均有。使用本领域熟知计算 机程序如LASERGENE软件(DNASTAR)可发现如何确定可对哪一氨基酸取代、插入或缺失而 不破坏生物学或免疫学活性的指南。本发明还涵盖保留多肽的至少一种生物学活性(如细胞结合、细胞通透或细胞裂 解)或免疫学活性的变体。优选的变体是具有基本相同或功能等同序列的变体，例如与公 开序列至少80%和更优选至少90%序列相同的变体。最优选的变体是与本文公开序列 至少95%，至少97%，至少98%，至少99%，至少99. 5%，至少99. 8%或至少99. 9%序列 相同的变体。如下所述通过对需比较的两条序列比对、确定比对部分的相同残基数目、除 以本发明(查询)序列总残基数并乘以100，从而确定相同性百分数。有用的比对程序是 AlignX (载体 NTI)。发明详述甲烷在反刍动物前肠中由产甲烷菌产生，它是瘤胃系统中碳的终末还原产 物。已对甲烷产生通路的多个步骤进行了阐述，主要来自于对非瘤胃产甲烷菌的研究， 但是尚不了解对于使产甲烷菌在瘤胃中生长和持续存在的适应性。反刍甲烷短杆菌 (Methanobrevibacter ruminantium)是新西兰反刍动物体内主要的产甲烧菌。如本文所 述，已经对反刍甲烷短杆菌的基因组进行测序，显示大小约3. 0Mb，GC含量为33. 68%。一 个出乎意料的发现是反刍甲烷短杆菌基因组包括原噬菌体序列(称为(pmru )，该序列具有 编码噬菌体整合、DNA复制和包装、衣壳蛋白质、裂解和溶原性转换功能的独特功能模块。在进行高通量测序时，发现基因组的30_40kb区域在测序克隆中过度出现，因此 发现反刍甲烷短杆菌噬菌体。这表明基因组的一部分以高于通常水平的拷贝数出现，这可 能归因于驻留噬菌体的复制。对过度出现的区域进行研究，预测开放阅读框的详细生物信 息学分析表明它含有噬菌体样基因。已证明噬菌体序列(溶原性转换)远端发现的低GC 区含有预测的DNA硫修饰系统(dnd)，它可能为宿主或外源DNA的提供其它修饰。本文详述 了反刍甲烷短杆菌原噬菌体序列。在本发明的不同方面，可以使用原噬菌体多核苷酸和多 肽作为在瘤胃中抑制产甲烷菌和/或甲烷生成的手段，并进一步阐明反刍甲烷短杆菌在甲 烷形成中的作用。因此，本发明包括噬菌体多肽，包括含有至少SEQ ID NO :1_69中至少一种或其片
11段、变体和衍生物的那些多肽。本发明还包括这些多肽在靶向和抑制微生物细胞，尤其是产 甲烷菌细胞中的应用。本发明还包括该多肽在抑制此类细胞生长或复制中的应用。可表达 本发明的多肽并用于不同的实验以测定其生物学活性。该多肽可用于大规模合成和分离实 验方案，例如，用于商业生产。可使用此类多肽产生抗体，以分离相应的氨基酸序列和对氨 基酸序列水平进行定量测定。本发明的多肽还可用作组合物，例如药物组合物和食品补充 剂，如反刍动物饲料组分。本发明的多肽还具有健康益处。在健康相关方面，产甲烷菌抑制 剂可用于恢复通常以甲烷形式从个体流失的能量。在特定方面，缓释瘤胃装置可与本发明 的多肽和组合物(如药物组合物和食品补充剂)联用。本发明多肽包含选自下组的至少一个序列(a)包含至少一个选自SEQID NO 1-69或其片段、变体或衍生物的氨基酸序列的多肽；(b)包含至少一个选自SEQ ID NO 1-69和其片段、变体的氨基酸序列的功能性结构域的多肽；以及(c)包含的选自SEQ ID NO :1-69或其变体或衍生物的至少一个氨基酸序列的至少一定数目的毗连残基的多肽。在 一个实施方式中，本发明包括含有SEQ ID NO :1-69中至少一个氨基酸序列的分离的多肽。 所有这些序列统称本发明的多肽。本发明还包括编码至少一种噬菌体多肽，包括SEQ ID NO 1_69及其片段、变体和 衍生物的多核苷酸。本发明还包括这些多核苷酸在制备靶向和抑制微生物细胞尤其是产甲 烷菌细胞的表达载体和宿主细胞中的应用。本发明还包括多核苷酸在抑制此类细胞生长或 复制中的应用。本发明的分离的多核苷酸还可用于对或多或少的相关噬菌体进行基因组作 图、物理作图和基因克隆。通过本领域熟知技术如狭缝印迹技术或微阵列技术，可使用根据 本发明多核苷酸设计的探针在细胞中具有充分同源DNA和RNA序列的任何生物体中检测基 因的存在和表达模式。使用本发明多核苷酸设计的引物可用于测序和PCR扩增。本发明的 多核苷酸还可用作组合物，例如药物组合物和食品补充剂，如，反刍动物饲料组分。本发明 的多核苷酸还具有健康益处。对于此类益处，多核苷酸可作为表达载体或含表达载体的宿 主细胞提供。在特定方面，缓释瘤胃装置可与本发明的多核苷酸、载体、宿主细胞和组合物 (如药物组合物和食品补充剂)联用。本发明多核苷酸包含选自下组的至少一个序列(a)包含至少一个选自SEQ ID NO 1-69或其片段或变体的氨基酸序列的编码序列的序列；(b)至少一个选自SEQ ID NO 1-69或其片段或变体的氨基酸序列的编码序列的互补序列、反向序列以及反向互补序列； (c)至少一个选自SEQ ID NO :1-69或其片段或变体的氨基酸序列的编码序列中所含的开 放阅读框；(d)至少一个选自SEQ ID NO :1_69或其片段或变体的氨基酸序列的编码序列的 功能性结构域；以及(e)含有至少一个选自SEQ ID NO: 1-69或其变体的氨基酸序列的编 码序列的至少一定数目的毗连残基的序列。在一个方面，本发明包括包含至少一个选自SEQ ID NO 1-69的氨基酸序列的编码序列的分离多核苷酸。本发明多核苷酸包含选自下组的至少一个序列(a)包含至少一个选自SEQ ID NO 74-142或其片段或变体的核酸序列的序列；(b)至少一个选自SEQ ID NO :74_142或其 片段或变体的核酸序列的编码序列的互补序列、反向序列以及反向互补序列；(c)选自SEQ ID NO :74-142或其片段或变体的核酸序列中所含的开放阅读框；(d)至少一个选自SEQ ID NO :74-142或其片段或变体的核酸序列的编码序列的功能性结构域；以及(e)含有至少一 个选自SEQ ID NO :74-142或其变体的核酸序列的至少一定数目的毗连残基的序列。还提供获自任何公开序列的寡核苷酸探针和引物及其变体。所有这些多核苷酸和寡核苷酸在本 文中统称为本发明的多核苷酸。本领域熟练技术人员应当理解的是，作为遗传密码简并性的结果，可产生大量本 发明多肽的编码核苷酸序列，其中某些序列与任何已知和天然产生的基因的核苷酸序列同 源性很小。因此，本发明考虑到各个和每个可能的核苷酸序列变异，这些变异可通过根据可 能密码子选择密码子组合而产生。根据应用于天然产生的氨基酸序列的标准细菌三联遗传 密码产生这些组合，所有此类变异都被视作已具体公开。编码噬菌体多肽或其片段或变体的核苷酸序列优选在适当选择的严谨条件下能 够与天然产生序列的核苷酸序列杂交。然而，具有优势的是产生编码多肽或其片段或衍生 物的、具有明显不同密码子使用的核苷酸序列。根据宿主使用特定密码子的频率，可选择密 码子以提高特定原核或真核宿主中的多肽表达速率。例如，按照已知方法，可根据大肠杆菌 表达优化密码子。改变多肽及其衍生物的编码核苷酸序列而不改变编码的氨基酸序列的其 它原因包括产生具有更有利特性，如比天然产生序列产生的转录物具有更长半衰期的RNA 转录物。本发明还包括完全通过合成化学产生编码多肽或其片段或变体的DNA序列或其 片段。在合成序列产生后，利用本领域熟知试剂，可将其插入到任何可用的表达载体和细胞 系统中。而且，可使用合成化学在编码多肽或其任何变体或片段的序列中引入突变。本发明 还包括在如 Wahl，G. M 和 S. L. Berger (1987 ；Methods Enzymo 1. 152 399-407)以及 Kimmel， A.R. (1987 ；Methods Enzymo 1. 152 :507_511)所教导的各种严谨条件下，能与要求权利的 核苷酸序列杂交的多核苷酸序列，尤其是SEQ ID N0:74-149中显示的那些及其互补序列。本领域熟知并常用的DNA测序方法可用于实践本发明的任何实施方式。这类方法 可使用如DNA聚合酶I的克列诺片段，SEQUENASE (美国生物化学集团(U. S. Biochemical Corp.)，俄亥俄州克里富兰)(U. S. BiochemicalCorp, Cleveland, OH)，Taq 聚合酶(珀金 埃尔默MPerkin Elmer)，热稳定T7聚合酶(安法马西亚生物技术公司，新泽西州皮斯 卡塔韦)(AmershamPharmacia Biotech Piscataway, NJ)，或者聚合酶和校对核酸外切酶 的组合，如生命技术公司(Life Technologies)(马里兰州盖瑟斯堡)销售的EL0NGASE 扩增系统中找到的那些。优选地，该方法通过机器自动化进行，如汉密尔顿微型实验室 2200 (Hamilton Micro Lab 2200)(内华达州雷诺汉密尔顿)(Hamilton，Reno，NV)，派而特 热循环仪(Peltier Thermal Cycler) (PTC200 ;MJ 研究公司，麻省沃特敦)(MJ Research, Watertown, ΜΑ) ；ABI催化仪(ABI Catalyst)以及373和377DNA测序仪(珀金埃尔默) (Perkin Elmer)或基因组测序仪20 (罗氏诊断公司)(Roche Diagnostics)。可使用部分核苷酸序列并利用本领域所知检测上游序列如启动子和调控元件以 及下游元件如终止子和非编码RNA结构的方法，对多肽的编码核酸序列进行扩展。例如， 可使用的一种方法“位点限制性”PCR使用通用引物以获取与已知基因座相邻的未知序列 (Sarkar, G. (1993)PCR MethodsApplic. 2 :318_322)。具体说，在接头序列引物和已知区域 特异性引物存在的条件下对基因组DNA进行首次扩增。然后对扩增序列进行第二轮PCR，其 中使用相同的接头引物和在第一引物内的另一特异性引物。用合适的RNA聚合酶对每一轮 PCR产物进行转录，用逆转录酶进行测序。另一个有用的方法是反向PCR，也称为IPCR(参见例如，Ochman H，Gerber AS,
13Hartl DL. Genetics. 1988 年 11 月；120 (3) :621_3)。当仅知道靶 DNA 的一个内部序列时， 可使用反向PCR。反向PCR方法包括使用限制性核酸内切酶切割的DNA进行一系列消化和 自连。此种切割在未知序列的任一末端产生已知序列。按照该方法，通过限制性核酸内切 酶消化将靶DNA轻微切割成数千碱基的较小片段。然后在低浓度下诱导自连，引起磷酸主 链重新形成并产生环状DNA连接产物。然后用已知核酸内切酶限制性消化靶DNA。由此在 已知内部序列内产生切割，产生具有已知末端序列的线性产物。然后可利用该产物和与已 知内部序列互补的引物进行标准的PCR。市售毛细管电泳系统可用于分析测序或PCR产物的核苷酸序列的大小或对其进 行确认。具体说，毛细管测序可使用可流动聚合物进行电泳分离，激光激发的四种不同荧光 染料(每种对应一种核苷酸)，用电荷耦合器件照相机探测发射波长。使用合适的软件(如 基因组分型和序列导航者,珀金埃尔默公司)(GENOTYPER and Sequence NAVIGATOR, Perkin Elmer)可将输出/光强度转化为电信号，从上样到计算机分析和电子数据显示均可在计算 机控制下进行。毛细管电泳尤其优选用于对特定样品中少量存在的小片段DNA进行测序。近年来，焦磷酸测序成为一种有用的测序方法。参见例如Ronaghi，M.等1996. 通过探测焦磷酸释放进行实时DNA测序(Real-time DNAsequencing using detection of pyrophosphate release). Anal. Biochem. 242 84~89 ；Ronaghi, Μ.等 1998. ■于实 时焦憐酸的测序方法(A sequencingmethod based on real-time pyrophosphate). Science 281 :363_365 ；Ronaghi,M.等 1999.通过焦磷酸测序分析DNA二级结构(Analyses of secondarystructures in DNA by pyrosequencing). Anal. Biochem. 267 65-71 ； Ronaghi2001. Genome Res. 11 卷，1 期，3-11 ；Nyren,焦磷酸测序历史(The historyof pyrosequencing). Methods Mol Biol. 2007 ；373 1-14。焦磷酸测序的优势是准确、灵活、平 行处理并容易自动化.而且，该技术摈弃了对标记引物、标记核苷酸和凝胶电泳的需要。根 据该方法，聚合酶催化将核苷酸掺入核酸链。掺入的结果是焦磷酸分子释放并由硫酸化酶 转化为ATP。萤光素酶反应产生光，其间萤光素分子被氧化。在加入每种核苷酸后，进行洗 涤步骤以允许反复添加。核苷酸降解酶持续降解核苷酸从而允许加入后续核苷酸。已经成 功将焦磷酸测序作为平台用于大规模测序，包括基因组和巨大基因组分析(参见例如，来 自454罗氏生命科学(Life Sciences/Roche)的基因组测序仪FLX )。研发SOLiD 系统用于测序(参见例如应用生物系统公司，SOLiD 系统应用说 明书，加州福斯特城)(Applied Biosystems. Application Fact Sheetfor the SOLiD System. Foster City，CA)。该方法基于将染料标记的寡核苷酸依次连接于磁珠连接的克隆 扩增DNA片段。在该方法中，通过测量连续连接产生DNA序列。连接反应基于探针识别而 非依次加入，因此不易于累计错误。化学性质大大减少了错误插入或缺失的可能性。连接 步骤和用磷酸酶处理未连接探针能防止移相。此外，经历7个循环的连接后，原始引物从模 板上脱离，新引物杂交以开始对n-1位置的查询。使用这种“重置”相允许降低系统性噪声 并允许更长的阅读长度。此外，使用两碱基编码以区分测量误差与真正的多态性。单一位 点的改变被鉴定为随机误差，并在数据分析中可被软件去除。作为分析平台，SOLiD 系统可 应用于大规模测序，数字基因表达，ChIP和甲基化研究，并在探测基因组变异上尤其有用。在本发明的另一实施方式中，编码多肽的多核苷酸或其片段可用于重组DNA分子 以在合适宿主细胞中指导多肽或其片段或变体的表达。由于遗传编码的固有简并性，可产
14生编码基本相同或功能等同的氨基酸序列的其它DNA序列，这些序列可用于克隆和表达噬 菌体多肽。可使用本领域通常所知方法对本发明的核苷酸序列进行工程改造以根据多种原 因改变氨基酸编码序列，包括但不限于为了改变克隆、加工和/或基因产物表达而进行的 变化。可使用通过随机片段化进行的DNA改组以及对基因片段和合成寡核苷酸的PCR组装 对核苷酸序列进行工程改造。例如，可使用定位诱变插入新的限制性位点，改变糖基化形 式，改变密码子偏好，引入突变等等。在本发明的另一实施方式中，可将天然、修饰或重组的编码多肽的核酸序列连接 至异源序列以编码融合蛋白。例如，编码可被市售抗体识别的嵌合序列可能是有用的。也 可工程改造融合蛋白使其在本发明的多肽和异源蛋白序列间含有切割位点，以便于切割并 纯化该多肽，与异源部分分离。在另一实施方式中，可使用本领域熟知化学方法合成完整或部分形式的多肽编码 序列(参见 Caruthers，Μ. H.等(1980) Nucl. Acids Res. Symp. Ser. 215-223，Horn, Τ.等 (1980) Nucl. Acids Res. Symp. Ser. 225-232)。或者，可使用合成氨基酸序列或其片段的化 学方法产生多肽本身。例如，可使用多种固相合成技术(Roberge，J. Y.等(1995) Science 269 -.202-204 ；Merrifield J. (1963) J. Am. Chem. Soc. 85 :2149_2154)进行多肽合成，使用 例如ABI 431A肽合成仪(珀金埃尔默公司)进行自动合成。可用化学方法合成多肽的各 种片段，并用化学方法组合产生全长分子。可用制备型高效液相色谱分离新合成的多肽(如，Creight0n，T. (1983)蛋白质结 构和分子原则，WH富瑞曼公司，纽约(Proteins Structures andMolecular Principles,WH Freeman and Co. ,New York，NY))。通过氨基酸分析和测序可确认合成多肽的组成(如，埃 得曼降解步骤(Edman degradationprocedure ；Creighton)，同上)。此外，多肽或其任何部 分的氨基酸序列可在直接合成中更改和/或通过化学方法与来自其它蛋白质或其部分的 序列组合以产生变体分子。为了表达生物学活性多肽，可将编码多肽或功能等同物的核苷酸序列插入合适的 表达载体，即包含插入序列转录和翻译必需元件的载体。可用本领域熟练技术人员熟知的 方法构建包含多肽编码序列以及合适的转录和翻译控制元件的表达载体。这些方法包括体外重组DNA技术、合成技术和体内遗传重组。Sambrook, J.等(2001)《分子克隆，实验室手册》冷泉港出版社，纽约普莱恩维尤 (Molecular Cloning,A Laboratory Manual,Cold Spring HarborPress, Plainview,NY), 以及Ausubel，F. M.等(2007)新编分子生物学实验指南，约翰韦利森出版社，纽约(Current Protocols in Molecular Biology, JohnWiley&Sons，New York, NY)述。可使用多种表达载体/宿主系统包含并表达本发明多肽的编码序列。它们包括但 不限于微生物体如重组噬菌体、质粒或粘粒DNA表达载体转化的细菌；酵母表达载体转化 的酵母；病毒表达载体(如杆状病毒)转化的昆虫细胞系统；病毒表达载体(如，花椰菜花 叶病毒CaMV ；烟草花叶病毒TMV)或细菌表达载体(如，Ti或pBR322质粒)转化的植物细 胞；或动物细胞系统。对于细菌，有用的质粒包括英骏公司(Invitrogen)的pET、pRSET、 pTrcHis2和pBAD质粒；诺瓦基公司(Novagen)的pET和ρ⑶F质粒以及西格玛奥德里奇公 司(Sigma-Aldrich)的Director 质粒。对于产甲烷菌，有用的质粒包括但不限于ρΜΕ2001、PMV15和pMPl。具体说，可将大肠杆菌(Escherichiacoli)与表达载体pET—起使用。所 用表达载体或宿主细胞并不限制本发明。“控制元件”和“调节序列”是载体的非翻译区-增强子、启动子、5'和3'非翻译 区一它们与宿主细胞蛋白质相互作用，进行转录和翻译。此类元件的强度和特异性可能不 同。根据所使用载体系统和宿主，可使用任何数量的合适的转录和翻译元件，包括组成型和 诱导型启动子。例如，当克隆进细菌系统时，可使用诱导型启动子，如BLUESCRIPT噬菌粒 (司查塔基公司，加州拉霍亚)(Stratagene, LaJolla, CA)或ρSPORTl质粒(生命技术公 司)(Life Technologies)的杂交IacZ启动子等。可在昆虫细胞中使用杆状病毒多角体蛋 白启动子。可将来源于植物细胞基因组(如，热休克、RUBISC0和存储蛋白质基因)的启动 子或增强子或来自于植物病毒的启动子或增强子(如病毒启动子或前导序列)克隆到载体 中。在细菌系统中，可根据多肽的指定应用对许多表达载体进行选择。例如，当需要大 量多肽时，可使用指导高水平表达易于纯化的融合蛋白的载体。此类载体包括但不限于多 功能大肠杆菌克隆和表达载体如BLUESCRIPT(司查塔基公司)，其中可将多肽编码序列连 接入载体，与β _半乳糖苷酶的氨基末端Met和后续7个残基在相同读框内，从而产生杂合 蛋白；pIN 载体(Van Heeke, G.和 S. Μ· Schuster (1989) J. Biol. Chem. 264 :5503_5509)等。也可采用pGEX载体(普洛麦格公司，威斯康星州麦迪逊)(Promega，Madison, WI)表达多肽与谷胱甘肽-S-转移酶(GST)的融合蛋白。通常，这类融合蛋白可溶，并 容易通过以下方法由裂解细胞纯化吸附于谷胱甘肽琼脂糖珠上，然后在游离谷胱甘 肽的存在下洗脱。可设计此类系统产生的蛋白质以使其包含肝素、凝血酶或Xa因子 蛋白酶切割位点，从而使感兴趣的克隆多肽可按需从GST部分释放出来。在酿酒酵母 (Saccharomycescerevisiae)中，可使用包含组成型或诱导型启动子的多种载体，如α因 子、醇氧化酶禾口 PGH0 参见 Ausubel 等(同上)和 Grant 等(1987)Methods Enzymo 1. 153 516-544的综述。也可使用特异性起始信号达到更有效的翻译本发明多肽编码序列的目的。此类信 号包括ATG启动密码子和相邻序列。当多肽编码序列、其起始密码子和上游序列插入到合 适表达载体的情况下，无需另外的转录或翻译控制信号。然而，当仅插入编码序列或其片段 时，需提供外源的翻译控制信号包括ATG起始密码子。而且，起始密码子应当位于正确的阅 读框中，以保证完整插入物的翻译。外源翻译控制元件和起始密码子可有多种天然或合成 来源。通过包括适合所用特定细胞体系的增强子可增强表达效率，如文献中所述(Scharf， D.等，(1994)Results Probl. Cell Differ. 20 125-162) 此外，可根据宿主细胞株调节插入序列表达或以所期望的方式加工表达多肽的 能力对其进行选择。此类序列的修饰包括但不限于乙酰化、羧化、糖基化、磷酸化、脂化 和酰基化。也可使用切割多肽“前体”形式的翻译后加工以利于正确的插入、折叠和/或 功能。可从美国典型培养物保藏中心(马里兰州贝塞斯达)(American Type Culture Collection(ATCC ；Bethesda, MD)获取具有特定细胞机器或翻译后活性的特征性机制的 不同宿主细胞，选择以保证正确的序列修饰和加工。具体宿主细胞包括但不限于产甲 烷菌细胞，如产甲烷短杆菌细胞，具体说，反刍甲烷短杆菌或史氏甲烷短杆菌细胞。感兴 趣的宿主细胞还包括例如，红酵母(Rhodotorula)、短梗霉菌(Aureobasidium)、酿酒酵母(Saccharomyces)、掷孢酵母(Sporobolomyces)、假单胞菌(Pseudomonas)、欧文氏菌 (Erwinia)和黄杆菌(Flavobacterium)；或其它此类有机体如埃希菌(Escherichia)、乳酸 杆菌(Lactobacillus)、芽胞杆菌(Bacillus)、链霉菌(Streptomyces)等。特定的宿主细 胞包括尤其适于本发明使用的大肠杆菌(Escherichia coli)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、苏云金芽 包杆菌(Bacillus thuringiensis)、才古草芽 包杆菌(Bacillus subtilis)、变青链霉菌(Streptomyces lividans)等。数种技术可将核酸引入体外培养的真核细胞中。它们包括化学方法(Feigner等， Proc. Natl. Acad. Sci.，USA, 84 74137417 (1987) ；Bothwell 等，真核基因克隆和分析方法 (Methods for Cloning and Analysis ofEukaryotic Genes)，编，约翰和巴特勒出版公司， 麻省波士顿(Jones andBartlett Publishers Inc.，Boston, Mass. ) (1990) ；Ausubel 等， 分子生物学简明实验方案(Short Protocols in Molecular Biology)，约翰韦利森公司， 纽约(JohnWiley and Sons, New York, NY) (1992)；以及 Farhood，Annal· NY Acad. Sci.， 716 :2334 (1994))，使用原生质体(Bothwell，同上)或电脉冲(Vatteroni 等，Mutn. Res.， 291:163169(1993) ；Sabelnikov, Prog.Biophys. Mol. Biol. ,62 119 152(1994) ；Bothwell 等，同上；以及Ausubel等，同上)，使用减毒病毒(Davis等，J.Virol. 1996，70 (6)，3781 3787 ；Brinster 等 J.Gen. Virol. 2002,83(Pt 2)，369 381 ；Moss, Dev. Biol. Stan. ,82 55 63(1994)；以及Bothwell等，同上)，以及物理方法(Fynan等，同上Johnston等，Meth. Cell Biol. ,43 (PtA) 353 365(1994) ；Bothwell 等，同上；以及 Ausubel 等，同上)。可通过以下方法将核酸成功递送至动物组织使用阳离子脂质体(Watanabe等， Mol. Reprod. Dev. ,38 268 274(1994))，直接将裸露的DNA或RNA注射入动物肌肉组织 (Robinson 等，Vacc.，11 957 960(1993) ；Hoffman 等，Vacc. 12 1529 1533(1994) ；Xiang 等，Virol.，199 :132 140(1994) ；Webster 等，Vacc.，12 1495 1498(1994) ；Davis 等， Vacc. , 12 1503 1509(1994) ；Davis 等，Hum. Molec. Gen.，2 1847 1851(1993) ；Dalemans 等，AnnNY Acad. Sci. 1995，772，255 256. Conry 等，Cancer Res. 1995，55 (7)，1397-1400) 和胚胎(Naito 等，Mol. R印rod. Dev.，39 153 161(1994)；和 Burdon 等，Mol. R印rod. Dev.， 33:436 442 (1992))，肌肉内注射自我复制的 RNA 疫苗(Davis 等，J Virol 1996,70(6), 3781 3787 ;Balasuriya 等，Vaccine 2002，20 (1112)，1609 1617)或者用“基因枪，，技术皮 内注射DNACJohnston等，同上)。用蛋白质特异性多克隆或单克隆抗体检测和测定本发明多肽表达的各种实验方 案为本领域所知。例子包括酶联免疫吸附实验(ELISA)、放射性免疫(RIA)和荧光激活的细 胞分选(FACS)。可使用与多肽上两个非干扰表位具有反应性的单克隆抗体进行双位点单克 隆免疫实验，也可使用竞争结合实验。这些和其它实验参见Hampton，R.等(1990 ；血清学 方法,实验室手册(Serological Methods, a laboratory Manual)，APS出版社，明尼苏达州 圣保罗)以及 Maddox，D. E.等(1983 J. Exp. Med. 158 1211-1216)等。本领域熟练技术人员了解多种标记和偶联技术，可用于多种核酸和氨基酸实验。 产生标记的杂交或PCR探针用于探测多核苷酸相关序列的方法包括寡核苷酸标记、缺口平 移、末端标记或使用标记核苷酸进行PCR扩增。或者，可将多肽或其任何片段或变体的编码 序列克隆入载体用于产生mRNA探针。此类载体为本领域所知并可购得，可在加入合适RNA 聚合酶如T7、T3或SP6以及标记的核苷酸后用于体外合成RNA探针。可利用安法马西亚生物技术公司、普洛麦格公司和美国生物化学公司(AmershamPharmacia Biotech,Promega and US Biochechemical)生产的多种市售试剂盒进行这些步骤。易于探测的合适报告分子 或标记包括放射性核素、酶、荧光物质、化学发光物质或发色剂以及底物、辅因子、抑制剂、 磁性颗粒等。可在适于表达和从培养物中回收多肽的条件下，复制表达载体或用表达载体转 化的宿主细胞。培养物可包含体外或体内表达组件。体外表达组件包括兔网织红细胞裂 解物、大肠杆菌裂解物和麦芽提取物的体外表达组件，例如，英骏公司(Irwitrogen)的 Expressway 或 RiPs 系统，英特龙生物技术公司(iNtRON Biotechnology)的 Genelator 系统，诺瓦基公司(Novagen)的EcoPro 或STP3 系统，普洛麦格公司(Promega)的TNT 快速偶联系统和凯杰公司(QIAGEN)的EasyXpress系统。产自培养物的多肽可以是分泌的 或细胞内包含的多肽，这取决于序列和/或所用载体。在某些特定方面，可设计编码噬菌体 多肽的表达载体使其包含指导多肽通过原核或真核细胞膜分泌的信号序列。其它构建物可包含利于多肽纯化的氨基酸结构域。此类结构域包括但不限于可 在固化金属上进行纯化的金属螯合肽如组氨酸-色氨酸(如6X-HIS(SEQ ID NO 150))模 块，可在固定免疫球蛋白上进行纯化的蛋白质A结构域，以及在FLAG 扩展/亲和纯化系 统(因缪耐斯集团，华盛顿州西雅图)(Immunex Corp.，Seattle, WA)中所用结构域。可用 的表位标签包括3XFLAG 、HA、VSV-G, V5、HSV、GST、GFP、MBP、GAL4 和 β -半乳糖苷酶。 有用的质粒包括含有生物素标签的质粒(如，普洛麦格公司的PinPoint 质粒)，含有钙调 蛋白结合蛋白的质粒(如司查塔基公司的PCAL质粒)，含有链霉亲和素结合肽的质粒(如 司查塔基公司的InterPlay 质粒)，含有c-myc或FLAG 标签的质粒(如西格玛奥德里 奇公司的免疫沉淀质粒)或含有组氨酸标签的质粒(如凯杰公司的QIAExpress质粒)。为了利于纯化，表达载体可包含可切割的接头序列，如Xa因子或肠激酶(英骏公 司，加州圣地亚哥)的特异性接头序列。例如，载体在纯化结构域和多肽间可包含一个或多 个接头。一种此类表达载体能够用于表达包含本发明多肽的融合蛋白，并提供编码硫氧还 蛋白或肠激酶切割位点前6个组氨酸的核酸。组氨酸残基利于在IMAC(固定金属离子亲和 色谱柱，如Porath，J等(1992) Prot. Exp. Purif. 3 :263_281所述)上纯化，而肠激酶切割位 点则提供一种从融合蛋白中纯化多肽的方法。Kroll, D. J. ^ (1993 ；DNA Cell Biol. 12 441-453)提供了关于包含融合蛋白的载体的讨论。可使用本领域通常所知方法产生本发明抗体，用于纯化或诊断技术。具体说，根据 通常所知的实验方案，可使用多肽或多核苷酸产生抗体。此类抗体可包括但不限于多克 隆、单克隆、嵌合和单链抗体、Fab片段和Fab表达文库产生的片段。本发明尤其优选使用 中和抗体(即抑制功能的那些抗体)。为了产生抗体，可将具有免疫原性的多肽、多核苷酸或其任何片段注射入不同的 宿主，包括山羊、兔、大鼠、人等，以进行免疫。根据宿主种类，可使用不同的佐剂以提高免疫 应答。此类佐剂包括但不限于福氏佐剂、矿物凝胶如氢氧化铝和表面活性物质如溶血卵磷 脂、普流罗尼克多元醇、聚阴离子、肽、油乳剂、钥孔血蓝素和二硝基酚。用于人的佐剂中，尤 其优选BCG (卡介苗)和短小棒状杆菌(Corynebacterium parvum)。用于诱导抗体的多肽或片段优选具有包含至少5个氨基酸，更优选10个氨基酸的 氨基酸序列。优选的是，它们与天然蛋白质氨基酸序列的一部分相同，以及它们可包含小的
18天然产生分子的完整氨基酸序列。可将氨基酸短臂与另一蛋白质如钥孔血蓝素以及抗嵌合 分子的抗体的短臂融合。使用通过连续培养细胞系产生抗体分子的任何技术制备单克隆抗体。这些技术包 括但不限于杂交瘤技术，人B-细胞杂交瘤技术和EBV-杂交瘤技术(Kohler，G.等(1975) Nature 256 :495_497 ；Kozbor, D.等(1985)J. Immunol. Methods 81:31_42 ；Cote, R. J 等 (1983) Proc. Natl. Acad. Sci. 80 2026-2030 ；Cole, S. P.等(1984)Mol. Cell Biol. 62 109-120)。如文献报道，也可通过诱导淋巴细胞在体内生产抗体，或通过筛选免疫球蛋白 文库或高特异性结合试剂板块产生抗体(Orlandi, R.等(1989) Proc. Natl. Acad. Sci. 86 3833-3837 ；Winter, G.等(1991)Nature 349:293-299)。此外，也可使用某些技术产生“嵌合抗体”，如将抗体基因组合以获得具有合适 抗原特异性和生物学活性的分子(Morrison, S. L.等(1984)Proc. Natl. Acad. Sci. 81 6851-6855 ；Neuberger, M. S.等(1984)Nature 312 :604_608 ；Takeda, S.等(1985)Nature 314 452-454)。或者，可通过本领域所知方法改进用于产生单链抗体的技术，以产生特异性 单链抗体。具有相关特异性但独特型组成不同的抗体可通过随机组合免疫球蛋白文库的链 改组产生(BurtonD. R. (1991) Proc. Natl. Acad. Sci. 88 11120-3)。本发明相关领域的技术人员理解术语“双抗体”和“三抗体”。存在包含重链可变 结构域(VH)通过短肽接头与轻链可变结构域(VL)连接的分子，该短肽接头太短以至相同 链上的两个结构域间无法配对。这促使与一条或多条其它链的互补结构域配对，并促进形 成具有两个或多个功能性抗原结合位点的二聚体或三聚体分子。所得的抗体分子可以是单 特异性或多特异性的(如，双抗体的情况下具有双重特异性)。使用本发明涉及领域的标 准方法，如Todorovska等(在癌症靶向中双抗体、三抗体和四抗体的设计和应用(Design and application of diabodies, triabodies and tetrabodies for cancertargeting). J. Immunol. Methods. 2001年2月1日；248(1-2) :47_66)所述，从两种或多种抗体产生此类 抗体分子。也可产生包含特异性结合位点的抗体片段。例如，此类片段包括但不限于可通过 胃蛋白酶消化抗体分子产生的F(ab' )2片段，以及通过还原F(ab' )2片段的二硫桥产生 的Fab片段。或者，可构建Fab表达文库以快速简便的鉴定具有所需特异性的单克隆Fab 片段(Huse, W. D.等(1989) Science254 1275-1281)。可使用不同免疫实验来筛选鉴定具有结合特异性的抗体。本领域熟知使用具有确 定特异性的多克隆或单克隆抗体进行竞争结合或免疫放射实验的多种实验方法。此类免疫 实验通常包括测定多肽或多核苷酸和其特异性抗体间形成的复合物。优选使用与两个非 干扰表位具有反应性的单克隆抗体的双位点单克隆免疫实验，但也可使用竞争性结合实验 (Maddox，同上)。本文所述噬菌体多肽具有靶向、通透和/或抑制细胞的能力，还可作为载体分子 用于将其它抑制剂分子递送入微生物细胞。将化合物偶联至氨基酸的化学方法已经得以 很好的发展，可将多种不同的分子类型与多肽连接。最常见的偶联方法依赖于游离氨基 (α-氨基或Lys)、巯基(Cys)或羧酸基团(Asp、Glu或α _羧基)的存在。可使用偶联方 法通过羧基_或氨基_末端残基将多肽连接至细胞抑制剂。在一些情况下，序列包含多个可 与所选化学物质进行反应的残基。可使用该方法生产包含多于一种细胞抑制剂的多聚物。
19或者，可缩短或选择多肽，使反应性残基位于序列的氨基或羧基末端。例如，在多肽合成中可使用N-a-Fmoc-Ne -l-(4，4-二甲基_2，6 二氧代环亚 己-1-基-3-甲基丁基)-L-赖氨酸，将报告分子如荧光素特异性掺入到赖氨酸残基(Ono 等，1997)。合成后用胼处理去除4，4- 二甲基-2，6- 二氧代环亚己-1-基，偶联5-和6-羧 基荧光素琥珀酰亚胺酯。因此，通过在多肽序列中包含赖氨酸残基，然后与合适的衍生化细 胞抑制剂反应，能够完成抑制剂分子与噬菌体多肽的偶联。还可使用EDC (盐酸1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺)或碳二亚胺偶 联方法。碳二亚胺可激活天门冬氨酸和谷氨酸的侧链羧基基团，以及羧基末端基团，使其成 为伯胺偶联的反应性位点。将活化的多肽与细胞抑制剂混合以产生最终的偶联物。如果细 胞抑制剂首先被活化，那么EDC法将通过N末端α胺并且可能通过Lys侧链中的胺(如果 存在的话)偶联细胞抑制剂。间-马来酰亚胺基苯甲酰基-N-羟基琥珀酰亚胺酯(MBS)是异双功能试剂，可通 过半胱氨酸将多肽连接于细胞抑制剂。半胱氨酸残基的硫醇基团参与偶联。如果所选序列 不包含Cys，通常将Cys残基放置于N-或C-末端以便在高度控制条件下连接多肽与细胞抑 制剂。出于合成的目的，将半胱氨酸置于多肽的N末端是有帮助的。MBS尤其适合用于本发 明。戊二醛可用作通过其氨基将两个化合物连接的双功能偶联试剂。戊二醛在多肽和 细胞抑制剂之间提供了高度灵活的间隔物，以利于呈现。戊二醛是反应性非常高的化合物， 与Cys、Tyr和His进行有限程度的反应。当多肽在其氨基末端仅包含一个游离氨基时，戊 二醛偶联方法尤其有用。当多肽包含不止一个游离氨基时，可形成大型多聚复合物。在一个方面，本发明的多肽可融合于(如通过框内克隆)或连接于(如通过化 学偶联)细胞抑制剂，如抗微生物试剂。其中包括抗微生物肽，例如杀菌/通透性增加 蛋白、阳离子抗微生物蛋白、溶菌酶、乳铁蛋白和犬科抗菌肽(cathelicidins)(如来自 中性粒细胞，参见例如 Hancock 禾口 Chappie，1999，Antimicrob. Agents Chemother. 43 1317-1323 ；Ganz 禾口 Lehrer，1997，Curr. Opin. Hemato1. 453-58 ；Hancock 等，1995，Adv. Microb. Physiol. 37 135-175)。抗微生物肽还包括防御素(如，来自上皮细胞或中性 粒细胞)和血小板杀微生物蛋白(参见例如，Hancock和Chappie，1999，Antimicrob. Agents Chemother. 43 1317-1323)。其它抗微生物肽包括但不限于短杆菌肽S、杆菌肽、 多粘菌素B、鲎素、白细胞抗菌肽(bactenecin)(如，牛白细胞抗菌肽)，牛蛙皮肤抗菌肽 (ranalexin)、天蚕素A(cecropin Α)、尹杜抗菌肽(indolicidin)(如牛尹杜抗菌肽)和乳 酸链球菌素(如细菌乳酸链球菌素)。抗微生物试剂还包括离子载体(ionophores)，它利于离子(如钠)的穿越脂质屏 障如细胞膜进行传播。尤其适合本发明的两个离子载体化合物是RUMENSIN (礼来公司) (Eli Lilly)和拉沙里菌素(Lasalocid)(罗氏公司)(Hoffman LaRoche)。其它离子载体包 括但不限于盐霉素、阿伏霉素、阿瑞辛(aridcin)和阿克拉宁(actaplanin)。其他抗微生 物剂包括青霉素、莫能菌素TM和阿奇霉素、甲硝唑、链霉素、卡那霉素和青霉素，以及β _内 酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类、氯霉素、新生霉素、利福平和氟喹诺酮(参见例如Horn 等，2003, Applied Environ. Microbiol. 69 74-83 ；Eckburg 等，2003, Infection Immunity 71 591-596 ；Gijzen 等，1991，Applied Environ. Microbiol. 57 1630-1634 ；Bonelo 等，1984，FEMS Microbiol. Lett. 21 :341_345 ；Huser 等，1982，Arch. Microbiol. 132 :1_9 ； Hilpert 等，1981，Zentbl. Bakteriol. Mikrobiol. Hyg. IAbt Orig. C 2 :21_31)。尤其有用的抑制剂是阻断或干扰甲烷生成的化合物，包括溴代乙磺酸，如，2-溴代 乙磺酸(BES)或其盐，例如钠盐。钼酸钠(Mo)是硫酸还原抑制剂，可与溴代乙磺酸一起使 用。其它抗甲烷生成化合物包括但不限于硝酸、甲酸、甲基氟、三氯甲烷、水合氯醛、亚硫 酸钠、乙烯和不饱和烃、乙炔，脂肪酸如亚油酸，顺式油酸，饱和脂肪酸，如山嵛酸(behenic) 和硬脂酸，以及陆马嗪(lumazineM例如，2，4-二羟基蝶啶)。其它化合物包括3-溴丙磺 酸盐(BPS)、丙炔酸和2- 丁炔酸乙酯。抗微生物剂还包括裂解酶，包括噬菌体溶菌酶、内溶素、溶菌酶、溶素、噬菌体溶 素、溶肠壁素、胞壁质酶和病毒溶素。有用的酶具有水解细菌细胞壁中特定键的能力。特定 的裂解酶包括但不限于葡萄糖苷酶，它水解肽聚糖中氨基糖(如N-乙酰基胞壁酸和N-乙 酰基葡糖胺)间的糖苷键；酰胺酶，它切割多糖链和交联肽之间的N-乙酰胞壁酰-L-丙氨 酸的酰胺连接；以及内肽酶，它水解肽间连接(如，半胱氨酸内肽酶)，和内异肽酶，它攻击 来自甲烷杆菌科(Methanobacteriacaea)的产甲烷菌的假胞壁质。本文详述的ORF 2058或ORF 2055编码的多肽可用作瘤胃产甲烷菌特异性裂解 酶。可以从新鲜q>mru裂解的反刍甲烷短杆菌细胞中制备天然的酶。或者，可将ORF 2058或 ORF 2055克隆入表达载体并在异源宿主如大肠杆菌中表达。早前利用PeiP和PeiW完成这 项工作，并且在还原条件下该重组蛋白显示对抗甲烷嗜热杆菌(Methanothermobacter)细 胞的活性(Luo等，2002)。可将ORF 2058或ORF 2055裂解酶或任何其它裂解酶用于组合 物，例如，作为反刍动物的饲料添加剂，或者可将其掺入缓释胶囊或药丸装置用于在瘤胃中 长时间递送。可将裂解酶与其它产甲烷菌抑制剂组合或依次使用以避免宿主产甲烷菌适应 并对酶耐受。也可在酶中使用随机和/或靶向突变以避免适应。裂解/溶原开关组件(如 ORF 1981和ORF 1983-0RF1986)可以与裂解酶相似的方式使用。此外，PNA也包括作为抗微生物试剂。PNA是肽-核酸杂交物，其中磷酸主链被 获自N-(2-氨基乙基)-甘氨酸单位的非手性中性主链取代(参见例如优卡生物科学系 列(Eurekah Bioscience Collection).人端粒酶的PNA和寡核苷酸抑制剂(PNA and Oligonucleotide Inhibitors of HumanTelomerase) · G. Gavory 禾口 S. Balasubramanian, 兰登生物科学公司(LandeSBiOSCience)，2003)。通过亚甲羰基连接将A、G、Τ、C碱基连接 于主链的氨基氮上(P. Ε. Nielsen 等，Science 1991. 254 1497-1500 ；M. Egholm 等，Nature 1993. 365 566-568)。PNA以高特异性与互补序列结合，并且相对类似的DNA或RNA，PNA 具有更高亲合力(M. Egholm等，同上)。与对应的DNA/DNA或DNA/RNA双链体相比，PNA/ DNA或PNA/RNA杂交物具有更高的热稳定性(M. Egholm等，同上)。由于非天然酰胺主链不 被核酶或蛋白酶识别，因而PNA还具有高的化学和生物学稳定性(V. Demidov等，Biochem Pharmacol 1994. 48 1310-1313)。通常PNA的长度至少为5个碱基，并包含末端赖氨酸。 可将 PNA PEG 化以进一步延长其寿命(Nielsen, P. Ε.等(1993) Anticancer Drug Des. 8 53-63)。在一个特定方面，本发明的多肽可与细胞抑制剂如抗体或其片段融合(如通过框 架内克隆)或连接(如通过化学偶联)。抗体或抗体片段可靶向微生物细胞，或者特别是产 甲烷菌细胞，或一种或多种细胞组件。例如，可靶向细胞表面蛋白质，如胞外受体。包括免疫球蛋白分子和免疫球蛋白(Ig)分子的免疫活性部分，即包含特异性结合抗原(与其免疫 反应)的抗原结合位点的分子。本发明的多肽在靶向微生物细胞，具体说是产甲烷菌细胞中尤其有用。在特定方 面，可利用该多肽与细胞壁或膜连接或结合，通透细胞和/或抑制细胞的生长或复制。同 样，可使用该多肽瞬时或长时间附着于细胞，或通透细胞壁或膜和/或在胞内环境中累积。 应当理解的是，本发明的噬菌体多肽，以及对应的多核苷酸、表达载体、宿主细胞和抗体可 用于靶向多种微生物，例如，反刍甲烷短杆菌和史氏甲烷短杆菌，前者是反刍动物中的主要 产甲烷菌，后者是人体的主要产甲烷菌。为了实施靶向，可将微生物细胞与噬菌体多肽接 触，如本文详述，所述多肽可分离自一种或多种天然资源，或产自表达载体和/或宿主细 胞，或来自于合成或半合成化学方法。为了增强通透性，可将该多肽与一种或多种信号序列 融合或连接(预测共有序列[ML]KKKK[K] {0，1}X{0，9} [IL] [IFL] [IL] [IL] [IS] [LIA]X{0，4} [LIVF] [LIAV] [Li] [ILV] [LAIV] [ILFV] [LIVF] [SAL] [ILV] [GSA] [AS] [VAI] [SA]A(SEQ ID NO 151)，参见 图 6)。还参见 P6rez-Bercoff，A.，Koch，J.和 Biirglin，Τ· R. (2006) LogoBar 利用柱状图观 察蛋白质标识禾口缺口(LogoBar :bar graphvisualization of protein logos with gaps). Bioinformatics 22，112-114。在特定方面，将该多肽以本文详述的组合物形式递送给对 象，例如通过用于反刍动物的缓释装置递送。在某些实施方式中，将该多肽与细胞抑制剂融合或连接，所述细胞抑制剂包括例 如，抗-产甲烷生成化合物(如溴代乙磺酸)，抗体或抗体片段，裂解酶，肽核酸，抗微生物肽 或其它抗生素。多肽抑制剂以组合物的形式递送给对象以抑制微生物细胞，具体是产甲烷 菌细胞的生长和/或复制。该组合物包含，例如a)分离的噬菌体，噬菌体颗粒，噬菌体基 因组或其变化形式、片段、变体或衍生物；b)分离的噬菌体多肽或其变化形式、片段、变体 或衍生物；c)分离的多核苷酸或其变化形式、片段、变体或衍生物；d)包含该多核苷酸的表 达载体；或e)包含该表达载体的宿主细胞。根据公开的方法，本发明的组合物可专门包装 为试剂盒的一部分，用于靶向、通透和/或抑制微生物细胞，尤其是产甲烷菌细胞。该试剂 盒包括至少一种本文所列组合物；以及用于靶向或通透产甲烷菌或其它微生物细胞，或抑 制其细胞生长或复制的使用说明。在另一实施方式中，本发明涉及上述任何方法所用的与药学上可接受载体联用的 药物组合物。此类药物组合物可包含噬菌体多肽和细胞抑制剂的组合。或者，药物组合物 可包含本文详述的表达载体或宿主细胞。可单独给予该组合物或与至少一种其它药剂，如 稳定化合物联合给予，可利用任何无菌的生物相容性药学载体，包括但不限于盐水、缓冲 盐水、右旋糖和水给与该组合物。该组合物可单独给予对象或与其它药剂、药物(如抗微生 物药物)或激素联合给予。除了活性成分，这些药物组合物还可包含合适的药学上可接受的载体，包括利 于将活性化合物加工成药学可用制剂的赋形剂和辅助剂。在最新版的雷明顿药物科学 (Remington' s Pharmaceutical Sciences)(宾夕法尼亚州伊斯顿的麦克出版公司(Maack Publishing Co. ,Easton,PA))可找到制剂和给药技术的更多细节。本发明使用的药物组合 物可通过任何途径给予，包括但不限于口服、静脉内、肌肉内、动脉内、髓内、鞘内、心室内、 透皮、皮下、腹膜内、鼻内、肠内、局部、舌下或直肠方式。领域熟知的药学上可接受的载体，以口服给药合适剂量，配制用于口服 给药的药物组合物。此类载体使药物组合物可以配制为片剂、丸剂、糖衣剂、胶囊剂、液体、 凝胶剂、糖浆、浆液、混悬剂等，便于对象摄取。可通过以下方法获得口服用途的药物制剂 将活性化合物与固定赋形剂混合，任选将所得混合物研磨，在加入合适的辅助剂后将该混 合物加工成颗粒，获得片剂或糖衣剂芯体。合适的赋形剂是糖或蛋白质填充物，如糖，包括 乳糖、蔗糖、甘露醇或山梨糖醇；来自玉米、小麦、稻米、土豆或其它植物的淀粉；纤维素，如 甲基纤维素、羟丙基甲基-纤维素或羧甲基纤维素钠；胶质物，包括阿拉伯胶和黄芪胶；以 及蛋白质如明胶和胶原。需要的话，可加入崩解剂或增溶剂，如交联聚乙烯吡咯烷酮、琼脂、 藻酸或其盐，如藻酸钠。可口服使用的其它药物制剂包括明胶制成的压接(push-fit)胶囊，以及明胶和 包衣剂(coating)(如甘油或山梨糖醇)制成的密封软胶囊。压接胶囊可包含与填充剂或 粘合剂，如乳糖或淀粉；润滑剂，如滑石粉或硬脂酸镁以及任选稳定剂混合的活性组分。在软胶囊中，活性化合物可溶解或悬浮于含有或不含稳定剂的合适液体，如脂肪 油、液体或液体聚乙二醇中。糖衣剂芯体可与合适的包衣剂，如浓缩糖溶液联合使用，其中还可包含阿拉伯胶、 滑石粉、聚乙烯吡咯烷酮、卡波姆凝胶、聚乙二醇和/或二氧化钛、漆溶液和合适的有机溶 剂或溶剂混合物。可将染料或颜料加入片剂或糖衣剂包衣中，用于标示产品或表征活性化 合物的量，即剂量。可用水性溶液，优选生理相容性缓冲液，如汉克斯溶液、林格溶液或生理缓冲盐水 配制适合胃肠道外给药的药物制剂。水性注射悬液可包含增加悬液粘度的物质，如羧甲基 纤维素钠、山梨糖醇或右旋糖苷。此外，活性化合物的悬液可制备为合适的油性注射悬液。 合适的亲脂性溶剂或运载体包括脂肪油如芝麻油，或合成脂肪酸酯如油酸乙酯或甘油三 酯，或脂质体。也可使用非脂质聚阳离子氨基酸聚合物进行递送。悬液可任选包含合适的 稳定剂或增加化合物溶解度以制备高浓缩溶液的试剂。对于局部或鼻腔给药，在制剂中使 用适合要渗透的特定屏障的渗透剂。本领域通常了解此类渗透剂。本发明的药物组合物可以本领域所知方式制造，如，通过常规的混合、溶解、造粒、 制造糖衣剂、水飞、乳化、包胶、包封或冻干工艺的方法。可以盐的形式提供药物组合物，所 述盐可用多种酸形成，包括但不限于盐酸、硫酸、乙酸、乳酸、酒石酸、苹果酸、琥珀酸等。在 水性或其它质子溶剂中盐比对应的游离碱形式更易于溶解。在其它情况下，优选制剂可以 是包含下列任何或所有成分的冻干粉末l_50mM组氨酸、0. 1% -2%蔗糖和2_7%甘露醇， PH范围为4. 5-5. 5，在使用前与缓冲液组合。药物组合物制备后，可将其放置于合适的容器 中，并贴上用于治疗所示病症的标签。对于本发明组合物的给药，此标签可包含给药量、频 率和方法。适用于本发明的药物组合物包括包含有效量活性组分以达到预期目的的组合物。 对于任何化合物，最初可在细胞实验中，如微生物细胞或具体说，在产甲烷菌细胞中，或在 动物模型中，通常是小鼠、兔、狗或猪或反刍动物如绵羊、牛、鹿或山羊中估计治疗有效剂 量。还可使用动物模型确定合适的浓度范围和给药途径。此类信息还可用于确定有用的给 药剂量或途径。通常给药剂量可以是0.1-100，000微克，甚至总剂量约为Ig或更多，这取 决于给药途径。文献中提供了有关具体剂量和递送方法的指南，本领域实施人员可获得这
23些指南。与递送多肽相比，本领域熟练技术人员将使用不同制剂递送多核苷酸。相似地，多 核苷酸或多肽的递送对于特定细胞、病症、位置等而言是不同的。本领域已知基于噬菌体的疗法，并且已公开此类组合物的制备方法。已描述噬 菌体疗法可用于靶向葡萄球菌(Staphylococcus)(如金黄色葡萄球菌(S. aureus))、假 单胞菌(Pseudomonas)(如绿脓假单胞菌(P. aeruginosa))、大肠杆菌(Escherichia)(如 大肠杆菌(E. coli))、克雷伯菌(Klebsiella)(如臭鼻克雷伯菌(K. ozaenae)、鼻硬结 克雷伯氏菌(K. rhinoscleromatis scleromatis)禾口月市炎克雷伯菌(K. pneumonia))、变 形杆菌(Proteus)、沙门氏菌(Salmonella)、志贺氏菌(Shigella)(参见例如Carlton, R. Μ. (1999). Archivum Immunologiae etTherapiae Experimentalis, 47 267-274 ；Liu, J. φ (2004). Nat. Biotechnol. 22,185-191 ；Projan, S. (2004). Nat. Biotechnol.22, 167-168 ；Sulakvelidze, Α. , Alavidze, Ζ.禾口 Morris, J. G. (2001). Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 45 (3) :649_659 ；ffeber-Dabrowska, Mulczyk, M.禾口 Gorski，A. (2000). Archivum Immunologiae et Therapiae Experimentalis，48 :547_551)。唾菌体疗法比传 统抗微生物剂具有先天的优势，因为噬菌体高度特异，不影响人体中正常微生物；噬菌体不 感染真核细胞，不具有已知的严重副作用；噬菌体可定位于感染位置；并且噬菌体可以指 数级复制，因此这种治疗仅需小剂量，成本通常很低(参见例如Sulakvelidze等，同上)。 关于当前的综述，参见Fischetti VA, Nelson D，Schuch R.重新使用噬菌体疗法部分 力于>@、禾口7 (Reinventing phage therapy -.are the parts greater than the sum ？) NatBiotechnol. 2006 年 12 月；24(12) :1508_11。基于肽和多肽的疗法已作描述，例如白介素融合毒素(denileukindifitox)、 奥曲肽、伐普肽、兰瑞肽、RC-3940系列肽、达必佳、醋酸亮丙瑞林(Iupron)、瑞林、西曲 瑞克(参见例如，Lu等，2006，AAPS J 8 :E466_472)，亥莫西汀(hemocidins)，司他弗平 (staphopains)(参见例如，Dubin 等，2005，Acta Biochemical Polonica, 52 :633_638)，以 及吲哚西汀(indolicidin)，防御素，羊毛硫抗生素，微西汀B17 (microcidin B17)，富组蛋 白(histatins)禾口吗力口宁(maganin)(参见例如，Yeaman禾口 Yount，2003，Pharmacol Rev 55 27-55)。在 Degim 等，2007，Curr Pharm Des 13 :99_117 和 Shai 等，2006，Curr ProtPept Sci, 7:479-486中能够找到肽和多肽疗法的一般性指南。最近批准的基于肽的药物包括 Hematide (合成的基于肽的红细胞生成刺激剂，埃非麦克司公司(Affymax，Inc.))，艾塞 那肽(Exenatide)(合成的肠促胰岛素类似物(exendin) _4，爱麦林/礼来公司(Amylin/Eli Lilly), Natrecor (奈西立肽(nesiritide)，奈西立肽，司可奥斯公司(Scios))，普来纳西 (Plenaxis)(阿巴瑞克，普瑞西斯制药公司(Praecis Pharmaceuticals))和 SecreFlo(促 胰液素，瑞普里根公司(R印Iigen))。实施者根据需要治疗对象相关的因素确定准确剂量。对剂量和给药进行调整以提 供足够水平的活性试剂或维持所需效果。需要考虑的因素包括疾病状况的严重性、对象的 总体健康状况、对象的年龄、体重和性别、饮食、给药的时间和频率、联合用药、对治疗的反 应敏感性以及耐受/响应。根据特定制剂的半衰期和清除率，长效药物组合物可每3-4天， 每周或每两周给予一次。本发明组合物(如药物组合物)尤其有用的是缓释配方或原理。例如，瘤胃内装 置包括但不限于新西兰埃格瑞饲料公司(Agri-Feeds Ltd.，NewZealand)时间胶囊 丸范围，最初由新西兰爱吉研究公司开发(AgResearchLtd.，New Zealand)，如WO 95/19763 和NZ 278977所公开的，以及新西兰奥克兰的纽法姆公司的分支机构纽法姆健康和科 学公司的 CAPTEC(Nufarm Health&Sciences, a division of Nufarm Ltd. , Auckland, NewZealand)，如 AU 35908178，PCT/AU81/100082 和 Laby 等，1984，Can. J. Anim. Sci. 64 (增 刊)337-8所公开的，将所有这些参考文献纳入本文作参考。作为特定的例子，该装置可包 括弹簧和柱塞，迫使组合物穿过同末端的孔。作为另一实施方式，本发明涉及作为水补充物的组合物如进水组合物，和食物补 充剂如反刍动物饲料组分，用于上述任何方法。在特定方面，食物补充剂包含至少一种可食 用的植物材料以及本发明的肽或多肽。或者，食物补充剂包含至少一种可食用的植物材料 以及本文公开的肽或多肽，或编码本文公开的肽或多肽的多核苷酸，例如，表达载体或含有 表达载体的宿主细胞的形式。具体说，组合物还包含与所得序列融合或连接的细胞抑制剂。 优选的植物材料包括干草、草、谷物或粗磨粉中的任一种，例如，豆科干草、禾本科干草、玉 米青贮、禾本青贮、豆科青贮、玉米粒、燕麦、大麦、酿酒谷物、啤酒谷物、大豆粗磨粉和棉籽 粗磨粉。具体说，禾本青贮可用作反刍动物的食物组合物。可对植物材料进行遗传改造，使 其包含本发明的一种或多种组分，如一种或多种多肽或肽、多核苷酸或载体。在另一实施方式中，本发明多肽或多核苷酸的抗体可在监测微生物水平的实验种 用于测定该微生物，尤其是产甲烷菌的存在。同上所述可以相同的方法制备用于诊断目的 的抗体。诊断实验包括使用抗体和标签检测人体体液或细胞或组织提取物中多肽的方法。 可使用修饰或未修饰的抗体，通过共价或非共价方式将报告分子与其结合进行标记。可使 用本领域所知的多种不同的报告分子，上文对其中几个进行了描述。本领域已知用于测量多肽或多核苷酸水平的多种实验方案(如ELISA、RIA、FACS 和印迹法，如SoutherruNortherruWestern印迹)，为测定微生物尤其是产甲烷菌的存在或 水平提供了基础。通过在适合形成复合物的条件下将来自正常对象如正常人或反刍动物 的体液或细胞提取物与抗体组合，从而确定正常或标准水平。利用各种方法可对标准复合 物的形成量进行定量，但优选分光光度法。将对象、对照和治疗样品(如来自治疗对象的样 品)中表达的多肽或多核苷酸的量与标准值进行比较。标准值和对象值之间的偏差确定了 用于测定微生物存在或水平的参数。在本发明的一个特定实施方式中，通过使用特定杂交和/或扩增技术，可将多核 苷酸用于诊断目的。可使用的多核苷酸包括寡核苷酸、互补RNA和DNA分子和PNA。多核苷 酸可用于检测或定量测定样品中的基因表达，其中表达与微生物的存在或水平相关。可使 用诊断实验区分微生物水平的不存在、存在和改变，并在治疗干预中监测水平。在一个方面，可利用与PCR探针的杂交鉴定核酸序列，尤其是基因组序列，其编码 本发明的多肽。无论探针产生于高度特异性的区域，如5’调节区的10个独特核苷酸，或者 较低特异性的区域，如3'编码区，探针的特异性以及杂交或扩增的严谨性(最大、高、中等 或低)将决定该探针是否仅仅识别天然产生的序列、等位基因或相关序列。探针也可用于 检测相关序列，并应该优选包含来自任何编码序列的至少50%核苷酸。本发明的杂交探针 可以是DNA或RNA，并来源于核苷酸序列SEQ ID NO :74_142或其互补或修饰序列，或来自 于包含天然产生序列的启动子、增强元件和内含子的基因组序列。用于产生特异性DNA杂交探针的方法包括将核酸序列克隆入载体以产生mRNA探针。本领域了解此类载体，它们可购得，并且通过加入合适的RNA聚合酶和合适的标记核苷 酸可将它们用于体外合成RNA探针。可通过多种报告基团对杂交探针进行标记，这些报告 基团例如放射性核素如32P或35s，或酶标记，如通过亲和素/生物素偶联系统偶联至探针的 碱性磷酸酶等。多核苷酸可用于Southern或northern分析，点印迹或其它基于膜的技术； 用于PCR技术；或者用于试纸条、狭缝、ELISA实验或微阵列，用来自对象活检的液体或组织 检测微生物的存在和水平。本领域熟知此类定性或定量的方法。在一个特定方面，核酸序列可用于各种标准方法标记的实验，并在适合杂交和/ 或扩增的条件下加入来自对象的液体或组织。孵育合适的时间后，洗涤样品，对信号进行定 量并与标准值比较。如果受试样品的信号量与可比较的对照样品的信号量相比发生了显著 的改变，那么样品中出现核苷酸序列水平的改变表明微生物的出现或水平。还可使用此类 实验评价特定治疗方案在动物研究、临床实验或者监测对象治疗中的效果。为了提供微生物出现或水平的诊断基础，需确定表达的正常或标准特征。通过在 适合杂交和/或扩增的条件下，将来自正常对象的体液或细胞提取物与多核苷酸或其片段 混合，来完成这项实验。通过比较获自正常对象的值与获自使用已知量基本纯化多核苷酸 的实验中的值，可对标准水平进行定量。可将来自正常样品的标准值与来自针对微生物生 长进行治疗的对象的值进行比较。利用标准值和对象值之间的偏差测定微生物的存在或水 平。一旦鉴定了微生物并开始了治疗方案，则在常规基础上进行重复的杂交和/或扩 增实验以评价相对于正常对象中观察到的表达水平，对象中的表达水平是否开始降低。来 自连续实验的结果可用于显示从数天到数月的治疗期间的效果。由核酸序列设计的寡核苷酸的特定诊断应用可包括使用PCR。此类寡聚体可以是 化学合成、酶学方法产生或体外产生的。寡聚体优选由两个核苷酸序列组成，一个为正义方 向(5' ->3')，另一个为反义方向(3' ->5')，在为鉴定具体核苷酸序列或条件的 优化条件下使用。在用于检测和/或定量测定紧密相关的DNA或RNA序列的较低严谨性条 件下，使用相同的两种寡聚物，巢式寡聚物集合或寡聚物简并库。可用于定量测定表达的方法包括放射性标记或生物素化核苷酸，对照核酸共 扩增以及可通过插值获得实验结果插值的标准曲线(Melby，P. C.等(1993) J. Immunol. Methods, 159 :235_244 ；Duplaa，C.等(1993)Anal. Biochem. 229-236)。可通过以 ELISA 形 式进行实验加快多个样品的定量速度，其中感兴趣的寡聚物以各种稀释度出现，通过分光 光度法或比色法进行快度定量。在另外的实施方式中，源自本发明所述任何多核苷酸的寡核苷酸或更长的片段可 用作微阵列中的靶点。可使用微阵列同时监测大量基因的表达水平(产生转录物图像)， 并鉴定遗传变体、突变和多态性。可使用该信息确定基因功能，了解疾病的遗传学基础， 诊断疾病，开发并监测治疗剂活性。在一个实施方式中，根据本领域所知方法制备和使用 微阵列，如 PCT 申请 WO 95/11995 (Chee 等)，Lockhart, D. J.等(1996 ;Nat. Biotech. 14 1675-1680)以及 Schena，M.等(1996 ；Proc. Natl. Acad. Sci. 93 10614-10619)所述。在一个方面，可使用化学偶联步骤和喷墨打印应用设备，如PCT申请WO 95/251116 (Baldeschweiler等)所述在微阵列表面合成寡核苷酸。在另一方面， 可使用类似于斑点或狭缝印迹的“网状”阵列(HYBRID0T设备，生命科技公司(Life
26Technologies))，利用真空系统、热、UV、机械或化学连接步骤将cDNA片段或寡核苷酸安置 和连接至基材表面。在另一方面，可手工或利用可获得的设备、材料或机器(包括多道移液 器或机器人仪器；布林克曼公司，韦斯特伯里，纽约州(Brinkmarm，ffestbury, N. Y.))生产 阵列，该阵列可包括例如24、48、96、384、1024、1536或6144或更多个点或孔(如多孔板)， 或从2-1，000，000的任何倍数，以便充分利用市售仪器。为了用微阵列进行样品分析，从生物制品中抽提多核苷酸。可从任何体液(血液、 尿液、唾液、痰、胃液等)，培养细胞，活检物或其它组织制备物中获取生物样品。为了生产探 针，使用抽提自样品的多核苷酸产生与阵列上核酸互补的核酸序列。如果微阵列由cDNA组 成，则反义RNA是合适的探针。因此，在一个方面，使用mRNA产生cDNA，进而在荧光核苷酸 存在下用cDNA产生片段或反义RNA探针。将这些荧光标记的探针与微阵列孵育，以使探针 序列与微阵列的cDNA寡核苷酸杂交。在另一方面，用作探针的核酸序列可包含使用杂交技 术领域熟知的限制酶、PCR技术和寡聚物标记试剂盒(安法马西亚生物技术公司(Amersham Pharmacia Biotech))产生的多核苷酸、片段和互补或反义序列。在本发明的另一实施方式中，可利用本发明的多肽或其功能性或免疫原性片段或 寡肽通过任何药物筛选技术筛选化合物文库。此类筛选所用片段可在溶液中游离，附加于 固体支持物、携带于细胞表面或定位于细胞内部。可检测多肽和受试物间的结合复合物的 形成。公开的PCT申请WO 84/03564描述了一种药物筛选技术，它可用于高通量筛选对 感兴趣多肽具有合适亲和力的化合物。在该方法中，在固体基质如塑料针或一些其它表面 上合成大量不同的小受试化合物。受试化合物与多肽或其片段反应，然后洗涤。然后利用 本领域熟知方法检测结合的多肽。还可将纯化的多肽直接包被在板上，用于上述药物筛选 技术。或者，可使用非中和抗体捕获多肽并将其固定到固体支持物上。在另一项技术中，可使用竞争性药物筛选实验，其中能够结合多肽的中和抗体与 受试化合物特异性竞争结合该多肽。以此方式，可使用该抗体检测与该抗体具有相同的一 个或多个抗原结合位点的受试化合物的存在。
实施例本文所述实施例用以解释本发明的实施方式。其它实施方式、方法和分析类型在 分子诊断领域的一般技术人员技术范围内，无需在此赘述。其它本领域范围内的实施方式 也应作为本发明的一部分。实施例1 基因组大小估测反刍甲烷短杆菌(Methanobrevibacter ruminantium)菌株 MIt(DSM1093)生长 于BY+培养基中(基本培养基，Joblin等，1990)，该培养基由[g/l]NaCl (1)、KH2PO4 (0. 5)、 (NH4) 2S04 (0. 25)、CaCL2. 2H20 (0. 13)、MgSO4. 7H20 (0. 2)、K2HPO4 (1)、澄清反刍液(300ml)、 dH20(360ml)、NaHCO3(5)、刃天青(0. 2ml)、L-盐酸半胱氨酸(0. 5)、酵母提取物(2)以及巴 赫(Balch)微量元素溶液(IOml)(加入微量元素；Balch等，1979)组成，由(g/Ι)三乙酸 腈(1. 5)、MgSO4. 7H20 (3)、MnSO4. H2O (0. 5)、NaCl (1)、FeSO4. 7H20 (0. 1)、CoCl2. 6H20 (0. 1)、 CaCl2 (0. 1)、ZnSO4. 7Η20(0· 1)、CuSO4. 5Η20(0· 01)、AlK(SO4)2. 12Η20(0· 01)、H3BO3 (0. 01)、 Na2MoO4. 2Η20(0. 01) ,NiSO4. 6Η20(0. 03) ,Na2SeO3(0. 02)和 Na2WO4. 2Η20(0. 02)组成。在液氮中冷冻细胞团并用预冷的无菌臼和杵研磨，抽提基因组DNA。将细胞勻浆液包埋于琼脂糖塞 中，后续操作在栓中进行以减少对基因组DNA的物理剪切。用限制性核酸内切酶进行消化， 用脉冲场电泳(PFGE)分离DNA片段。实施例2 =DNA克隆和测序安进科生物科学公司(美国麻省)(Agencourt Biosciences Corporation (Massachusetts, USA))使用随机鸟枪克隆方案(Fleischmann 等，1995)，马克 基因公司(美国马里兰州洛克维尔)(Macrogen Corporation(Rockville，MD，USA))使用焦 磷酸测序对反刍甲烷短杆菌的基因组DNA进行测序。简单的说，通过随机物理破坏基因组 DNA和电泳分离片段在大肠杆菌中构建反刍甲烷短杆菌的DNA文库。从凝胶中回收40Kb范 围内的大片段，并用于产生大的插入f粘粒文库。回收2-4kb范围的DNA片段并用于产生 小的插入质粒文库。培养大和小的插入文库所得的克隆，回收其f粘粒或质粒DNA并用高 通量测序技术进行测序。对足够数量的克隆进行测序以达到对反刍甲烷短杆菌基因组理论 上8倍的覆盖。在随机剪切的基因组DNA片段上进行焦磷酸测序，并达到理论上10倍的覆
至
ΓΤΠ ο实施例3 序列组装和原噬菌体注释比对DNA序列以找到交叠序列，并利用帕拉赛基因组组装者(ParaceIGenome Assembler)(帕拉赛公司，加利福尼亚州，美国)(Paracel Inc, CA, USA)和Staden软件 包(Staden等，1998)，与来自标准和反向PCR的序列组合组装成毗连序列(毗连群)。使 用开放阅读框(ORF)寻找器GLIMMER (基因定位插值马尔可夫模型ER) (Gene Locator Interpolated Markov Model ER, Delcher 等，1999)分析毗连群，利用缺口 BLASTP(基础 本地比对搜索工具)(Sasic Local Alignment Search Tool (Altschul 等，1997)在国家生 物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information) (NCBI)的非冗余 核苷酸和蛋白质数据库中对每一 ORF进行分析。通过以随机方式人工连接来自8倍草图 噬菌体序列的毗连群产生“假分子”，并提交给基因组研究所(Thelnstitute for Genomic Research) (TIGR，美国华盛顿特区)(TIGR, DC, USA)进行自动注释。用GLIMMER对来自10 倍焦磷酸测序组装的毗连群再次进行分析，并且用GAMOLA (复杂现场Blast DNA序列全局 注释(GlobalAnnotation of Multiplexed On-site Blasted DNA sequences) ；Altermann 和Klaenhammer，2003)对ORF进行自动注释。用直系同源蛋白聚类(COG)数据库根据功能 对 ORF 进行分类(阈值 le-02) (http//www. pnas. org/cgi/content/full/102/l 1/3906 ； Tatusov 等，2001)。分别利用全局和局部比对(http //pfam. wustl. edu)以及标准和片段模式 TIGRFAM HMM 模型(http://www. tigr. org/TIGRFAMs)(阈值 le_02)，使用 PFAM HMM 和 TIGRFAM文库通过HMMER(http://hmmer. wustl. edu)对蛋白基序进行确定。用 TRNASCAN-SE 鉴定tRNA (Lowe和Eddy，1997)，用K0D0N软件包(应用数学公司，美国得克萨斯州奥斯汀) (Applied Maths, Austin, TX, USA)和 REPUTER(Kurtz 和 Schleiermacher，1999)鉴定核苷酸 重复。随后对自动注释进行人工校验。使用GENEWIZ (Jensen等，1999)构建可视化基因组图 集，用定制的内部开发算法产生潜在的数据结构。利用内部开发的软件(PathwayVoyager ； Altermann和Klaenhammer，2005)，从预测的反刍甲烷短杆菌ORF组和KEGG (京都基因与基 因组百科全书)(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，Kanehisa 等，2004)在线数据库重建通路。实施例4 测序结果和分析通过限制性酶消化基因组DNA和通过PFGE测定片段大小进行反刍甲烷短杆 菌基因组大小的估测，表明单条染色体大小约2. 5-2. 9Mb。大和小插入克隆的初始测序 (6倍草图覆盖)以及将序列组装为毗连群表明基因组中40Kb的区域出现频率非常高 (over-represented) ( > 20倍)，特别是在小插入物文库中。可能的原因是在用于DNA抽 提的培养物的生长过程中，高拷贝数的质粒(尽管没有鉴定到染色体外DNA)或溶原性细菌 噬菌体复制。因为这种巨大序列偏向，所以仅对小插入克隆进行再次测序(覆盖2倍理论 基因组)，从Sanger测序中产生最终的8倍覆盖。将8倍草图阶段(phase)序列组装为通 过105个支架连接的756个毗连群。进一步进行焦磷酸测序，以实现额外约10倍的覆盖， 将这些序列掺入组装物使毗连群的数目降至27。使用反向和长范围PCR技术的后续缺口连 接过程使毗连群数目降至14，保留一个错误组装。在高通量测序阶段，观察到序列倾向于覆盖与低G+C区( 12Kb)紧紧相邻的G+C 含量显著较高区域( 50Kb)的方向。通过GAMOLA和GeneWiz对基因组序列进行分析发现 了与巨大低-GC穗(spike)紧邻的显著的高-GC区。对高G+C区的详细分析揭示了存在与 噬菌体相关整合酶、噬菌体末端酶大亚基、噬菌体门户蛋白、噬菌体衣壳蛋白以及预测的用 作噬菌体细胞溶素的肽酶相似的基因产物(图3)。这些基因产物用作预测的反刍甲烷短杆 菌原噬菌体(记做(pmru)的整体结构的锚定位点。基于DNA二级结构的分析，鉴定出可能 的噬菌体整合位点attL和attR(图1A)。att位点的噬菌体整合似乎破坏了 ORF 1980和 2069编码的推定膜蛋白，并且该基因可能具有(pmru噬菌体基因组的原始整合位点attB。基于公认的噬菌体基因组模块化结构以及与序列相似性和功能数据库，确定 cpmru的一般结构(图 1B)禾Π DNA 序列(图 4Α)。参见例如，AltermannE，Klein JRjHenrich B.格氏乳杆菌温和噬菌体(Cp)adh基因组的一级结构和特征(Primary structure and features of the genome of the Lactobacillusgasseri temperate bacteriophage (phi) adh). Gene. 1999 ^ 8 20 H ；236 (2) 333-46 ；Desiere F, Lucchini S, Canchaya C, Ventura Μ, Brussow H. Antonie Van Leeuwenhoek.乳酸细菌中的唾菌体禾口原唾菌体 白勺比㈣-IS^Ef (Comparative genomics of phages and prophages in lactic acid bacteria). 2002年8月；82(1_4) :73_91。成功将预测的Cpmru噬菌体ORF组分类为编码噬 菌体整合、DNA复制和包装、噬菌体结构蛋白以及裂解盒的模块，并且对约40%噬菌体ORF 进行了功能表征。与大量直接或非直接重复侧接并且确定位于DNA复制模块内部的非编码 区中的终止子样结构(244bp)被表征为推定的DNA复制起点。经预测，噬菌体基因组序列 内部的数个基因位于反义链上，它们与低-GC区同时出现。有待确定的是这些基因是否使 噬菌体功能失活或表明噬菌体基因组内的错误组装。发现预测的噬菌体溶素和attR之间的低-GC区具有DNA硫修饰系统，dnd (电泳期 间降解)，包括II型限制性m6腺嘌呤DNA甲基转移酶和可能是dnd系统特异性的转录调节 子。而且，在噬菌体基因组内部或者与噬菌体基因组侧接处鉴定到非编码RNA结构。在预测 的DNA复制模块内部，鉴定到rbcL。rbcL代表来自莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii) 的5' TRRNA稳定元件。该家族被认为参与了 rbcL基因的稳定，rbcL基因编码1，5- 二磷 酸核酮糖羧化酶的大亚基。该家族的突变可导致转录物降解加速50倍。
鉴定出与噬菌体基因组侧接的三组I型内含子结构。I组催化内含子是大的自我 剪切核酶。在广泛的有机体中，它们催化自身从mRNA、tRNA和rRNA前体上剪切。核心二级 结构由9个配对区域组成(P1-P9)。它们主要折叠成为两个结构域-P4-P6结构域(由堆叠 的P5、P4、P6和P6a螺旋组成)和P3-P9结构域(由P8、P3、P7和P9螺旋组成)。该家族 的标注(mark-up) 二级结构仅代表该保守核心。I组催化内含子通常具有插入环区域的长 ORF。这些非编码 RNA 结构位于 ORF 1980 (SEQ ID NO 74)上游，0RF2065 (SEQ ID NO 141) 和attR的下游以及ORF 2069 (SEQ ID NO 142)上游的非编码区。实施例5A:噬菌体基因在反刍甲烷短杆菌基因组序列内发现原噬菌体的序列是预料之外的。此前未有 关于反刍甲烷短杆菌菌株Ml (DSM 1093)对裂解或溶原性噬菌体易感性的报道，尽管有报 道称鉴定出其它甲烷短杆菌种的噬菌体(Baresi和Bertani，1984 ；Knox和Harris，1986)。 (pmru原噬菌体序列的G+C含量显著高于周围反刍甲烷短杆菌基因组，表明它起源于另一有 机体。观察到的同源性水平未表明其起源的明显宿主，这表明(pmru不同于迄今遇见的其它 任何噬菌体。(pmru DNA序列插入到预测的反刍甲烷短杆菌膜蛋白内，并侧接于具有与attL和 attR位点相一致的二级结构的DNA序列。尽管与其它已知蛋白质缺少强烈同源性，但在 cpmru内部可鉴定出噬菌体的所有功能性特征模块。该序列的一个有趣特征是3’末端存在 低G+C区，这与参与DNA硫修饰系统(dnd)的蛋白质显示出同源性。这些基因位于(pmru的 attR依附位点上游，因此可能在噬菌体整合过程中被带进反刍甲烷短杆菌基因组中。该区 域编码多种dnd相关的0RF(dndl、2和3)，以及II型甲基酶亚基和推定的转录调节子。dnd表型促使其DNA在电泳过程中降解。对各dnd的ORF功能进行分析表明宿主 基因组中掺入了硫或含硫物质。还发现Dnd表型存在于不同来源和不同栖息地的各种细菌 种类的DNA中。在代表不同属的多种细菌基因组和海洋生物的eDNA中，发现组织相似的 基因簇，这表明这种修饰是一种广泛的现象。体内(35) S标记实验显示Dnd表型和DNA硫 修饰同时发生于多种代表性细菌的基因组中(Zhou X，He X，Liang J, Li A, Xu Τ, Kieser Τ, Helmann JD, Deng Ζ. frM DNA WJM^ (A novel DNA modification bysulphur). Mol Microbiol.2005 年 9 月；57 (5) 1428-38)。II型R\M系统是最简单最流行的。甲基转移酶和核酸内切酶编码为两个独立蛋白 质并独立作用，而非以复合物的形式工作。没有特异性蛋白质。两种蛋白识别相同的识别 位点因此活性竞争。甲基转移酶以单体形式作用，一次对双连体中的一条链甲基化。核酸 内切酶以同源二聚体形式作用，促进两条链的切割。切割在识别序列附近或内部的预定位 点发生。在这一点上，目前尚不清楚预测的功能如何与dnd系统共同作用。但是，清楚的是 噬菌体能够用作基因递送运载体。具体说，能够利用溶原性转化区作为基因置换的基因座。dnd系统可能被噬菌体转运至反刍甲烷短杆菌中。同样，尚不了解(pmru dnd系统 在保护或修饰反刍甲烷短杆菌或外来DNA中的作用。(pmru序列的另一个有趣的特性是反 义链上编码的ORF数目。这些ORF对应低GC区并与来自多种有机体的蛋白质具有低BLAST 吻合度。这表明在整合入反刍甲烷短杆菌后，这些基因在^""^基因组中累积。尚不清楚这 些ORF是否代表插入正在累积，并最终导致噬菌体失活和驯化，或<pmru是否完全激活。对于减少甲烷特别重要的一个中““^基因是位于裂解盒中的0RF2058。0RF 2058被注释为肽酶，并与肽酶C39家族蛋白具有蛋白家族(Pfam)匹配性(Protein Family(Pfam) match)(评分-13. 7，E值0. 00054)。这些蛋白质是半胱氨酸肽酶，并且是MEROPS肽酶数 据库定义的更大CA肽酶家族的一部分(Rawlings等，2006)。C39肽酶家族常常与ABC转 运蛋白相关联，在细菌素输出和加工中用作成熟蛋白酶。CA肽酶家族还包括病毒半胱氨酸 内肽酶，如切割古菌细胞壁的交联肽的C71古菌噬菌体内异肽酶。属于甲烷杆菌科的产甲 烷古菌的细胞壁包含假胞壁质的平行链，一种被肽交联的N-乙酰基-L-塔罗糖胺糖醛酸 (N-acetyl-L-talosaminurinic acid)的聚合物。C71假胞壁质内异肽酶能够切割古细菌 细胞壁肽交联并能裂解细胞。基于来自马尔堡甲烷嗜热杆菌(Methanothermobacter marburgensis)噬菌体 ΨΜ2(图3)的假胞壁质内异肽酶的位置和同线性，ORF 2058可具有产甲烷菌溶素基因的角 色，其编码参与子代噬菌体释放前的细胞裂解的裂解酶。将ORF 2058与来自马尔堡甲烷杆 菌(Μ. marburgensis)的PeiP和来自沃氏甲烧杆菌(M.wolfeii)的PeiW(图5)进行比对， 显示这些蛋白质间的总体同源性低。然而，参与内异肽酶催化三联体的组氨酸和天冬氨酸 残基具有保守性，另外ORF 2058的半胱氨酸残基位置靠近PeiP和PeiW的保守半胱氨酸， 它形成了催化三联体的第三个保守位点(Makarova等，1999，Luo等，2002)。而且，在ORF 2058中也找到了环绕PeiP和PeiW中催化性His残基的Gly-His-Tyr基序。这些发现表明 ORF 2058是(pmru溶菌素基因，功能是在噬菌体裂解循环中裂解反刍甲烷短杆菌细胞。ORF 2058以及PeiP和PeiW间的差异可能反应了不同的古菌细胞壁肽交联，因此反应了不同的 肽酶底物特异性。实施例5B 噬菌体诱导反刍甲烷短杆菌(Methanobrevibacter ruminantium)菌株 MIt(DSM1093)生长 于BY+培养基中(基本培养基，Joblin等，1990)，该培养基由[g/l]NaCl (1)、KH2PO4 (0. 5)、 (NH4) 2S04 (0. 25)、CaCL2. 2H20 (0. 13)、MgSO4. 7H20 (0. 2)、K2HPO4 (1)、澄清反刍液(300ml)、 dH20 (360ml)、NaHCO3 (5)、刃天青(0. 2ml)、L-盐酸半胱氨酸(0. 5)、酵母提取物(2)以 及巴赫微量元素溶液(IOml)(加入微量元素；Balch等，1979)组成，由(g/Ι)三乙酸腈 (1. 5)、MgSO4. 7H20(3)、MnSO4. H2O (0. 5)、NaCl (1)、FeSO4. 7Η20(0· 1)、CoCl2. 6Η20(0· 1)、 CaCl2 (0. 1)、ZnSO4. 7Η20(0· 1)、CuSO4. 5Η20(0· 01)、AlK(SO4)2. 12Η20(0· 01)、H3BO3 (0. 01)、 Na2MoO4. 2Η20 (0. 01)、NiSO4. 6Η20 (0. 03)、Na2SeO3 (0· 02)和 Na2WO4. 2Η20 (0. 02)组成。当波长600 (OD600)时测量的光密度(OD)介于0. 10-0. 14时，分别用Iml和2ml灭 菌空气( 160至320 μ 1氧气)(图1C)和2 μ g/ml丝裂霉素C (图1D)刺激反刍甲烷短 杆菌。两种刺激均可观察到典型裂解曲线，空气刺激的潜伏时间为 90分钟。丝裂霉素 C刺激的最初结果表明非常短的潜伏期。为了校验从宿主基因组中切除噬菌体，设计两条 寡核苷酸，分别面向两个噬菌体附着位点(RlF :caaagagagattaaagaagcagacg ;SEQ ID NO: 146 以及 L2Ragtagtgttggaatcagtgaaaagg ;SEQ ID N0:147)。如果噬菌体基因组在切除后 再次环化，这对引物则能产生扩增子。图IE描绘了当用空气刺激反刍甲烷短杆菌时，最初的切除实验。诱导后发现清楚 明确的具有期望大小的扩增子，表明成功的切割和再环化。在未诱导的反刍甲烷短杆菌细 胞中也发现相似但微弱的条带，表明在正常非刺激的生长中，(pmru具有自发切割的能力。实施例5C 裂解酶生物实验
ORF 2058编码的多肽可用作瘤胃产甲烷菌特异性裂解酶，并且亚克隆入大肠杆菌 表达载体用于产生重组蛋白。使用引物Mbbruml Ifor22(1122For，cac cat ggt tag att cag cag aga c ；SEQ ID NO 148)禾口 Mbbrum llrev22 (1122Rev, tea tgc agg aca gac aac ata gta g ；SEQ ID NO : 149)通过PCR在150 μ L反应体系中扩增ORF 2058，该反应体系 含121. 5ng反刍甲烧短杆菌菌株Ml基因组DNA ；0. 2 μ M 1122For和1122Rev引物；15 μ L Accuprime Pfx 缓冲液(含 dNTP，英骏公司(InVitrogen)) ；2. 4μ L Accuprime Pfx(英骏 公司)。PCR条件为95°C 2分钟初始变性，然后进行35个下述循环95°C 15秒、55°C 30秒 和68°C 40秒。无需最后的延伸步骤。纯化PCR产物，并用Nanodrop (赛默飞世尔科技公 司，美国佐治亚州)定量。ORF 2058克隆根据厂商推荐，将PCR-扩增ORF 2058克隆入pET 100或pET 151-D Topo载体(英骏公司)中，并转化到化学感受态TOP 10细胞(英骏公司)中。用菌 落PCR分析转化子，纯化质粒DNA并测序。选择具有匹配ORF 2058的DNA序列的克隆。ORF 2058表达利用电穿孔将来自含有经校验的ORF 2058插入物的克隆的质粒 DNA转化到电感受态BL21*或Rosetta 2细胞中。发现表达可溶性ORF 2058蛋白的最佳生 长条件是LB培养基，在吸光度600为0. 48-0. 6时用0. 5mM IPTG进行诱导，并在30°C继续 培养6小时。然后离心收集细胞并冻存于-20°C。细胞裂解融解细胞团块，并重悬于下列缓冲液中(pH 7.5) :300mMNaCl,2mM DTT、10mM 咪唑、20mM Tris、20%甘油、1 % Triton_X、5mMCaCl2 和 IOmM MgCl20 加入溶菌酶 终浓度为lmg/ml，然后在冰上轻轻搅拌30min。加入DNA酶I和RNA酶I，终浓度均为5 μ g/ ml，然后在冰上轻轻搅拌30分钟。将细胞裂解物在12，OOOrpm离心15分钟，用0. 8 μ m滤 器过滤粗提裂解物。镍亲和层析将来自细胞裂解步骤的过滤上清液施加于SOmL镍亲和柱，并用含 20mM-250mM咪唑的下列缓冲液(pH 7. 5)梯度洗脱300mMNaCl、2mM DTT、20mM Tris和20% 甘油。用装有10，OOOkDa分子量截止膜的密理博超滤小室浓缩从层析柱上洗脱的含有所表 达ORF 2058蛋白的组分。利用下列洗脱缓冲液从镍柱上洗脱大肠杆菌BL21*细胞中表达 的 ρΕΤΙΟΟ 中的 ORF 2058 构建物pH 8. 2 (20mM Tris、250mM咪唑、300mMNaCl、IOmM b-巯基 乙醇、10%甘油)，并且在另外加入甘油和二硫苏糖醇的缓冲液中储存酶，该缓冲液的终浓 度为40%甘油，ImM 二硫苏糖醇，pH8. 2。脱盐使用含下列缓冲液(pH7.0) :20mM MOPSUmM DTT、300mMNaCl 和 20%甘油 的 250mL BioGel P6DG (伯乐公司，美国加州)(BioRad，CA，USA)柱对 Rosetta 2 细胞中 pET 151构建物表达的浓缩蛋白进行脱盐。如上所述浓缩来自柱的组分，将最终样品过滤并用液 氮速冻，然后储存于-20°C。裂解静息的反刍甲烷短杆菌细胞在含BY+培养基的亨盖特试管(Himgate tube) 中将5ml反刍甲烷短杆菌Ml (DSM 1093)的培养物培养至对数后期，室温下5，OOOx离心30 分钟收集亨盖特试管中的细胞。将细胞移至无氧室中(95%C02-5%H2，科艺实验室产品公 司，美国密歇根州)(CoyLaboratory Products, MI, USA)，弃去上清，将来IOml培养物的细 胞重悬于Iml MOPS缓冲液pH 6. 8 (50mM M0PS,5mM CaCl2, ImM 二硫苏糖醇)中。用另外的 MOPS缓冲液稀释细胞悬液，将其0D(600nm)调整至 0. 12。将标准细胞悬液(50 μ 1)分配至微孔板中，加入不同浓度的ORF 2058裂解酶(由
32PET 100构建物制备)，用缓冲液将反应总体积补至250ml。在37°C孵育细胞和蛋白混合物， 并记录OD读值。在静息反刍甲烷短杆菌细胞中加入酶(每个实验加入的酶yg数)的效 果如图7所示。与未加入酶的对照细胞相比，酶的加入以剂量依赖方式降低悬浮细胞的OD 600nm读数。这表明ORF 2058裂解酶能够在无氧条件下攻击和裂解反刍甲烷短杆菌静息细 胞。裂解生长的反刍甲烷短杆菌细胞反刍甲烷短杆菌生长于RM02培养基中。RM02 培养基由下列组分组成(g/L) =KH2PO4 (1.4), (NH4)2SO4 (0.6)、KCl (1.5)、微量元素溶液 SLlO(Iml)、硒/钨溶液(Iml)、0· 1% (w/v)刃天青溶液(4滴)。将组分混合并在无氧100% CO2的条件下煮沸，用100% CO2鼓泡并在冰浴中冷却。冷却后加入NaHCO3 (4. 2g)和L-盐 酸半胱氨酸·Η20(0. 5g)，将9. 5ml培养基分配至亨盖特管中，用100% CO2对试管进行通气。 将试管高压灭菌，使用前避光储存24h。接种前，加入NoSubRFV (每管0. 5ml，包含底物、酵 母提取物、维生素)。接种后用80%C02/20%H2通气至251b/in2。反刍甲烷短杆菌生长至 对数中期(OD 600nm 0. 1)，这时加入不同浓度的ORF 2058裂解酶(由pET 151D Topo 克隆制备)。继续孵育培养物并记录OD读数。加入酶对反刍甲烷短杆菌生长和甲烷形成 (以括号表示生长217小时后相对未加入对照的％甲烷产生)的影响如图8所示。结果显 示ORF 2058裂解酶以剂量依赖方式显著影响反刍甲烷短杆菌生长，在加入2小时内降低生 长培养物的OD 600。两次最高水平的酶加入也减少了甲烷形成，与加入氯仿(ΙΟΟμΙ/ΙΟπιΙ 培养物)的程度相似。实施例6:概述反刍甲烷短杆菌基因组测序中的一个意外发现是存在原噬菌体序列。对于基因组 序列的分析鉴定出异常高GC含量区，其中包含多种噬菌体相关的基因。进一步的生物信息 学分析鉴定出预测的原噬菌体的整体结构，并称其为(pmru。将约40%的噬菌体基因指定为 不同的功能组，包括噬菌体整合、DNA复制和包装、噬菌体结构蛋白质和裂解。发现侧接噬 菌体基因组的DNA序列代表潜在的噬菌体整合位点(attL和attR)。噬菌体似乎将其本身插入到反刍甲烷短杆菌的推定膜蛋白中，该蛋白可能含有 (pmru噬菌体基因组的原始产甲烷菌整合位点，attB.而且，发现于DNA复制模块内的终止 子样结构被认为代表了噬菌体DNA复制起点。噬菌体基因组3'末端的低-GC区含有似乎 是DNA硫修饰系统的组件，包括可能控制dnd系统表达的基因。这些基因可能在噬菌体整合 的过程中被带入反刍甲烷短杆菌的基因组中，并且其在修饰噬菌体、宿主或外源DNA方面 的角色还有待阐明。反刍甲烷短杆菌对于dnd系统的保留表明它使宿主受益。然而，(pmru dnd系统在反刍甲烷短杆菌或外源DNA修饰中的作用还有待研究。cpmru序列的另一有趣特点是对应低GC区且与各种有机体蛋白质匹配性较低的反 义链编码基因的数目。这表明这些基因在其整合入反刍甲烷短杆菌之后在cpmru的基因组 中积累，这些基因可能代表正在进行之中的插入建立，也许最终导致噬菌体失活和噬菌体 驯化。与反刍甲烷短杆菌基因组相比(pmru噬菌体序列的高GC含量表明它起源于另一有机 体。然而，之前的宿主并未明确，因为与其它迄今为止已知的噬菌体相比(pmru蛋白质显示 出某种独特性。关于减少甲烷的尤其让人感兴趣的(pmru基因是位于裂解盒中的那些基因。具体 说，一个基因编码与C39肽酶家族类似的蛋白质。该肽酶家族包括病毒半胱氨酸内肽酶等，如C71古菌噬菌体内异肽酶，该酶切割组成甲烷短杆菌细胞壁的假胞壁质中的交联肽。根 据噬菌体基因组内的基因位置以及与来自其它非反刍产甲烷菌噬菌体基因组的假胞壁质 内异肽酶的同线性，该基因可用作编码参与噬菌体后代释放前细胞裂解中的裂解酶的溶素 基因。对该基因和它编码的酶尤感兴趣，因为可能在具有相似细胞壁的反刍甲烷短杆菌和 其它反刍产甲烷菌中有控制机制。反刍噬菌体及其参与裂解宿主细胞的酶有可能用来控制瘤胃中产甲烷菌群体和 其它群落成员(细菌、原生动物和真菌)。此外，通过研究噬菌体的生命周期，有可能鉴定出 易于受噬菌体蛋白质抑制的关键的宿主酶靶点。本发明人对牛、绵羊和鹿中反刍噬菌体的 组成进行过调查研究，显示噬菌体数量和类型随时间的变化。还鉴定出受噬菌体影响的新 西兰产甲烷菌分离物。利用纯产甲烷菌培养物评价噬菌体裂解酶，开发基于培养物和PCR 的技术以筛选新噬菌体。纯化自瘤胃样品的噬菌体可进行随机DNA测序分析，从而发现噬 菌体酶。噬菌体或其酶在用于降低甲烷排放的缓解技术中具有多种优势。噬菌体是瘤胃 微生物群落中的天然成员，因此，不会被视为抗生素治疗(并可更容易地克服任何管理限 制)。噬菌体通常对窄范围的宿主具有特异性，因此可以选择性靶向产甲烷菌。现在认为噬 菌体治疗是对抗生素耐受型有机体的一种治疗，一般认为是安全的。一旦产生，噬菌体通常 相对稳定。将对噬菌体易感的产甲烷菌菌株引入瘤胃可能具有长期益处，尤其是在早期进 行接种的情况下(如羊羔或和牛犊)。已知某些产甲烷菌包含噬菌体基因组、对裂解噬菌体 易感、或发生自溶(提示有裂解酶)，包括史氏甲烷短杆菌(Methanobrevibacter smithii) (菌株PS)、布氏甲烷杆菌(Methanobacteriumbryantii)和甲烷短杆菌菌株MF-I。用噬菌 体抑制引起农业问题的有机体的一个著名实例是使用噬菌体靶向大肠杆菌0157:H7。选择反刍甲烷短杆菌进行基因组测序是因为它在各种饲养条件下的反刍动物瘤 胃中广泛存在(基于培养和分子检测数据)，容易获得培养物，易于进行实验室常规培养以 及可获得关于这种有机体的大量的前期研究数据和背景文献。本发明提供关于反刍甲烷短 杆菌基因组的重要数据，并且对瘤胃内噬菌体进行详细构图。(pmru原噬菌体序列为抑制反 刍甲烷短杆菌以及未来的有助于确定基因功能的遗传学操纵提供了具体试剂。可利用该噬 菌体阻断产甲烷菌中的保守功能/组件以防止或减少瘤胃中的甲烷形成。参考文献Altermann E，Klaenhammer TR(2005)通路探险人用京都基因和基因组(KEGG) 百禾斗全书数据库进行通路作图(PathwayVoyager :pathwaymapping using the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) database). BMC Genomics 6:60-66。Altermann, E Klaenhammer TR(2003)GAM0LA 序列注释以及对原核基因组草图 和完成序列进行分析的新的本地解决方案(GAM0LA :a newlocal solution for sequence annotation and analyzing draft and finishedprokaryotic genomes) · OMICS :A journal of integrative biology 7，161—169。Altschul SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Zhang Z, Miller W, Lipman DJ(1997)，缺口 BLAST和PSI-BLAST 新一代的蛋白数据库检索程序(Gapped BLAST and PSI-BLAST a new generation of protein databasesearch programs). Nucleic Acids Research 25,3389-3402。
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将上述说明书提及的所有公开物和专利全文纳入本文作参考。如果参考上述说明书中提及具有已知等同形式的内容，那么将这些等同形式也纳 入本文，就好像在本文中单独列出那样。虽然已结合具体的优选实施方案对本发明作了描 述，但应了解，如权利要求所述，本发明不应过分地受限于这些具体实施方案。应当理解的 是在不背离本发明的构思和范围的情况下，可对本发明作进一步的修改。
权利要求
一种分离的多肽，其包含选自SEQ ID NO2 5的氨基酸序列。
2.一种分离的多肽，其包含选自SEQ ID NO 62的氨基酸序列。
3.一种分离的多肽，其包含选自SEQ ID NO :63或72的氨基酸序列。
4.一种分离的多肽，其包含选自SEQ ID N0:64-68的氨基酸序列。
5.一种分离的多肽，其包含选自SEQ ID NO :1、6-61或69的氨基酸序列。
6.一种分离的多肽，其与选自SEQ ID NO :2-5的氨基酸序列具有90%相同性。
7.一种分离的多肽，其与选自SEQ ID NO :62的氨基酸序列具有90%相同性。
8.一种分离的多肽，其与选自SEQ ID NO :63或72的氨基酸序列具有90%相同性。
9.一种分离的多肽，其与选自SEQ ID N0:64-68的氨基酸序列具有90%相同性。
10.一种分离的多肽，其与选自SEQ ID N0:l、6-61或69的氨基酸序列具有90%相同
11.一种分离的多核苷菌δ，其编码选自SEQIDNO2-5的氨基酸序列。
12.一种分离的多核苷菌δ，其编码选自SEQIDNO62的氨基酸序列。
13.一种分离的多核苷菌δ，其编码选自SEQIDNO:63或72的氨基酸序列。
14.一种分离的多核苷菌δ，其编码选自SEQIDNO64-68的氨基酸序列。
15.一种分离的多核苷菌δ，其编码选自SEQIDNO:1、6-61或69的氨基酸序列。
16.一种分离的多核苷菌δ，其包含选自SEQIDNO75-78的核苷酸序列。
17.一种分离的多核苷菌δ，其包含选自SEQIDNO135的核苷酸序列。
18.一种分离的多核苷菌δ，其包含选自SEQIDNO136的核苷酸序列。
19.一种分离的多核苷菌δ，其包含选自SEQIDNO137-141的核苷酸序列。
20.一种分离的多核苷菌δ，其包含选自SEQIDNO=74,79-134或142的核苷酸序列。
21.—种编码权利要求1-10中任一项所述多肽的载体。
22.一种包含权利要求11-20中任一项所述多核苷酸的载体。
23.一种包含权利要求21或22所述载体的宿主细胞。
24.一种经遗传修饰编码权利要求1-10中任一项所述多肽的宿主细胞。
25.一种经遗传修饰包含权利要求11-20中任一项所述多核苷酸的宿主细胞。
26.如权利要求23-25中任一项所述的宿主细胞，其特征在于，所述细胞是原核细胞。
27.如权利要求26所述的宿主细胞，其特征在于，所述细胞是大肠杆菌。
28.如权利要求23-25中任一项所述的宿主细胞，其特征在于，所述细胞是产甲烷菌。
29.如权利要求28所述的宿主细胞，其特征在于，所述细胞是反刍甲烷短杆菌。
30.一种偶联物分子，其包含权利要求1-10中任一项所述多肽。
31.一种偶联物分子，其包含权利要求3或8所述多肽。
32.如权利要求30或31所述的偶联物分子，其特征在于，所述分子还包含抗甲烷生成 化合物、信号序列、抗体或抗体片段、肽核酸、抗微生物肽或抗生素。
33.一种包含权利要求1-10中任一项所述多肽的融合分子。
34.一种包含权利要求3或8所述多肽的融合分子。
35.如权利要求33或34所述的融合分子，其特征在于，所述分子还包含抗甲烷生成化 合物、信号序列、抗体或抗体片段、肽核酸、抗微生物肽或抗生素。
36.一种与权利要求1-10中任一项所述多肽结合的抗体或抗体片段。
37.如权利要求36所述的抗体或抗体片段，其特征在于，所述抗体或抗体片段是多克 隆的。
38.如权利要求36所述的抗体或抗体片段，其特征在于，所述抗体或抗体片段是单克 隆的。
39.一种分离的(pmru噬菌体，其包含权利要求l-io中任一项所述的至少一种多肽。
40.一种分离的cpmru噬菌体，其包含权利要求3或8所述的至少一种多肽。
41.一种分离的(pmru噬菌体，其包含权利要求11-20中任一项所述的至少一种多核苷酸。
42.一种分离的cpmru噬菌体，其包含权利要求13或18所述的至少一种多核苷酸。
43.一种包含权利要求1-10中任一项所述多肽的药物组合物。
44.一种包含权利要求11-20中任一项所述多核苷酸的药物组合物。
45.一种包含权利要求39-42中任一项所述噬菌体的药物组合物。
46.一种抑制产甲烷菌细胞的方法，所述方法包括任选地产生或分离权利要求3或8 所述的多肽；和b)将所述细胞与所述多肽相接触。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于，所述细胞是反刍甲烷短杆菌。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，所述细胞是反刍甲烷短杆菌菌株 M1T(DSM1093)。
49.一种抑制产甲烷菌细胞的方法，所述方法包括a)任选地产生或分离权利要求31 或32所述的偶联物分子；和b)将所述细胞与所述偶联物分子相接触。
50.如权利要求49所述的方法，其特征在于，所述细胞是反刍甲烷短杆菌。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，所述细胞是反刍甲烷短杆菌菌株 M1T(DSM1093)。
52.一种抑制产甲烷菌细胞的方法，所述方法包括a)任选地产生或分离权利要求34 或35所述的融合分子；和b)将所述细胞与所述融合分子相接触。
53.如权利要求52所述的方法，其特征在于，所述细胞是反刍甲烷短杆菌。
54.如权利要求53所述的方法，其特征在于，所述细胞是反刍甲烷短杆菌菌株 M1T(DSM1093)。
55.一种抑制产甲烷菌细胞的方法，所述方法包括a)任选地产生或分离权利要求40 或42所述的噬菌体；和b)将所述细胞与所述噬菌体相接触。
56.如权利要求55所述的方法，其特征在于，所述细胞是反刍甲烷短杆菌。
57.如权利要求56所述的方法，其特征在于，所述细胞是反刍甲烷短杆菌菌株 M1T(DSM1093)。
全文摘要
本发明包括含有噬菌体诱导、噬菌体颗粒和噬菌体基因组的噬菌体还包括噬菌体多肽、编码这些多肽的多核苷酸、包含这些多核苷酸的表达载体和包含这些载体的宿主细胞。本发明还包括使用所公开的噬菌体、多肽、多核苷酸、表达载体或宿主细胞来检测、靶向、通透并抑制微生物细胞，尤其是产甲烷菌细胞的组合物和方法。
文档编号C12N7/01GK101932595SQ200880109156
公开日2010年12月29日 申请日期2008年9月25日 优先权日2007年9月25日
发明者C·D·穆恩, C·M·图提尔, C·桑, D·德, D·李, E·H·阿特曼, G·T·爱特伍德, H·J·派特鲁斯, L·R·斯考菲尔德, R·S·罗尼姆斯, S·C·利伊, W·J·凯利, Z·孔 申请人:田园温室气体研究有限公司