JP4760121B2 - Method for producing succinic acid - Google Patents
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Description
本発明は、コリネ型細菌等の細菌を用いたコハク酸の製造に関するものである。 The present invention relates to the production of succinic acid using bacteria such as coryneform bacteria.
コハク酸などの非アミノ有機酸を発酵により生産する場合、通常、Anaerobiospirillum属、Actinobacillus属等の嫌気性細菌が用いられている(特許文献1及び2、非特許文献1)。嫌気性細菌を用いる場合は、生産物の収率が高いが、その一方では、増殖するために多くの栄養素を要求するために、培地中に多量のCSL(コーンスティープリカー)などの有機窒素源を添加する必要がある。これらの有機窒素源を多量に添加することは培地コストの上昇をもたらすだけでなく、生産物を取り出す際の精製コストの上昇にもつながり経済的でない。 When producing non-amino organic acids such as succinic acid by fermentation, anaerobic bacteria such as Anaerobiospirillum genus and Actinobacillus genus are usually used (Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Document 1). When anaerobic bacteria are used, the yield of the product is high, but on the other hand, a large amount of organic nitrogen sources such as CSL (corn steep liquor) in the medium because it requires many nutrients to grow. Need to be added. Adding a large amount of these organic nitrogen sources not only leads to an increase in culture medium cost, but also increases the purification cost when taking out the product, which is not economical.
また、コリネ型細菌のような好気性細菌を好気性条件下で一度培養し、菌体を増殖させた後、集菌、洗浄し、静止菌体として酸素を通気せずに非アミノ有機酸を生産する方法も知られている(特許文献3及び4)。この場合、菌体を増殖させるに当たっては、有機窒素の添加量が少なくてよく、簡単な培地で十分増殖できるため経済的ではあるが、目的とする有機酸の生成量、生成濃度、及び菌体当たりの生産速度の向上、製造プロセスの簡略化等、改善の余地があった。また、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼの活性を増強させた細菌を用いた非アミノ有機酸の発酵生産などが報告されていたが(例えば、特許文献5参照)、マレートデヒドロゲナーゼの活性を増強させた細菌を用いて非アミノ有機酸を製造することは、これまで報告されていなかった。
本発明の課題は、より生産効率の高いコハク酸の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for producing succinic acid with higher production efficiency.
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、マレートデヒドロゲナーゼ活性が増強するように改変された細菌あるいはその処理物を、炭酸イオン、重炭酸イオンまたは二酸化炭素ガスを含有する反応液中で有機原料に作用させることにより、有機原料の消費速度、コハク酸の生成速度、あるいは、収率が高まることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventor of the present invention contains a bacterium modified so as to enhance malate dehydrogenase activity or a processed product thereof containing carbonate ion, bicarbonate ion or carbon dioxide gas. It has been found that the consumption rate of the organic raw material, the generation rate of succinic acid, or the yield is increased by acting on the organic raw material in the reaction solution, and the present invention has been completed.
すなわち本発明によれば、以下の発明が提供される。
(1) マレートデヒドロゲナーゼ活性が増強するように改変された細菌または該細菌の処理物を、炭酸イオンもしくは重炭酸イオンまたは二酸化炭素ガスを含有する反応液中で有機原料に作用させてコハク酸を生成させ、該コハク酸を回収することを特徴とするコハク酸の製造方法。
(2) 細菌が、コリネ型細菌、バチルス属細菌、又はリゾビウム属細菌からなる群より選ばれるいずれかの細菌である、(1)の方法。
(3) 前記細菌が、さらに、ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が非改変株に比べて10%以下に低減化するように改変された細菌である、(1)または(2)の方法。
(4) 前記細菌が、さらに、ピルビン酸カルボキシラーゼ活性が増強するように改変された細菌であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかの方法。
(5) 前記細菌が、さらに、フマル酸レダクターゼ活性が増強するように改変された細菌であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかの方法。
(6) 有機原料を嫌気的雰囲気下で作用させることを特徴する(1)〜(5)のいずれかの方法。
(7) 有機原料が、グルコースである(1)〜(6)のいずれかの方法。
(8) (1)〜(7)のいずれかの方法によりコハク酸を製造する工程、及び得られたコハク酸を重合させる工程を含む、コハク酸含有ポリマーの製造方法。
That is, according to the present invention, the following inventions are provided.
(1) Bacteria modified so as to enhance malate dehydrogenase activity or a processed product of the bacteria is allowed to act on an organic raw material in a reaction solution containing carbonate ion, bicarbonate ion, or carbon dioxide gas to produce succinic acid. A method for producing succinic acid, comprising producing the succinic acid and recovering the succinic acid.
(2) The method according to (1), wherein the bacterium is any one selected from the group consisting of coryneform bacteria, Bacillus bacteria, and Rhizobium bacteria.
(3) The method according to (1) or (2), wherein the bacterium is a bacterium further modified so that lactate dehydrogenase activity is reduced to 10% or less compared to an unmodified strain.
(4) The method according to any one of (1) to (3), wherein the bacterium is further modified so that pyruvate carboxylase activity is enhanced.
(5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the bacterium is a bacterium further modified so that fumarate reductase activity is enhanced.
(6) The method according to any one of (1) to (5), wherein the organic raw material is allowed to act in an anaerobic atmosphere.
(7) The method according to any one of (1) to (6), wherein the organic raw material is glucose.
(8) A method for producing a succinic acid-containing polymer, comprising a step of producing succinic acid by the method according to any one of (1) to (7) and a step of polymerizing the obtained succinic acid.
本発明の製造方法によれば、迅速かつ高効率でコハク酸を製造することができる。得られたコハク酸は食品添加物や医薬品、化粧品等に用いることができる。また、得られたコハク酸を原料として重合反応を行うことによりコハク酸含有ポリマーを製造することもできる。 According to the production method of the present invention, succinic acid can be produced quickly and with high efficiency. The obtained succinic acid can be used for food additives, pharmaceuticals, cosmetics and the like. A succinic acid-containing polymer can also be produced by performing a polymerization reaction using the obtained succinic acid as a raw material.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明の製造方法に用いることのできる細菌は、マレートデヒドロゲナーゼ活性が増強するように改変された細菌である。ここで、「マレートデヒドロゲナーゼ活性」とは、オギザロ酢酸を還元してリンゴ酸に変換する反応を触媒する活性をいい、「マレートデヒドロゲナーゼ活性が増強する」とは、マレートデヒドロゲナーゼ非改変株と比較してマレートデヒドロゲナーゼ活性が増強していることをいう。マレートデヒドロゲナーゼ活性は、マレートデヒドロゲナーゼ非改変株と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上増強されていることが好ましく、2倍以上増強されていることがより好ましい。マレートデヒドロゲナーゼ活性は、後述するようなNADHの減少を測定する方法によって測定することができる。 Bacteria that can be used in the production method of the present invention are bacteria that have been modified so that malate dehydrogenase activity is enhanced. Here, “malate dehydrogenase activity” refers to the activity of catalyzing the reaction of reducing oxaloacetate and converting it to malate, and “maleate dehydrogenase activity is enhanced” refers to an unmodified strain of malate dehydrogenase. In comparison, it means that the malate dehydrogenase activity is enhanced. The malate dehydrogenase activity is preferably enhanced by 1.5 times or more, more preferably enhanced by 2 times or more per unit cell weight, compared to a malate dehydrogenase non-modified strain. Malate dehydrogenase activity can be measured by a method for measuring a decrease in NADH as described below.
マレートデヒドロゲナーゼ活性の増強は、例えば、マレートデヒドロゲナーゼ遺伝子を用いた遺伝子組換え法などにより、親株である細菌株を改変することによって行うことができる。 The enhancement of the malate dehydrogenase activity can be performed, for example, by modifying the parent bacterial strain by a genetic recombination method using a malate dehydrogenase gene.
本発明の製造法に使用できる細菌は、コハク酸の生産能を有すれば特に限定されないが、コリネ型細菌(coryneform bacterium)、バチルス属細菌、又はリゾビウム属細菌が好ましく、コリネ型細菌がより好ましい。
コリネ型細菌としては、コリネバクテリウム属に属する細菌、ブレビバクテリウム属に属する細菌又はアースロバクター属に属する細菌が挙げられ、このうち好ましくは、コリネバクテリウム属又はブレビバクテリウム属に属するものが挙げられ、更に好ましくは、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)又はブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)に属する細菌が挙げられる。
Bacteria that can be used in the production method of the present invention are not particularly limited as long as they have the ability to produce succinic acid, but coryneform bacteria, Bacillus bacteria, or Rhizobium bacteria are preferable, and coryneform bacteria are more preferable. .
Examples of coryneform bacteria include bacteria belonging to the genus Corynebacterium, bacteria belonging to the genus Brevibacterium, or bacteria belonging to the genus Arthrobacter, and among these, those belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium And more preferably, Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, Brevibacterium amniagenes or Brementac fermentum bacterium. Bacteria belonging to
本発明の製造法に用いる細菌を得るために用いられる細菌の親株の特に好ましい具体例としては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233(FERM BP−1497)、同MJ−233 AB−41(FERM BP−1498)、ブレビバクテリウム・アン
モニアゲネス ATCC6872、コリネバクテリウム・グルタミカム ATCC31831、及びブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムATCC13869等が挙げられる。なお、ブレビバクテリウム・フラバムは、現在、コリネバクテリウム・グルタミカムに分類される場合もあることから(Lielbl, W., Ehrmann, M., Ludwig, W. and Schleifer, K. H., International Journal of Systematic Bacteriology, 1991, vol. 41, p255-260)、本発明においては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株、及びその変異株MJ−233 AB−41株はそれぞれ、コリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株及びMJ−233 AB−41株と同一の株であるものとする。
なお、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233は、1975年4月28日に通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所(現独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター)(〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に受託番号FERM
P-3068として寄託され、1981年5月1日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、FERM BP-1497の受託番号で寄託されている。
Particularly preferred specific examples of the bacterial parent strain used for obtaining the bacterium used in the production method of the present invention include Brevibacterium flavum MJ-233 (FERM BP-1497), MJ-233 AB-41 (FERM BP). -1498), Brevibacterium ammoniagenes ATCC6872, Corynebacterium glutamicum ATCC31831, Brevibacterium lactofermentum ATCC13869, and the like. Brevibacterium flavum is currently sometimes classified as Corynebacterium glutamicum (Lielbl, W., Ehrmann, M., Ludwig, W. and Schleifer, KH, International Journal of Systematic Bacteriology , 1991, vol. 41, p255-260), in the present invention, Brevibacterium flavum MJ-233 strain and its mutant MJ-233 AB-41 strain are respectively Corynebacterium glutamicum MJ-233 strain. And MJ-233 AB-41 strain.
Brevibacterium flavum MJ-233 was released on April 28, 1975 at the Institute of Microbial Technology of the Ministry of International Trade and Industry (currently National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center) (305-8566) Contract number FERM at Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, Japan
Deposited as P-3068, transferred to an international deposit under the Budapest Treaty on May 1, 1981, and deposited with a deposit number of FERM BP-1497.
バチルス属細菌としては、例えば、バチルス・ズブチリス、バチルス・アミロリケファシエンス、バチルス・プミルス、バチルス・ステアロサーモフィルス等が挙げられる。
リゾビウム属細菌としては、例えば、リゾビウム・エトリ(Rhizobium etli)などがあげられる。
Examples of Bacillus bacteria include Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus pumilus, Bacillus stearothermophilus, and the like.
Examples of Rhizobium bacteria include Rhizobium etli.
本発明の方法において親株として用いられる上記細菌は、野生株だけでなく、UV照射やNTG処理等の通常の変異処理により得られる変異株、細胞融合もしくは遺伝子組換え法などの遺伝学的手法により誘導される組換え株などのいずれの株であってもよい。 The bacterium used as a parent strain in the method of the present invention is not only a wild strain, but also a mutant obtained by normal mutation treatment such as UV irradiation or NTG treatment, genetic techniques such as cell fusion or gene recombination. Any strain such as a recombinant strain to be induced may be used.
マレートデヒドロゲナーゼ(MDH)遺伝子を用いてマレートデヒドロゲナーゼ活性が増強するように改変する場合、用いることのできる遺伝子はマレートデヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、配列番号32に示す塩基配列を有するブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株由来の遺伝子を挙げることができる。この遺伝子は、上記塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA、または上記塩基配列と90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上の相同性を有するDNAのようなホモログであってもよい。ここで、ストリンジェントな条件としては、通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件である60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、60℃、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度でハイブリダイズする条件が挙げられる。 When the malate dehydrogenase (MDH) gene is used to modify so that malate dehydrogenase activity is enhanced, the gene that can be used is not particularly limited as long as it encodes a protein having malate dehydrogenase activity. For example, SEQ ID NO: 32 And a gene derived from Brevibacterium flavum MJ-233 having the base sequence shown in FIG. This gene may be a DNA that hybridizes with a DNA having the above base sequence under stringent conditions, or a DNA having 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 99% or more homology with the above base sequence. It may be a homologue. Here, the stringent conditions are 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 60 ° C., 0.1 × SSC, 0.1%, which are the usual washing conditions for Southern hybridization. A condition for hybridization at a salt concentration corresponding to SDS is mentioned.
また、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233以外の細菌、または他の微生物又は動植物由来のMDH遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のMDH遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基いてMDH活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列にしたがって合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法によりそのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって、取得することができる。 In addition, MDH genes derived from bacteria other than Brevibacterium flavum MJ-233, or from other microorganisms or animals and plants can also be used. For the MDH gene derived from microorganisms or animals and plants, a gene encoding a protein having MDH activity based on a gene whose homology has already been determined, homology, etc., was isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, and the nucleotide sequence was determined. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.
上記のようにして単離された、マレートデヒドロゲナーゼをコードするDNAを公知の発現ベクターに発現可能に挿入することにより、マレートデヒドロゲナーゼ発現ベクターが提供される。この発現ベクターで形質転換した形質転換体を培養することにより、マレートデヒドロゲナーゼ活性増強株を得ることができる。あるいは、マレートデヒドロゲナーゼ活性増強株は、相同組換えなどによって、宿主細菌の染色体DNAにマレートデヒドロゲナーゼをコードするDNAを発現可能に組み込むことによっても得ることができる。なお、形質転換、相同組換えは当業者に知られた通常の方法に従って行うことができる。 By inserting the DNA encoding malate dehydrogenase isolated as described above into a known expression vector, a malate dehydrogenase expression vector is provided. By culturing a transformant transformed with this expression vector, a strain with enhanced malate dehydrogenase activity can be obtained. Alternatively, a malate dehydrogenase-enhanced strain can also be obtained by incorporating DNA encoding malate dehydrogenase into a chromosomal DNA of a host bacterium so that it can be expressed, such as by homologous recombination. Note that transformation and homologous recombination can be performed according to ordinary methods known to those skilled in the art.
マレートデヒドロゲナーゼ遺伝子を導入する場合には、適当なプロモーターを該遺伝子の5'-側上流に、より好ましくはターミネーターを3'-側下流にそれぞれ組み込む。このプロモーター及びターミネーターとしては、宿主として利用する細菌中において機能することが知られているプロモーター及びターミネーターであれば特に限定されず、マレートデヒドロゲナーゼ遺伝子自身のプロモーター及びターミネーターであってもよいし、他のプロモーター及びターミネーターに置換してもよい。これら各種細菌において利用可能なベクター、プロモーター及びターミネーターなどに関しては、例えば「微生物学基礎講座8遺伝子工学・共立出版」などに詳細に記述されている。 When the malate dehydrogenase gene is introduced, an appropriate promoter is incorporated upstream of the gene 5′-side, more preferably a terminator is incorporated downstream of the 3′-side. The promoter and terminator are not particularly limited as long as they are known to function in bacteria used as hosts, and may be the promoter and terminator of the malate dehydrogenase gene itself. These promoters and terminators may be substituted. Vectors, promoters and terminators that can be used in these various bacteria are described in detail in, for example, “Microbiology Basic Course 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Shuppan”.
コリネ型細菌を使用する場合、MDH遺伝子を含むDNA断片を、コリネ型細菌内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子を少なくとも含むプラスミドベクターに導入することにより、コリネ型細菌内でMDHの発現増強が可能な組換えプラスミドを得ることができる。コリネ型細菌にMDH遺伝子を導入することができるプラスミドベクターとしては、コリネ型細菌内での複製増殖機能を司る遺伝子を少なくとも含むものであれば特に制限されない。その具体例としては、例えば、特開平3−210184号公報に記載のプラスミドpCRY30;特開平2−72876号公報及び米国特許5,185,262号明細書公報に記載のプラスミドpCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KE及びpCRY3KX;特開平1−191686号公報に記載のプラスミドpCRY2およびpCRY3;特開昭58−67679号公報に記載のpAM330;特開昭58−77895号公報に記載のpHM1519;特開昭58−192900号公報に記載のpAJ655、pAJ611及びpAJ1844;特開昭57−134500号公報に記載のpCG1;特開昭58−35197号公報に記載のpCG2;特開昭57−183799号公報に記載のpCG4およびpCG11;Plasmid vol.36(1)
p62−66(1996)に記載のpC2又はその改変プラスミド等を挙げることができる。なお、MDH活性の増強は、公知の相同組換え法によって染色体上でMDH遺伝子を導入、置換、増幅、又は染色体上のMDH遺伝子のプロモーターへの変異導入、より強力なプロモーターへの置換などによって高発現化させることによっても行うことができる。
When a coryneform bacterium is used, the expression of MDH in the coryneform bacterium can be enhanced by introducing a DNA fragment containing the MDH gene into a plasmid vector containing at least a gene responsible for the replication and replication function of the plasmid in the coryneform bacterium. Possible recombinant plasmids can be obtained. The plasmid vector capable of introducing the MDH gene into the coryneform bacterium is not particularly limited as long as it contains at least a gene that controls the replication and proliferation function in the coryneform bacterium. Specific examples thereof include, for example, a plasmid pCRY30 described in JP-A-3-210184; plasmids pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX described in JP-A-2-72876 and US Pat. No. 5,185,262. pCRY31, pCRY3KE and pCRY3KX; plasmids pCRY2 and pCRY3 described in JP-A-1-191686; pAM330 described in JP-A-58-67679; pHM1519 described in JP-A-58-77895; PAJ655, pAJ611 and pAJ1844 described in JP-A-58-192900; pCG1 described in JP-A-57-134500; pCG2 described in JP-A-58-35197; described in JP-A-57-183799 PCG And pCG11; Plasmid vol.36 (1)
Examples thereof include pC2 described in p62-66 (1996) or a modified plasmid thereof. The enhancement of MDH activity is enhanced by introducing, replacing, or amplifying the MDH gene on the chromosome by a known homologous recombination method, introducing a mutation into the promoter of the MDH gene on the chromosome, or replacing it with a stronger promoter. It can also be performed by expression.
上記組み換えプラスミドまたは染色体上への組み込みにおいて、MDH遺伝子を発現させるためのプロモーターはコリネ型細菌において機能するものであればいかなるプロモーターであっても良く、用いるMDH遺伝子自身のプロモーターであってもよい。プロモーターを適宜選択することによっても、MDH遺伝子の発現量の調節が可能である。以上、コリネ型細菌を用いる例を述べたが、他の細菌を用いる場合も同様の方法によって、MDH活性の増強を達成することができる。 In the integration into the recombinant plasmid or chromosome, the promoter for expressing the MDH gene may be any promoter as long as it functions in coryneform bacteria, and may be the promoter of the MDH gene itself to be used. The MDH gene expression level can also be controlled by appropriately selecting a promoter. As mentioned above, although the example using coryneform bacteria was described, also when using other bacteria, the enhancement of MDH activity can be achieved by the same method.
バチルス属細菌を用いる場合においては、ベクターとしては、pUB110系プラスミド、pC194系プラスミドなどを挙げることができ、また、染色体にインテグレートすることもできる。プロモーター及びターミネーターとしては、アルカリプロテアーゼ、中性プロテアーゼ、α-アミラーゼ等の酵素遺伝子のプロモーターやターミネーターなどが利用できる。 In the case of using a Bacillus genus bacterium, examples of the vector include a pUB110 series plasmid and a pC194 series plasmid, and can also be integrated into a chromosome. As the promoter and terminator, promoters and terminators of enzyme genes such as alkaline protease, neutral protease, α-amylase and the like can be used.
本発明の製造方法においては、MDH活性の増強に加えて、ラクテートデヒドロゲナーゼ(LDH)活性が低減化するように改変された細菌株を用いるとより有効である。ここで、「ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が低減化された」とは、ラクテートデヒドロゲナーゼ非改変株と比較してラクテートデヒドロゲナーゼ活性が低下していることをいう。ラクテートデヒドロゲナーゼ活性は、ラクテートデヒドロゲナーゼ非改変株と比較して、菌体当たり10%以下に低減化されていることが好ましい。また、ラクテートデヒドロゲナーゼ活性は完全に欠損していてもよい。ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が低減化されたことは、公知の方法(L.Kanarek and R.L.Hill, J. Biol. Chem.239, 4202 (1964))によ
りラクテートデヒドロゲナーゼ活性を測定することによって確認することができる。コリネ型細菌のラクテートデヒドロゲナーゼ活性の低減化した変異株の具体的な製造方法としては、特開平11−206385号公報に記載されている染色体への相同組換えによる方法、あるいは、本明細書実施例に記載のSacB遺伝子を用いる方法(Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73)等によってラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子を破壊する方法が挙げられる。ラクテートデヒドロゲナーゼ活性を低減化させるために用いるラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子はラクテートデヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子である限り特に制限されないが、例えば、特開平11−206385号公報に記載された遺伝子を用いることができる。
ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が低減化されMDH遺伝子の発現が増強されたコリネ型細菌は、例えば後述の実施例2のようにして、LDH遺伝子が破壊された細菌を作製し、該細菌をMDH遺伝子を含む組換えベクターで形質転換することにより得ることができる。ただし、LDH活性低減化のための改変操作とMDH活性増強のため改変操作はどちらを先に行ってもよい。
In the production method of the present invention, it is more effective to use a bacterial strain modified so that lactate dehydrogenase (LDH) activity is reduced in addition to enhancement of MDH activity. Here, “the lactate dehydrogenase activity is reduced” means that the lactate dehydrogenase activity is reduced as compared with the unmodified strain of lactate dehydrogenase. It is preferable that the lactate dehydrogenase activity is reduced to 10% or less per microbial cell as compared with the lactate dehydrogenase non-modified strain. In addition, lactate dehydrogenase activity may be completely deficient. Reduction of lactate dehydrogenase activity is confirmed by measuring lactate dehydrogenase activity by a known method (L. Kanarek and RL Hill, J. Biol. Chem. 239, 4202 (1964)). Can do. As a specific method for producing a mutant having reduced lactate dehydrogenase activity of coryneform bacteria, a method by homologous recombination to a chromosome described in JP-A-11-206385, or Examples of the present specification And the method using the SacB gene described in (Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73) and the like. The lactate dehydrogenase gene used for reducing lactate dehydrogenase activity is not particularly limited as long as it is a gene encoding a protein having lactate dehydrogenase activity. For example, a gene described in JP-A-11-206385 may be used. it can.
A coryneform bacterium with reduced lactate dehydrogenase activity and enhanced expression of the MDH gene is prepared, for example, by producing a bacterium with a disrupted LDH gene as in Example 2 described later, and comprising the bacterium containing the MDH gene. It can be obtained by transformation with a replacement vector. However, either the modification operation for reducing LDH activity or the modification operation for enhancing MDH activity may be performed first.
また、本発明の製造方法においては、MDH活性の増強に加えて、ピルビン酸カルボキシラーゼの活性が増強するように改変された細菌を用いてもよい。「ピルビン酸カルボキシラーゼの活性が増強される」とは、ピルビン酸カルボキシラーゼの活性が野生株又は親株等の非改変株に対して増加していることをいう。ピルビン酸カルボキシラーゼの活性は例えば、後述するようなNADHの減少を測定する方法により測定することができる。 In addition, in the production method of the present invention, bacteria modified so as to enhance the activity of pyruvate carboxylase may be used in addition to the enhancement of MDH activity. “The activity of pyruvate carboxylase is enhanced” means that the activity of pyruvate carboxylase is increased relative to an unmodified strain such as a wild strain or a parent strain. The activity of pyruvate carboxylase can be measured, for example, by a method for measuring a decrease in NADH as described later.
ピルビン酸カルボキシラーゼ(PC)の活性が増強するように改変するために使用されるPC遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、もしくは、下記に示すような方法によりPC活性を有するタンパク質をコードするDNA断片を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列にしたがって合成した遺伝子を使用することもできる。 The PC gene used for modification so that the activity of pyruvate carboxylase (PC) is enhanced is a gene whose base sequence has already been determined, or a protein having PC activity by the method shown below. The DNA fragment to be encoded can be isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, and the base sequence determined. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can be used.
PC遺伝子を含むDNA断片は、微生物、動植物由来の染色体上に存在している。これらの供給源微生物、動植物からPC遺伝子を調製するための基本操作を、配列が既知であるコリネ型細菌由来のものを一例として述べれば次のとおりである。PC遺伝子は、上記コリネ型細菌コリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13032株の染色体上に存在し(Peters-Wendisch, P.G. et al. Microbiology, vol.144 (1998) p915-927)、それらの配列が既知であるため(GenBank Database Accession
No.AP005276)(配列番号15)、PCR法により、単離・取得することができる。
A DNA fragment containing a PC gene is present on a chromosome derived from a microorganism, animal or plant. The basic operation for preparing the PC gene from these source microorganisms and animals and plants is described as follows, taking as an example one derived from a coryneform bacterium having a known sequence. The PC gene is present on the chromosome of the coryneform bacterium Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 (Peters-Wendisch, PG et al. Microbiology, vol. 144 (1998) p915-927), and their sequences are known. (GenBank Database Accession)
No. AP005276) (SEQ ID NO: 15), which can be isolated and obtained by PCR.
例えば、PCRに用いるプライマーとして、配列番号13及び14に示す塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを用い、コリネバクテリウム・グルタミカム由来の染色体を鋳型としてPCRを行うと、約3.7kbからなるPC遺伝子を増幅させることができる。このとき、PCRに使用するプライマーの5’末端に適当な制限酵素サイトを付加しておくことにより、後述するベクターの適当な部位に連結させることができ、得られる組換えベクターを用いてコリネ型細菌に導入することができる。 For example, when PCR is performed using oligonucleotides having the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOS: 13 and 14 as primers for PCR and a chromosome derived from Corynebacterium glutamicum as a template, a PC gene consisting of about 3.7 kb is amplified. Can be made. At this time, by adding an appropriate restriction enzyme site to the 5 ′ end of the primer used for PCR, it can be ligated to an appropriate site of the vector described later, and the resulting recombinant vector is used for coryneform type. Can be introduced into bacteria.
また、遺伝子配列が不明であっても、PC活性を指標に蛋白質を精製し、そのN末アミノ酸配列、部分分解配列よりプローブを合成し、通常用いられるハイブリダイゼーションの手法により遺伝子断片を単離できる。また、PC蛋白質間で保存されている領域のアミノ酸配列をもとにプローブまたはプライマーを合成し、ハイブリダイゼーション、PCR法により断片を取得することが可能である。取得した断片は通常の手法によりそのDNA塩基配列を決定することができる。 Even if the gene sequence is unknown, the protein can be purified using PC activity as an indicator, a probe can be synthesized from its N-terminal amino acid sequence or partially degraded sequence, and the gene fragment can be isolated by commonly used hybridization techniques. . It is also possible to synthesize a probe or primer based on the amino acid sequence of a region conserved among PC proteins, and obtain a fragment by hybridization or PCR. The DNA fragment sequence of the obtained fragment can be determined by a usual method.
本発明においてPC活性を増強させるために用いる上記PC遺伝子を包含するDNA断片は、コリネバクテリウム・グルタミカム染色体DNAから単離されたもののみならず、通常用いられるDNA合成装置、例えばアプライド・バイオシステムズ(Applied Biosystems)社製394DNA/RNAシンセサイザーを用いて合成されたものであってもよい。また、前記の如くコリネ型細菌染色体DNAから取得されるPC遺伝子は、コードされるPCの機能、すなわち二酸化炭素固定に関与する性質を実質的に損なうことがない限り、配列番号15の塩基配列において、一部の塩基が他の塩基と置換されていてもよく、又は削除されていてもよく、或いは新たに塩基が挿入されていてもよく、さらに塩基配列の一部が転位されているものであってもよく、これらの誘導体のいずれもが、本発明に用いることができる。配列番号15の塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA、または配列番号15の塩基配列と90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上の相同性を有するDNAであって、PC活性を有するタンパク質をコードするDNAも好適に用いることができる。ここで、ストリンジェントな条件としては、通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件である60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度でハイブリダイズする条件が挙げられる。 In the present invention, the DNA fragment containing the PC gene used for enhancing PC activity is not only isolated from Corynebacterium glutamicum chromosomal DNA, but also a commonly used DNA synthesizer such as Applied Biosystems. It may be synthesized using a 394 DNA / RNA synthesizer manufactured by (Applied Biosystems). In addition, as described above, the PC gene obtained from coryneform bacterial chromosomal DNA has the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 15 as long as it does not substantially impair the function of the encoded PC, that is, the property involved in carbon dioxide fixation. , Some bases may be replaced with other bases, may be deleted, or bases may be newly inserted, and a part of the base sequence may be rearranged. Any of these derivatives may be used in the present invention. DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 15 or DNA having homology of 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 99% or more with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 15. In addition, DNA encoding a protein having PC activity can also be suitably used. Here, as stringent conditions, it corresponds to 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, which is a normal washing condition for Southern hybridization. The conditions for hybridizing at a salt concentration are included.
また、コリネバクテリウム・グルタミカム以外の細菌、または他の微生物又は動植物由来のPC遺伝子を使用することもできる。特に、以下に示す微生物または動植物由来のPC遺伝子は、その配列が既知(以下に文献を示す)であり、上記と同様にしてハイブリダイゼーンションにより、あるいはPCR法によりそのORF部分を増幅することによって、取得することができる。 Moreover, PC genes derived from bacteria other than Corynebacterium glutamicum, or from other microorganisms or animals and plants can also be used. In particular, the following PC genes derived from microorganisms or animals and plants are known in sequence (documents are shown below), and the ORF portion is amplified by hybridization as described above or by PCR. Can be obtained.
ヒト [Biochem.Biophys.Res.Comm., 202, 1009-1014, (1994)]
マウス[Proc.Natl.Acad.Sci.USA., 90, 1766-1779, (1993)]
ラット[GENE, 165, 331-332, (1995)]
酵母;サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)
[Mol.Gen.Genet., 229, 307-315, (1991)]
シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)
[DDBJ Accession No.; D78170]
バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermophilus)
[GENE, 191, 47-50, (1997)]
リゾビウム・エトリ(Rhizobium etli)
[J.Bacteriol., 178, 5960-5970, (1996)]
PC遺伝子を含むDNA断片は、適当な発現プラスミド、例えばpUC118(宝酒造製)へ挿入し、適当な宿主微生物、例えばエシェリヒア・コリJM109(宝酒造製)へ導入することにより発現させることができる。発現したPC遺伝子産物であるピルビン酸カルボキシラーゼ(配列番号16)の活性の確認は、該形質転換体から粗酵素液&; Magasanikの方法[J.Bacteriol., 158, 55-62, (1984)]により直接PC活性を測定し、非形質転換株から抽出した粗酵素液のPC活性と比較することにより、確認することができる。PC遺伝子を含むDNA断片を、適当なプラスミド、例えばコリネ型細菌内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子を少なくとも含むプラスミドベクターに導入することにより、コリネ型細菌内でPCの高発現可能な組換えプラスミドを得ることができる。ここで、上記組み換えプラスミドにおいて、PC遺伝子を発現させるためのプロモーターはコリネ型細菌が保有するプロモーターであることができるが、それに限られるものではなく、PC遺伝子の転写を開始させるための塩基配列であればいかなるプロモーターであっても良い。例えば、後述の実施例3に記載するようなTZ4プロモーターが挙げられる。
Human [Biochem.Biophys.Res.Comm., 202, 1009-1014, (1994)]
Mouse [Proc.Natl.Acad.Sci.USA., 90, 1766-1779, (1993)]
Rat [GENE, 165, 331-332, (1995)]
Yeast; Saccharomyces cerevisiae
[Mol.Gen.Genet., 229, 307-315, (1991)]
Schizosaccharomyces pombe
[DDBJ Accession No .; D78170]
Bacillus stearothermophilus
[GENE, 191, 47-50, (1997)]
Rhizobium etli
[J. Bacteriol., 178, 5960-5970, (1996)]
The DNA fragment containing the PC gene can be expressed by inserting it into an appropriate expression plasmid such as pUC118 (Takara Shuzo) and introducing it into an appropriate host microorganism such as Escherichia coli JM109 (Takara Shuzo). Confirmation of the activity of the expressed PC gene product, pyruvate carboxylase (SEQ ID NO: 16), was carried out by using a crude enzyme solution from the transformant and the method of Magasanik [J. Bacteriol., 158, 55-62, (1984)]. This can be confirmed by directly measuring the PC activity and comparing with the PC activity of the crude enzyme solution extracted from the non-transformed strain. Recombination capable of high expression of PC in coryneform bacteria by introducing a DNA fragment containing the PC gene into an appropriate plasmid, for example, a plasmid vector containing at least a gene responsible for the replication and replication function of the plasmid in coryneform bacteria. A plasmid can be obtained. Here, in the above recombinant plasmid, the promoter for expressing the PC gene can be a promoter possessed by coryneform bacteria, but is not limited thereto, and has a base sequence for initiating transcription of the PC gene. Any promoter can be used. For example, a TZ4 promoter as described in Example 3 described later can be mentioned.
PC遺伝子を導入することができるプラスミドベクターとしては、上述したような、MDH遺伝子の導入に用いることのできるプラスミドベクターと同様のプラスミドベクターを
用いることができる。
As the plasmid vector into which the PC gene can be introduced, the same plasmid vectors as those described above that can be used for the introduction of the MDH gene can be used.
PC遺伝子を、上記したような好気性コリネ型細菌内で複製可能なプラスミドベクターの適当な部位に挿入して得られる組み換えベクターで、コリネ型細菌、例えばブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)MJ-233株(FERM BP−1497)を形質転換することにより、PC遺伝子の発現が増強されたコリネ型細菌が得られる。なお、PC活性の増強は、公知の相同組換え法によって染色体上でPC遺伝子を導入、置換、増幅等によって高発現化させることによっても行うことができる。得られた細菌を、MDH遺伝子を含む組換えベクターで形質転換することにより、PC遺伝子及びMDH遺伝子の発現が増強されたコリネ型細菌が得られる。なお、MDH遺伝子とPC遺伝子の導入はどちらを先に行ってもよい。形質転換は、例えば、電気パルス法(Res. Microbiol., Vol.144, p.181-185, 1993)等によって行うことができる。 A recombinant vector obtained by inserting the PC gene into a suitable plasmid vector replicable in an aerobic coryneform bacterium as described above, such as a coryneform bacterium such as Brevibacterium flavum MJ- By transforming 233 strain (FERM BP-1497), a coryneform bacterium with enhanced expression of the PC gene can be obtained. The PC activity can also be enhanced by introducing a PC gene on the chromosome by a known homologous recombination method, making it highly expressed by substitution, amplification or the like. By transforming the obtained bacterium with a recombinant vector containing the MDH gene, a coryneform bacterium with enhanced expression of the PC gene and the MDH gene can be obtained. Either the MDH gene or the PC gene may be introduced first. Transformation can be performed by, for example, the electric pulse method (Res. Microbiol., Vol. 144, p.181-185, 1993).
また、本発明の製造方法においては、MDH活性の増強に加えて、フマル酸リダクターゼ活性が増強されるようにして改変された細菌を用いてもよい。
ここで、「フマル酸リダクターゼ活性」とは、フマル酸を還元してコハク酸に変換する反応を触媒する活性をいい、「フマル酸リダクターゼ活性が増強する」とは、フマル酸リダクターゼ非改変株と比較してフマル酸リダクターゼ活性が増強していることをいう。フマル酸リダクターゼ活性は、後述するようなK3Fe(CN)6の減少を測定する方法によって測定することができる。
In addition, in the production method of the present invention, in addition to the enhancement of MDH activity, a bacterium modified so as to enhance the fumarate reductase activity may be used.
Here, “fumarate reductase activity” refers to the activity of catalyzing the reaction of reducing fumaric acid and converting it to succinic acid, and “fumarate reductase activity is enhanced” refers to a fumarate reductase non-modified strain. In comparison, the fumarate reductase activity is enhanced. The fumarate reductase activity can be measured by a method for measuring a decrease in K 3 Fe (CN) 6 as described later.
フマル酸リダクターゼ活性の増強は、例えば、フマル酸リダクターゼ遺伝子を用いた遺伝子組換え法などにより、親株である細菌株を改変することによって行うことができる。 Enhancement of fumarate reductase activity can be performed by modifying a parent bacterial strain by, for example, a gene recombination method using a fumarate reductase gene.
フマル酸レダクターゼ遺伝子を用いた遺伝子組み換え法による改変は、上述したMDH遺伝子増強と同様の方法によって行うことができる。
なお、フマル酸レダクターゼ活性を増強させるために用いることのできるフマル酸レダクターゼ遺伝子の種類はフマル酸レダクターゼ活性を有するタンパク質をコードするものである限り特に制限されないが、例えば、配列番号19の塩基配列又は該塩基配列を有するポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズする遺伝子を用いることができる。配列番号19の塩基配列は大腸菌のフマル酸レダクターゼ遺伝子の塩基配列であるが、FRDを構成する4種類のサブユニット(配列番号20,21,22,23)をコードする。
The modification by the genetic recombination method using the fumarate reductase gene can be performed by the same method as the MDH gene enhancement described above.
The type of fumarate reductase gene that can be used to enhance the fumarate reductase activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having fumarate reductase activity. For example, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 19 A gene that hybridizes with a polynucleotide having the base sequence under stringent conditions can be used. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 19 is the nucleotide sequence of the fumarate reductase gene of Escherichia coli, and encodes four types of subunits (SEQ ID NOs: 20, 21, 22, 23) that constitute FRD.
なお、大腸菌フマル酸リダクターゼは、TCA回路の正回りで作用するコハク酸デヒドロゲナーゼの逆反応を担う酵素であるが、嫌気的条件下におけるフマル酸呼吸に関与しており、好気的条件下においては転写レベルでその遺伝子発現が抑制されていることが知られている(Jones, H. M., Gunsalus, R. P., J. Bacteriol., 1985, Vol. 164, p1100-1109)。従って、フマル酸リダクターゼはその活性が増強されすぎると、菌体の生育が悪くなることが考えられるため、本発明においては、フマル酸リダクターゼ活性は菌体の生育が大きく阻害されない程度に増強されていることが望ましい。 In addition, E. coli fumarate reductase is an enzyme responsible for the reverse reaction of succinate dehydrogenase acting in the forward direction of the TCA cycle, but is involved in fumarate respiration under anaerobic conditions. It is known that the gene expression is suppressed at the transcriptional level (Jones, HM, Gunsalus, RP, J. Bacteriol., 1985, Vol. 164, p1100-1109). Therefore, since it is considered that fumarate reductase has an excessively enhanced activity, the growth of bacterial cells may be deteriorated. Therefore, in the present invention, the fumarate reductase activity is enhanced to such an extent that the growth of bacterial cells is not significantly inhibited. It is desirable.
本発明の製造方法においては、マレートデヒドロゲナーゼ、ピルビン酸カルボキシラーゼ、フマル酸リダクターゼの活性が増強し、かつ、ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が低減化するように改変された細菌を用いると、コハク酸の製造に特に有効である。このような細菌は、例えば、LDH遺伝子が破壊されたコリネ型細菌を作製し、次いで、PC遺伝子、FRD遺伝子、MDH遺伝子を含む組換えベクターで形質転換することにより得ることができる。なお、これらの遺伝子を用いた改変操作はいずれの操作を先に行ってもよい。 In the production method of the present invention, when a bacterium modified so that the activities of malate dehydrogenase, pyruvate carboxylase, and fumarate reductase are enhanced and the lactate dehydrogenase activity is reduced is used for producing succinic acid. It is valid. Such a bacterium can be obtained, for example, by preparing a coryneform bacterium having a disrupted LDH gene and then transforming with a recombinant vector containing a PC gene, FRD gene, and MDH gene. Any modification operation using these genes may be performed first.
コハク酸の製造反応に上記細菌を用いるに当たっては、寒天培地等の固体培地で斜面培
養したものを直接反応に用いても良いが、上記細菌を予め液体培地で培養(種培養)したものを用いるのが好ましい。このように種培養した細菌を有機原料を含む培地で増殖させながら、有機原料と反応させることによってコハク酸を製造することができる。
また、増殖させて得られた菌体を有機原料を含む反応液中で有機原料と反応させることによっても製造することができる。なお、好気性コリネ型細菌を本発明の方法に用いるためには、先ず菌体を通常の好気的な条件で培養した後用いることが好ましい。この場合、培養に用いる培地は、通常細菌の培養に用いられる培地を用いることができる。例えば、硫酸アンモニウム、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム等の無機塩からなる組成に、肉エキス、酵母エキス、ペプトン等の天然栄養源を添加した一般的な培地を用いることができる。培養後の菌体は、遠心分離、膜分離等によって回収され、反応に用いられる。
When using the above-mentioned bacterium for the production reaction of succinic acid, a slant-cultured solid medium such as an agar medium may be used for the direct reaction, but the bacterium previously cultured in a liquid medium (seed culture) is used. Is preferred. The succinic acid can be produced by reacting the seed-cultured bacteria with the organic raw material while growing them in a medium containing the organic raw material.
Moreover, it can manufacture also by making the microbial cell obtained by making it grow react with an organic raw material in the reaction liquid containing an organic raw material. In order to use an aerobic coryneform bacterium in the method of the present invention, it is preferable to first use the cells after culturing them under normal aerobic conditions. In this case, the medium normally used for culture of bacteria can be used as the culture medium. For example, a general medium in which a natural nutrient source such as meat extract, yeast extract or peptone is added to a composition composed of inorganic salts such as ammonium sulfate, potassium phosphate and magnesium sulfate can be used. The cultured cells are collected by centrifugation, membrane separation, etc. and used for the reaction.
本発明では細菌の菌体の処理物を使用することもできる。菌体の処理物としては、例えば、菌体をアクリルアミド、カラギーナン等で固定化した固定化菌体、菌体を破砕した破砕物、その遠心分離上清、又はその上清を硫安処理等で部分精製した画分等が挙げられる。 In the present invention, a treated product of bacterial cells can also be used. Examples of treated cells include, for example, immobilized cells obtained by immobilizing cells with acrylamide, carrageenan, etc., crushed materials obtained by crushing cells, centrifugation supernatants thereof, or partial supernatants thereof by ammonium sulfate treatment, etc. Examples include purified fractions.
本発明の製造方法に用いる有機原料としては、本細菌が資化してコハク酸を生成させうる炭素源であれば特に限定されないが、通常、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、グリセロール、シュークロース、サッカロース、デンプン、セルロース等の炭水化物;グリセリン、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられ、このうちグルコース、フルクトース、グリセロールが好ましく、特にグルコースが好ましい。 The organic raw material used in the production method of the present invention is not particularly limited as long as the bacterium can assimilate and produce succinic acid. Usually, galactose, lactose, glucose, fructose, glycerol, sucrose, sucrose are used. , Starch, cellulose and other carbohydrates; fermentable carbohydrates such as glycerin, mannitol, xylitol, ribitol and other polyalcohols are used, among which glucose, fructose and glycerol are preferred, and glucose is particularly preferred.
また、上記発酵性糖質を含有する澱粉糖化液、糖蜜なども使用される。これらの発酵性糖質は、単独でも組み合わせても使用できる。上記有機原料の使用濃度は特に限定されないが、コハク酸の生成を阻害しない範囲で可能な限り高くするのが有利であり、通常、5〜30%(W/V)、好ましくは10〜20%(W/V)の範囲内で反応が行われる。また、反応の進行に伴う上記有機原料の減少にあわせ、有機原料の追加添加を行っても良い。 Moreover, the starch saccharified liquid, molasses, etc. containing the said fermentable saccharide | sugar are also used. These fermentable carbohydrates can be used alone or in combination. The use concentration of the organic raw material is not particularly limited, but it is advantageous to make it as high as possible within a range not inhibiting the production of succinic acid, and is usually 5 to 30% (W / V), preferably 10 to 20%. The reaction is carried out within the range of (W / V). Further, additional addition of organic raw materials may be performed in accordance with the decrease of the organic raw materials as the reaction proceeds.
上記有機原料を含む反応液としては特に限定されず、例えば、細菌を培養するための培地であってもよいし、リン酸緩衝液等の緩衝液であってもよい。反応液は、窒素源や無機塩などを含む水溶液であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本細菌が資化してコハク酸を生成させうる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加する。また、反応時の発泡を抑えるために、培養液には市販の消泡剤を適量添加しておくことが望ましい。 The reaction solution containing the organic raw material is not particularly limited, and may be, for example, a medium for culturing bacteria or a buffer solution such as a phosphate buffer solution. The reaction solution is preferably an aqueous solution containing a nitrogen source, an inorganic salt, and the like. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated by the bacterium to produce succinic acid. Specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolysate, casein degradation product And various organic and inorganic nitrogen compounds such as peptone, yeast extract, meat extract and corn steep liquor. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, factors that promote growth such as vitamins such as biotin, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, nucleotides, and amino acids are added as necessary. In order to suppress foaming during the reaction, it is desirable to add an appropriate amount of a commercially available antifoaming agent to the culture solution.
コハク酸が生成するに伴い、反応液のpHが低下する。したがって、反応液のpHは、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等を添加することによって調整することが好ましい。本反応におけるpHは、通常、pH5〜10、好ましくはpH6〜9.5であることが好ましいので、反応中も必要に応じて反応液のpHはアルカリ性物質、炭酸塩、尿素などによって上記範囲内に調節する。 As succinic acid is produced, the pH of the reaction solution decreases. Therefore, the pH of the reaction solution is preferably adjusted by adding sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, or the like. Since the pH in this reaction is usually pH 5 to 10, preferably 6 to 9.5, the pH of the reaction solution is adjusted within the above range by an alkaline substance, carbonate, urea or the like as needed during the reaction. To do.
本発明で用いる反応液としては、水、緩衝液、培地等が用いられるが、培地が最も好ま
しい。培地には、例えば上記した有機原料と炭酸イオン、重炭酸イオン又は炭酸ガスを含有させ、好ましくは嫌気的条件で反応させることができる。炭酸イオン又は重炭酸イオンは、中和剤としても用いることのできる炭酸マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウムから供給されるが、必要に応じて、炭酸若しくは重炭酸又はこれらの塩或いは炭酸ガス(CO2)から供給することもできる。炭酸又は重炭酸の塩の具体例としては、例えば炭酸マグネシウム、炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等が挙げられる。そして、炭酸イオン、重炭酸イオンは、0.001〜5M、好ましくは0.1〜3M、さらに好ましくは1〜2Mの濃度で添加する。炭酸ガスを含有させる場合は、溶液1L当たり50mg〜25g、好ましくは100mg〜15g、さらに好ましくは150mg〜10gの炭酸ガスを含有させる。
As the reaction solution used in the present invention, water, a buffer solution, a medium, or the like is used, and a medium is most preferable. The medium contains, for example, the above-described organic raw materials and carbonate ions, bicarbonate ions, or carbon dioxide gas, and can be reacted preferably under anaerobic conditions. Carbonate ions or bicarbonate ions are supplied from magnesium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, which can also be used as a neutralizing agent. It is also possible to supply from a salt of carbon dioxide or carbon dioxide gas (CO 2 ). Specific examples of the carbonate or bicarbonate salt include magnesium carbonate, ammonium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium bicarbonate, sodium bicarbonate, and potassium bicarbonate. Carbonate ions and bicarbonate ions are added at a concentration of 0.001 to 5M, preferably 0.1 to 3M, and more preferably 1 to 2M. When carbon dioxide gas is contained, 50 mg to 25 g, preferably 100 mg to 15 g, more preferably 150 mg to 10 g of carbon dioxide gas is contained per liter of the solution.
本反応に用いる細菌の生育至適温度は、通常、25℃〜35℃である。反応時の温度は、通常、25℃〜40℃、好ましくは30℃〜37℃である。反応に用いる菌体の量は、特に規定されないが、1〜700g/L、好ましくは10〜500g/L、さらに好ましくは20〜400g/Lが用いられる。反応時間は1時間〜168時間が好ましく、3時間〜72時間がより好ましい。 The optimal growth temperature for bacteria used in this reaction is usually 25 ° C to 35 ° C. The temperature during the reaction is usually 25 ° C to 40 ° C, preferably 30 ° C to 37 ° C. Although the quantity of the microbial cell used for reaction is not prescribed | regulated, 1-700 g / L, Preferably it is 10-500 g / L, More preferably, 20-400 g / L is used. The reaction time is preferably 1 hour to 168 hours, more preferably 3 hours to 72 hours.
細菌を増殖させるための培養時には、通気、攪拌し酸素を供給することが必要である。一方、コハク酸の生成反応時は、通気、攪拌を行ってもよいが、嫌気的雰囲気にすることが好ましい。嫌気的雰囲気は、反応液への通気量を抑える、通気する気体の酸素濃度を下げる又は0にすることによって、酸素の供給量を抑制する又は酸素を供給しないことによって達成することができる。具体的には、例えば、容器を密閉して無通気状態にする、窒素ガス等の不活性ガスを通気する、炭酸ガス含有の不活性ガスを通気する等の方法を用いることができる。この時の反応溶液中の溶存酸素濃度は低く抑えられているが、具体的には、溶存酸素濃度として通常0〜2ppm、好ましくは0〜1ppm、さらに好ましくは0〜0.5ppmにすることが望ましい。 At the time of cultivation for growing bacteria, it is necessary to supply oxygen by aeration and agitation. On the other hand, during the succinic acid production reaction, aeration and stirring may be performed, but an anaerobic atmosphere is preferable. An anaerobic atmosphere can be achieved by suppressing the amount of oxygen supplied to the reaction solution, by reducing the oxygen concentration of the gas to be aerated, or by reducing the oxygen concentration to 0, or by not supplying oxygen. Specifically, for example, a method of sealing the container to make it non-ventilated, venting an inert gas such as nitrogen gas, or venting an inert gas containing carbon dioxide can be used. Although the dissolved oxygen concentration in the reaction solution at this time is kept low, specifically, the dissolved oxygen concentration is usually 0 to 2 ppm, preferably 0 to 1 ppm, more preferably 0 to 0.5 ppm. desirable.
反応液(培養液)中に蓄積したコハク酸は、常法に従って、反応液より回収することができる。具体的には、遠心分離、ろ過等により菌体等の固形物を除去した後、イオン交換樹脂等で脱塩し、その溶液から結晶化あるいはカラムクロマトグラフィーによりコハク酸を分離・精製することができる。 Succinic acid accumulated in the reaction solution (culture solution) can be recovered from the reaction solution according to a conventional method. Specifically, after removing solids such as bacterial cells by centrifugation, filtration, etc., desalting with an ion exchange resin or the like, succinic acid can be separated and purified from the solution by crystallization or column chromatography. it can.
さらに本発明においては、上記した本発明の方法によりコハク酸を製造した後に、得られたコハク酸を原料として重合反応を行うことによりコハク酸含有ポリマーを製造することができる。近年、環境に配慮した工業製品が数を増す中、植物由来の原料を用いたポリマーに注目が集まってきており、本発明において製造されるコハク酸は、ポリエステルやポリアミドといったポリマーに加工されて用いる事が出来る。コハク酸含有ポリマーとして具体的には、ブタンジオールやエチレングリコールなどのジオールとコハク酸を重合させて得られるコハク酸ポリエステル、ヘキサメチレンジアミンなどのジアミンとコハク酸を重合させて得られるコハク酸ポリアミドなどが挙げられる。
また、本発明の製造法により得られるコハク酸または該コハク酸を含有する組成物は食品添加物や医薬品、化粧品などに用いることができる。
Furthermore, in this invention, after manufacturing a succinic acid with the method of this invention mentioned above, a succinic-acid containing polymer can be manufactured by performing a polymerization reaction using the obtained succinic acid as a raw material. In recent years, with the increase in the number of environmentally friendly industrial products, attention has been focused on polymers using plant-derived raw materials, and the succinic acid produced in the present invention is used after being processed into polymers such as polyester and polyamide. I can do it. Specific examples of succinic acid-containing polymers include succinic acid polyesters obtained by polymerizing diols such as butanediol and ethylene glycol and succinic acid, succinic acid polyamides obtained by polymerizing diamines such as hexamethylenediamine and succinic acid, and the like. Is mentioned.
The succinic acid obtained by the production method of the present invention or a composition containing the succinic acid can be used for food additives, pharmaceuticals, cosmetics and the like.
[実施例]
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。
[Example]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
<遺伝子破壊用ベクターの構築>
(A)枯草菌ゲノムDNAの抽出
LB培地[組成:トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl 5gを
蒸留水1Lに溶解]10mLに、枯草菌(Bacillus subtilis ISW1214)を対数増殖期後期まで培養し、菌体を集めた。得られた菌体を10mg/mLの濃度にリゾチームを含む10mM NaCl/20mMトリス緩衝液(pH8.0)/1mM EDTA・2Na溶液0.15mLに懸濁した。
次に、上記懸濁液にプロテナーゼKを、最終濃度が100μg/mLになるように添加し、37℃で1時間保温した。さらにドデシル硫酸ナトリウムを最終濃度が0.5%になるように添加し、50℃で6時間保温して溶菌した。この溶菌液に、等量のフェノール/クロロフォルム溶液を添加し、室温で10分間ゆるやかに振盪した後、全量を遠心分離(5,000×g、20分間、10〜12℃)し、上清画分を分取し、酢酸ナトリウムを0.3Mとなるように添加した後、2倍量のエタノールを加え混合した。遠心分離(15,000×g、2分)により回収した沈殿物を70%エタノールで洗浄した後、風乾した。得られたDNAに10mMトリス緩衝液(pH7.5)−1mM EDTA・2Na溶液5mLを加え、4℃で一晩静置し、以後のPCRの鋳型DNAに使用した。
<Construction of vector for gene disruption>
(A) Extraction of Bacillus subtilis genomic DNA In 10 mL of LB medium [composition: tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g dissolved in 1 L of distilled water], Bacillus subtilis ISW1214 is cultured until the late logarithmic growth phase, The cells were collected. The obtained cells were suspended in 0.15 mL of a 10 mM NaCl / 20 mM Tris buffer solution (pH 8.0) / 1 mM EDTA · 2Na solution containing lysozyme at a concentration of 10 mg / mL.
Next, proteinase K was added to the suspension so that the final concentration was 100 μg / mL, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 1 hour. Further, sodium dodecyl sulfate was added to a final concentration of 0.5%, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 6 hours for lysis. To this lysate, add an equal amount of phenol / chloroform solution, shake gently at room temperature for 10 minutes, and then centrifuge (5,000 × g, 20 minutes, 10-12 ° C.) to obtain a supernatant. The fraction was collected and sodium acetate was added to a concentration of 0.3 M, and then twice as much ethanol was added and mixed. The precipitate collected by centrifugation (15,000 × g, 2 minutes) was washed with 70% ethanol and then air-dried. To the obtained DNA, 5 mL of a 10 mM Tris buffer (pH 7.5) -1 mM EDTA · 2Na solution was added and left overnight at 4 ° C., and used as template DNA for subsequent PCR.
(B)PCRによるSacB遺伝子の増幅およびクローニング
枯草菌SacB遺伝子の取得は、上記(A)で調製したDNAを鋳型とし、既に報告されている該遺伝子の塩基配列(GenBank Database Accession No.X02730)を基に設計した合成DNA(配列番号1および配列番号2)を用いたPCRによって行った。
反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、1mM MgSO4、0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。
反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、68℃で2分からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの68℃での保温は5分とした。
増幅産物の確認は、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約2kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行った。
回収したDNA断片は、T4 ポリヌクレオチドキナーゼ(T4 Polynucleotide Kinase:宝酒造製)により5'末端をリン酸化した後、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて大腸菌ベクター(pBluescriptII:STRATEGENE製)のEcoRV部位に結合し、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLアンピシリンおよび50μg/mLX-Galを含むLB寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl 5g及び寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。
この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、次に50μg/mLアンピシリンおよび10%ショ糖を含むLB寒天培地に移し37℃24時間培養した。これらのクローンのうち、ショ糖を含む培地で生育できなかったものについて、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。SacB遺伝子が大腸菌内で機能的に発現する株は、ショ糖含有培地にて生育不能となるはずである。得られたプラスミドDNAを制限酵素SalIおよびPstIで切断することにより、約2kbの挿入断片が認められ、該プラスミドをpBS/SacBと命名した。
(B) Amplification and cloning of SacB gene by PCR Acquisition of SacB gene of Bacillus subtilis using the DNA prepared in (A) as a template, and using the previously reported base sequence of the gene (GenBank Database Accession No. X02730) This was performed by PCR using the synthetic DNA (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2) designed based on the group.
Composition of reaction solution: 1 μL of template DNA, 0.2 μL of Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen), 1 × concentration attached buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 and 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL.
Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds and 68 ° C. for 2 minutes was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 68 ° C. in the final cycle was 5 minutes.
Confirmation of the amplified product was carried out by separating by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining, and a fragment of about 2 kb was detected. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).
The recovered DNA fragment was phosphorylated at the 5 ′ end with T4 polynucleotide kinase (T4 Polynucleotide Kinase: manufactured by Takara Shuzo), and then ligated kit ver. 2 (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) was used to bind to the EcoRV site of the E. coli vector (pBluescript II: manufactured by STRATEGENE), and E. coli (DH5α strain) was transformed with the resulting plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium [10 g tryptone, 5 g yeast extract, 5 g NaCl, and 15 g agar dissolved in 1 L distilled water] containing 50 μg / mL ampicillin and 50 μg / mL X-Gal. .
Clones that formed white colonies on this medium were then transferred to LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin and 10% sucrose and cultured at 37 ° C. for 24 hours. Among these clones, those that could not grow on a medium containing sucrose were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. Strains in which the SacB gene is functionally expressed in E. coli should be unable to grow on sucrose-containing media. The obtained plasmid DNA was cleaved with restriction enzymes SalI and PstI, whereby an inserted fragment of about 2 kb was observed, and the plasmid was named pBS / SacB.
(C)クロラムフェニコール耐性SacBベクターの構築
大腸菌プラスミドベクターpHSG396(宝酒造:クロラムフェニコール耐性マーカー)500ngに制限酵素PshBI10unitsを37℃で一時間反応させた後、フェノール/クロロフォルム抽出およびエタノール沈殿により回収した。これを、クレノウフラグメント(Klenow Fragment:宝酒造製)により両末端を平滑化した後、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いてMluIリンカー(宝酒造)を連結、環状化させ、大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を34μg/mLクロラムフェニコールを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたクローンから常法によりプラスミドDNAを調製し、制限酵素MluIの切断部位を有するクローンを選抜し、pHSG396Mluと命名した。
一方、上記(B)にて構築したpBS/SacBを制限酵素SalIおよびPstIで切断した後、クレノウフラグメントにて末端を平滑化した。これにライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いてMluIリンカーを連結したのち、0.75%アガロースゲル電気泳動によりSacB遺伝子を含む約2.0kbのDNA断片を分離、回収した。このSacB遺伝子断片を、制限酵素MluI切断後、アルカリフォスファターゼ(Alkaline Phosphatase Calf intestine:宝酒造)にて末端を脱リン酸化したpHSG396Mlu断片とライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結させ、大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を34μg/mLクロラムフェニコールを含むLB寒天培地に塗抹した。こうして得られたコロニーを、次に34μg/mLクロラムフェニコールおよび10%ショ糖を含むLB寒天培地に移し37℃24時間培養した。これらのクローンのうち、ショ糖を含む培地で生育できなかったものについて、常法によりプラスミドDNAを精製した。こうして得られたプラスミドDNAをMluI切断により解析した結果、約2.0kbの挿入断片を持つことが確認され、これをpCMB1と命名した。
(C) Construction of chloramphenicol resistant SacB vector 500 ng of E. coli plasmid vector pHSG396 (Takara Shuzo: chloramphenicol resistant marker) was reacted with restriction enzyme PshBI10units at 37 ° C. for 1 hour, followed by phenol / chloroform extraction and ethanol precipitation. It was collected. After blunting both ends with Klenow fragment (manufactured by Takara Shuzo), ligation kit ver. MluI linker (Takara Shuzo) was ligated and circularized using 2 (Takara Shuzo), and Escherichia coli (DH5α strain) was transformed. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 34 μg / mL chloramphenicol. Plasmid DNA was prepared from the obtained clones by a conventional method, and a clone having a restriction enzyme MluI cleavage site was selected and named pHSG396Mlu.
On the other hand, pBS / SacB constructed in (B) above was cleaved with restriction enzymes SalI and PstI, and the ends were blunted with Klenow fragment. Ligation kit ver. After linking the MluI linker using 2 (Takara Shuzo), a DNA fragment of about 2.0 kb containing the SacB gene was separated and recovered by 0.75% agarose gel electrophoresis. This SacB gene fragment was cleaved with the restriction enzyme MluI, and then the pHSG396Mlu fragment dehydrated with alkaline phosphatase (Alkaline Phosphatase Calf intestine) and ligation kit ver. 2 (manufactured by Takara Shuzo) was used to transform E. coli (DH5α strain). The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 34 μg / mL chloramphenicol. The colonies thus obtained were then transferred to an LB agar medium containing 34 μg / mL chloramphenicol and 10% sucrose and cultured at 37 ° C. for 24 hours. Among these clones, plasmid DNA was purified by a conventional method for those that could not grow on a medium containing sucrose. As a result of analyzing the thus obtained plasmid DNA by MluI digestion, it was confirmed that it had an inserted fragment of about 2.0 kb, and this was named pCMB1.
(D)カナマイシン耐性遺伝子の取得
カナマイシン耐性遺伝子の取得は、大腸菌プラスミドベクターpHSG299(宝酒造:カナマイシン耐性マーカー)のDNAを鋳型とし、配列番号3および配列番号4で示した合成DNAをプライマーとしたPCR法によって行った。反応液組成:鋳型DNA1ng、PyrobestDNAポリメラーゼ(宝酒造) 0.1μL、1倍濃度添付バッファー、0.5μM各々プライマー、0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。
反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、62℃で15秒、72℃で1分20秒からなるサイクルを20回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は5分とした。
増幅産物の確認は、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約1.1kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行った。回収したDNA断片は、T4 ポリヌクレオチドキナーゼ(T4 Polynucleotide Kinase:宝酒造製)により5'末端をリン酸化した。
(D) Acquisition of kanamycin resistance gene The kanamycin resistance gene is obtained by PCR using the DNA of E. coli plasmid vector pHSG299 (Takara Shuzo: Kanamycin resistance marker) as a template and the synthetic DNAs shown in SEQ ID NOs: 3 and 4 as primers. Went by. Composition of reaction solution: Template DNA 1 ng, Pyrobest DNA polymerase (Takara Shuzo) 0.1 μL, 1 × concentration buffer, 0.5 μM each primer, 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL.
Reaction temperature condition: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 62 ° C. for 15 seconds, and 72 ° C. for 1 minute 20 seconds was repeated 20 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 5 minutes.
Confirmation of the amplification product was carried out by separating by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining to detect a fragment of about 1.1 kb. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN). The recovered DNA fragment was phosphorylated at the 5 ′ end with T4 polynucleotide kinase (T4 Polynucleotide Kinase: manufactured by Takara Shuzo).
(E)カナマイシン耐性SacBベクターの構築
上記(C)で構築したpCMB1を制限酵素Van91IおよびScaIで切断して得られた約3.5kbのDNA断片を0.75%アガロースゲル電気泳動により分離、回収した。これを上記(D)で調製したカナマイシン耐性遺伝子と混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結し、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。
このカナマイシン含有培地上で生育した株は、ショ糖含有培地にて生育不能であること
が確認された。また、同株から調製したプラスミドDNAは、制限酵素HindIII消化により354、473、1807、1997bpの断片を生じたことから、図1に示した構造に間違いがないと判断し、該プラスミドをpKMB1と命名した。
(E) Construction of kanamycin-resistant SacB vector The approximately 3.5 kb DNA fragment obtained by cleaving pCMB1 constructed in (C) above with restriction enzymes Van91I and ScaI was separated and recovered by 0.75% agarose gel electrophoresis. did. This was mixed with the kanamycin resistance gene prepared in (D) above, and ligation kit ver. 2 (manufactured by Takara Shuzo), and Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin.
It was confirmed that the strain grown on this kanamycin-containing medium was unable to grow on the sucrose-containing medium. Further, the plasmid DNA prepared from the same strain produced fragments of 354, 473, 1807, and 1997 bp by digestion with the restriction enzyme HindIII. Therefore, it was determined that the structure shown in FIG. 1 was correct, and the plasmid was designated as pKMB1. Named.
<LDH遺伝子破壊株の作製>
(A)ブレビバクテリウム・フラバムMJ233−ES株ゲノムDNAの抽出
A培地[尿素 2g、(NH4)2SO4 7g、KH2PO4 0.5g、K2HPO4 0.5g、MgSO4・7H2O 0.5g、FeSO4・7H2O 6mg、MnSO4・4−5H2O6mg、ビオチン 200μg、チアミン 100μg、イーストエキストラクト 1g、カザミノ酸 1g、グルコース 20g、蒸留水1Lに溶解]10mLに、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株を対数増殖期後期まで培養し、得られた菌体を上記実施例1の(A)に示す方法にてゲノムDNAを調製した。
<Preparation of LDH gene disruption strain>
(A) Extraction of Brevibacterium flavum MJ233-ES strain genomic DNA A medium [urea 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4. 7H 2 O 0.5g, FeSO 4 · 7H 2 O 6mg, MnSO 4 · 4-5H 2 O6mg, biotin 200 [mu] g, thiamine 100 [mu] g, yeast extract 1g, casamino acid 1g, glucose 20g, dissolved in distilled water 1L] in 10mL Brevibacterium flavum strain MJ-233 was cultured until the late logarithmic growth phase, and genomic DNA was prepared from the cells obtained by the method shown in (A) of Example 1 above.
(B)ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子のクローニング
MJ233株ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の取得は、上記(A)で調製したDNAを鋳型とし、特開平11−206385に記載の該遺伝子の塩基配列を基に設計した合成DNA(配列番号5および配列番号6)を用いたPCRによって行った。反応液組成:鋳型DNA1μL、TaqDNAポリメラーゼ(宝酒造) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.2μM各々プライマー、0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。
反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、55℃で20秒、72℃で1分からなるサイクルを30回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は5分とした。
増幅産物の確認は、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.95kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行った。
回収したDNA断片を、PCR産物クローニングベクターpGEM−TEasy(Promega製)と混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLアンピシリンおよび50μg/mLX-Galを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素SacIおよびSphIで切断することにより、約1.0kbの挿入断片が認められ、これをpGEMT/CgLDHと命名した。
(B) Cloning of lactate dehydrogenase gene The MJ233 strain lactate dehydrogenase gene was obtained by using the DNA prepared in (A) above as a template and a synthetic DNA designed on the basis of the base sequence of the gene described in JP-A-11-206385 ( It was performed by PCR using SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6). Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, Taq DNA polymerase (Takara Shuzo) 0.2 μL, 1 × concentration attached buffer, 0.2 μM each primer, 0.25 μM dNTPs were mixed to make the total volume 20 μL.
Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 55 ° C. for 20 seconds and 72 ° C. for 1 minute was repeated 30 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 5 minutes.
Confirmation of the amplification product was carried out by separating by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining to detect a fragment of about 0.95 kb. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).
The recovered DNA fragment was mixed with a PCR product cloning vector pGEM-TEasy (Promega) and ligation kit ver. After ligation using 2 (Takara Shuzo), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin and 50 μg / mL X-Gal.
Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. By cutting the obtained plasmid DNA with restriction enzymes SacI and SphI, an inserted fragment of about 1.0 kb was recognized, which was designated as pGEMT / CgLDH.
(C)ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子破壊用プラスミドの構築
上記(B)で作製したpGEMT/CgLDHを制限酵素EcoRVおよびXbaIで切断することにより約0.25kbからなるラクテートデヒドロゲナーゼのコーディング領域を切り出した。残った約3.7kbのDNA断片の末端をクレノウフラグメントにて平滑化し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて環状化させ、大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLアンピシリンを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で生育した株を、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素SacIおよびSphIで切断することにより、約0.75kbの挿入断片が認められたクローンを選抜し、これをpGEMT/ΔLDHと
命名した。
次に、上記pGEMT/ΔLDHを制限酵素SacIおよびSphIにて切断して生じる約0.75kbのDNA断片を、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離、回収し、欠損領域を含むラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子断片を調製した。このDNA断片を、制限酵素SacIおよびSphIにて切断した実施例1にて構築したpKMB1と混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンおよび50μg/mLX-Galを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素SacIおよびSphIで切断することにより、約0.75kbの挿入断片が認められたものを選抜し、これをpKMB1/ΔLDHと命名した(図2)。
(C) Construction of plasmid for disrupting lactate dehydrogenase gene The coding region of lactate dehydrogenase consisting of about 0.25 kb was excised by cutting the pGEMT / CgLDH prepared in (B) above with restriction enzymes EcoRV and XbaI. The ends of the remaining approximately 3.7 kb DNA fragment were blunted with Klenow fragment, and ligated kit ver. 2 (manufactured by Takara Shuzo) was cyclized to transform E. coli (DH5α strain). The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin.
The strain grown on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, and then the plasmid DNA was purified. By cutting the obtained plasmid DNA with restriction enzymes SacI and SphI, a clone in which an insert fragment of about 0.75 kb was recognized was selected and named pGEMT / ΔLDH.
Next, a DNA fragment of about 0.75 kb generated by cleaving the above pGEMT / ΔLDH with restriction enzymes SacI and SphI is separated and recovered by 0.75% agarose gel electrophoresis, and a lactate dehydrogenase gene fragment containing a defective region Was prepared. This DNA fragment was mixed with pKMB1 constructed in Example 1 cleaved with restriction enzymes SacI and SphI, and ligation kit ver. After ligation using 2 (Takara Shuzo), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin and 50 μg / mL X-Gal.
Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. The obtained plasmid DNA was cleaved with restriction enzymes SacI and SphI, so that an insert fragment of about 0.75 kb was selected and named pKMB1 / ΔLDH (FIG. 2).
(D)ブレビバクテリウム・フラバムMJ233−ES株由来ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子破壊株の作製
ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pKMB1/ΔLDHを用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,53,159,1970)により形質転換した大腸菌JM110株から調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株(FERM BP−1497)は、常法(Wolf H et al., J. Bacteriol. 1983, 156(3) 1165-1170、Kurusu Y et al., Agric Biol Chem. 1990, 54(2) 443-7)に従って内在性プラスミドを除去(キュアリング)し、得られたプラスミドキュアリング株ブレビバクテリウム・フラバムMJ233−ES株を以後の形質転換に用いた。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233−ES株の形質転換は、電気パルス法(Res.Microbiol., Vol.144, p.181-185, 1993)によって行い、得られた形質転換体をカナマイシン 50μg/mLを含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl 5g、グルコース 20g、及び寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。
この培地上に生育した株は、pKMB1/ΔLDHがブレビバクテリウム・フラバムMJ233−ES株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組み換えを起こした結果、同ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子およびSacB遺伝子が挿入されているはずである。
次に、上記相同組み換え株をカナマイシン50μg/mLを含むLBG培地にて液体培養した。この培養液の菌体数約100万相当分を10%ショ糖含有LBG培地に塗抹にした。結果、2回目の相同組み換えによりSacB遺伝子が脱落しショ糖非感受性となったと考えられる株約10個得た。
この様にして得られた株の中には、そのラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子がpKMB1/ΔLDHに由来する変異型に置き換わったものと野生型に戻ったものが含まれる。ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子が変異型であるか野生型であるかの確認は、LBG培地にて液体培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し、ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の検出を行うことによって容易に確認できる。ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号7および配列番号8)を用いて分析すると、野生型では720bp、欠失領域を持つ変異型では471bpのDNA断片を認めるはずである。
上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、変異型遺伝子のみを有する株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDHと命名した。
(D) Preparation of lactate dehydrogenase gene disruption strain derived from Brevibacterium flavum MJ233-ES strain Plasmid DNA used for transformation of Brevibacterium flavum MJ-233 strain was obtained by the calcium chloride method (Journal of using pKMB1 / ΔLDH). (Molecular Biology, 53, 159, 1970).
Brevibacterium flavum MJ-233 strain (FERM BP-1497) can be obtained by conventional methods (Wolf H et al., J. Bacteriol. 1983, 156 (3) 1165-1170, Kurusu Y et al., Agric Biol Chem. The endogenous plasmid was removed (curing) according to 1990, 54 (2) 443-7), and the obtained plasmid curing strain Brevibacterium flavum MJ233-ES strain was used for the subsequent transformation.
The Brevibacterium flavum MJ233-ES strain was transformed by the electric pulse method (Res. Microbiol., Vol. 144, p.181-185, 1993), and the obtained transformant was treated with 50 μg / mL kanamycin. LBG agar medium containing [tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g, glucose 20 g, and agar 15 g dissolved in 1 L of distilled water] was smeared.
Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pKMB1 / ΔLDH cannot be replicated in Brevibacterium flavum MJ233-ES, the lactate dehydrogenase gene of the plasmid and Brevibacterium flavum MJ-233 strain As a result of homologous recombination with the same gene on the genome, the kanamycin resistance gene and SacB gene derived from the plasmid should be inserted on the same genome.
Next, the homologous recombination strain was subjected to liquid culture in an LBG medium containing kanamycin 50 μg / mL. A portion equivalent to about 1 million cells of this culture was smeared on a 10% sucrose-containing LBG medium. As a result, about 10 strains that were considered to be sucrose-insensitive due to elimination of the SacB gene by the second homologous recombination were obtained.
Among the strains thus obtained, those in which the lactate dehydrogenase gene is replaced with a mutant derived from pKMB1 / ΔLDH and those in which the wild type is restored are included. Confirmation of whether the lactate dehydrogenase gene is a mutant type or a wild type is easily confirmed by subjecting the cells obtained by liquid culture in LBG medium to direct PCR reaction and detecting the lactate dehydrogenase gene. it can. When the lactate dehydrogenase gene is analyzed using primers (SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8) for PCR amplification, a wild-type DNA fragment of 720 bp and a mutant type having a deletion region should have a DNA fragment of 471 bp.
As a result of analyzing the strain that became insensitive to sucrose by the above method, a strain having only the mutant gene was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH.
(E)ラクテートデヒドロゲナーゼ活性の確認
上記(D)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株をA培地に植菌し、30℃で15時間好気的に振とう培養した。得られた培養物を遠心分離(3,000×g、4℃、20分間)して菌体を回収後、ナトリウム−リン酸緩衝液[組成:50mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.3)]で洗浄した。
次いで、洗浄菌体0.5g(湿重量)を上記ナトリウム−リン酸緩衝液2mLに懸濁し、氷冷下で超音波破砕器(ブランソン社製)にかけ菌体破砕物を得た。該破砕物を遠心分離(10,000×g,4℃,30分間)し、上清を粗酵素液として得た。対照として、ブレビバクテリウム・フラバム MJ233−ES株の粗酵素液を同様に調製し、以下の活性測定に供した。
ラクテートデヒドロゲナーゼ酵素活性の確認は、両粗酵素液について、ピルビン酸を基質とした乳酸の生成に伴い、補酵素NADHがNAD+に酸化されるのを、340nmの吸光度変化として測定した[L.Kanarek and R.L.Hill, J. Biol. Chem.239, 4202 (1964)]。反応は、50mM カリウム−リン酸緩衝液(pH7.2)、10mM ピルビン酸、0.4mMNADH存在下、37℃にて行った。その結果、ブレビバクテリウム・フラバム MJ233−ES株から調製された粗酵素液におけるラクテートデヒドロゲナーゼ活性に対し、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株から調製された粗酵素液におけるラクテートデヒドロゲナーゼ活性は、10分の1以下であった。
(E) Confirmation of lactate dehydrogenase activity The Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain prepared in (D) above was inoculated in medium A and cultured with aerobic shaking at 30 ° C. for 15 hours. The obtained culture is centrifuged (3,000 × g, 4 ° C., 20 minutes) to recover the cells, and then sodium-phosphate buffer [composition: 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.3)] Washed with.
Next, 0.5 g (wet weight) of washed cells was suspended in 2 mL of the sodium-phosphate buffer, and the cells were crushed by applying an ultrasonic crusher (manufactured by Branson) under ice cooling. The crushed material was centrifuged (10,000 × g, 4 ° C., 30 minutes), and the supernatant was obtained as a crude enzyme solution. As a control, a crude enzyme solution of Brevibacterium flavum MJ233-ES strain was similarly prepared and subjected to the following activity measurement.
Confirmation of the enzyme activity of lactate dehydrogenase was carried out by measuring the oxidation of coenzyme NADH to NAD + with the production of lactic acid using pyruvate as a substrate for both crude enzyme solutions as a change in absorbance at 340 nm [L. Kanarek and R.L.Hill, J. Biol. Chem. 239, 4202 (1964)]. The reaction was performed at 37 ° C. in the presence of 50 mM potassium-phosphate buffer (pH 7.2), 10 mM pyruvic acid, 0.4 mM NADH. As a result, the lactate dehydrogenase activity in the crude enzyme solution prepared from Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH was 10 minutes compared to the lactate dehydrogenase activity in the crude enzyme solution prepared from Brevibacterium flavum MJ233-ES strain. 1 or less.
<コリネ型細菌発現ベクターの構築>
(A)コリネ型細菌用プロモーター断片の調製
コリネ型細菌で強力なプロモーター活性を有することが報告された特開平7−95891の配列番号4に記載のDNA断片(以降TZ4プロモーターと称する)を利用することとした。本プロモーター断片の取得は、実施例2の(A)で調製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233ゲノムDNAを鋳型とし、特開平7−95891の配列番号4に記載の配列を基に設計した合成DNA(配列番号9および配列番号10)を用いたPCRによって行った。
反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、1mM MgSO4、0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。
反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で30秒からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は2分とした。
増幅産物の確認は、2.0%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.25kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行った。
回収したDNA断片は、T4 ポリヌクレオチドキナーゼ(T4 Polynucleotide Kinase:宝酒造製)により5'末端をリン酸化した後、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて大腸菌ベクターpUC19(宝酒造)のSmaI部位に結合し、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLアンピシリンおよび50μg/mLX-Galを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で白色のコロニーを形成した6クローンについて、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製し、塩基配列を決定した。これ中でTZ4プロモーターがpUC19のlacプロモーターと逆方向に転写活性を有するように挿入されたクローンを選抜し、これをpUC/TZ4と命名した。
次に、pUC/TZ4を制限酵素BamHIおよびPstIで切断して調製したDNA
断片に、5’末端がリン酸化された合成DNA(配列番号11および配列番号12)から成り、両末端にそれぞれBamHIとPstIに対する粘着末端を有するDNAリンカーを混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。本DNAリンカーには、リボソーム結合配列(AGGAGG)およびその下流に配したクローニングサイト(上流から順に、PacI、NotI、ApaI)が含まれている。
この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAの中から制限酵素NotIによって切断されるものを選抜し、これをpUC/TZ4−SDと命名した。
この様にして構築したpUC/TZ4−SDを制限酵素PstIで切断後、クレノウフラグメントにて末端を平滑化し、次いで制限酵素KpnIで切断することにより生じた約0.3kbのプロモーター断片を、2.0%アガロースゲル電気泳動により分離、回収した。
<Construction of Coryneform Bacterial Expression Vector>
(A) Preparation of Promoter Fragment for Coryneform Bacteria Utilizing the DNA fragment (hereinafter referred to as TZ4 promoter) described in SEQ ID NO: 4 of JP-A-7-95891 reported to have a strong promoter activity in coryneform bacteria It was decided. The promoter fragment was obtained by using a synthetic DNA designed based on the sequence described in SEQ ID NO: 4 of JP-A-7-95891 using Brevibacterium flavum MJ233 genomic DNA prepared in Example 2 (A) as a template. It was carried out by PCR using SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10).
Composition of reaction solution: 1 μL of template DNA, 0.2 μL of Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen), 1 × concentration attached buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 and 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL.
Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute and 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 2 minutes.
The amplification product was confirmed by separation by 2.0% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.25 kb was detected. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).
The recovered DNA fragment was phosphorylated at the 5 ′ end with T4 polynucleotide kinase (T4 Polynucleotide Kinase: manufactured by Takara Shuzo), and then ligated kit ver. 2 (Takara Shuzo) was used to bind to the SmaI site of E. coli vector pUC19 (Takara Shuzo), and Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the resulting plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin and 50 μg / mL X-Gal.
Six clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then the plasmid DNA was purified and the nucleotide sequence was determined. Among them, a clone in which the TZ4 promoter was inserted so as to have a transcriptional activity in the reverse direction to the lac promoter of pUC19 was selected and named pUC / TZ4.
Next, DNA prepared by cleaving pUC / TZ4 with restriction enzymes BamHI and PstI
The fragment was mixed with a DNA linker consisting of synthetic DNA (SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 12) phosphorylated at the 5 ′ end and having sticky ends against BamHI and PstI at both ends, respectively, and ligation kit ver. After ligation using 2 (Takara Shuzo), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. This DNA linker contains a ribosome binding sequence (AGGAGG) and a cloning site (PacI, NotI, ApaI in this order from the upstream).
Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. From the obtained plasmid DNA, one that was cleaved by the restriction enzyme NotI was selected and named pUC / TZ4-SD.
The thus constructed pUC / TZ4-SD was digested with the restriction enzyme PstI, blunted with Klenow fragment, and then cleaved with the restriction enzyme KpnI to obtain a promoter fragment of about 0.3 kb. Separated and collected by 0% agarose gel electrophoresis.
(B)コリネ型細菌発現ベクターの構築
コリネ型細菌にて安定的に自立複製可能なプラスミドとして、特開平12―93183記載のpHSG298par−repを利用する。本プラスミドは、ブレビバクテリウム・スタチオニスIFO12144株が保有する天然型プラスミドpBY503の複製領域および安定化機能を有する領域と大腸菌ベクターpHSG298(宝酒造)に由来するカナマイシン耐性遺伝子および大腸菌の複製領域を備える。pHSG298par−repを制限酵素SseIで切断後、クレノウフラグメントにて末端を平滑化し、次いで制限酵素KpnIで切断することによって調製したDNAを、上記(A)で調製したTZ4プロモーター断片と混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で生育した株を、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAの中から制限酵素NotIによって切断されるものを選抜し、該プラスミドをpTZ4と命名した(図3に構築手順を示した)。
(B) Construction of Coryneform Bacterial Expression Vector pHSG298par-rep described in JP-A-12-93183 is used as a plasmid that can stably replicate independently in coryneform bacteria. This plasmid comprises a replication region and a region having a stabilizing function of the natural plasmid pBY503 possessed by Brevibacterium stachynis IFO12144, a kanamycin resistance gene derived from E. coli vector pHSG298 (Takara Shuzo), and a replication region of E. coli. The DNA prepared by cleaving pHSG298par-rep with the restriction enzyme SseI, blunting the ends with Klenow fragment, and then cleaving with the restriction enzyme KpnI is mixed with the TZ4 promoter fragment prepared in (A) above and ligated. Kit ver. After ligation using 2 (Takara Shuzo), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin.
The strain grown on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, and then the plasmid DNA was purified. From the obtained plasmid DNA, one that was cleaved by the restriction enzyme NotI was selected, and the plasmid was named pTZ4 (construction procedure is shown in FIG. 3).
<ピルベートカルボキシラーゼ活性増強株の作製>
(A)ピルベートカルボキシラーゼ遺伝子の取得
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来ピルベートカルボキシラーゼ遺伝子の取得は、<実施例2>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13032株の該遺伝子の配列(GenBank Database Accession No.AP005276)を基に設計した合成DNA(配列番号13および配列番号14)を用いたPCRによって行った。反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、1mM MgSO4、 0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、68℃で4分からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの68℃での保温は10分とした。PCR反応終了後、Takara Ex Taq(宝酒造)を0.1μL加え、さらに72℃で30分保温した。
増幅産物の確認は、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約3.7kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)
を用いて行った。
回収したDNA断片を、PCR産物クローニングベクターpGEM−TEasy(Promega製)と混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLアンピシリンおよび50μg/mLX-Galを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素PacIおよびApaIで切断することにより、約3.7kbの挿入断片が認められ、これをpGEM/MJPCと命名した。
pGEM/MJPCの挿入断片の塩基配列は、アプライドバイオシステム社製塩基配列解読装置(モデル377XL)およびビックダイターミネーターサイクルシークエンスキットver3を用いて決定した。その結果得られたDNA塩基配列および推測されるアミノ酸配列を配列番号15に記載する。本アミノ酸配列はコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株由来のそれと極めて高い相同性(99.4%)を示すことから、pGEM/MJPCの挿入断片がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来のピルベートカルボキシラーゼ遺伝子であると断定した。
<Preparation of a strain with enhanced pyruvate carboxylase activity>
(A) Acquisition of pyruvate carboxylase gene The acquisition of pyruvate carboxylase gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain has been reported for the whole genome sequence using the DNA prepared in (A) of <Example 2> as a template. Corynebacterium glutamicum It was performed by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 13 and SEQ ID NO: 14) designed based on the sequence of the gene of the ATCC 13032 strain (GenBank Database Accession No. AP005276). Composition of reaction solution: 1 μL of template DNA, 0.2 μL of Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen), 1 × concentration attached buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL. Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds and 68 ° C. for 4 minutes was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute and 20 seconds, and the heat retention at 68 ° C. in the final cycle was 10 minutes. After completion of the PCR reaction, 0.1 μL of Takara Ex Taq (Takara Shuzo) was added, and the mixture was further incubated at 72 ° C. for 30 minutes.
Confirmation of the amplification product was carried out by separating by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining, and a fragment of about 3.7 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel is performed using the QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN)
It was performed using.
The recovered DNA fragment was mixed with a PCR product cloning vector pGEM-TEasy (Promega) and ligation kit ver. After ligation using 2 (Takara Shuzo), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin and 50 μg / mL X-Gal.
Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. By cutting the obtained plasmid DNA with restriction enzymes PacI and ApaI, an insertion fragment of about 3.7 kb was observed, which was designated as pGEM / MJPC.
The base sequence of the insert fragment of pGEM / MJPC was determined using a base sequencing device (Model 377XL) manufactured by Applied Biosystems and a Big Dye Terminator cycle sequence kit ver3. The resulting DNA base sequence and deduced amino acid sequence are set forth in SEQ ID NO: 15. Since this amino acid sequence shows extremely high homology (99.4%) with that derived from Corynebacterium glutamicum ATCC13032, the insert fragment of pGEM / MJPC is a pyruvate carboxylase gene derived from Brevibacterium flavum MJ233. I determined that there was.
(B)ピルベートカルボキシラーゼ活性増強用プラスミドの構築
上記(A)で作製したpGEM/MJPCを制限酵素PacIおよびApaIで切断することにより生じる約3.7kbからなるピルベートカルボキシラーゼ遺伝子断片を、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離、回収した。
このDNA断片を、制限酵素PacIおよびApaIにて切断した<実施例3>にて構築したpTZ4と混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で生育した株を、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素PacIおよびApaIで切断することにより、約3.7kbの挿入断片が認められたものを選抜し、これをpMJPC1と命名した(図4)。
(B) Construction of Pyruvate Carboxylase Activity Enhancement Plasmid A pyruvate carboxylase gene fragment consisting of about 3.7 kb generated by cleaving the pGEM / MJPC prepared in (A) above with restriction enzymes PacI and ApaI It was separated and collected by% agarose gel electrophoresis.
This DNA fragment was mixed with pTZ4 constructed in <Example 3> cleaved with restriction enzymes PacI and ApaI, and ligation kit ver. After ligation using 2 (Takara Shuzo), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin.
The strain grown on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, and then the plasmid DNA was purified. The obtained plasmid DNA was cleaved with restriction enzymes PacI and ApaI, and a plasmid in which an insertion fragment of about 3.7 kb was recognized was selected and named pMJPC1 (FIG. 4).
(C)ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株への形質転換
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株内で複製可能なpMJPC1による形質転換用のプラスミドDNAは、上記(B)で形質転換した大腸菌(DH5α株)から調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株への形質転換は、電気パルス法(Res.Microbiol.、Vol.144, p.181-185, 1993)によって行い、得られた形質転換体をカナマイシン 50μg/mLを含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl 5g、グルコース 20g、及び寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。
この培地上に生育した株から、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを抽出、制限酵素切断による解析を行った結果、同株がpMJPC1を保持していることを確認し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC/ΔLDH株と命名した。
(C) Transformation into Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain Plasmid DNA for transformation with pMJPC1 capable of replicating in Brevibacterium flavum MJ233 strain is the Escherichia coli (DH5α strain transformed with (B) above. ).
Transformation into Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain was performed by the electric pulse method (Res. Microbiol., Vol. 144, p.181-185, 1993), and the obtained transformant was kanamycin 50 μg / mL. In an LBG agar medium [tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g, glucose 20 g, and agar 15 g dissolved in 1 L of distilled water].
From the strain grown on this medium, liquid culture was performed by a conventional method, and then plasmid DNA was extracted and analyzed by restriction enzyme digestion. As a result, it was confirmed that the strain retained pMJPC1. The strain was named as bacterial flavum MJ233 / PC / ΔLDH strain.
(D)ピルベートカルボキシラーゼ酵素活性
上記(C)で得られた形質転換株ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC/ΔLDH株をグルコース2%、カナマイシン25mg/Lを含むA培地100mlで終夜培養を行った。得られた菌体を集菌後、50mM リン酸カリウム緩衝液(pH7.5)50mlで洗浄し、同組成の緩衝液20mlに再度懸濁させた。懸濁液にをSONIFIER 350(BRANSON製)で破砕し、遠心分離した上清を無細胞抽出液とした。得られた無細胞抽出液を用いピルベートカルボキシラーゼ活性を測定した。酵素活性の測定は100mM Tris/H
Cl緩衝液(pH7.5)、 0.1mg/10mlビオチン、5mM 塩化マグネシウム、50mM 炭酸水素ナトリウム、5mM ピルビン酸ナトリウム 、5mM アデノシン3リン酸ナトリウム、0.32 mM NADH、20units/1.5mlリンゴ酸デヒドロゲナーゼ(WAKO製、酵母由来)及び酵素を含む反応液中で25℃で反応させることにより行った。1Uは1分間に1μmolのNADHの減少を触媒する酵素量とした。ピルベートカルボキシラーゼを発現させた無細胞抽出液における比活性は 0.2U/mg蛋白質であった。なお親株であるMJ233/ΔLDH株をA培地を用いて同様に培養した菌体では、本活性測定方法によりピルベートカルボキシラーゼ活性は検出されなかった。
(D) Pyruvate carboxylase enzyme activity The transformant Brevibacterium flavum MJ233 / PC / ΔLDH obtained in (C) above was cultured overnight in 100 ml of A medium containing 2% glucose and 25 mg / L kanamycin. . The obtained cells were collected, washed with 50 ml of 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), and resuspended in 20 ml of the same composition. The suspension was crushed with SONIFIER 350 (manufactured by BRANSON), and the centrifuged supernatant was used as a cell-free extract. The pyruvate carboxylase activity was measured using the obtained cell-free extract. Enzyme activity is measured at 100 mM Tris / H
Cl buffer (pH 7.5), 0.1 mg / 10 ml biotin, 5 mM magnesium chloride, 50 mM sodium bicarbonate, 5 mM sodium pyruvate, 5 mM adenosine triphosphate, 0.32 mM NADH, 20 units / 1.5 ml malate dehydrogenase (manufactured by WAKO) , Derived from yeast) and a reaction solution containing an enzyme at 25 ° C. 1 U was defined as the amount of enzyme that catalyzes the decrease of 1 μmol of NADH per minute. The specific activity in the cell-free extract in which pyruvate carboxylase was expressed was 0.2 U / mg protein. It should be noted that pyruvate carboxylase activity was not detected by this activity measurement method in cells obtained by similarly culturing the parent strain MJ233 / ΔLDH strain using A medium.
<大腸菌フマレートレダクターゼ遺伝子のクローニング>
(A)大腸菌DNA抽出
LB培地10mLに、大腸菌(Eschericia coli)JM109株を対数増殖期後期まで培養し、得られた菌体を上記実施例1の(A)に示す方法にてゲノムDNAを調製した。
<Cloning of E. coli fumarate reductase gene>
(A) Escherichia coli DNA extraction Escherichia coli JM109 strain was cultured in 10 mL of LB medium until the late logarithmic growth phase, and genomic DNA was prepared by the method shown in Example 1 (A) above. did.
(B)大腸菌フマレートレダクターゼ遺伝子のクローニング
大腸菌フマレートレダクターゼ遺伝子の取得は、上記(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されている大腸菌K12−MG1655株の該遺伝子の配列(GenBank Database Accession No.U00096)を基に設計した合成DNA(配列番号17および配列番号18)を用いたPCRによって行った。
反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、1mM MgSO4、0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。
反応温度条件:DNAサーマルサイクラー MJResearch社製PTC−200を用い、94℃で20秒、68℃で4分からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの68℃での保温は10分とした。PCR反応終了後、Takara Ex Taq(宝酒造)を0.1μL加え、さらに72℃で30分保温した。
増幅産物の確認は、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約3.8kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行った。
回収したDNA断片を、PCR産物クローニングベクターpT7Blue T−Vector(Novagen製)と混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLアンピシリンおよび50μg/mLX-Galを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素HindIIIおよびKpnIで切断することにより、約3.9kbの挿入断片が認められ、これをpFRD6.0と命名した。
pFRD6.0の挿入断片の塩基配列は、アプライドバイオシステム社製塩基配列解読装置(モデル377XL)およびビッグダイターミネーターサイクルシークエンスキットver3を用いて決定した。その結果得られたDNA塩基配列および推測されるアミノ酸配列を配列番号19,20〜23に記載する。
(B) Cloning of E. coli fumarate reductase gene The E. coli fumarate reductase gene was obtained using the DNA prepared in (A) above as a template and the sequence of the gene of E. coli K12-MG1655 strain for which the entire genome sequence was reported ( This was performed by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 17 and SEQ ID NO: 18) designed based on GenBank Database Accession No. U00096).
Composition of reaction solution: 1 μL of template DNA, 0.2 μL of Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen), 1 × concentration attached buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 and 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL.
Reaction temperature condition: DNA thermal cycler PTC-200 manufactured by MJ Research was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds and 68 ° C. for 4 minutes was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute and 20 seconds, and the heat retention at 68 ° C. in the final cycle was 10 minutes. After completion of the PCR reaction, 0.1 μL of Takara Ex Taq (Takara Shuzo) was added, and the mixture was further incubated at 72 ° C. for 30 minutes.
Confirmation of the amplification product was carried out by separating by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining, and a fragment of about 3.8 kb was detected. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).
The recovered DNA fragment was mixed with PCR product cloning vector pT7Blue T-Vector (manufactured by Novagen), and ligation kit ver. After ligation using 2 (Takara Shuzo), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin and 50 μg / mL X-Gal.
Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. By cutting the obtained plasmid DNA with restriction enzymes HindIII and KpnI, an insert of about 3.9 kb was observed, which was named pFRD6.0.
The base sequence of the insert fragment of pFRD6.0 was determined using a base sequence decoding device (Model 377XL) manufactured by Applied Biosystems and Big Dye Terminator cycle sequence kit ver3. The resulting DNA base sequence and the deduced amino acid sequence are shown in SEQ ID NOs: 19, 20 to 23.
<ピルベートカルボキシラーゼおよびフマレートレダクターゼ活性増強株の作製>
(A)pMJPC1の制限酵素部位改変
実施例3にて構築したpMJPC1を制限酵素KpnIにて完全に切断した後、アルカリフォスファターゼ(Alkaline Phosphatase Calf intestine:宝酒造)を反応させて5’末端を脱リン酸化処理して調製したDNA断片に、 5’末端がリン酸化された合成DNA(配列番号24および配列番号25)から成るDNAリンカーを混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で生育した株を、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAから制限酵素NdeIによって切断されるものを選抜し、これをpMJPC1.1と命名した。
<Preparation of pyruvate carboxylase and fumarate reductase activity-enhanced strain>
(A) Modification of restriction enzyme site of pMJPC1 After completely cutting pMJPC1 constructed in Example 3 with restriction enzyme KpnI, alkaline phosphatase (Alkaline Phosphatase Calf intestine) is reacted to dephosphorylate the 5 ′ end. A DNA linker consisting of synthetic DNA (SEQ ID NO: 24 and SEQ ID NO: 25) phosphorylated at the 5 ′ end was mixed with the DNA fragment prepared by treatment, and ligation kit ver. After ligation using 2 (Takara Shuzo), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin.
The strain grown on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, and then the plasmid DNA was purified. From the obtained plasmid DNA, one that was cleaved by the restriction enzyme NdeI was selected and named pMJPC1.1.
(B)ピルベートカルボキシラーゼおよびフマレートレダクターゼ活性増強用プラスミドの構築
実施例5にて作製したpFRD6.0を制限酵素Hind IIIで切断後、クレノウフラグメントにて末端を平滑化し、次いで制限酵素KpnIで切断して生じた約3.9kbのDNA断片を0.75%アガロースゲル電気泳動により分離、回収した。この様にして調製した大腸菌フマレートレダクターゼ遺伝子を含む断片を、上記(A)で作製したpMJPC1.1を制限酵素NdeIで切断後、クレノウフラグメントにて末端を平滑化し、次いで制限酵素KpnIで切断することによって調製したDNAと混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。この様にして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で生育した株を、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素Hind III消化により505、2132、2675、3775、4193bpの断片を生じたことから、図5に示した構造に間違いがないと判断し、該プラスミドをpFRPC1.1と命名した。
(B) Construction of pyruvate carboxylase and fumarate reductase activity-enhancing plasmid After cutting pFRD6.0 prepared in Example 5 with restriction enzyme Hind III, the ends were blunted with Klenow fragment, and then with restriction enzyme KpnI. A DNA fragment of about 3.9 kb generated by cleavage was separated and recovered by 0.75% agarose gel electrophoresis. The fragment containing the E. coli fumarate reductase gene prepared in this way was digested with pMJPC1.1 prepared in (A) above with the restriction enzyme NdeI, blunted with Klenow fragment, and then digested with the restriction enzyme KpnI. Mixed with the DNA prepared by ligation kit ver. After ligation using 2 (Takara Shuzo), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin.
The strain grown on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, and then the plasmid DNA was purified. The obtained plasmid DNA was digested with restriction enzyme Hind III to generate fragments of 505, 2132, 2675, 3775, and 4193 bp. Therefore, it was determined that the structure shown in FIG. 5 was correct, and the plasmid was designated as pFRPC1.1. Named.
(C)ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株の形質転換
pFRPC1.1を用いたブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株の形質転換は、実施例4の(C)に記載の方法にて行い、プラスミドpFRPC1.1を保持することが確認された株を得、これをブレビバクテリウム・フラバムMJ233/FRD/PC/ΔLDH株と命名した。
(C) Transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain Transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain using pFRPC1.1 was performed by the method described in (C) of Example 4, A strain confirmed to retain the plasmid pFRPC1.1 was obtained and named Brevibacterium flavum MJ233 / FRD / PC / ΔLDH strain.
(D)FRD酵素活性測定
上記(B)で得られた形質転換株ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/FRD/PC/ΔLDH株をグルコース2%、カナマイシン25mg/Lを含むA培地100mlで終夜培養を行った。得られた菌体を集菌後、50mM リン酸カリウム緩衝液(pH7.5)50mlで洗浄し、同組成の緩衝液20mlに再度懸濁させた。懸濁液をSONIFIER 350(BRANSON製)で破砕し、遠心分離した上清を無細胞抽出液とした。得られた無細胞抽出液を用いフマレートリダクターゼ活性を測定した。酵素活性の測定は33mM Tris塩酸緩衝液(pH7.5)、 0.1mM EDTA、20mM コハク酸Na、2mM K3Fe(CN)6及び酵素を含む反応液中で25℃で反応させることにより行った。1Uは1分間に2μmolのK3Fe(CN)6の減少を触媒する酵素量とした。プラスミドpFRPC1.1を発現させた無細胞抽出液におけるフマレートリダクターゼ比活性は0.02U/mg-蛋白質であった。なお親株であるMJ233/ΔLDH株をA培地を用いて同様に培養した菌体では、比活性は0.01U/mg-蛋白質であった。
(D) Measurement of FRD enzyme activity The transformant Brevibacterium flavum MJ233 / FRD / PC / ΔLDH obtained in (B) above was cultured overnight in 100 ml of A medium containing 2% glucose and 25 mg / L kanamycin. It was. The obtained cells were collected, washed with 50 ml of 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), and resuspended in 20 ml of the same composition. The suspension was crushed with SONIFIER 350 (manufactured by BRANSON), and the centrifuged supernatant was used as a cell-free extract. Fumarate reductase activity was measured using the obtained cell-free extract. The enzyme activity was measured by reacting at 25 ° C. in a reaction solution containing 33 mM Tris hydrochloric acid buffer (pH 7.5), 0.1 mM EDTA, 20 mM Na succinate, 2 mM K 3 Fe (CN) 6 and the enzyme. . 1 U was defined as the amount of enzyme that catalyzes the decrease of 2 μmol of K 3 Fe (CN) 6 per minute. The specific activity of fumarate reductase in the cell-free extract expressing plasmid pFRPC1.1 was 0.02 U / mg protein. Note that the specific activity of the parent strain MJ233 / ΔLDH strain cultured in the same manner using A medium was 0.01 U / mg protein.
<pTZ4と和合性を有するコリネ型細菌発現ベクターの構築>
(A)ストレプトマイシン/スペクチノマイシン耐性遺伝子の導入
pTZ4と共存可能なコリネ型細菌ベクターは、pTZ4と和合性を示す複製領域を持つプラスミドベクターpC3(Plasmid 36 62(1996)のカナマイシン耐性遺伝子をストレプトマイシン/スペクチノマイシン耐性遺伝子に置き換えることによって構築した。
ストレプトマイシン/スペクチノマイシン耐性遺伝子(大腸菌Tn7)の取得は、同遺伝子を有する植物形質転換用バイナリーベクターpLAN421(Plant Cell Reports 10 286 (1991))を鋳型としたPCRによって行った。
反応液組成:鋳型DNA10ng、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製)
0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、(配列番号26および配列番号27で示した合成DNA)、1mM MgSO4、0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。
反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で60秒からなるサイクルを20回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は2分とした。
増幅産物の確認は、0.8%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、937bpの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行い、回収後同DNA断片を、T4 ポリヌクレオチドキナーゼ(T4 Polynucleotide Kinase:宝酒造製)により5'末端をリン酸化した。
pC3を制限酵素HindIIIおよびNruIで切断後、クレノウフラグメント(Klenow Fragment:宝酒造製)により両末端を平滑化したDNA断片の末端を、上記で調製したストレプトマイシン/スペクチノマイシン耐性遺伝子と混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて結合した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、50μg/mLスペクチノマイシンをLB寒天培地に塗抹した。得られたコロニーから、液体培養後、定法によりプラスミドDNAを調製し、配列番号26および配列番号27の合成DNA をプライマーとした上記PCRによって解析した結果、ストレプトマイシン/スペクチノマイシン耐性遺伝子が挿入されていることが確認され、これをpC3と命名した。
次に、pC3を制限酵素BamHIおよびPvuIIで切断して調製したDNA断片をクレノウフラグメントにて末端を平滑化し、これにpBglIIリンカー(宝酒造:CAGATCTG)を混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、50μg/mLスペクチノマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたコロニーから、液体培養後、定法によりプラスミドDNAを調製し、制限酵素BglIIにて切断されるプラスミドを選抜し、これをpC3.1と命名した。
<Construction of Coryneform Bacterial Expression Vector Compatible with pTZ4>
(A) Introduction of Streptomycin / Spectinomycin Resistance Gene A coryneform bacterial vector that can coexist with pTZ4 is a plasmid vector pC3 (Plasmid 36 62 (1996)) having a replication region compatible with pTZ4. It was constructed by replacing with the spectinomycin resistance gene.
The streptomycin / spectinomycin resistance gene (E. coli Tn7) was obtained by PCR using the plant transformation binary vector pLAN421 (Plant Cell Reports 10 286 (1991)) having the same gene as a template.
Composition of reaction solution: template DNA 10 ng, Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen)
0.2 μL, 1 × concentration attached buffer, 0.3 μM each primer (synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 26 and SEQ ID NO: 27), 1 mM MgSO 4 , and 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL.
Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 60 seconds was repeated 20 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute and 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 2 minutes.
Confirmation of the amplification product was carried out by separation by 0.8% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining to detect a 937 bp fragment. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN), and the recovered DNA fragment was phosphorylated at the 5 ′ end with T4 polynucleotide kinase (T4 Polynucleotide Kinase: manufactured by Takara Shuzo). .
After cleaving pC3 with restriction enzymes HindIII and NruI, the ends of the DNA fragments whose ends were blunted with Klenow Fragment (manufactured by Takara Shuzo) were mixed with the streptomycin / spectinomycin resistance gene prepared above and ligated. Kit ver. 2 (Takara Shuzo) was used. Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA, and 50 μg / mL spectinomycin was smeared on an LB agar medium. From the obtained colony, after liquid culture, plasmid DNA was prepared by a conventional method and analyzed by the above PCR using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 26 and SEQ ID NO: 27 as a result. As a result, the streptomycin / spectinomycin resistance gene was inserted. And was named pC3.
Next, the DNA fragment prepared by cleaving pC3 with restriction enzymes BamHI and PvuII was blunted with Klenow fragment, mixed with pBglII linker (Takara Shuzo: CAGATCTG), and ligated kit ver. After ligation using 2 (Takara Shuzo), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL spectinomycin. From the obtained colonies, after liquid culture, plasmid DNA was prepared by a conventional method, and a plasmid cleaved with the restriction enzyme BglII was selected and named pC3.1.
(B)マルチクローニングサイトの導入
大腸菌プラスミドpT7Blue(Novagen社)を鋳型としてLacZマルチクローニングサイトを含むα−ペプチド遺伝子を配列番号28および配列番号29で示す合成DNAをプライマーとしたPCRにより調製した。
反応液組成:鋳型DNA10ng、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製)
0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、1mM MgSO4、0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。
反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で30秒からなるサイクルを20回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は2分とした。
増幅産物の確認は、1.0%アガロース(SeaKem GTG agarose:FM
CBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、5777bpの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行い、回収後同DNA断片を、T4 ポリヌクレオチドキナーゼ(T4 Polynucleotide Kinase:宝酒造製)により5'末端をリン酸化した。
pC3.1を制限酵素PstIおよびHpaIで切断後、クレノウフラグメント(Klenow Fragment:宝酒造製)により末端を平滑化したDNA断片を、上記で調製したα−ペプチドの遺伝子断片と混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて結合した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、50μg/mLX-Galおよび50μg/mLスペクチノマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたコロニーの中から青色を呈するもの選抜し、液体培養後、定法によりプラスミドDNAを調製した。このプラスミドDNAは、挿入したLacZマルチクローニングサイトに由来するEcoRVの切断部位を有することが確認され、これをpC3.14と命名した(図6に構築手順を示す)。
(B) Introduction of Multicloning Site An α-peptide gene containing a LacZ multicloning site was prepared by PCR using Escherichia coli plasmid pT7Blue (Novagen) as a template and synthetic DNAs represented by SEQ ID NO: 28 and SEQ ID NO: 29 as primers.
Composition of reaction solution: template DNA 10 ng, Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen)
0.2 μL, 1 × concentration buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 and 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL.
Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 20 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute and 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 2 minutes.
Confirmation of the amplified product is 1.0% agarose (SeaKem GTG agarose: FM).
The product was separated by gel electrophoresis and visualized by ethidium bromide staining, and a 5777 bp fragment was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN), and the recovered DNA fragment was phosphorylated at the 5 ′ end with T4 polynucleotide kinase (T4 Polynucleotide Kinase: manufactured by Takara Shuzo). .
After cleaving pC3.1 with restriction enzymes PstI and HpaI, the DNA fragment whose end was blunted with Klenow Fragment (manufactured by Takara Shuzo) was mixed with the gene fragment of α-peptide prepared above, and ligation kit ver . 2 (Takara Shuzo) was used. Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mLX-Gal and 50 μg / mL spectinomycin. From the obtained colonies, those exhibiting blue color were selected, and after liquid culture, plasmid DNA was prepared by a conventional method. This plasmid DNA was confirmed to have an EcoRV cleavage site derived from the inserted LacZ multicloning site, and named pC3.14 (construction procedure is shown in FIG. 6).
(A)MDH遺伝子のクローニングおよびMDH増強用プラスミドの構築
プロモーター領域を含むブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来マレートデヒドロゲナーゼ遺伝子の取得は実施例2の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13032株の該遺伝子の配列(GenBank Database Accession No.AP005276)を基に設計した合成DNA(配列番号30および配列番号31)を用いたPCRによって行った。
これら合成DNAにはそれぞれ制限酵素EcoRVまたはSacIの認識配列が含まれる。反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製)0.5μL、1倍濃度添付バッファー、0.4μM各々プライマー、1mM MgSO4、0.2μMdNTPsを混合し、全量を50μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で15秒、55℃で30秒、68℃で1分20秒からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は2分、最終サイクルの68℃での保温は3分とした。
増幅産物はRapid PCR Purification System(Maligen製)を用いて精製後、制限酵素EcoRVおよびSacIで切断した。これによって生じた約1.2kbのDNA断片は0.8%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することで検出し、Gel Extraction System(Maligen製)を用いてゲルから回収した。このDNA断片に実施例7に記載のプラスミドpC3.14を制限酵素EcoRVおよびSacIで切断することによって調製したDNAを混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。この様にして得られた組み換え大腸菌を50μg/mLスペクチノマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で生育した株を常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素EcoRIで切断することにより、約1kbのDNA断片が認められたものを選抜し、これをpC3−MDHと命名した(図7)。
pC3−MDHの挿入断片の塩基配列は、アプライドバイオシステム社製塩基配列解読装置(モデル377XL)およびビッグダイターミネーターサイクルシークエンスキットver3を用いて決定した。その結果得られたDNA塩基配列および推測されるアミノ酸配列を配列番号7に記載する。
(A) Cloning of MDH gene and construction of MDH-enhancing plasmid Malate dehydrogenase gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain containing the promoter region was obtained using the DNA prepared in (A) of Example 2 as a template, and the entire genome It was carried out by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 30 and SEQ ID NO: 31) designed on the basis of the gene sequence (GenBank Database Accession No. AP005276) of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain whose sequence was reported.
These synthetic DNAs each contain a recognition sequence for restriction enzymes EcoRV or SacI. Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, PfxDNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.5 μL, 1-fold concentration buffer, 0.4 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.2 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 50 μL. Reaction temperature condition: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 55 ° C. for 30 seconds and 68 ° C. for 1 minute 20 seconds was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 2 minutes, and the heat retention at 68 ° C. in the final cycle was 3 minutes.
The amplified product was purified using Rapid PCR Purification System (manufactured by Marigen) and then cleaved with restriction enzymes EcoRV and SacI. The resulting DNA fragment of about 1.2 kb was separated by gel electrophoresis with 0.8% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) and then visualized by staining with ethidium bromide, and Gel Extraction System (manufactured by Marigen). ) Was used to recover from the gel. This DNA fragment was mixed with DNA prepared by cleaving the plasmid pC3.14 described in Example 7 with restriction enzymes EcoRV and SacI, and ligation kit ver. After ligation using 2 (Takara Shuzo), Escherichia coli DH5α strain was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL spectinomycin.
The strain grown on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, and then the plasmid DNA was purified. By cleaving the obtained plasmid DNA with the restriction enzyme EcoRI, a DNA fragment with an approximately 1 kb DNA fragment was selected and named pC3-MDH (FIG. 7).
The base sequence of the insert fragment of pC3-MDH was determined using a base sequence decoding device (Model 377XL) manufactured by Applied Biosystems and Big Dye Terminator Cycle Sequence Kit ver3. The resulting DNA base sequence and deduced amino acid sequence are shown in SEQ ID NO: 7.
(B)MDH増強株の作製
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/FRD/PC/ΔLDH株の形質転換に用
いるプラスミドDNAはpC3−MDHを用いて形質転換した大腸菌MJ110株から調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/FRD/PC/ΔLDH株の形質転換は電気パルス法(Res.Microbiol.Vol. 144, p. 181-185, 1993)によって行い、得られた形質転換体を25μg/mLカナマイシンおよび10μg/mLストレプトマイシンを含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5g、グルコース20g、および寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。この培地上に生育した株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/MDH/FRD/PC/ΔLDHと命名した。
(B) Production of MDH-enhanced strain Plasmid DNA used for transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / FRD / PC / ΔLDH strain was prepared from E. coli strain MJ110 transformed with pC3-MDH.
Transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / FRD / PC / ΔLDH strain was performed by the electric pulse method (Res. Microbiol. Vol. 144, p. 181-185, 1993), and the obtained transformant was 25 μg / mL. LBG agar medium containing kanamycin and 10 μg / mL streptomycin [10 g tryptone, 5 g yeast extract, 5 g NaCl, 20 g glucose, and 15 g agar dissolved in 1 L distilled water] was smeared. The strain grown on this medium was named Brevibacterium flavum MJ233 / MDH / FRD / PC / ΔLDH.
(C)MDH活性の測定
上記(B)で得られた形質転換株をグルコース2%、カナマイシン25mg/L及びストレプトマイシン10mg/Lを含むA培地100mlで終夜培養を行った。得られた培養液10mlを集菌後、5mMのMgCl2を含む50mM Hepes/NaOH緩衝液(pH7.5)10mlで2回洗浄し、4.5Mのグルセロール及び5mMのMgCl2を含む50mM Hepes/NaOH緩衝液(pH7.5)2mlに再度懸濁させた。懸濁液をバイオラプター(コスモバイオ製)で破砕し、10,000gX15分間の遠心分離を行い上清を分離した。得られた上清については更に40,000rpmX60minの超遠心分離を行い、超遠心後の上清を用いてマレートデヒドロゲナーゼ活性を測定した。
酵素活性の測定は100mM Tris/HCl緩衝液(pH7.5)、5mM MgCl2、5mM オキサル酢酸 、0. 32mM NADH、及び酵素を含む反応液中で25℃で反応させることにより行った。1Uは1分間に1μmolのNADHの減少を触媒する酵素量とした。
上記測定法によるブレビバクテリウム・フラバムMJ233/MDH/FRD/PC/ΔLDHのMDH比活性は20.39U/mg-蛋白質であった。なお親株であるブレビバクテリウム
・フラバムMJ233/FRD/PC/ΔLDH株をグルコース2%、カナマイシン25mg/Lを含むA培地を用いて同様に培養した菌体では、MDH活性は1.22U/mg-蛋白質であり、増強株では約17倍にMDH活性が増加していることが確認された。
(C) Measurement of MDH activity The transformant obtained in (B) above was cultured overnight in 100 ml of A medium containing 2% glucose, 25 mg / L kanamycin and 10 mg / L streptomycin. After harvesting the resulting culture broth 10 ml, was washed twice with 50 mM Hepes / NaOH buffer solution (pH 7.5) 10 ml containing MgCl 2 of 5mM, 50 mM Hepes / NaOH containing MgCl 2 of glycerol and 5mM of 4.5M It was resuspended in 2 ml of buffer solution (pH 7.5). The suspension was crushed with a bioraptor (manufactured by Cosmo Bio) and centrifuged at 10,000 g × 15 minutes to separate the supernatant. The obtained supernatant was further subjected to ultracentrifugation at 40,000 rpm × 60 min, and malate dehydrogenase activity was measured using the supernatant after ultracentrifugation.
The enzyme activity was measured by reacting at 25 ° C. in a reaction solution containing 100 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5), 5 mM MgCl 2 , 5 mM oxalacetic acid, 0.32 mM NADH, and enzyme. 1 U was defined as the amount of enzyme that catalyzes the decrease of 1 μmol of NADH per minute.
The MDH specific activity of Brevibacterium flavum MJ233 / MDH / FRD / PC / ΔLDH according to the above measurement method was 20.39 U / mg-protein. In addition, MDH activity is 1.22U / mg-protein in the same cell culture of Brevibacterium flavum MJ233 / FRD / PC / ΔLDH, which is the parent strain, using A medium containing 2% glucose and 25 mg / L kanamycin. Thus, it was confirmed that MDH activity increased about 17 times in the enhanced strain.
<菌体反応(炭酸マグネシウム中和反応)>
100mLの種培養培地(尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:1g、カザミノ酸:1g、及び蒸留水:1000mLの培地100mL)を500mLの三角フラスコにいれ、120℃、20分加熱滅菌した。これを室温まで冷やし、あらかじめ滅菌した50%グルコース水溶液を4mL、無菌濾過した5%カナマイシン水溶液を50μL、2%ストレプトマイシン水溶液を50μL添加し、実施例8(B)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/MDH/FRD/PC/ΔLDH株を接種して24時間30℃にて種培養した。但し、実施例6(B)で作製した対象株ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/FRD/PC/ΔLDH株を培養する場合は、ストレプトマイシン添加は除いた。
得られた全培養液を10000g、5分の遠心分離により集菌し、菌体懸濁培地(硫酸マグネシウム・7水和物:1g、硫酸第一鉄・7水和物:40mg、硫酸マンガン・水和物:40mg、D−ビオチン:400μg、塩酸チアミン:400μg、リン酸一アンモニウム:0.8g、リン酸二アンモニウム:0.8g、塩化カリウム:0.3g、及び蒸留水:1000mL)にOD660の吸光度が80になるように懸濁した。4ml反応器に前記の菌体懸濁液0.5mlに、基質溶液(グルコース:200g、炭酸マグネシウム:194g、及び蒸留水:1000mL)0.5mLを加えて、20%炭酸ガス、80%窒素雰囲気下、35℃で18時間反応させた。尚、本反応条件では、培地中のグルコースは残存していた。
反応後、上述の条件で遠心分離し、上清のコハク酸濃度を分析した結果、ブレビバクテ
リウム・フラバムMJ233/FRD/PC/ΔLDH株では、83.4g/L、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/MDH/FRD/PC/ΔLDH株では、97.6g/Lであり、MDHの増強によってコハク酸生産性が約2割向上することが示された。
<Bacterial cell reaction (magnesium carbonate neutralization reaction)>
100 mL seed culture medium (urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, monopotassium phosphate: 0.5 g, dipotassium phosphate 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate-7 water (Japanese product: 20 mg, manganese sulfate / hydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, and distilled water: 100 mL of 1000 mL medium) in a 500 mL Erlenmeyer flask The mixture was sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes. This was cooled to room temperature, 4 mL of 50% glucose aqueous solution sterilized in advance, 50 μL of 5% kanamycin aqueous solution filtered aseptically and 50 μL of 2% aqueous streptomycin solution were added, and Brevibacterium flavum MJ233 prepared in Example 8 (B) was added. / MDH / FRD / PC / ΔLDH strain was inoculated and seed-cultured at 30 ° C. for 24 hours. However, when the target strain Brevibacterium flavum MJ233 / FRD / PC / ΔLDH prepared in Example 6 (B) was cultured, the addition of streptomycin was excluded.
The obtained whole culture solution was collected by centrifugation at 10,000 g for 5 minutes, and the cell suspension medium (magnesium sulfate 7 hydrate: 1 g, ferrous sulfate 7 hydrate: 40 mg, manganese sulfate. Hydrate: 40 mg, D-biotin: 400 μg, thiamine hydrochloride: 400 μg, monoammonium phosphate: 0.8 g, diammonium phosphate: 0.8 g, potassium chloride: 0.3 g, and distilled water: 1000 mL) at OD660 The suspension was suspended so that its absorbance was 80. Add 0.5 mL of the substrate solution (glucose: 200 g, magnesium carbonate: 194 g, and distilled water: 1000 mL) to 0.5 mL of the above cell suspension in a 4 mL reactor, and 20% carbon dioxide gas, 80% nitrogen atmosphere The reaction was allowed to proceed at 35 ° C. for 18 hours. In this reaction condition, glucose in the medium remained.
After the reaction, the mixture was centrifuged under the conditions described above, and the succinic acid concentration of the supernatant was analyzed. As a result, in the case of Brevibacterium flavum MJ233 / FRD / PC / ΔLDH, 83.4 g / L, Brevibacterium flavum MJ233 / The MDH / FRD / PC / ΔLDH strain was 97.6 g / L, and it was shown that succinic acid productivity was improved by about 20% by enhancing MDH.
<菌体反応(炭酸水素アンモニウム中和反応)>
実施例9で示した方法に従って培養、集菌した菌体をOD660の吸光度が40になるようにして調製した菌体懸濁液0.5mlに、基質溶液(グルコース:40g、炭酸水素アンモニウム:63g、及び蒸留水:1000mL)0.5mLを加えて、20%炭酸ガス、80%窒素雰囲気下、35℃で3時間反応させた。尚、本反応条件では、培地中のグルコースは残存していた。
反応後、上述の条件で遠心分離し、上清のコハク酸濃度を分析した結果、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/FRD/PC/ΔLDH株では、13.1g/L、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/MDH/FRD/PC/ΔLDH株では、14.9g/Lであり、炭酸マグネシウム中和と同様に、炭酸水素アンモニウム中和においてもMDHの増強がコハク酸生産性向上に有効であることが示された。
<Bacteria reaction (neutralization of ammonium hydrogen carbonate)>
Bacterial cells cultured and collected according to the method shown in Example 9 were prepared by adding 0.5 ml of a cell suspension prepared with an OD660 absorbance of 40 to a substrate solution (glucose: 40 g, ammonium bicarbonate: 63 g). 0.5 mL of distilled water: 1000 mL) was added, and the mixture was reacted at 35 ° C. for 3 hours under 20% carbon dioxide gas and 80% nitrogen atmosphere. In this reaction condition, glucose in the medium remained.
After the reaction, the mixture was centrifuged under the conditions described above, and the succinic acid concentration in the supernatant was analyzed. As a result, in the Brevibacterium flavum MJ233 / FRD / PC / ΔLDH strain, 13.1 g / L, Brevibacterium flavum MJ233 / In the MDH / FRD / PC / ΔLDH strain, it was 14.9 g / L, and it was shown that enhancement of MDH is effective for improving succinic acid productivity in neutralization with ammonium bicarbonate as well as neutralization with magnesium carbonate. It was.
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