JP5343303B2 - L-glutamic acid-producing bacterium and method for producing L-glutamic acid - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発酵工業に関し、詳しくは、L−グルタミン酸の製造法及びそれに用いる細菌に関する。L−グルタミン酸は調味料原料等として広く用いられる。 The present invention relates to the fermentation industry, and in particular, to a method for producing L-glutamic acid and a bacterium used therefor. L-glutamic acid is widely used as a seasoning material.
従来、L−グルタミン酸は、L−グルタミン酸生産能を有するブレビバクテリウム属やコリネバクテリウム属に属するコリネ型細菌を用いて発酵法により工業生産されている。これらのコリネ型細菌は、生産性を向上させるために、自然界から分離した菌株または該菌株の人工変異株が用いられている。 Conventionally, L-glutamic acid has been industrially produced by fermentation using coryneform bacteria belonging to the genus Brevibacterium or Corynebacterium having the ability to produce L-glutamic acid. In order to improve the productivity of these coryneform bacteria, strains isolated from nature or artificial mutants of the strains are used.
コリネ型細菌の野生株は、一般的にビオチンが存在している条件ではグルタミン酸を生成しない。したがって、コリネ型細菌によるグルタミン酸生産は、ビオチン制限、界面活性剤添加、ペニシリン添加等によってグルタミン酸生成を誘導した状態で行われる(非特許文献1)。また、これらの方法を適用しなくてもビオチンが十分存在している条件でL−グルタミン酸を生成できる株として、界面活性剤温度感受性株(特許文献1)、ペニシリン感受性株(特許文献2)、セルレニン感受性株(特許文献3)リゾチーム感受性株(特許文献4)等が開発されている。 Wild strains of coryneform bacteria generally do not produce glutamic acid under conditions where biotin is present. Therefore, glutamic acid production by coryneform bacteria is performed in a state in which glutamic acid production is induced by biotin restriction, addition of a surfactant, addition of penicillin, or the like (Non-patent Document 1). In addition, as a strain capable of producing L-glutamic acid under conditions where biotin is sufficiently present without applying these methods, a surfactant temperature sensitive strain (Patent Document 1), a penicillin sensitive strain (Patent Document 2), A cerulenin sensitive strain (Patent Document 3), a lysozyme sensitive strain (Patent Document 4) and the like have been developed.
しかし、これらの手法により開発されたL-グルタミン酸生産菌は、脂肪酸合成能の低下や細胞壁合成能の低下を伴っている場合が多く、L-グルタミン酸生産と引き換えに環境変化への適応力の低下を引き起こしている可能性が高い。したがって、これらの手法を用いてL-グルタミン酸を著量蓄積できる菌株を開発するには相当の労力を要していた。 However, L-glutamic acid-producing bacteria developed by these methods are often accompanied by a decrease in the ability to synthesize fatty acids and the ability to synthesize cell walls. In exchange for the production of L-glutamic acid, the ability to adapt to environmental changes is reduced. Is likely to cause. Therefore, considerable effort has been required to develop a strain capable of accumulating a significant amount of L-glutamic acid using these methods.
一方、ビオチン十分条件でL−グルタミン酸を生成する株は、α−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子を欠損させることによっても達成される(特許文献5)。しかし、TCAサイクルを途中で遮断するα−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ欠損株は生育が遅いことから菌体量の確保が困難などの課題があった。 On the other hand, a strain that produces L-glutamic acid under sufficient biotin conditions can also be achieved by deleting a gene encoding α-ketoglutarate dehydrogenase (Patent Document 5). However, α-ketoglutarate dehydrogenase-deficient strains that block the TCA cycle in the middle have problems such as difficulty in securing the amount of cells due to slow growth.
コリネ型細菌のyggB遺伝子は、エシェリヒア・コリのyggB遺伝子のホモログであり(非特許文献2,3)、メカノセンシティブチャンネル(mechanosensitive channel)の一種として解析されているが、(非特許文献4)、L−グルタミン酸に及ぼす影響については知られていなかった。
本発明は、コリネ型細菌を用いたL−グルタミン酸の製造において、L−グルタミン酸生産能力を向上させる新規な技術を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a novel technique for improving L-glutamic acid production ability in the production of L-glutamic acid using coryneform bacteria.
本研究者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、yggB遺伝子がコリネ型細菌のL-グルタミン生産に関与していることを明らかにし、yggB遺伝子を用いてコリネ型細菌を改変することにより、L-グルタミン酸の生産能が大幅に向上することを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present researchers conducted intensive studies. As a result, it was clarified that the yggB gene is involved in L-glutamine production of coryneform bacteria, and the ability to produce L-glutamic acid is greatly improved by modifying the coryneform bacteria using the yggB gene. As a result, the present invention has been completed.
すなわち本発明は、以下の通りである。
(1)L−グルタミン酸生産能を有するコリネ型細菌であって、yggB遺伝子を用いて改変されたことにより、非改変株と比較してL−グルタミン酸生産能が向上したコリネ型細菌。
(2)前記yggB遺伝子が、以下の(a)〜(h)のいずれかから選択されるDNAである(1)のコリネ型細菌:
(a) 配列番号5の塩基番号1437〜3035の塩基配列を含むDNA、
(b) 配列番号5の塩基番号1437〜3035の相補的な塩基配列又は同塩基配列から調製され得るプローブとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、コリネ型細菌に導入することにより、該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(c) 配列番号61の塩基番号507〜2093の塩基配列を含むDNA、
(d) 配列番号61の塩基番号507〜2093の相補的な塩基配列又は同塩基配列から調製され得るプローブとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、コリネ型細菌に導入することにより、該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(e) 配列番号67の塩基番号403〜2001の塩基配列を含むDNA、
(f) 配列番号67の塩基番号403〜2001の相補的な塩基配列又は同塩基配列から調製され得るプローブとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、コリネ型細菌に導入することにより、該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(g) 配列番号83の塩基番号501〜2099の塩基配列を含むDNA、
(h) 配列番号83の塩基番号501〜2099の相補的な塩基配列又は同塩基配列から調製され得るプローブとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、コリネ型細菌に導入することにより、該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(3)前記yggB遺伝子が、配列番号6、62、68、84、もしくは85ら選択されるアミノ酸配列、または配列番号6、62、68、84、もしくは85から選択されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNAである(1)のコリネ型細菌。
(4)yggB遺伝子の発現量が非改変株と比較して上昇するように改変された、(1)のコリネ型細菌。
(5)yggB遺伝子のコピー数を高めること、又は該遺伝子の発現調節配列を改変することにより、該遺伝子の発現量が上昇するように改変された、(4)のコリネ型細菌。
(6)変異型yggB遺伝子が導入された、(1)のコリネ型細菌。
(7)前記変異型yggB遺伝子が、配列番号6、68、84もしくは85のアミノ酸番号419−533の配列、または配列番号62のアミノ酸番号419−529の配列をコードする領域に変異を有する、(6)のコリネ型細菌。
(8)前記変異は、前記領域の欠失である、(7)のコリネ型細菌。
(9)前記変異は、前記領域へのインサーションシーケンス又はトランスポゾンの挿入である、(7)のコリネ型細菌。
(10)前記変異は、前記領域に存在するプロリンを他のアミノ酸に置換する変異である(7)のコリネ型細菌。
(11)前記変異型yggB遺伝子が、配列番号6、62、68、84もしくは85のアミノ酸配列において、424位及び/または437位のプロリンを他のアミノ酸に置換する変異である、(7)のコリネ型細菌。
(12)前記変異型yggB遺伝子が、yggB遺伝子がコードするタンパク質の膜貫通領域に変異を有する遺伝子である、(6)のコリネ型細菌。
(13)前記膜貫通領域が、配列番号6、62、68、84もしくは85のアミノ酸配列において、アミノ酸番号1−23、25−47、62−84、86−108、及び110−132からなる群から選ばれる領域である、(12)のコリネ型細菌。
(14)前記変異が、フレームシフトを伴うことなく導入された、(12)のコリネ型細菌。
(15)前記変異型yggB遺伝子が、配列番号6、62、68、84もしくは85のアミノ酸配列において、100位のアラニン及び/または111位のアラニンを他のアミノ酸に置換する変異を有する遺伝子である、(12)のコリネ型細菌。
(16)前記変異型yggB遺伝子が、配列番号6、62、68、84もしくは85のアミノ酸配列において、14位のロイシンと15位のトリプトファンの間に1又は数アミノ酸を挿入する変異を有する遺伝子である、(12)のコリネ型細菌。
(17)前記変異型yggB遺伝子の導入により、L−グルタミン酸アナログ耐性が向上したことを特徴とする、(6)〜(16)のいずれかのコリネ型細菌。
(18)さらに上記変異型yggB遺伝子の機能を抑制する遺伝子が不活化するように改変された、(6)〜(17)のいずれかのコリネ型細菌。
(19)前記変異型yggB遺伝子の機能を抑制する遺伝子がsymA遺伝子であり、前記symA遺伝子が以下の(i)または(j)から選択されるDNAである(18)のコリネ型細菌:
(i) 配列番号86の塩基番号585〜1121の塩基配列を含むDNA、
(j) 配列番号86の塩基番号585〜1121の相補的な塩基配列又は同塩基配列から調製され得るプローブとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、コリネ型細菌内で変異型yggB遺伝子の機能を抑制するDNA。
(20)さらにα-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ活性が低下するように改変された、(1)〜(19)のいずれかのコリネ型細菌。
(21)コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウム属に属する、(1)〜(20)のいずれかのコリネ型細菌。
(22)(1)〜(21)のいずれかのコリネ型細菌を培地で培養し、L−グルタミン酸を該培地中又は菌体内に生成蓄積させ、該培地又は菌体からL−グルタミン酸を回収することを特徴とするL-グルタミン酸の製造法。
(23)下記(a)〜(p)より選ばれる変異型yggB遺伝子:
(a) 配列番号8のアミノ酸配列をコードするDNA、
(b) 配列番号8のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(c) 配列番号20のアミノ酸配列をコードするDNA、
(d) 配列番号20のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(e) 配列番号22のアミノ酸配列をコードするDNA、
(f) 配列番号22のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(g) 配列番号24のアミノ酸配列をコードするDNA、
(h) 配列番号24のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL
−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(i) 配列番号64のアミノ酸配列をコードするDNA、
(j) 配列番号64のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(k) 配列番号70のアミノ酸配列をコードするDNA、
(l) 配列番号70のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(m) 配列番号74のアミノ酸配列をコードするDNA、
(n) 配列番号74のアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(24)変異型yggB遺伝子を保有するコリネ型細菌の製造方法であって、α−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子を欠損させたコリネ型細菌を、ビオチンを過剰量含む培地に接種し、同培地でL−グルタミン酸を蓄積可能とする株を取得することを特徴とする方法。
(25)変異型yggB遺伝子を保有するコリネ型細菌の製造方法であって、in vitroでランダムに変異を導入したyggB遺伝子を導入したコリネ型細菌を、ビオチンを過剰量含む培地に接種し、同培地でL−グルタミン酸を蓄積可能とする株を取得することを特徴とする方法。
(26)変異型yggB遺伝子を保有するコリネ型細菌の製造方法であって、転移因子を染色体上にランダムに導入したコリネ型細菌を、ビオチンを過剰量含む培地に接種し、同培地でL−グルタミン酸を蓄積可能とする株を取得することを特徴とする方法。
(27)変異型yggB遺伝子を保有するコリネ型細菌の製造方法であって、コリネ型細菌をL−グルタミン酸アナログを含む培地で培養し、同培地で生育可能な株を取得することを特徴とする方法。
(28)前記変異型yggB遺伝子を保有する菌株が(6)〜(16)のいずれかのコリネ型細菌である、(24)〜(27)のいずれかのコリネ型細菌の製造方法。
(29)前記ビオチンを過剰量含む培地が、ビオチンを30μg/L以上含有する培地である、(24)〜(28)のいずれかのコリネ型細菌の製造方法。
That is, the present invention is as follows.
(1) A coryneform bacterium having L-glutamic acid-producing ability, wherein the coryneform bacterium has improved L-glutamic acid-producing ability as compared with an unmodified strain by being modified using the yggB gene.
(2) The coryneform bacterium according to (1), wherein the yggB gene is DNA selected from any of the following (a) to (h):
(a) DNA comprising the nucleotide sequence of nucleotide numbers 1437 to 3035 of SEQ ID NO: 5,
(b) The coryneform bacterium by hybridizing under a stringent condition with a complementary base sequence of base numbers 1437 to 3035 of SEQ ID NO: 5 or a probe that can be prepared from the base sequence and introducing it into the coryneform bacterium. DNA which improves L-glutamic acid production ability of.
(c) DNA comprising the nucleotide sequence of base numbers 507 to 2093 of SEQ ID NO: 61,
(d) the coryneform bacterium by hybridizing with a complementary base sequence of base numbers 507 to 2093 of SEQ ID NO: 61 or a probe that can be prepared from the base sequence under stringent conditions and introducing it into the coryneform bacterium DNA which improves L-glutamic acid production ability of.
(e) DNA comprising the base sequence of base numbers 403 to 2001 of SEQ ID NO: 67,
(f) the coryneform bacterium by hybridizing under a stringent condition with a complementary base sequence of base numbers 403 to 2001 of SEQ ID NO: 67 or a probe that can be prepared from the base sequence and introducing it into the coryneform bacterium DNA which improves L-glutamic acid production ability of.
(g) DNA comprising the base sequence of base numbers 501 to 2099 of SEQ ID NO: 83,
(h) The coryneform bacterium by hybridizing under a stringent condition with a complementary base sequence of base numbers 501 to 2099 of SEQ ID NO: 83 or a probe that can be prepared from the base sequence and introducing it into the coryneform bacterium DNA which improves L-glutamic acid production ability of.
(3) The yggB gene is one or a number in the amino acid sequence selected from SEQ ID NO: 6, 62, 68, 84, or 85, or the amino acid sequence selected from SEQ ID NO: 6, 62, 68, 84, or 85 A DNA that encodes a protein having an amino acid sequence in which one amino acid is substituted, deleted, inserted or added, and is introduced into a coryneform bacterium, thereby improving the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium (1 ) Coryneform bacteria.
(4) The coryneform bacterium according to (1), which has been modified so that the expression level of the yggB gene is increased as compared with the unmodified strain.
(5) The coryneform bacterium according to (4), which has been modified to increase the expression level of the gene by increasing the copy number of the yggB gene or modifying the expression regulatory sequence of the gene.
(6) The coryneform bacterium according to (1), into which a mutant yggB gene has been introduced.
(7) The mutant yggB gene has a mutation in a region encoding the sequence of amino acid numbers 419-533 of SEQ ID NO: 6, 68, 84 or 85, or the sequence of amino acid numbers 419-529 of SEQ ID NO: 62. 6) Coryneform bacteria.
(8) The coryneform bacterium according to (7), wherein the mutation is a deletion of the region.
(9) The coryneform bacterium according to (7), wherein the mutation is an insertion sequence or transposon insertion into the region.
(10) The coryneform bacterium according to (7), wherein the mutation is a mutation that substitutes other amino acids for proline present in the region.
(11) The mutant yggB gene is a mutation that substitutes other amino acids for proline at position 424 and / or 437 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 62, 68, 84, or 85. Coryneform bacteria.
(12) The coryneform bacterium according to (6), wherein the mutant yggB gene is a gene having a mutation in a transmembrane region of a protein encoded by the yggB gene.
(13) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 62, 68, 84 or 85, the transmembrane region is a group consisting of amino acid numbers 1-23, 25-47, 62-84, 86-108, and 110-132 The coryneform bacterium according to (12), which is a region selected from
(14) The coryneform bacterium according to (12), wherein the mutation is introduced without accompanying a frame shift.
(15) The mutant yggB gene is a gene having a mutation that substitutes an alanine at position 100 and / or alanine at
(16) The mutant yggB gene is a gene having a mutation that inserts one or several amino acids between leucine at
(17) The coryneform bacterium according to any one of (6) to (16), wherein resistance to L-glutamic acid analog is improved by introduction of the mutant yggB gene.
(18) The coryneform bacterium according to any one of (6) to (17), further modified so that a gene that suppresses the function of the mutant yggB gene is inactivated.
(19) The coryneform bacterium according to (18), wherein the gene that suppresses the function of the mutant yggB gene is a symA gene, and the symA gene is DNA selected from the following (i) or (j):
(i) DNA comprising the base sequence of base numbers 585 to 1121 of SEQ ID NO: 86,
(j) It hybridizes under a stringent condition with a complementary nucleotide sequence of nucleotide numbers 585 to 1121 of SEQ ID NO: 86 or a probe that can be prepared from the nucleotide sequence, and suppresses the function of the mutant yggB gene in coryneform bacteria DNA to do.
(20) The coryneform bacterium according to any one of (1) to (19), which is further modified so that the α-ketoglutarate dehydrogenase activity is decreased.
(21) The coryneform bacterium according to any one of (1) to (20), which belongs to the genus Corynebacterium or Brevibacterium.
(22) The coryneform bacterium of any one of (1) to (21) is cultured in a medium, and L-glutamic acid is produced and accumulated in the medium or in the microbial cells, and L-glutamic acid is recovered from the medium or the microbial cells. A process for producing L-glutamic acid characterized by the above.
(23) A mutant yggB gene selected from the following (a) to (p):
(a) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8,
(b) An excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 and introducing the protein into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(c) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20,
(d) an excess amount of biotin by encoding a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20 and introducing the protein into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(e) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 22,
(f) An excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 22 and introducing the protein into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(g) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 24,
(h) An excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 24 and introducing the protein into a coryneform bacterium. L of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
-DNA which improves glutamic acid production ability.
(i) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 64,
(j) An excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 64, and introducing the protein into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(k) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 70,
(l) An excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 70 and introducing the protein into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(m) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 74,
(n) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 74, an excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added and introduced into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(24) A method for producing a coryneform bacterium having a mutant yggB gene, wherein a coryneform bacterium lacking a gene encoding α-ketoglutarate dehydrogenase is inoculated into a medium containing an excess amount of biotin, And obtaining a strain capable of accumulating L-glutamic acid.
(25) A method for producing a coryneform bacterium having a mutated yggB gene, wherein a coryneform bacterium into which a yggB gene into which a mutation has been randomly introduced in vitro is introduced is inoculated into a medium containing an excess amount of biotin. A method for obtaining a strain capable of accumulating L-glutamic acid in a medium.
(26) A method for producing a coryneform bacterium having a mutant yggB gene, wherein a coryneform bacterium in which a transposable element is randomly introduced on a chromosome is inoculated into a medium containing an excessive amount of biotin, and L- A method of obtaining a strain capable of accumulating glutamic acid.
(27) A method for producing a coryneform bacterium having a mutant yggB gene, wherein the coryneform bacterium is cultured in a medium containing an L-glutamic acid analog, and a strain capable of growing in the same medium is obtained. Method.
(28) The method for producing a coryneform bacterium according to any one of (24) to (27), wherein the strain having the mutant yggB gene is the coryneform bacterium according to any one of (6) to (16).
(29) The method for producing a coryneform bacterium according to any one of (24) to (28), wherein the medium containing an excessive amount of biotin is a medium containing 30 μg / L or more of biotin.
本発明のyggB遺伝子を用いて改変したコリネ型細菌を用いることにより、L−グルタミン酸を効率よく生産することが出来る。
By using a coryneform bacterium modified using the yggB gene of the present invention, L-glutamic acid can be efficiently produced.
以下、本発明を詳細に説明する。
<1>本発明のコリネ型細菌
本発明のコリネ型細菌は、L−グルタミン酸生産能を有するコリネ型細菌であって、yggB遺伝子を用いて改変されたことにより、非改変株と比較してL−グルタミン酸生産能が向上したコリネ型細菌である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<1> Coryneform bacterium of the present invention The coryneform bacterium of the present invention is a coryneform bacterium having an ability to produce L-glutamic acid, which has been modified using the yggB gene, so that the L -Coryneform bacterium with improved glutamate production ability.
本発明において、「コリネ型細菌」とは、従来ブレビバクテリウム属に分類されていたが、現在コリネバクテリウム属に分類された細菌も含み(Int. J. Syst. Bacteriol., 41
, 255(1991))、またコリネバクテリウム属と非常に近縁なブレビバクテリウム属細菌を含む。このようなコリネ型細菌の例として以下のものが挙げられる。
コリネバクテリウム・アセトアシドフィラム
コリネバクテリウム・アセトグルタミカム
コリネバクテリウム・アルカノリティカム
コリネバクテリウム・カルナエ
コリネバクテリウム・グルタミカム
コリネバクテリウム・リリウム
コリネバクテリウム・メラセコーラ
コリネバクテリウム・サーモアミノゲネス (コリネバクテリウム・エフィシエンス)
コリネバクテリウム・ハーキュリス
ブレビバクテリウム・ディバリカタム
ブレビバクテリウム・フラバム
ブレビバクテリウム・インマリオフィラム
ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(コリネバクテリウム・グルタミカム)
ブレビバクテリウム・ロゼウム
ブレビバクテリウム・サッカロリティカム
ブレビバクテリウム・チオゲニタリス
コリネバクテリウム・アンモニアゲネス
ブレビバクテリウム・アルバム
ブレビバクテリウム・セリヌム
ミクロバクテリウム・アンモニアフィラム
In the present invention, the “coryneform bacterium” has been conventionally classified into the genus Brevibacterium, but includes bacteria that are currently classified into the genus Corynebacterium (Int. J. Syst. Bacteriol., 41
, 255 (1991)), and Brevibacterium spp. Closely related to the genus Corynebacterium. Examples of such coryneform bacteria include the following.
Corynebacterium acetoacidophilum Corynebacterium acetoglutamicum Corynebacterium alkanolyticum Corynebacterium carnae Corynebacterium glutamicum Corynebacterium lylium Corynebacterium merasecola Corynebacterium thermoaminogenes ( Corynebacterium efficiens)
Corynebacterium herculis Brevibacterium divaricatam Brevibacterium flavum Brevibacterium inmariophilum Brevibacterium lactofermentum (Corynebacterium glutamicum)
Brevibacterium roseum Brevibacterium saccharolyticum Brevibacterium thiogenitalis Corynebacterium ammoniagenes Brevibacterium album Brevibacterium cerinum Microbacteria ammonia filam
具体的には、下記のような菌株を例示することができる。
コリネバクテリウム・アセトアシドフィラム ATCC13870
コリネバクテリウム・アセトグルタミカム ATCC15806
コリネバクテリウム・アルカノリティカム ATCC21511
コリネバクテリウム・カルナエ ATCC15991
コリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13020, ATCC13032, ATCC13060
コリネバクテリウム・リリウム ATCC15990
コリネバクテリウム・メラセコーラ ATCC17965
コリネバクテリウム・サーモアミノゲネス AJ12340(FERM BP-1539)
コリネバクテリウム・ハーキュリス ATCC13868
ブレビバクテリウム・ディバリカタム ATCC14020
ブレビバクテリウム・フラバム ATCC13826, ATCC14067(コリネバクテリウム・グルタミカムATCC14067)
ブレビバクテリウム・フラバム ATCC13826, ATCC14067
ブレビバクテリウム・インマリオフィラム ATCC14068
ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム ATCC13869(コリネバクテリウム・グルタミカムATCC 13869)
ブレビバクテリウム・ロゼウム ATCC13825
ブレビバクテリウム・サッカロリティカム ATCC14066
ブレビバクテリウム・チオゲニタリス ATCC19240
コリネバクテリウム・アンモニアゲネス ATCC6871、ATCC6872
ブレビバクテリウム・アルバム ATCC15111
ブレビバクテリウム・セリヌム ATCC15112
ミクロバクテリウム・アンモニアフィラム ATCC15354
Specifically, the following strains can be exemplified.
Corynebacterium acetoacidophilum ATCC13870
Corynebacterium acetoglutamicum ATCC15806
Corynebacterium alkanolyticum ATCC21511
Corynebacterium carnae ATCC15991
Corynebacterium glutamicum ATCC13020, ATCC13032, ATCC13060
Corynebacterium lilium ATCC15990
Corynebacterium melasecola ATCC17965
Corynebacterium thermoaminogenes AJ12340 (FERM BP-1539)
Corynebacterium herculis ATCC13868
Brevibacterium divaricatam ATCC14020
Brevibacterium flavum ATCC13826, ATCC14067 (Corynebacterium glutamicum ATCC14067)
Brevibacterium flavum ATCC13826, ATCC14067
Brevibacterium immariophilum ATCC14068
Brevibacterium lactofermentum ATCC13869 (Corynebacterium glutamicum ATCC 13869)
Brevibacterium rose ATCC13825
Brevibacterium saccharolyticum ATCC14066
Brevibacterium thiogenitalis ATCC19240
Corynebacterium ammoniagenes ATCC6871, ATCC6872
Brevibacterium album ATCC15111
Brevibacterium cerinum ATCC15112
Microbacterium ammonia film ATCC15354
これらを入手するには、例えばアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションより分譲を受けることができる。すなわち、各菌株毎に対応する登録番号が付与されており、こ
の登録番号を利用して分譲を受けることができる。各菌株に対応する登録番号はアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションのカタログに記載されている。また、AJ12340株は、1987年10月27日付けで通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所(現独立行政法人 産業技術総合研究所 特許微生物寄託センター)(〒305-5466 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)にFERM BP-1539の受託番号でブダペスト条約に基づいて寄託されている。
You can get them from, for example, American Type Culture Collection. In other words, a corresponding registration number is assigned to each strain, and the distribution can be received using this registration number. The registration number corresponding to each strain is described in the catalog of American Type Culture Collection. In addition, AJ12340 shares were issued on October 27, 1987 at the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (currently the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Microorganism Depositary Center) (Ibaraki, Japan 305-5466, Japan) It is deposited under the Budapest Treaty under the accession number of FERM BP-1539 in 1st, 1st East, 1st Street, Tsukuba City.
本発明において、「L−グルタミン酸生産能」とは、本発明のコリネ型細菌を培養したときに、培地中または菌体内にL−グルタミン酸を蓄積する能力をいう。コリネ型細菌の多くは後述する「L-グルタミン酸生産条件」でL-グルタミン酸を生産することができるため、「L−グルタミン酸生産能」は、コリネ型細菌の野生株の性質として有するものであってもよい。ただし、育種によって付与または増強された性質であってもよく、さらに後述するようにして、yggB遺伝子を用いた改変によって、L−グルタミン酸の生産能が付与されたものでもよい。
「L−グルタミン酸生産能が向上した」とは、野生株などの非改変株と比較して、L−グルタミン酸生産能が上昇したことを意味する。ここで、コリネ型細菌の野生株としては、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株、13869株、14067株、コリネバクテリウム・メラセコーラATCC17965株などが挙げられる。なお、「非改変株」としては、上記のような野生株と同程度のyggB遺伝子の発現量を示すような株、yggB遺伝子のコード領域内に変異が導入されていない株も含む。
In the present invention, “L-glutamic acid-producing ability” refers to the ability to accumulate L-glutamic acid in the medium or in the cells when the coryneform bacterium of the present invention is cultured. Since many coryneform bacteria can produce L-glutamic acid under the “L-glutamic acid production conditions” described later, “L-glutamic acid producing ability” is a property of a wild strain of coryneform bacteria. Also good. However, the property may be imparted or enhanced by breeding, or may be imparted with L-glutamic acid-producing ability by modification using the yggB gene as described later.
“Improved L-glutamic acid-producing ability” means that L-glutamic acid-producing ability has increased as compared to a non-modified strain such as a wild-type strain. Here, examples of wild strains of coryneform bacteria include Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain, 13869 strain, 14067 strain, Corynebacterium melacecola ATCC17965 strain, and the like. The “non-modified strain” includes strains exhibiting the same level of expression of the yggB gene as the wild strain as described above, and strains in which no mutation has been introduced into the coding region of the yggB gene.
育種によってL−グルタミン酸生産能を付与または増強するための方法としては、例えば、L−グルタミン酸生合成に関与する酵素をコードする遺伝子の発現が増強するように改変する方法を挙げることができる。L−グルタミン酸生合成に関与する酵素としては、例えば、グルタミン酸デヒドロゲナーゼ、グルタミンシンテターゼ、グルタミン酸シンターゼ、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、アコニット酸ヒドラターゼ、クエン酸シンターゼ、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ、ピルビン酸カルボキシラーゼ、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ、ピルビン酸キナーゼ、ホスホエノールピルビン酸シンターゼ、エノラーゼ、ホスホグリセルムターゼ、ホスホグリセリン酸キナーゼ、グリセルアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、フルトースビスリン酸アルドラーゼ、ホスホフルクトキナーゼ、グルコースリン酸イソメラーゼなどが挙げられる。 Examples of a method for imparting or enhancing L-glutamic acid-producing ability by breeding include a method of modifying so that expression of a gene encoding an enzyme involved in L-glutamic acid biosynthesis is enhanced. Examples of enzymes involved in L-glutamate biosynthesis include glutamate dehydrogenase, glutamine synthetase, glutamate synthase, isocitrate dehydrogenase, aconitate hydratase, citrate synthase, phosphoenolpyruvate carboxylase, pyruvate carboxylase, pyruvate dehydrogenase, and pyruvin. Acid kinase, phosphoenolpyruvate synthase, enolase, phosphoglycermutase, phosphoglycerate kinase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, triose phosphate isomerase, furtose bisphosphate aldolase, phosphofructokinase, glucose phosphate isomerase Etc.
これらの遺伝子の発現の増強は、後述のyggB遺伝子の発現増強と同様にして行うことができる。 The expression of these genes can be enhanced in the same manner as the expression enhancement of the yggB gene described later.
クエン酸シンターゼ遺伝子、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子、及び/又はグルタミン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子の発現が増強するように改変された微生物としては、国際公開00/18935号パンフレット、特開2000-232890号公報等に記載された微生物が例示できる。 Examples of microorganisms modified to enhance expression of citrate synthase gene, isocitrate dehydrogenase, pyruvate dehydrogenase gene, and / or glutamate dehydrogenase gene include International Publication No. 00/18935, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-232890, etc. Can be exemplified.
L−グルタミン酸生産能を付与するための改変は、L−グルタミン酸の生合成経路から分岐して他の化合物を生成する反応を触媒する酵素の活性を低下または欠損させることにより行ってもよい。L−グルタミン酸の生合成経路から分岐してL−グルタミン酸以外の化合物を生成する反応を触媒する酵素としては、イソクエン酸リアーゼ、α-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ、リン酸アセチルトランスフェラーゼ、酢酸キナーゼ、アセトヒドロキシ酸シンターゼ、アセト乳酸シンターゼ、ギ酸アセチルトランスフェラーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、グルタミン酸デカルボキシラーゼなどが挙げられるが、この中でも特にα-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ活性が低下した株が望ましい。例えば、α-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ活性が低下した株として、以下の菌株が挙げられる。
ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムΔS株(国際公開95/34672号パンフレット)
ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムAJ12821(FERM BP−4172;フランス特許公報9401748号明細書参照)
ブレビバクテリウム・フラバムAJ12822 (FERM BP−4173;フランス特許公報9401748号明細書参照)
コリネバクテリウム・グルタミカムAJ12823(FERM BP−4174;フランス特許公報9401748号明細書参照)
The modification for imparting L-glutamic acid-producing ability may be performed by reducing or eliminating the activity of an enzyme that catalyzes a reaction that branches from the biosynthetic pathway of L-glutamic acid to produce other compounds. Enzymes that catalyze reactions that branch off from the biosynthetic pathway of L-glutamic acid to produce compounds other than L-glutamic acid include isocitrate lyase, α-ketoglutarate dehydrogenase, phosphate acetyltransferase, acetate kinase, acetohydroxyacid synthase Acetolactate synthase, formate acetyltransferase, lactate dehydrogenase, glutamate decarboxylase, and the like, among which a strain with reduced α-ketoglutarate dehydrogenase activity is particularly desirable. For example, the following strains may be mentioned as strains having reduced α-ketoglutarate dehydrogenase activity.
Brevibacterium lactofermentum strain ΔS (International pamphlet No. 95/34672)
Brevibacterium lactofermentum AJ12821 (FERM BP-4172; see French Patent Publication 9401748)
Brevibacterium flavum AJ12822 (FERM BP-4173; see French patent publication 9401748)
Corynebacterium glutamicum AJ12823 (FERM BP-4174; see French Patent Publication 9401748)
上記のような酵素の活性を低下または欠損させるには、通常の変異処理法によって、染色体上の上記酵素の遺伝子に、細胞中の当該酵素の活性が低下または欠損するような変異を導入すればよい。例えば、遺伝子組換えによって、染色体上の酵素をコードする遺伝子を欠損させたり、プロモーターやシャインダルガルノ(SD)配列等の発現調節配列を改変したりすることなどによって達成される。また、染色体上の酵素をコードする領域にアミノ酸置換(ミスセンス変異)を導入すること、また終始コドンを導入すること(ナンセンス変異)、1〜2塩基付加・欠失するフレームシフト変異を導入すること、遺伝子の一部分あるいは全領域を欠失させることによっても達成出来る。(Journal of biological Chemistry 272:8611-8617(1997))また、コード領域が欠失したような変異酵素をコードする遺伝子を構築し、相同組換えなどによって、該遺伝子で染色体上の正常遺伝子を置換すること、トランスポゾン、IS(インサーションシークエンス)因子を該遺伝子に導入することによっても酵素活性を低下または欠損させることができる。 In order to reduce or eliminate the activity of the enzyme as described above, a mutation that reduces or eliminates the activity of the enzyme in the cell is introduced into the gene of the enzyme on the chromosome by a usual mutation treatment method. Good. For example, it can be achieved by deleting a gene encoding an enzyme on a chromosome by genetic recombination or by modifying an expression regulatory sequence such as a promoter or Shine-Dalgarno (SD) sequence. Also, introducing amino acid substitutions (missense mutations) into regions encoding enzymes on chromosomes, introducing stop codons (nonsense mutations), and introducing frameshift mutations that add or delete 1-2 bases. It can also be achieved by deleting a part or the entire region of the gene. (Journal of biological Chemistry 272: 8611-8617 (1997)) Also, construct a gene that encodes a mutant enzyme whose coding region has been deleted, and replace the normal gene on the chromosome with the gene by homologous recombination. The enzyme activity can also be reduced or eliminated by introducing a transposon or IS (insertion sequence) factor into the gene.
例えば、上記の酵素の活性を低下または欠損させるような変異を遺伝子組換えにより導入する為には、以下のような方法が用いられる。目的遺伝子の部分配列を改変し、正常に機能する酵素を産生しないようにした変異型遺伝子を作製し、該遺伝子を含むDNAでコリネ型細菌を形質転換し、変異型遺伝子と染色体上の遺伝子で組換えを起こさせることにより、染色体上の目的遺伝子を変異型に置換することが出来る。このような相同組換えを利用した遺伝子置換による部位特異的変異導入は既に確立しており、直鎖上DNAを用いる方法や温度感受性複製起点を含むプラスミドを用いる方法などがある(米国特許第6303383号、又は特開平05-007491号公報)。コリネ型細菌の温度感受性プラスミドとしては、p48K及びpSFKT2(以上、米国特許第6303383号参照)、pHSC4(フランス特許公開1992年2667875号公報、特開平5-7491号公報参照)等が挙げられる。これらのプラスミドは、コリネ型細菌中で少なくとも25℃では自律複製することができるが、37℃では自律複製できない。pHSC4を保持するエシェリヒア・コリAJ12571は、1990年10月11日に通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所(現独立行政法人 産業技術総合研究所 特許微生物寄託センター)(〒305-5466 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-11763として寄託され、1991年8月26日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、FERM BP-3524の受託番号で寄託されている。また、上述のような相同組換えを利用した遺伝子置換により部位特異的変異導入は、宿主上で複製能力を持たないプラスミドを用いても行うことが出来る。コリネ型細菌内で複製能を持たないプラスミドは、エシェリヒア・コリで複製能力を持つプラスミドが好ましく、例えば、pHSG299(宝バイオ社製) pHSG399(宝バイオ社製)等が挙げられる。
For example, in order to introduce a mutation that reduces or eliminates the activity of the above enzyme by genetic recombination, the following method is used. A partial gene of the target gene is modified to produce a mutant gene that does not produce a normally functioning enzyme, a coryneform bacterium is transformed with the DNA containing the gene, and the mutant gene and the gene on the chromosome are transformed. By causing recombination, the target gene on the chromosome can be replaced with a mutant type. Such site-directed mutagenesis by gene replacement using homologous recombination has already been established, and includes a method using linear DNA and a method using a plasmid containing a temperature-sensitive replication origin (US Pat. No. 6,303,383). Or Japanese Patent Laid-Open No. 05-007491). Examples of temperature sensitive plasmids for coryneform bacteria include p48K and pSFKT2 (see US Pat. No. 6,303,383), pHSC4 (see French Patent Publication No. 2667875, Japanese Patent Laid-Open No. 5-7491), and the like. These plasmids can replicate autonomously in coryneform bacteria at least at 25 ° C, but cannot replicate at 37 ° C. Escherichia coli AJ12571, which holds pHSC4, was founded on October 11, 1990 at the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (currently the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Microorganism Depositary Center) (〒305-5466 Japan) No. FERM in Tsukuba City, Ibaraki Prefecture
Deposited as P-11763, transferred to an international deposit under the Budapest Treaty on August 26, 1991, and deposited under the deposit number FERM BP-3524. In addition, site-directed mutagenesis by gene replacement using homologous recombination as described above can also be performed using a plasmid that does not have replication ability on the host. The plasmid having no replication ability in coryneform bacteria is preferably a plasmid having replication ability in Escherichia coli, and examples thereof include pHSG299 (manufactured by Takara Bio Inc.), pHSG399 (manufactured by Takara Bio Inc.), and the like.
変異型の目的遺伝子を宿主染色体上の目的遺伝子と置換するには、例えば以下のようにすればよい。まず、温度感受性複製起点、変異型目的遺伝子、レバンシュークラーゼをコードするsacB遺伝子及びクロラムフェニコール等の薬剤耐性を示すマーカー遺伝子を挿入して組換え用プラスミドを調製する。 In order to replace the target gene of the mutant type with the target gene on the host chromosome, for example, the following may be performed. First, a recombination plasmid is prepared by inserting a temperature-sensitive replication origin, a mutant target gene, a sacB gene encoding levanshuclease, and a marker gene exhibiting drug resistance such as chloramphenicol.
ここで、レバンシュークラーゼをコードするsacB遺伝子は、染色体上からベクター部分が脱落した菌株を効率よく選択する為に使用される遺伝子である(Schafer,A.et al.Gene
145 (1994)69-73)。すなわち、コリネ型細菌では、レバンシュークラーゼを発現させると、シュークロースを資化することによって生成したレバンが致死的に働き、生育することが出来ない。従って、レバンシュークラーゼを搭載したベクターが染色体上に残ったままの菌株をシュークロース含有プレートで培養すると生育できず、ベクターが脱落した菌株のみシュークロース含有プレートで選択することが出来る。
Here, the sacB gene encoding levansucrase is a gene used to efficiently select a strain from which the vector portion has been dropped from the chromosome (Schafer, A. et al. Gene
145 (1994) 69-73). That is, in coryneform bacteria, when levan sucrose is expressed, levan produced by assimilating sucrose works lethally and cannot grow. Therefore, if a strain loaded with levan sucrose is left on the chromosome, the strain cannot be grown on the sucrose-containing plate, and only the strain from which the vector has been dropped can be selected on the sucrose-containing plate.
sacB遺伝子又はその相同遺伝子は、以下のような配列の遺伝子を用いることが出来る。バチルス・ズブチルス:sacB GenBank Accession Number X02730 (配列番号11)
バチルス・アミロリキュファシエンス:sacB GenBank Accession Number X52988
ザイモモナス・モビリス:sacB GenBank Accession Number L33402
バチルス・ステアロサーモフィラス:surB GenBank Accession Number U34874
ラクトバチルス・サンフランシセンシス:frfA GenBank Accession Number AJ508391
アセトバクター・キシリナス:lsxA GenBank Accession Number AB034152
グルコンアセトバクター・ジアゾトロフィカス:lsdA GenBank Accession Number L41732
As the sacB gene or a homologous gene thereof, a gene having the following sequence can be used. Bacillus subtilis: sacB GenBank Accession Number X02730 (SEQ ID NO: 11)
Bacillus amyloliquefaciens: sacB GenBank Accession Number X52988
Zymomonas Mobilis: sacB GenBank Accession Number L33402
Bacillus stearothermophilus: surB GenBank Accession Number U34874
Lactobacillus san francisensis: frfA GenBank Accession Number AJ508391
Acetobacter xylinus: lsxA GenBank Accession Number AB034152
Glucon Acetobacter diazotrophicus: lsdA GenBank Accession Number L41732
上記のようにして得られる形質転換体を温度感受性複製起点が機能する温度(25℃)で培養し、プラスミドを導入した株を取得する。プラスミド導入株を温度感受性複製起点が機能しない高温(例えば34℃)で培養し、温度感受性プラスミドを脱落させ、抗生物質を含有するプレートに本菌株を塗布する。温度感受性プラスミドは高温で複製できないので、プラスミドが脱落した菌株は、抗生物質を含有したプレートでは生育出来ないが、プラスミド上の変異型遺伝子と染色体上の目的遺伝子と組換えを起こした菌株が出現する。 The transformant obtained as described above is cultured at a temperature (25 ° C.) at which the temperature-sensitive replication origin functions to obtain a strain into which the plasmid has been introduced. The plasmid-introduced strain is cultured at a high temperature (for example, 34 ° C.) at which the temperature-sensitive replication origin does not function, the temperature-sensitive plasmid is removed, and this strain is applied to a plate containing an antibiotic. Since temperature-sensitive plasmids cannot replicate at high temperatures, strains that have lost the plasmid cannot grow on plates containing antibiotics, but strains that have recombined with the mutant gene on the plasmid and the target gene on the chromosome appear. To do.
こうして染色体に組換えDNAが組み込まれた株は、染色体上にもともと存在する目的遺伝子配列との組換えを起こし、染色体の目的遺伝子と欠失型の目的遺伝子との融合遺伝子2個が組換えDNAの他の部分(ベクター部分、温度感受性複製起点及び薬剤耐性マーカー)を挟んだ状態で染色体に挿入されている。 A strain in which the recombinant DNA is incorporated into the chromosome in this way undergoes recombination with the target gene sequence originally present on the chromosome, and two fusion genes of the target gene of the chromosome and the target gene of the deletion type are recombinant DNA. The other part (vector part, temperature sensitive replication origin and drug resistance marker) is inserted between the chromosomes.
次に、染色体DNA上に欠失型の目的遺伝子のみを残すために、目的遺伝子領域をベクター部分(温度感受性複製起点及び薬剤耐性マーカーを含む)とともに染色体DNAから脱落させる。その際、正常な目的遺伝子が染色体DNA上に残され、欠失型目的遺伝子が切り出される場合と、反対に欠失型目的遺伝子が染色体DNA上に残され、正常な目的遺伝子が切り出される場合がある。いずれの場合も、温度感受性複製起点が機能する温度で培養すれば、切り出されたDNAはプラスミド状で細胞内に保持される。次に、温度感受性複製起点が機能しない温度(高温)で培養すると、プラスミド上の目的遺伝子は、プラスミドとともに細胞から脱落する。sacBを搭載したプラスミドを用いている場合には、この時に培地にスクロースを添加することにより、プラスミドが細胞から脱落した株を効率的に選択できる。プラスミドを脱落した株より目的遺伝子に変異が残った株を選択することによって、目的遺伝子が欠失型に置換された株を取得することができる。 Next, in order to leave only the deletion-type target gene on the chromosomal DNA, the target gene region is dropped from the chromosomal DNA together with the vector portion (including the temperature-sensitive replication origin and drug resistance marker). At that time, there are cases where the normal target gene is left on the chromosomal DNA and the deletion-type target gene is excised, and conversely, the deletion-type target gene is left on the chromosomal DNA and the normal target gene is excised. is there. In either case, if the cells are cultured at a temperature at which the temperature-sensitive replication origin functions, the excised DNA is retained in the cell in the form of a plasmid. Next, when culturing at a temperature (high temperature) at which the temperature-sensitive replication origin does not function, the target gene on the plasmid is removed from the cell together with the plasmid. When a plasmid loaded with sacB is used, by adding sucrose to the medium at this time, a strain in which the plasmid has dropped from the cells can be efficiently selected. By selecting a strain in which a mutation has remained in the target gene from the strain from which the plasmid has been removed, a strain in which the target gene has been replaced with a deletion type can be obtained.
L−グルタミン酸生産能を付与または増強する別の方法として、有機酸アナログや呼吸阻害剤などへの耐性を付与する方法や細胞壁合成阻害剤に対する感受性を付与する方法も挙げられる。例えば、モノフルオロ酢酸に耐性を付与する方法(特開昭50-113209)、アデニン耐性またはチミン耐性を付与する方法(特開昭57-065198)、ウレアーゼを弱化させる方法(特開昭52-038088)、マロン酸に耐性を付与する方法(特開昭52-038088)、ベンゾピロンまたはナフトキノン類に耐性を付与する方法(特開昭56-1889)、HOQNO耐性を付与する方法(特開昭56-140895)、α-ケトマロン酸耐性を付与する方法(特開昭57-2689)、グアニジン耐性を付与する方法(特開昭56-35981)、ペニシリンに対する感受性を付与する方法(特開平4-88994)などが挙げられる。
このような耐性菌の具体例としては、下記のような菌株が挙げられる。
ブレビバクテリウム・フラバムAJ3949 (BP-2632:特開昭50-113209参照)
コリネバクテリウム・グルタミカムAJ11628 (P-5736;特開昭57-065198参照)
ブレビバクテリウム・フラバムAJ11355(FERM P-5007;特開昭56-1889号公報参照)
コリネバクテリウム・グルタミカムAJ11368(FERM P- P-5020;特開昭56-1889号公報参照)ブレビバクテリウム・フラバムAJ11217(FERM P-4318;特開昭57-2689号公報参照)
コリネバクテリウム・グルタミカムAJ11218(FERM-P4319;特開昭57-2689号公報参照)
ブレビバクテリウム・フラバムAJ11564(FERM P-5472;特開昭56-140895公報参照)
ブレビバクテリウム・フラバムAJ11439(FERM P-5136;特開昭56-35981号公報参照)
コリネバクテリウム・グルタミカムH7684(FERM BP-3004;特開平04-88994号公報参照)
ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムAJ11426(FERM P-5123;特開平56-048890号公報参照)
コリネバクテリウム・グルタミカムAJ11440(FERM P-5137;特開平56-048890号公報参照)
ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムAJ11796(FERM P-6402;特開平58-158192号公報参照)
As another method for imparting or enhancing L-glutamic acid-producing ability, a method for imparting resistance to an organic acid analog or a respiratory inhibitor and a method for imparting sensitivity to a cell wall synthesis inhibitor may be mentioned. For example, a method for imparting resistance to monofluoroacetic acid (Japanese Patent Laid-Open No. 50-113209), a method for imparting adenine resistance or thymine resistance (Japanese Patent Laid-Open No. 57-065198), a method of weakening urease (Japanese Patent Laid-Open No. 52-038088) ), A method for imparting resistance to malonic acid (Japanese Patent Laid-Open No. 52-038088), a method for imparting resistance to benzopyrone or naphthoquinones (Japanese Patent Laid-Open No. 56-1889), a method of imparting HOQNO resistance (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 56-89) 140895), a method for imparting resistance to α-ketomalonic acid (Japanese Patent Laid-Open No. 57-2689), a method for imparting resistance to guanidine (Japanese Patent Laid-Open No. 56-35981), a method for imparting sensitivity to penicillin (Japanese Patent Laid-Open No. 4-88994) Etc.
Specific examples of such resistant bacteria include the following strains.
Brevibacterium flavum AJ3949 (BP-2632: see Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-113209)
Corynebacterium glutamicum AJ11628 (P-5736; see JP-A-57-065198)
Brevibacterium flavum AJ11355 (FERM P-5007; see JP-A-56-1889)
Corynebacterium glutamicum AJ11368 (FERM P-P-5020; see JP 56-1889) Brevibacterium flavum AJ11217 (FERM P-4318; see JP 57-2689)
Corynebacterium glutamicum AJ11218 (FERM-P4319; see JP-A-57-2689)
Brevibacterium flavum AJ11564 (FERM P-5472; see JP 56-140895 A)
Brevibacterium flavum AJ11439 (FERM P-5136; see JP-A-56-35981)
Corynebacterium glutamicum H7684 (FERM BP-3004; see JP 04-88994 A)
Brevibacterium lactofermentum AJ11426 (FERM P-5123; see JP-A-56-048890)
Corynebacterium glutamicum AJ11440 (FERM P-5137; see JP-A-56-048890)
Brevibacterium lactofermentum AJ11796 (FERM P-6402; see JP-A-58-158192)
本発明のコリネ型細菌は、上記のようなL−グルタミン酸生産能を有するコリネ型細菌を、yggB遺伝子を用いてL−グルタミン酸生産能がさらに向上するように改変することによって得ることができる。あるいは、yggB遺伝子を用いて改変した後に、さらに、上述したようなL−グルタミン酸生産能を付与または向上させる操作を付加的に行ってもよい。
yggB遺伝子を用いた改変としては、後述のようなyggB遺伝子の発現量を増加させること、および変異型yggB遺伝子を導入することを含む。
The coryneform bacterium of the present invention can be obtained by modifying the coryneform bacterium having L-glutamic acid producing ability as described above so that the L-glutamic acid producing ability is further improved using the yggB gene. Alternatively, after modification using the yggB gene, an operation for imparting or improving the ability to produce L-glutamic acid as described above may be additionally performed.
The modification using the yggB gene includes increasing the expression level of the yggB gene as described later, and introducing a mutant yggB gene.
(I)yggB遺伝子の発現量の増強
yggB遺伝子は、メカノセンシティブチャンネル(mechanosensitive channel)の一種として知られ、mscSとも呼ばれるタンパク質をコードする(FEMS Microbiol Lett. 2003 Jan 28;218(2):305-9.)。
yggB遺伝子の発現量を増加させることにより、コリネ型細菌のL-グルタミン酸生産能が非改変株に比べて向上する。すなわち、yggB遺伝子の発現量が増加するように改変されたコリネ型細菌を培養することにより、非改変株に比べて多くの量のL-グルタミン酸を培地中に蓄積するか、あるいは、非改変株に比べて速い速度でL-グルタミン酸を生産する。例えば、yggB遺伝子発現増強株は、親株あるいは非改変株と比べて、対糖収率でL-グルタミン酸の収率が2%以上上昇していることが好ましく、4%以上上昇していることがより好ましく、6%以上向上していることが特に好ましい。yggB遺伝子発現増強株は、非改変株と比べて、除菌体収率が向上していてもよい。除菌体収率とは、対糖収率から菌体生成に用いられた炭素収率を除いたものを意味する。
(I) Enhanced expression level of yggB gene
The yggB gene is known as a mechanosensitive channel and encodes a protein called mscS (FEMS Microbiol Lett. 2003 Jan 28; 218 (2): 305-9.).
By increasing the expression level of the yggB gene, the ability of coryneform bacteria to produce L-glutamic acid is improved as compared to the unmodified strain. In other words, by culturing coryneform bacteria modified to increase the expression level of the yggB gene, a larger amount of L-glutamic acid is accumulated in the medium than in the unmodified strain, or the unmodified strain Produces L-glutamic acid at a faster rate than For example, the yggB gene expression-enhanced strain preferably has a yield of L-glutamic acid that is 2% or more higher than that of the parent strain or unmodified strain, and is preferably 4% or higher. More preferably, an improvement of 6% or more is particularly preferable. The yggB gene expression-enhanced strain may have improved sterilization yield as compared to the unmodified strain. The sterilized cell yield means a product obtained by subtracting the carbon yield used for the microbial cell production from the saccharide yield.
yggB遺伝子の発現量が上昇したことの確認は、yggBのm-RNAの量を野生型、あるいは非改変株と比較することによって確認出来る。発現量の確認方法としては、ノーザンハイブリダイゼーション、RT-PCRが挙げられる(Molecular cloning(Cold spring Harbor Laboratory Press,Cold spring Harbor(USA),2001))。発現量については、野生株あるいは非改変株と比較して、上昇していればよいが、例えば野生株、非改変株と比べて1.5倍以上、より好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上上昇していることが望ましい。 Confirmation that the expression level of the yggB gene has increased can be confirmed by comparing the amount of yggB m-RNA with the wild-type or unmodified strain. Examples of the method for confirming the expression level include Northern hybridization and RT-PCR (Molecular cloning (Cold spring Harbor Laboratory Press, Cold spring Harbor (USA), 2001)). The expression level may be increased as compared with the wild strain or the non-modified strain. For example, the expression level is 1.5 times or more, more preferably two times or more, more preferably compared to the wild strain or the non-modified strain. It is desirable that it rises 3 times or more.
yggB遺伝子の発現量が上昇するように改変されたコリネ型細菌は、L-グルタミン酸生産条件と過剰量のビオチンを含む条件の少なくとも1つの条件で、非改変株と比べてL-グルタミン酸生産能が向上していればよい。
ここで、「L-グルタミン酸生産条件」とは炭素源、窒素源、無機塩類、その他必要に応じてアミノ酸、ビタミン等の有機微量栄養素を含有する培地に、L−グルタミン酸生産を誘導する物質を添加したり、あるいはL−グルタミン酸生産を阻害する物質の培地中の量
を制限した条件を意味し、L−グルタミン酸生産を誘導するために添加する物質には、ペニシリンGやTween40等の飽和脂肪酸を含む界面活性剤が挙げられ、L−グルタミン生産を阻害するために制限する物質とはビオチンが挙げられる(アミノ酸発酵 学会出版センター 1986年)。L−グルタミン酸生産条件でのこれらの物質の培地中の添加濃度は、ビオチンは、15μg/L未満、好ましくは、10μg/L未満、さらに好ましくは、5μg/L未満であり、培地中にビオチンを全く含まなくてもよい。ペニシリンの培地中の添加濃度は、0.1U/ml以上、好ましくは、0.2U/ml以上、さらに好ましくは、0.4U/ml以上であり、界面活性剤の添加濃度は、0.5g/L以上、好ましくは、1g/L以上、さらに好ましくは、2g/L以上である。
一方、「過剰量のビオチンを含む条件」とは、例えば、培地中にビオチンを30μg/L以上、好ましくは40μg/L、さらに好ましくは50μg/L含む条件をいう。
Coryneform bacteria modified to increase the expression level of the yggB gene have an ability to produce L-glutamic acid as compared to the unmodified strain under at least one of the conditions including L-glutamic acid production and excess biotin. It only needs to be improved.
Here, “L-glutamic acid production conditions” means that a substance that induces L-glutamic acid production is added to a medium containing carbon sources, nitrogen sources, inorganic salts, and other organic micronutrients such as amino acids and vitamins as necessary. Or a condition that limits the amount of a substance that inhibits L-glutamic acid production in the medium, and the substance added to induce L-glutamic acid production contains saturated fatty acids such as penicillin G and Tween 40 A surfactant is mentioned, and a substance that restricts to inhibit L-glutamine production includes biotin (Amino Acid Fermentation Society Press Center, 1986). The addition concentration of these substances in the medium under the conditions for producing L-glutamic acid is less than 15 μg / L, preferably less than 10 μg / L, more preferably less than 5 μg / L of biotin. It does not have to be included at all. The addition concentration of penicillin in the medium is 0.1 U / ml or more, preferably 0.2 U / ml or more, more preferably 0.4 U / ml or more, and the addition concentration of the surfactant is 0.5 g / L or more, Preferably, it is 1 g / L or more, more preferably 2 g / L or more.
On the other hand, “conditions containing an excess amount of biotin” refer to conditions containing, for example, 30 μg / L or more of biotin in the medium, preferably 40 μg / L, more preferably 50 μg / L.
コリネ型細菌のyggB遺伝子としては、例えば、配列番号6、62、68、または84のアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする遺伝子が挙げられる。より具体的には、配列番号5の塩基配列1437-3035番目の配列を有する遺伝子、配列番号61の塩基配列507-2093番目の配列を有する遺伝子、配列番号67の塩基配列403-2001番目の配列を有する遺伝子、配列番号83の塩基配列501-2099番目の配列を有する遺伝子などが挙げられる。配列番号5の塩基配列1437-3035番目の配列を有する遺伝子は、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株のyggB遺伝子であり、配列番号61の塩基配列507-2093番目の配列を有する遺伝子は、コリネバクテリウム・グルタミカム(ブレビバクテリウム・フラバム)ATCC14967株のyggB遺伝子であり、配列番号67の塩基配列403-2001番目の配列を有する遺伝子は、コリネバクテリウム・メラセコーラATCC17965株のyggB遺伝子である。配列番号83の塩基配列501-2099番目の配列を有する遺伝子は、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032のGenbank Accession No. NC_003450として登録されているゲノム配列中の塩基番号1336092-1337693にコードされており、NCgl 1221として登録されている(NP_600492. Reports small-conductance...[gi:19552490])。
また、コリネ型細菌の種や菌株によってyggB遺伝子の塩基配列に差異が存在することがあるため、yggB遺伝子は配列番号5の塩基番号1437-3035番目からなる塩基配列のバリアントであってもよい。yggB遺伝子のバリアントは、配列番号5の塩基番号1437-3035番目からなる塩基配列の配列を参考にして、BLAST等によって検索出来る(http://blast.genome.jp/)。また、yggB遺伝子のバリアントは、yggB遺伝子ホモログ、例えばコリネ型細菌の染色体を鋳型にして例えば配列番号75、76の合成オリゴヌクレオチドを用いてPCRで増幅可能な遺伝子を含む。また、本発明の遺伝子は、コリネ型細菌のyggB遺伝子が望ましいがコリネ型細菌で機能を有する限り、他の微生物由来の遺伝子を用いてもよい。また、後述する変異型yggB遺伝子を用いてもよい。
Examples of the yggB gene of the coryneform bacterium include a gene encoding a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 62, 68, or 84. More specifically, a gene having the nucleotide sequence 1437-3035 in the
Moreover, since there may be a difference in the base sequence of the yggB gene depending on the species or strain of coryneform bacteria, the yggB gene may be a variant of the base sequence consisting of nucleotide numbers 1437-3035 of SEQ ID NO: 5. A variant of the yggB gene can be searched by BLAST or the like with reference to the sequence of the nucleotide sequence consisting of nucleotide numbers 1437-3035 of SEQ ID NO: 5 (http://blast.genome.jp/). The variants of the yggB gene include yggB gene homologs, for example, genes that can be amplified by PCR using, for example, synthetic oligonucleotides of SEQ ID NOs: 75 and 76 using a chromosome of coryneform bacteria as a template. The gene of the present invention is preferably the yggB gene of a coryneform bacterium, but a gene derived from another microorganism may be used as long as it has a function in the coryneform bacterium. A mutant yggB gene described later may be used.
yggB遺伝子は、コリネ型細菌のL-グルタミン酸生産能を向上させるものである限り、配列番号6、62、68または84に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、または付加を含むアミノ酸配列を有するものであってもよい。ここで、数個とは、例えば、2〜20個、好ましくは2〜10個、より好ましくは2〜5個を意味する。
上記置換は保存的置換が好ましく、保存的置換としては、alaからser又はthrへの置換、argからgln、his又はlysへの置換、asnからglu、gln、lys、his又はaspへの置換、aspからasn、glu又はglnへの置換、cysからser又はalaへの置換、glnからasn、glu、lys、his、asp又はargへの置換、gluからgly、asn、gln、lys又はaspへの置換、glyからproへの置換、hisからasn、lys、gln、arg又はtyrへの置換、ileからleu、met、val又はpheへの置換、leuからile、met、val又はpheへの置換、lysからasn、glu、gln、his又はargへの置換、metからile、leu、val又はpheへの置換、pheからtrp、tyr、met、ile又はleuへの置換、serからthr又はalaへの置換、thrからser又はalaへの置換、trpからphe又はtyrへの置換、tyrからhis、phe又はtrpへの置換、及び、valからmet、ile又はleuへの置換が挙
げられる。
さらに、本発明のyggB遺伝子は、配列番号6、62、68、または84のアミノ酸配列全体に対して、80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは97%以上の相同性を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌のL-グルタミン酸生産能を向上させる遺伝子も含む。ここで、ホモロジーは、Karlin とAltschulによるBLAST (Pro. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 5873(1993)) や PearsonによるFASTA (Methods Enzymol., 183, 63 (1990))などによって計算することができる。これらのアルゴリズムによるホモロジー検索プログラム(BLASTN 、BLASTP など)が、NCBIなどより入手できる(//www.ncbi.nlm.nih.gov)。
なお、上記のようなアミノ酸の置換、欠失、挿入、付加、または逆位等には、yggB遺伝子を保持する微生物の個体差、種の違いに基づく場合などの天然に生じる変異(mutant又はvariant)によって生じるものも含まれる。
As long as the yggB gene improves L-glutamic acid-producing ability of coryneform bacteria, one or several amino acid substitutions, deletions, insertions in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, 62, 68 or 84, Or it may have an amino acid sequence including an addition. Here, several means, for example, 2 to 20, preferably 2 to 10, more preferably 2 to 5.
The above substitution is preferably a conservative substitution, and as the conservative substitution, substitution from ala to ser or thr, substitution from arg to gln, his or lys, substitution from asn to glu, gln, lys, his or asp, asp to asn, glu or gln, cys to ser or ala, gln to asn, glu, lys, his, asp or arg, glu to gly, asn, gln, lys or asp Substitution, substitution from gly to pro, substitution from his to asn, lys, gln, arg or tyr, substitution from ile to leu, met, val or phe, substitution from leu to ile, met, val or phe, lys to asn, glu, gln, his or arg, met to ile, leu, val or phe, phe to trp, tyr, met, ile or leu, ser to thr or ala Substitution, substitution from thr to ser or ala, substitution from trp to phe or tyr, substitution from tyr to his, phe or trp, and substitution from val to met, ile or leu.
Furthermore, the yggB gene of the present invention is 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 97% or more, based on the entire amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 62, 68, or 84. And a gene that improves the L-glutamic acid-producing ability of coryneform bacteria. Here, the homology should be calculated by BLAST (Pro. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 5873 (1993)) by Karlin and Altschul, FASTA (Methods Enzymol., 183, 63 (1990)) by Pearson, etc. Can do. Homology search programs (BLASTN, BLASTP, etc.) using these algorithms are available from NCBI (//www.ncbi.nlm.nih.gov).
The amino acid substitutions, deletions, insertions, additions, or inversions described above include naturally occurring mutations (mutants or variants) such as those based on individual differences or species differences in the microorganisms that retain the yggB gene. ) Is also included.
特に配列番号6の以下の位置のアミノ酸は置換・欠失していてもよい。コリネ型細菌に保存されるYggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号85に示し、アミノ酸置換・欠失が起こっていてもよい箇所をXaaで示す。
48番目のグルタミン残基(望ましくはアルギニン残基への置換)
275番目のアスパラギン残基(望ましくはセリン残基への置換)
298番目のグルタミン酸残基(望ましくはアラニン残基への置換)
343番目のアラニン残基(望ましくはバリン残基への置換)
396番目のフェニルアラニン残基(望ましくはイソロイシン残基への置換)
438番目のセリン残基(望ましくはグリシン残基への置換)
445番目のバリン残基(望ましくはアラニン残基への置換)
454番目のアラニン残基(望ましくはバリン残基への置換)
457番目のプロリン残基(望ましくはセリン残基への置換)
474番目のセリン残基(望ましくはアスパラギン残基への置換)
517番目のバリン残基(望ましくは欠失)
518番目のグルタミン酸残基(望ましくは欠失)
519番目のアラニン残基(望ましくは欠失)
520番目のプロリン残基(望ましくは欠失)
In particular, amino acids at the following positions in SEQ ID NO: 6 may be substituted or deleted. The amino acid sequence of the YggB protein conserved in coryneform bacteria is shown in SEQ ID NO: 85, and the position where amino acid substitution / deletion may occur is indicated by Xaa.
48th glutamine residue (preferably substitution with arginine residue)
275th asparagine residue (preferably substitution with serine residue)
298th glutamic acid residue (preferably substitution with alanine residue)
343th alanine residue (preferably substitution with valine residue)
396th phenylalanine residue (preferably substitution with isoleucine residue)
438th serine residue (preferably substitution with glycine residue)
445th valine residue (preferably substitution with alanine residue)
454th alanine residue (preferably substitution with valine residue)
457th proline residue (preferably substitution with serine residue)
474th serine residue (preferably substitution with asparagine residue)
517th valine residue (preferably deleted)
518th glutamic acid residue (preferably deleted)
519th alanine residue (preferably deleted)
Proline residue at position 520 (desirably deleted)
上記のようなyggB遺伝子ホモログは、例えば、部位特異的変異法によって、コードされるタンパク質の特定の部位のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入または付加を含むように配列番号5の塩基配列の1437-3035番目の配列を有する遺伝子、配列番号61の塩基配列の507-2093番目の配列を有する遺伝子、配列番号67の塩基配列の403-2001番目の配列を有する遺伝子、または配列番号83の塩基配列の501-2099番目の配列を有する遺伝子を改変することによって取得することができる。
また、以下のような従来知られている変異処理によっても取得され得る。変異処理としては、配列番号5の塩基配列の1437-3035番目の配列を有する遺伝子、配列番号61の塩基配列の507-2093番目の配列を有する遺伝子、配列番号67の塩基配列の403-2001番目の配列を有する遺伝子、または配列番号83の塩基配列の501-2099番目の配列を有する遺伝子を有する遺伝子をヒドロキシルアミン等でインビトロ処理する方法、および該遺伝子を保持する微生物、例えばエシェリヒア属細菌を、紫外線またはN-メチル-N’-ニトロ-N-ニトロソグアニジン(NTG)もしくはエチルメタンスルフォネート(EMS)等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理する方法が挙げられる。また、上記のようなアミノ酸の置換、欠失、挿入、付加、または逆位等には、yggB遺伝子を保持する微生物の個体差、種の違いに基づく場合などの天然に生じる変異(mutant又はvariant)によって生じるものも含まれる。これらの遺伝子がコリネ型細菌に導入したときにL−グルタミン酸生産能を向上させるか否かは、例えば、これらの遺伝子をコリネ型細菌の野生株に導入し、上述の条件でL−グルタミン酸の生産能が向上するかどうかを調べることにより、確かめるこ
とができる。
The yggB gene homologue as described above has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 such that the amino acid residue at a specific site of the encoded protein includes substitution, deletion, insertion or addition, for example, by site-directed mutagenesis. A gene having a sequence of 1437-3035, a gene having a sequence of 507-2093 of the base sequence of SEQ ID NO: 61, a gene having a sequence of 403-2001 of the base sequence of SEQ ID NO: 67, or a base of SEQ ID NO: 83 It can be obtained by modifying the gene having the 501-9999th sequence.
It can also be obtained by a conventionally known mutation treatment as follows. The mutation process includes a gene having the 1437-3035th sequence of the base sequence of SEQ ID NO: 5, a gene having the 507-2093th sequence of the base sequence of SEQ ID NO: 61, and the 403-2001th sequence of the base sequence of SEQ ID NO: 67. A method for in vitro treatment with a hydroxylamine or the like, and a microorganism having the gene, for example, an Escherichia bacterium, Examples of the method include treatment with ultraviolet light or a mutagen that is commonly used for mutagenesis, such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or ethylmethanesulfonate (EMS). In addition, amino acid substitutions, deletions, insertions, additions, or inversions as described above include naturally occurring mutations (mutants or variants) such as those based on individual differences or species differences of microorganisms that retain the yggB gene. ) Is also included. Whether these genes improve the ability to produce L-glutamic acid when introduced into coryneform bacteria is determined by, for example, introducing these genes into wild-type coryneform bacteria and producing L-glutamic acid under the above-described conditions. It can be confirmed by examining whether the performance improves.
またyggB遺伝子は、配列番号5の1437-3035番目の配列、配列番号61の507-2093番目の配列、配列番号67の403-2001番目の配列、または配列番号83の501-2099番目の配列の相補配列又はこれらの配列から調製され得るプローブとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつコリネ型細菌に導入したときにL−グルタミン酸生産能を向上させるDNAが挙げられる。ここで、「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。この条件を明確に数値化することは困難であるが、一例を示せば、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℃、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で、1回より好ましくは2〜3回洗浄する条件が挙げられる。 The yggB gene is the sequence of the 1437-3035th sequence of SEQ ID NO: 5, the 507-2093th sequence of SEQ ID NO: 61, the 403-2001 sequence of SEQ ID NO: 67, or the 501-2099th sequence of SEQ ID NO: 83. Examples thereof include DNA that hybridizes with a complementary sequence or a probe that can be prepared from these sequences under stringent conditions and improves L-glutamic acid-producing ability when introduced into coryneform bacteria. Here, “stringent conditions” refers to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. It is difficult to clearly quantify this condition, One example, 60 ° C. a condition washing Southern hybridization normal, 0. The conditions for hybridization at a salt concentration corresponding to 1 × SSC and 0.1% SDS include the conditions of washing once, more preferably 2-3 times.
プローブとして、配列番号5の塩基番号1437-3035の塩基配列の相補配列の一部の配列を用いることもできる。そのようなプローブは、配列番号5の塩基番号1437-3035の塩基配列に基づいて作製したオリゴヌクレオチドをプライマーとし、配列番号5の塩基番号1437-3035の塩基配列を含むDNA断片を鋳型とするPCRによって作製することができる。例えば、プローブとして、300bp程度の長さのDNA断片を用いる場合には、ハイブリダイゼーションの洗いの条件は、50℃、2×SSC、0.1%SDSが挙げられる。またプローブの作成には配列番号75、76の配列が用いられる。
なお、発現量を増強するyggB遺伝子は、後述するような変異型yggB遺伝子であってもよい。
As a probe, a partial sequence of the complementary sequence of the nucleotide sequence of nucleotide numbers 1437-3035 of SEQ ID NO: 5 can also be used. Such a probe is a PCR using an oligonucleotide prepared based on the nucleotide sequence of nucleotide number 1437-3035 of SEQ ID NO: 5 as a primer and a DNA fragment containing the nucleotide sequence of nucleotide number 1437-3035 of SEQ ID NO: 5 as a template. Can be produced. For example, when a DNA fragment having a length of about 300 bp is used as a probe, hybridization washing conditions include 50 ° C., 2 × SSC, and 0.1% SDS. In addition, the sequences of SEQ ID NOs: 75 and 76 are used for preparing probes.
The yggB gene that enhances the expression level may be a mutant yggB gene as described later.
yggB遺伝子の発現を増強するための方法としては、yggB遺伝子のコピー数を増加させる方法や、yggB遺伝子の発現調節領域を改変する方法や、yggB遺伝子の転写活性因子を増幅する方法や、yggB遺伝子の転写抑制因子の活性を低下する方法などが挙げられる。 Methods for enhancing the expression of the yggB gene include a method for increasing the copy number of the yggB gene, a method for modifying the expression regulatory region of the yggB gene, a method for amplifying the transcriptional activation factor of the yggB gene, and the yggB gene. And the like, and the like.
以下、L−グルタミン酸生産能を有し、yggB遺伝子の発現量が上昇するように改変されたコリネ型細菌の構築方法を示す。これらの方法は、Molecular cloning(Cold spring Harbor Laboratory Press,Cold spring Harbor(USA),2001)等のマニュアルに従って実施出来る。 Hereinafter, a method for constructing a coryneform bacterium having L-glutamic acid-producing ability and modified so that the expression level of the yggB gene is increased will be described. These methods can be performed according to manuals such as Molecular cloning (Cold spring Harbor Laboratory Press, Cold spring Harbor (USA), 2001).
同遺伝子の発現量の増強は、yggB遺伝子のコピー数を高めることによって達成でき、コピー数を高めることは、以下のようにプラスミドでyggB遺伝子を増幅することによって達成出来る。まずyggB遺伝子は、コリネ型細菌の染色体からクローニングする。染色体DNAは、DNA供与体である細菌から、例えば、斎藤、三浦の方法(H. Saito and K.Miura, Biochem.B iophys. Acta, 72, 619 (1963)、生物工学実験書、日本生物工学会編、97〜98頁、培風館、1992年参照)等により調製することができる。PCRに用いるオリゴヌクレオチドは上記の公知情報に基づいて合成でき、例えば配列番号75、76に記載の合成オリゴヌクレオチドを用いyggB遺伝子を増幅することが出来る。 The enhancement of the expression level of the gene can be achieved by increasing the copy number of the yggB gene, and the increase of the copy number can be achieved by amplifying the yggB gene with a plasmid as follows. First, the yggB gene is cloned from the chromosome of a coryneform bacterium. Chromosomal DNA is obtained from bacteria that are DNA donors, for example, the method of Saito and Miura (H. Saito and K. Miura, Biochem. Biophys. Acta, 72, 619 (1963), Biotechnology Experiments, Nippon Biotechnology, Ed., Pp. 97-98, Bafukan, 1992). Oligonucleotides used for PCR can be synthesized based on the above known information. For example, the yggB gene can be amplified using synthetic oligonucleotides described in SEQ ID NOs: 75 and 76.
PCR法により増幅されたyggB遺伝子を含む遺伝子断片は、エシェリヒア・コリ及び/またはコリネ型細菌の細胞内において自律複製可能なベクターDNAに接続して組換えDNAを調製し、これをエシェリヒア・コリに導入しておくと、後の操作がしやすくなる。エシェリヒア・コリ細胞内において自律複製可能なベクターとしては、pUC19、pUC18、pHSG299,
pHSG399, pHSG398, RSF1010, pBR322, pACYC184, pMW219等が挙げられる。
A gene fragment containing the yggB gene amplified by PCR is prepared by connecting a vector DNA capable of autonomous replication in Escherichia coli and / or coryneform bacterium cells to prepare a recombinant DNA, which is then transferred to Escherichia coli. If it is introduced, later operations will be easier. As vectors capable of autonomous replication in Escherichia coli cells, pUC19, pUC18, pHSG299,
pHSG399, pHSG398, RSF1010, pBR322, pACYC184, pMW219 and the like.
上記DNAをコリネ型細菌で機能するベクターに導入する。コリネ型細菌で機能するベク
ターとは、例えばコリネ型細菌で自律複製できるプラスミドである。具体的に例示すれば、コリネ型細菌で自律複製可能なプラスミドとしては、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等、特開平10-215883号公報に記載のpVK7を挙げることができる。
The DNA is introduced into a vector that functions in coryneform bacteria. The vector that functions in coryneform bacteria is, for example, a plasmid that can autonomously replicate in coryneform bacteria. For example, plasmids that can autonomously replicate in coryneform bacteria include, for example, the plasmid pCRY30 described in JP-A-3-210184; JP-A-2-72876 and US Pat. No. 5,185,262. Plasmids pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE and pCRY3KX described in the publication; plasmids pCRY2 and pCRY3 described in JP-A-1-191686; PHM1519 described in JP-A No. 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 ; Special pCG4 and pCG11 like described in 57-183799 JP Akira, can be mentioned pVK7 described in JP-A-10-215883.
また、これらのベクターからコリネ型細菌中でプラスミドを自律複製可能にする能力を持つDNA断片を取り出し、前記エシェリヒア・コリ用のベクターに挿入すると、エシェリヒア・コリ及びコリネ型細菌の両方で自律複製可能ないわゆるシャトルベクターとして使用することができる。 In addition, DNA fragments capable of autonomously replicating plasmids in coryneform bacteria can be extracted from these vectors and inserted into the aforementioned Escherichia coli vector, allowing autonomous replication in both Escherichia coli and coryneform bacteria. It can be used as a so-called shuttle vector.
yggB遺伝子とコリネ型細菌で機能するベクターを連結して組換えDNAを調製するには、yggB遺伝子の末端に合うような制限酵素でベクターを切断する。この制限酵素サイトはあらかじめyggBの増幅に用いる合成オリゴヌクレオチドに導入されていてもよい。連結はT4DNAリガーゼ等のリガーゼを用いて行うのが普通である。 To prepare a recombinant DNA by linking the yggB gene and a vector that functions in coryneform bacteria, the vector is cleaved with a restriction enzyme that matches the end of the yggB gene. This restriction enzyme site may be introduced in advance into a synthetic oligonucleotide used for yggB amplification. Ligation is usually performed using a ligase such as T4 DNA ligase.
上記のように調製した組換えプラスミドをコリネ型細菌に導入するには、これまでに報告されている形質転換法に従って行えばよい。例えば、エシェリヒア・コリ K−12について報告されているような、受容菌細胞を塩化カルシウムで処理してDNAの透過性を増す方法(Mandel,M.and Higa,A.,J. Mol. Biol., 53, 159 (1970))があり、バチルス・ズブチリスについて報告されているような、増殖段階の細胞からコンピテントセルを調製してDNAを導入する方法(Duncan,C.H.,Wilson,G.A.and Young,F.E., Gene, 1, 153 (1977))がある。あるいは、バチルス・ズブチリス、放線菌類及び酵母について知られているような、DNA受容菌の細胞を、組換えDNAを容易に取り込むプロトプラストまたはスフェロプラストの状態にして組換えDNAをDNA受容菌に導入する方法(Chang,S.andChoen,S.N.,Mol.Gen.Genet.,168,111(1979);Bibb,M.J.,Ward,J.M.andHopwood,O.A.,Nature, 274, 398 (1978);Hinnen,A.,Hicks,J.B.and Fink,G.R.,Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
75 1929 (1978))も応用できる。また、電気パルス法(特開平2-207791号公報)や、接合伝達法(Biotechnology (N Y). 1991 Jan;9(1):84-7).によっても、コリネ型細菌の形質転換を行うことができる。
In order to introduce the recombinant plasmid prepared as described above into a coryneform bacterium, transformation methods that have been reported so far may be used. For example, as reported for Escherichia coli K-12, a method in which recipient cells are treated with calcium chloride to increase DNA permeability (Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol. , 53, 159 (1970)), and a method for introducing competent cells from proliferating cells and introducing DNA as reported for Bacillus subtilis (Duncan, CH, Wilson, GA and Young, FE). Gene, 1, 153 (1977)). Alternatively, DNA-receptive cells, such as those known for Bacillus subtilis, actinomycetes, and yeast, are introduced into the DNA-receptor cells in a protoplast or spheroplast state that readily incorporates recombinant DNA. (Chang, S. and Choen, SN, Mol. Gen. Genet., 168, 111 (1979); Bibb, MJ, Ward, JMandHopwood, OA, Nature, 274, 398 (1978); Hinnen, A., Hicks, JBand Fink, GR, Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
75 1929 (1978)) can also be applied. In addition, transformation of coryneform bacteria can also be performed by the electric pulse method (Japanese Patent Laid-Open No. 2-207791) or the junction transfer method (Biotechnology (NY). 1991 Jan; 9 (1): 84-7). Can do.
yggB遺伝子のコピー数を高めることは、yggB遺伝子をコリネ型細菌の染色体DNA上に複数コピー存在させることによっても達成できる。コリネ型細菌の染色体DNA上にyggB遺伝子を複数コピー導入するには、染色体DNA上に複数コピー存在する配列を標的に利用して相同組換えにより行う。染色体DNA上に多コピー存在する配列としては、レペティティブDNA、転移因子の端部に存在するインバーテッド・リピートが利用できる。あるいは、特開平2-109985号公報に開示されているように、yggB遺伝子をトランスポゾンに搭載してこれを転移させて染色体DNA上に多コピー導入することも可能である。(特開平2-109985号、特開平7−107976号、Mol.Gen.Genet.,245, 397-405 (1994)、Plasmid. 2000 Nov;44(3):285-91)。トランスポゾンでの増幅は後述に示される人工トランスポゾンでの増幅も利用できる。 Increasing the copy number of the yggB gene can also be achieved by having multiple copies of the yggB gene on the chromosomal DNA of coryneform bacteria. In order to introduce a plurality of copies of the yggB gene into the chromosomal DNA of a coryneform bacterium, homologous recombination is performed using a sequence present in the chromosomal DNA as a target. As a sequence present in multiple copies on chromosomal DNA, repetitive DNA and inverted repeats present at the end of a transposable element can be used. Alternatively, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-109985, it is also possible to mount the yggB gene on a transposon, transfer it, and introduce multiple copies onto the chromosomal DNA. (JP-A-2-109985, JP-A-7-107976, Mol. Gen. Genet., 245, 397-405 (1994), Plasmid. 2000 Nov; 44 (3): 285-91). For amplification with a transposon, amplification with an artificial transposon described later can also be used.
また、宿主で複製できない複製起点あるいは、宿主で複製出来ない複製起点と宿主への接合伝達能を有するプラスミドにyggB遺伝子を導入して、染色体上で増幅させる方法が考
えられる。例えば用いることが出来るベクターは、pSUP301(Simo等, Bio/Technology 1, 784〜791 (1983) )、pK18mobまたはpK19mob(Schaefer等, Gene
145, 69〜73 (1994) )、pGEM−T(Promega corporation, Madison, WI, USA)、pCR2.1−TOPO(Shuman (1994). Journal of Biological Chemisty 269: 32678〜84; US-A 5487993)、pCR(R)Blunt(Invitrogen, Groningen, Netherlands; Bernard et al., Journal of Molecular Biology, 234: 534〜541 (1993))、pEM1(Schrumpf等,1991, Journal of Bacteriology 173: 4510〜4516)またはpBGS8(spratt等, 1986, Gene, 41:337〜342)等が挙げられる。yggB遺伝子を含むプラスミドベクターをコリネ型細菌中に接合または形質転換によって転移させる。接合法は、例えばSchaefer等(Applied and Environmental Microbiology 60, 756〜759 (1994))に記載されている。形質転換法は、例えばTheirbach等(Applied Microbiology and Biotechnology 29, 356〜362 (1988))、DunicanおよびShivinan(Bio/Technology 7, 1067〜1070 (1989))およびTauch等(FEMS Microbiological Letters 123, 343〜347 (1994))に記載されている。
Another possible method is to introduce the yggB gene into a replication origin that cannot replicate in the host, or a plasmid that has the ability to transfer the junction to the host. For example, vectors that can be used are pSUP301 (Simo et al., Bio / Technology 1, 784-791 (1983)), pK18 mob or pK19 mob (Schaefer et al., Gene
145, 69-73 (1994)), pGEM-T (Promega corporation, Madison, WI, USA), pCR2.1-TOPO (Shuman (1994). Journal of Biological Chemisty 269: 32678-84; US-A 5487993) PCR (R) Blunt (Invitrogen, Groningen, Netherlands; Bernard et al., Journal of Molecular Biology, 234: 534-541 (1993)), pEM1 (Schrumpf et al., 1991, Journal of Bacteriology 173: 4510-4516) or pBGS8 (spratt et al., 1986, Gene, 41: 337-342) and the like. A plasmid vector containing the yggB gene is transferred into a coryneform bacterium by conjugation or transformation. The joining method is described, for example, in Schaefer et al. (Applied and Environmental Microbiology 60, 756-759 (1994)). Transformation methods include, for example, Theirbach et al. (Applied Microbiology and Biotechnology 29, 356-362 (1988)), Dunican and Shivinan (Bio / Technology 7, 1067-1070 (1989)) and Tauch et al. (FEMS Microbiological Letters 123, 343- 347 (1994)).
また、yggB遺伝子の発現を上昇させる手段として染色体DNA上またはプラスミド上のyggB遺伝子のプロモーター等の発現調節配列を強力なものに置換すること、yggB遺伝子の発現調節に関与する因子、例えばオペレーターやリプレッサーを改変すること、遺伝子の終止コドンの下流に強力なターミネーターを連結することによっても達成される。(Hamilton et al,; Journal of Bacterology171:4617-4622) 例えば、lacプロモーター、trpプロモーター、trcプロモーター、PS2プロモーター等が強力なプロモーターとして知られている。プロモーターの強度の評価法および強力なプロモーターの例は、Goldsteinらの論文(Prokaryotic promoters in biotechnology. Biotechnol. Annu. Rev., 1995, 1, 105-128)等に記載されている。また、国際公開WO00/18935に開示されているように、目的遺伝子のプロモーター領域に数塩基の塩基置換を導入し、よりコンセンサスに近づける配列に置換し、強力なものに改変することも可能である。例えば、−35領域をTTGACA、TTGCCA配列に、−10領域をTATAAT、TATAAC配列に置換することが考えられる。さらに、リボソーム結合部位(RBS)と開始コドンとの間のスペーサ、特に開始コドンのすぐ上流の配列における数個のヌクレオチドの置換がmRNAの翻訳効率に非常に影響を及ぼすことが知られており、これらを改変することも可能である。ここでyggB遺伝子の発現調節領域とは、yggB遺伝子の発現量に変化を及ぼす領域を意味し、例えばyggB遺伝子の上流領域が挙げられる。ここでyggB遺伝子上流の改変に適している領域として、開始コドン以前の領域(例えば、配列番号5の開始コドン以前(塩基配列番号1436以前))の領域、望ましくは開始コドンの上流500bpの領域、さらに望ましくは開始コドンの上流300bpの領域が挙げられる。
発現調節配列の置換は、例えば上述の温度感受性プラスミドを用いて行うことができる。なお、発現調節配列の改変は、yggB遺伝子のコピー数を高めることと組み合わせてもよい。
In addition, as a means of increasing the expression of the yggB gene, the expression regulatory sequence such as the promoter of the yggB gene on the chromosomal DNA or plasmid is replaced with a strong one, and factors involved in the expression regulation of the yggB gene, such as operators and It can also be achieved by modifying the presser or linking a strong terminator downstream of the stop codon of the gene. (Hamilton et al ,; Journal of Bacterology 171: 4617-4622) For example, lac promoter, trp promoter, trc promoter, PS2 promoter and the like are known as strong promoters. Methods for evaluating promoter strength and examples of strong promoters are described in Goldstein et al. (Prokaryotic promoters in biotechnology. Biotechnol. Annu. Rev., 1995, 1, 105-128). In addition, as disclosed in International Publication WO00 / 18935, it is possible to introduce a base substitution of several bases into the promoter region of the target gene, replace it with a sequence that is closer to consensus, and modify it to be stronger. . For example, it is conceivable to replace the −35 region with TTGACA and TTGCCA sequences and the −10 region with TATAAT and TATAAC sequences. Furthermore, it is known that substitution of several nucleotides in the spacer between the ribosome binding site (RBS) and the start codon, especially in the sequence immediately upstream of the start codon, has a great influence on the translation efficiency of mRNA, These can be modified. Here, the expression regulatory region of the yggB gene means a region that affects the expression level of the yggB gene, and includes, for example, an upstream region of the yggB gene. Here, as a region suitable for modification upstream of the yggB gene, a region before the start codon (for example, a region before the start codon of SEQ ID NO: 5 (before base sequence number 1436)), preferably a region of 500 bp upstream of the start codon, More desirably, a region of 300 bp upstream of the initiation codon is included.
The replacement of the expression regulatory sequence can be performed using, for example, the above-described temperature sensitive plasmid. The modification of the expression regulatory sequence may be combined with increasing the copy number of the yggB gene.
<II>変異型yggB遺伝子の導入
yggB遺伝子を用いた改変として、コリネ型細菌への変異型yggB遺伝子の導入も挙げられる。ここで、「変異型yggB遺伝子の導入」とは、コリネ型細菌の染色体上のyggB遺伝子への変異の導入であってもよいし、変異型yggB遺伝子を含むプラスミドのコリネ型細菌への導入であってもよいし、染色体上のyggB遺伝子の変異型yggB遺伝子への置換であってもよい。
本発明において、「変異型yggB遺伝子」とは、yggB遺伝子のコード領域内の変異であって、コリネ型細菌のビオチンを過剰量含む条件下でのL-グルタミン酸生産能を向上させる機能をyggB遺伝子に付与する変異、を含むyggB遺伝子を意味する。なお、変異型yggB遺伝子は、コリネ型細菌に導入したときに、ビオチンを過剰量含む条件下だけでなく、上述したようなL-グルタミン酸生産条件でもL-グルタミン酸生産能を向上させる遺伝子であって
もよい。
「過剰量のビオチンを含む条件下でのL−グルタミン酸生産能が向上した」とは、本発明のコリネ型細菌を、非改変株がL-グルタミン酸を蓄積できないような濃度のビオチンを含む条件、例えば、30μg/L以上の濃度のビオチンを含む培地で培養したときに、本発明のコリネ型細菌が、非改変株に比べて多くの量のL-グルタミン酸を培地中に蓄積するか、あるいは、非改変株に比べて速い速度でL-グルタミン酸を生産することを意味する。
<II> Introduction of mutant yggB gene
Examples of the modification using the yggB gene include introduction of a mutant yggB gene into a coryneform bacterium. Here, “introduction of mutant yggB gene” may be the introduction of a mutation into the yggB gene on the chromosome of a coryneform bacterium, or the introduction of a plasmid containing the mutant yggB gene into a coryneform bacterium. It may be a substitution of a yggB gene on a chromosome with a mutant yggB gene.
In the present invention, the “mutant yggB gene” is a mutation in the coding region of the yggB gene, and has a function of improving the ability to produce L-glutamic acid under conditions containing an excess amount of biotin of coryneform bacteria. It means the yggB gene containing the mutation given to The mutant yggB gene, when introduced into coryneform bacteria, is a gene that improves L-glutamic acid-producing ability not only under conditions containing an excess amount of biotin but also under the conditions for producing L-glutamic acid as described above. Also good.
“Improved L-glutamic acid-producing ability under conditions containing an excessive amount of biotin” means that the coryneform bacterium of the present invention contains biotin at a concentration such that an unmodified strain cannot accumulate L-glutamic acid, For example, when cultured in a medium containing biotin at a concentration of 30 μg / L or more, the coryneform bacterium of the present invention accumulates a larger amount of L-glutamic acid in the medium than in the unmodified strain, or It means that L-glutamic acid is produced at a faster rate than that of the unmodified strain.
以下、本発明の変異型yggB遺伝子の取得方法、yggB遺伝子に変異を導入する方法について記載する。しかしながら、変異型yggB遺伝子の取得方法、yggB遺伝子に変異を導入する方法は以下の方法には限定されない。
(II-1)odhA遺伝子欠損株を利用する方法
変異型yggB遺伝子を取得する方法として、α-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼのE1oサブユニットをコードしているodhA遺伝子(sucA遺伝子)を欠損した株(以下odhA破壊株という)が利用出来ることを本発明者は発見した。odhA破壊株の構築は、上述したようなsacB遺伝子などを用いる方法によって行うことが可能である。
Hereinafter, a method for obtaining a mutant yggB gene of the present invention and a method for introducing a mutation into the yggB gene will be described. However, the method for obtaining a mutant yggB gene and the method for introducing a mutation into the yggB gene are not limited to the following methods.
(II-1) Method using odhA gene-deficient strain As a method for obtaining a mutant yggB gene, a strain lacking the odhA gene (sucA gene) encoding the E1o subunit of α-ketoglutarate dehydrogenase (hereinafter referred to as odhA). The present inventor has discovered that a destructive strain can be used. Construction of an odhA-disrupted strain can be performed by the method using the sacB gene as described above.
本発明において、α−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ(α−KDGH)活性とは、α−ケトグルタル酸(2−オキソグルタル酸)を酸化的に脱炭酸し、サクシニル−CoA(succinyl-CoA)を生成する反応を触媒する活性を意味する。上記反応は、α−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ(E1o EC1.2.4.2)、ジヒドロリポアミドS−サクシニルトランスフェラーゼ(E2o dihydrolipoamide-S-succinyltransferase)、ジヒドロリポアミドデヒドロゲナーゼ(E3 dihydrolipoamide dehydrogenase)の3種の酵素によって触媒され、エシェリヒア・コリ等では、この3種の酵素が複合体を形成している。α−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼは、オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ(oxoglutarate dehydrogenase (succinyl-transferase))、2-オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼ(2-oxoglutarate dehydrogenase)とも呼ばれる。α−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ活性は、Shiioらの方法(Isamu Shiio and Kyoko Ujigawa-Takeda, Agric.Biol.Chem.,44(8),1897-1904,1980)に従って測定することができる。 In the present invention, α-ketoglutarate dehydrogenase (α-KDGH) activity refers to a reaction that oxidatively decarboxylates α-ketoglutarate (2-oxoglutarate) to produce succinyl-CoA (succinyl-CoA). Activity. The above reaction is catalyzed by three enzymes: α-ketoglutarate dehydrogenase (E1o EC1.2.4.2), dihydrolipoamide S-succinyltransferase, and E3 dihydrolipoamide dehydrogenase. In Escherichia coli, etc., these three enzymes form a complex. α-ketoglutarate dehydrogenase is also called oxoglutarate dehydrogenase (succinyl-transferase) or 2-oxoglutarate dehydrogenase. The α-ketoglutarate dehydrogenase activity can be measured according to the method of Shiio et al. (Isamu Shiio and Kyoko Ujigawa-Takeda, Agric. Biol. Chem., 44 (8), 1897-1904, 1980).
コリネ型細菌のα−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼのE1oサブユニットをコードしているodhA遺伝子の配列は既に明らかにされている(Microbiology 142, 3347-3354, (1996)、GenBank accession No.D84102)。odhA遺伝子の塩基配列を配列番号43の塩基番号443〜4213に、アミノ酸配列を配列番号44に示す。このodhA遺伝子の配列を基に、例えば、配列番号1、2に記載のようなodhA遺伝子に相補的なプライマーを設計し野生株であるATCC13869株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行い、odhA遺伝子の内部配列のみを増幅する。odhA遺伝子の内部断片をプラスミドに連結し、odh破壊用プラスミドを構築する。ここで用いるプラスミドとしては、コリネ型細菌用の温度感受性プラスミドや(特開平05-007491)、実施例1に記載のレバンシュークラーゼを搭載するスイサイドベクターであるpBS3が用いられる。 The sequence of the odhA gene encoding the E1o subunit of the α-ketoglutarate dehydrogenase of coryneform bacteria has already been elucidated (Microbiology 142, 3347-3354, (1996), GenBank accession No. D84102). The base sequence of the odhA gene is shown in base numbers 443 to 4213 of SEQ ID NO: 43, and the amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 44. Based on the sequence of this odhA gene, for example, a primer complementary to the odhA gene as shown in SEQ ID NOs: 1 and 2 is designed, and PCR is performed using the chromosomal DNA of the ATCC13869 strain, which is a wild strain, as a template. Amplify only internal sequences. An internal fragment of the odhA gene is ligated to a plasmid to construct an odh disruption plasmid. As the plasmid used here, a temperature-sensitive plasmid for coryneform bacteria (Japanese Patent Laid-Open No. 05-007491), or pBS3, which is a suicide vector carrying levan sucrose described in Example 1, is used.
odh破壊用プラスミド電気パルス法(特開平2-207791)にて、培地中にビオチンが充分存在する条件でL-グルタミン酸を蓄積できない株、例えば野生株、C.glutamicum ATCC13869へに導入し、染色体上のodhA遺伝子と相同組換えを起こした1回組換え株を取得する。温度感受性プラスミドを用いた場合には、プラスミドが複製出来ない温度で1回組換え株を取得する。1回組換え株であることの確認は、例えば、配列番号3、配列番号4のオリゴヌクレオチドを用いて、プラスミドが染色体上に導入されることによって確認出来る。 The plasmid electric pulse method for disruption of odh (Japanese Patent Laid-Open No. 2-207791) was introduced into a strain that cannot accumulate L-glutamic acid under conditions where biotin is sufficiently present in the medium, for example, a wild strain, C. glutamicum ATCC13869, A single recombination strain that has undergone homologous recombination with the odhA gene is obtained. When a temperature sensitive plasmid is used, a recombinant strain is obtained once at a temperature at which the plasmid cannot replicate. Confirmation of the single-recombination strain can be confirmed, for example, by introducing the plasmid onto the chromosome using the oligonucleotides of SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4.
このようにして取得したodhA破壊株は、糖を含む培地で純化する。純化の過程でyggB遺伝子に高頻度に自然突然変異が導入される。純化した株のグルタミン酸生産能は、ビオチ
ンが過剰量含まれる培地で培養することにより確認する。例えば20mlのL−グルタミン酸生産フラスコ培地(グルコース30g/l, 硫酸アンモニウム 15g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O 0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1(ビタミンB1) 200μg/l, Biotin 300μg/l, 大豆加水分解物(T-N全窒素)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に候補株を接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養し、糖を完全消費後、L−グルタミン酸の蓄積を確認する。L-グルタミン酸の対糖収率が50%以上を示した株について、そのyggB遺伝子の配列を決定することにより変異を特定することができる。
The odhA-disrupted strain thus obtained is purified with a medium containing sugar. Natural mutations are frequently introduced into the yggB gene during the purification process. The glutamic acid-producing ability of the purified strain is confirmed by culturing in a medium containing an excessive amount of biotin. For example, 20 ml of L-glutamic acid production flask medium (glucose 30 g / l, ammonium sulfate 15 g / l, KH 2 PO 4 1 g / l, MgSO 4 .7H 2 O 0.4 g / l, FeSO 4 .7H 2 O 0.01 g / l, MnSO 4 · 4-5H 2 O 0.01g / l, VB1 (vitamin B1) 200μg / l, Biotin 300μg / l, soybean hydrolyzate (TN total nitrogen) 0.48g / l, adjusted to pH 8.0 using KOH : Inoculate candidate strain in autoclave 115 ° C for 10 minutes), add 1g of calcium carbonate sterilized by dry heat in advance, shake culture at 31.5 ° C, complete consumption of sugar, confirm accumulation of L-glutamic acid To do. For a strain showing a yield of L-glutamic acid with respect to sugar of 50% or more, the mutation can be identified by determining the sequence of the yggB gene.
yggB変異のみを有する株を構築するためには、プラスミドによって破壊された染色体上のodhA遺伝子を野生型に復帰させればよい。odhAが欠損した株では糖を含まない培地での生育が著しく遅いが、odhAが野生型に復帰すれば、糖を含まない培地、例えばCM2B(ポリペプトン 10g/l、酵母エキス 10g/l、NaCl 5g/l、Biotin 10μg/L、寒天 20g/l、KOHを用いてpH7.0に調整)のような培地でも良好に生育する。従って、このodhA破壊株をCM2Bプレートに塗布し、生育改善株を誘導する。こうして出現した生育改善株をCM2Bプレートで純化し、その抗生物質耐性感受性とベクター残存の有無を調べれば、odhA復帰株であることが推定できる。さらにodhA遺伝子の塩基配列を決定することにより、odhA遺伝子が野生型であることを確認する。
In order to construct a strain having only the yggB mutation, the odhA gene on the chromosome destroyed by the plasmid may be restored to the wild type. In odhA-deficient strains, growth in a medium containing no sugar is remarkably slow, but if odhA reverts to the wild type, medium containing no sugar, such as CM2B (polypeptone 10 g / l, yeast extract 10 g / l, NaCl 5 g / l,
また、odhA yggB二重変異株の変異型yggB遺伝子領域をPCRでクローニングし、野生株に導入してもよい。二重変異株の染色体DNAを鋳型として、配列番号9と配列番号10に示す合成DNAを用いてPCRを行い変異型yggB遺伝子を増幅する。得られた増幅産物をコリネ型細菌用の温度感受性プラスミドや(特開平05-007491)、実施例1に記載のスイサイドベクターであるpBS3にクローニングし、上述したようなsacB遺伝子などを用いる方法で野生型yggB遺伝子と置換することによりyggB単独変異株が構築可能である。ここで、染色体上のyggB遺伝子に変異が導入されたかどうかは、変異型yggB遺伝子の遺伝子配列を決定することにより確認することが出来る。 Alternatively, the mutant yggB gene region of the odhA yggB double mutant may be cloned by PCR and introduced into a wild strain. Using the chromosomal DNA of the double mutant strain as a template, PCR is performed using the synthetic DNAs shown in SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10 to amplify the mutant yggB gene. The amplified product thus obtained was cloned into a temperature-sensitive plasmid for coryneform bacteria (Japanese Patent Laid-Open No. 05-007491), or the suspension vector pBS3 described in Example 1 and wild-type by the method using the sacB gene as described above. A single yggB mutant can be constructed by substituting the type yggB gene. Here, whether or not a mutation has been introduced into the yggB gene on the chromosome can be confirmed by determining the gene sequence of the mutant yggB gene.
(II-2)転移因子を利用する方法
また、変異型yggB遺伝子を有するコリネ型細菌はコリネ型細菌で機能する転移因子を用いてスクリーニングしてもよい。転移因子とはインサーションシーケンス(IS因子)、トランスポゾンを含む。変異型yggB遺伝子は、野生型のyggB遺伝子にインサーションシーケンス(IS因子)、トランスポゾンが偶然挿入されることによって取得できるものでもよいし、人工トランスポゾンを用いて、人為的に構築したものでもよい。転移因子が挿入された株は、例えばL-グルタミン酸アナログに対する感受性の低下を指標として選択することができる。L-グルタミン酸のアナログとしては、4−フルオログルタミン酸が利用できる。また、薬剤耐性遺伝子含む人工トランスポゾンを用いて薬剤耐性株をランダムに選択し、耐性株のyggB遺伝子長をPCRで確認することによっても転移因子挿入株を選択できる。
(II-2) Method Using Transposable Factor Coryneform bacteria having a mutant yggB gene may be screened using a transposable factor that functions in coryneform bacteria. A transposable element includes an insertion sequence (IS element) and a transposon. The mutant yggB gene may be obtained by insertion of an insertion sequence (IS factor) or a transposon into the wild-type yggB gene by chance, or may be artificially constructed using an artificial transposon. A strain into which a transposable element has been inserted can be selected using, for example, a decrease in sensitivity to an L-glutamic acid analog as an index. As an analog of L-glutamic acid, 4-fluoroglutamic acid can be used. A transposable element insertion strain can also be selected by randomly selecting a drug resistant strain using an artificial transposon containing a drug resistant gene and confirming the yggB gene length of the resistant strain by PCR.
人工トランスポゾンをコリネ型細菌に導入する方法としては、特開09-070291の方法が利用出来る。人工トランスポゾンとは、トランスポゼースの構造遺伝子、インサーションシーケンス(IS因子)の両端のインバーテッドリピート(IR)に挟まれたマーカー遺伝子のことを意味する。トランスポゼースの構造遺伝子は、人工トランスポゾンと同一のプラスミドに存在していてもよいし、別のプラスミド上に存在するものであってもよく、宿主の染色体上に存在するトランスポゾンの機能を利用してもよい。例えば、コリネ型細菌のトランスポゼースをコードする遺伝子として、以下のようなような配列が利用出来る。 As a method for introducing an artificial transposon into coryneform bacteria, the method described in JP-A-09-070291 can be used. The artificial transposon means a marker gene sandwiched between inverted repeats (IR) at both ends of a transposase structural gene, an insertion sequence (IS factor). The structural gene for transposase may be present on the same plasmid as the artificial transposon, may be present on a different plasmid, or may utilize the function of the transposon present on the host chromosome. Good. For example, the following sequences can be used as a gene encoding transposase of coryneform bacteria.
1. NCgl0179 Cgl0182; transposase
2. NCgl0235 Cgl0238; putative transposase
3. NCgl0348 Cgl0355; putative transposase
4. NCgl0688 Cgl0718; putative transposase
5. NCgl0919 Cgl0959; transposase
6. NCgl0993 Cgl1037; transposase
7. NCgl1021 Cgl1066; transposase
8. NCgl1464 Cgl1521; putative transposase
9. NCgl1496 Cgl1557; transposase
10. NCgl1662 Cgl1733; putative transposase
11. NCgl1664 Cgl1734; transposase
12. NCgl2131 Cgl2212; transposase
13. NCgl2284 Cgl2367; transposase
14. NCgl2392 Cgl2479; putative transposase
15. NCgl2418 Cgl2504; putative transposase
16. NCgl2420 Cgl2506; putative transposase
17. NCgl2460 Cgl2548; predicted transposase
18. NCgl2542 Cgl2631; predicted transposase
19. NCgl2665 Cgl2761; putative transposase
20. NCgl2748 Cgl2845; putative transposase
21. NCgl2850 Cgl2951; predicted transposase
1. NCgl0179 Cgl0182; transposase
2. NCgl0235 Cgl0238; putative transposase
3. NCgl0348 Cgl0355; putative transposase
4. NCgl0688 Cgl0718; putative transposase
5. NCgl0919 Cgl0959; transposase
6. NCgl0993 Cgl1037; transposase
7. NCgl1021 Cgl1066; transposase
8. NCgl1464 Cgl1521; putative transposase
9. NCgl1496 Cgl1557; transposase
10. NCgl1662 Cgl1733; putative transposase
11. NCgl1664 Cgl1734; transposase
12. NCgl2131 Cgl2212; transposase
13. NCgl2284 Cgl2367; transposase
14. NCgl2392 Cgl2479; putative transposase
15. NCgl2418 Cgl2504; putative transposase
16. NCgl2420 Cgl2506; putative transposase
17. NCgl2460 Cgl2548; predicted transposase
18. NCgl2542 Cgl2631; predicted transposase
19. NCgl2665 Cgl2761; putative transposase
20. NCgl2748 Cgl2845; putative transposase
21. NCgl2850 Cgl2951; predicted transposase
人工トランスポゾンは、適切なベクター、例えばプラスミドに搭載して宿主であるコリネホルム細菌に導入される。スクリーニングに用いる親株としては、ビオチンが過剰量含まれた条件でL−グルタミン酸を蓄積することが出来ない株、例えば、C.glutamicum 野生株であるATCC13869株が望ましい。人工トランスポゾンを搭載するプラスミドとしては、特に制限はないが、通常コリネホルム細菌由来のプラスミドを用いればよい。具体的には、pHM1519(Agric.Biol.Chem., 48, 2901-2903 (1984))、pAM330(Agric.Biol.Chem.,48, 2901-2903 (1984))、及びこれらを改良した薬剤耐性遺伝子を有するプラスミド等である。さら に、導入された人工トランスポゾンを効率よく染色体上で増幅させるには、上記(1)に記載したような温度感受性複製起点を有するプラスミドを用いることが好ましい(特開平5−7491号参照)。
人工トランスポゾンを搭載したプラスミドをコリネホルム細菌に導入する方法としては、通常よく用いられるプロトプラスト法(Gene, 39, 281-286 (1985))、エレクトロポーレーション法(Bio/Technology, 7, 1067-1070(1989))等の方法を用いればよい。
The artificial transposon is introduced into a host coryneform bacterium mounted on an appropriate vector such as a plasmid. As a parent strain used for screening, a strain that cannot accumulate L-glutamic acid under conditions containing an excessive amount of biotin, for example, ATCC13869 strain, which is a wild strain of C. glutamicum, is desirable. Although there is no restriction | limiting in particular as a plasmid carrying an artificial transposon, Usually, what is necessary is just to use the plasmid derived from coryneform bacteria. Specifically, pHM1519 (Agric. Biol. Chem., 48, 2901-2903 (1984)), pAM330 (Agric. Biol. Chem., 48, 2901-2903 (1984)), and improved drug resistance thereof For example, a plasmid having a gene. Furthermore, in order to efficiently amplify the introduced artificial transposon on the chromosome, it is preferable to use a plasmid having a temperature-sensitive replication origin as described in the above (1) (see JP-A-5-7491).
As a method for introducing a plasmid carrying an artificial transposon into a coryneform bacterium, a commonly used protoplast method (Gene, 39, 281-286 (1985)), electroporation method (Bio / Technology, 7, 1067-1070 ( 1989)) or the like may be used.
人工トランスポゾンを温度感受性プラスミドに搭載してコリネホルム細菌へ導入する場合、構築したプラスミドでコリネホルム細菌を形質転換し、プラスミドの複製が可能な25℃で培養することにより、一細胞当り数十〜数百コピーの人工トランスポゾン搭載プラスミドを増幅させて染色体への導入を行い、その後34℃で培養することにより余分なプラスミドを除去すればよく、この方法により効率よく染色体上での遺伝子の増幅が起こる。その他、人工トランスポゾンのみのDNA断片やコリネホルム細菌中で複製できないプラスミドベクター(例えばエシェリヒア・コリで複製するプラスミドベクター等)を用いてコリネホルム細菌の染色体に導入する方法もある。
(特開平7−107976号、Vertes,A.A., Asai,Y., Inui,M., Kobayashi,M., Kurusu,Y. and Yukawa,H. :Mol.Gen.Genet.,245, 397-405 (1994))。
When an artificial transposon is mounted on a temperature-sensitive plasmid and introduced into a coryneform bacterium, the coryneform bacterium is transformed with the constructed plasmid and cultured at 25 ° C. where the plasmid can be replicated. A copy of the artificial transposon-loaded plasmid is amplified and introduced into the chromosome, and then the excess plasmid is removed by culturing at 34 ° C. This method efficiently amplifies the gene on the chromosome. In addition, there is a method of introducing into the chromosome of coryneform bacteria using a DNA fragment only of an artificial transposon or a plasmid vector that cannot replicate in coryneform bacteria (for example, a plasmid vector that replicates in Escherichia coli).
(JP-A-7-107976, Vertes, AA, Asai, Y., Inui, M., Kobayashi, M., Kurusu, Y. and Yukawa, H.: Mol. Gen. Genet., 245, 397-405 ( 1994)).
このようにして、染色体上に人工トランスポゾンが挿入した株を、ビオチンを過剰量含むL−グルタミン酸生産培地で培養し、L−グルタミン酸を蓄積する株を取得する。L−グルタミン酸を蓄積する株の染色体上のyggB遺伝子の塩基配列を決定することによって、変異型yggB遺伝子を有するコリネ型細菌を取得することが出来る。 In this manner, the strain in which the artificial transposon is inserted on the chromosome is cultured in an L-glutamic acid production medium containing an excessive amount of biotin, and a strain that accumulates L-glutamic acid is obtained. By determining the base sequence of the yggB gene on the chromosome of a strain that accumulates L-glutamic acid, a coryneform bacterium having a mutant yggB gene can be obtained.
(II-3)in vitroでyggB遺伝子にランダムに変異を導入する方法
また、変異型yggB遺伝子は、in vitroでランダムに変異を導入し、その中から界面活性剤等の添加なしにL−グルタミン酸生産が可能となるクローンから選択することも出来る。スクリーニングに用いる親株としては、ビオチンが過剰量含まれた条件でL−グルタミン酸を蓄積することが出来ない株、例えば、C.glutamicum 野生株であるATCC13869株、ATCC13032株、ATCC14067株、C.melasecola野生株であるATCC17965が望ましい。
(II-3) Method for randomly introducing mutations into yggB gene in vitro In addition, mutant yggB genes are randomly introduced in vitro, and L-glutamic acid is added without adding a surfactant or the like. It is also possible to select from clones that can be produced. As a parent strain used for screening, strains that cannot accumulate L-glutamic acid under the condition that an excess amount of biotin is contained, for example, ATCC13869 strain, ATCC13032 strain, ATCC14067 strain, C.melasecola wild strain, which are C. glutamicum wild strains, are used. The stock ATCC17965 is preferred.
変異型遺伝子のスクリーニングを行うため、まずyggB欠損株を構築する。yggB遺伝子破壊株の構築は、上述のsacB遺伝子を用いる方法と同様の方法によって行うことが可能である。例えば、yggB遺伝子のコード領域に相補的なプライマー、例えば配列番号39に示す合成DNAと配列番号40に示す合成DNAをプライマーとして、C.glutamicum ATCC13869株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行い、yggB遺伝子のN末端側断片を調製する。同様に配列番号41と配列番号42の合成DNAをプライマーとして、C末端側断片を調製する。配列番号40と41は互いに相補的である。続いてN末端側断片とC末端側断片を等量混合したものを鋳型として、配列番号39と配列番号42の合成DNAをプライマーとしてPCRを行えばyggB遺伝子のORFを欠失した断片を取得できる。 In order to screen for mutant genes, a yggB-deficient strain is first constructed. Construction of a yggB gene-disrupted strain can be performed by a method similar to the method using the sacB gene described above. For example, PCR is performed using a primer complementary to the coding region of the yggB gene, for example, the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 39 and the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 40 as a template, and the chromosomal DNA of C. glutamicum ATCC 13869 strain, and the yggB gene An N-terminal fragment of is prepared. Similarly, a C-terminal fragment is prepared using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 41 and SEQ ID NO: 42 as primers. SEQ ID NOs: 40 and 41 are complementary to each other. Subsequently, by performing PCR using a mixture of equal amounts of N-terminal fragment and C-terminal fragment as a template and using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 39 and SEQ ID NO: 42 as primers, a fragment lacking the ORF of the yggB gene can be obtained. .
得られたPCR断片はコリネ型細菌の遺伝子破壊用ベクター、例えばレバンシュークラーゼを搭載したpBS4Sに挿入することにより、欠損変異導入用のプラスミドが構築可能である。このようにして得られたyggB破壊用プラスミドをコリネ型細菌C.glutamicum ATCC13869株の染色体に挿入し、yggB欠損株を構築する。 The obtained PCR fragment can be inserted into a coryneform bacterium gene disruption vector, for example, pBS4S carrying levanshuclease, to construct a plasmid for introducing a deletion mutation. The yggB-disrupting plasmid thus obtained is inserted into the chromosome of the coryneform bacterium C. glutamicum ATCC13869 strain to construct a yggB-deficient strain.
一方、yggB遺伝子の変異処理は以下のようにして行う。まず、コリネ型細菌で複製可能なプラスミドにyggB遺伝子をクローニングする。得られたyggB増幅ベクターを変異剤を含む緩衝液、例えば500mMリン酸緩衝液、400mMヒドロキシルアミン、1mM EDTA (pH6.0)に溶解し、75℃で60分から90分処理することにより変異を導入する。変異導入後のプラスミドは、SUPREC-02(タカラバイオ)等で脱塩した後、ATCC13869ΔyggB株に導入し、抗生物質を含む培地で形質転換体を選択する。また、対照として変異処理前のyggB増幅プラスミドについてもATCC13869ΔyggB株に導入する。出現した形質転換体を、ビオチンを過剰量含むL−グルタミン酸生産液体培地に接種し、しんとう培養したのち、グルタミン酸濃度を定量する。グルタミン酸は野生型のyggB増幅プラスミド導入株では殆ど増加しないが、変異処理したプラスミドを導入した株ではグルタミン酸を有意に蓄積する株が存在する。そのような株よりプラスミドを抽出し、そのyggB遺伝子の塩基配列を決定することで、新規な変異型yggB遺伝子が取得できる。また、またエラ−プロ−ンPCR 、DNA shuffling,
StEP−PCRによって、遺伝子組換えにより人工的にyggB遺伝子に変異を導入して変異型yggB遺伝子を取得することも出来る。(Firth AE, Patrick WM;Bioinformatics. 2005 Jun 2; Statistics of protein library construction.)
なお、上記のような染色体上のyggB遺伝子に変異を導入する方法としては、上述の方法以外に、コリネ型細菌にX線や紫外線を照射する方法、またはコリネ型細菌をN−メチル−N'−ニトロ−N−ニトロソグアニジン等の変異剤で処理する方法等がある。この方法によって、変異型yggB遺伝子が導入されたかどうかは、染色体上のyggB遺伝子の塩基配列を決定することやビオチンを過剰量含む培地でL−グルタミン酸を生成させることによって確認出来る。
On the other hand, the mutation process of the yggB gene is performed as follows. First, the yggB gene is cloned into a plasmid that can replicate in coryneform bacteria. The obtained yggB amplification vector is dissolved in a buffer containing a mutagen, such as 500 mM phosphate buffer, 400 mM hydroxylamine, 1 mM EDTA (pH 6.0), and mutation is introduced by treating at 75 ° C. for 60 to 90 minutes. To do. The mutated plasmid is desalted with SUPREC-02 (Takara Bio) and the like, then introduced into the ATCC13869ΔyggB strain, and a transformant is selected in a medium containing an antibiotic. As a control, the yggB amplified plasmid before mutation treatment is also introduced into the ATCC13869ΔyggB strain. The resulting transformant is inoculated into an L-glutamic acid-producing liquid medium containing an excessive amount of biotin, and after culturing, the glutamic acid concentration is quantified. Glutamate is hardly increased in the wild-type yggB amplified plasmid-introduced strain, but there are strains that significantly accumulate glutamate in the strain into which the mutated plasmid has been introduced. A novel mutant yggB gene can be obtained by extracting a plasmid from such a strain and determining the base sequence of the yggB gene. Also, error-prone PCR, DNA shuffling,
A mutant yggB gene can also be obtained by artificially introducing a mutation into the yggB gene by genetic recombination by StEP-PCR. (Firth AE, Patrick WM; Bioinformatics. 2005 Jun 2; Statistics of protein library construction.)
As a method for introducing a mutation into the yggB gene on the chromosome as described above, in addition to the above method, a method of irradiating a coryneform bacterium with X-rays or ultraviolet rays, or a coryneform bacterium with N-methyl-N ′ There is a method of treating with a mutation agent such as nitro-N-nitrosoguanidine. Whether or not the mutant yggB gene has been introduced by this method can be confirmed by determining the base sequence of the yggB gene on the chromosome or generating L-glutamic acid in a medium containing an excessive amount of biotin.
(II-4)L-グルタミン酸アナログ耐性株を取得する方法
変異型yggB遺伝子は、野生型のyggB遺伝子を有するコリネ型細菌をL−グルタミン酸アナログを含む培地で培養し、同培地で生育可能なL-グルタミン酸アナログ耐性株を取得することによっても取得することができる。スクリーニングに用いる親株としては、上述のコリネ型細菌野生株が好ましいが、野生型のyggB遺伝子を有するものであれば、いずれでもよい。また野生型のyggB遺伝子を搭載したプラスミドを有するコリネ型細菌でもよい。
L-グルタミン酸アナログとしては、L−グルタミン酸−γ−メチルエステル、α−メチルグルタミン酸、β−ヒドロキシグルタミン酸、メチオニンスルホキシミン、グルタミン酸−γ−モノヒドロキサメ−ト、2−アミノ−4−ホスホノ酪酸、L−グルタミン酸−γ−モノエチルエステル、L−グルタミン酸ジメチルエステル、L−グルタミン酸−ジ−t−ブチルエステル、モノフロログルタミン酸、L−グルタミン酸ジエチルエステル、D−グルタミン酸、4−フルオログルタミン酸が挙げられ、特に4−フルオログルタミン酸アナログが使用できる。
L-グルタミン酸アナログ耐性株は以下のような手法で行う。コリネ型細菌をL-グルタミン酸アナログを添加した最小培地に接種し、24時間〜48時間後にコロニーを形成した株を取得する。培地中に含まれるL-グルタミン酸アナログの濃度は、yggB遺伝子が改変されていないコリネ型細菌が生育できず、yggB遺伝子に変異が導入されたコリネ型細菌が生育できる濃度が好ましい。より具体的には、4−フルオログルタミン酸を用いる場合は、1.25mM、好ましくは2.5mM、より好ましくは5mMが好ましい。ここで、本発明のL-グルタミン酸アナログ耐性とは、最少培地に4−フルオログルタミン酸を添加して一昼夜培養した際に、親株の生菌数(コロニー形成能を有する菌数)を1/100まで抑制できるような濃度においても1/10以上の増殖を示すことを意味する。
取得できたL-グルタミン酸アナログ耐性株をビオチンを過剰量含むL−グルタミン酸生産液体培地に接種し、しんとう培養したのち、グルタミン酸濃度を定量する。L-グルタミン酸は野生株では殆ど増加しないが、L-グルタミン酸アナログ耐性株では、L-グルタミン酸を有意に蓄積する株が存在する。そのような株よりyggB遺伝子をPCRによって増幅し、そのyggB遺伝子の塩基配列を決定することで、新規な変異型yggB遺伝子が取得できる。
(II-4) Method for obtaining L-glutamic acid analog resistant strain The mutant yggB gene is obtained by culturing a coryneform bacterium having a wild-type yggB gene in a medium containing L-glutamic acid analog, and growing in the same medium. -It can also be obtained by obtaining a glutamate analog resistant strain. As the parent strain used for screening, the above-mentioned coryneform bacterium wild strain is preferable, but any strain having a wild type yggB gene may be used. A coryneform bacterium having a plasmid carrying a wild-type yggB gene may also be used.
L-glutamic acid analogs include L-glutamic acid-γ-methyl ester, α-methylglutamic acid, β-hydroxyglutamic acid, methionine sulfoximine, glutamic acid-γ-monohydroxamate, 2-amino-4-phosphonobutyric acid, L-glutamic acid-γ-monoethyl ester, L-glutamic acid dimethyl ester, L-glutamic acid-di-t-butyl ester, monofluoroglutamic acid, L-glutamic acid diethyl ester, D-glutamic acid, 4-fluoroglutamic acid, 4-Fluoroglutamic acid analogs can be used.
L-glutamic acid analog resistant strains are obtained by the following method. Coryneform bacteria are inoculated into a minimal medium supplemented with L-glutamic acid analog, and a strain that has formed colonies after 24 to 48 hours is obtained. The concentration of the L-glutamic acid analog contained in the medium is preferably a concentration at which coryneform bacteria in which the yggB gene is not modified cannot grow and coryneform bacteria in which a mutation is introduced into the yggB gene can grow. More specifically, when 4-fluoroglutamic acid is used, 1.25 mM, preferably 2.5 mM, more preferably 5 mM is preferable. Here, the L-glutamic acid analog resistance of the present invention means that when 4-fluoroglutamic acid is added to a minimal medium and cultured overnight, the number of viable bacteria (the number of bacteria having colony forming ability) is reduced to 1/100. It means that the growth is 1/10 or more even at a concentration that can be suppressed.
The obtained L-glutamic acid analog resistant strain is inoculated into an L-glutamic acid-producing liquid medium containing an excessive amount of biotin, and after culturing, the glutamic acid concentration is quantified. L-glutamic acid hardly increases in the wild type strain, but there are strains that significantly accumulate L-glutamic acid in the L-glutamic acid analog resistant strain. A novel mutant yggB gene can be obtained by amplifying the yggB gene from such a strain by PCR and determining the base sequence of the yggB gene.
<III> 本発明の変異型yggB遺伝子
以下、変異型yggB遺伝子の具体例を挙げる。ただし、変異型yggB遺伝子は、コリネ型細菌においてビオチンが過剰量存在する条件で、L-グルタミン酸生産能を向上させうる変異であれば特に制限されない。
<III> Mutant yggB gene of the present invention Specific examples of the mutant yggB gene are given below. However, the mutant yggB gene is not particularly limited as long as it is a mutation that can improve L-glutamic acid-producing ability under the condition that an excess amount of biotin is present in coryneform bacteria.
(III-1)C末端側変異
この変異は、配列番号6、68、84もしくは85のアミノ酸番号419−533の配列、または配列番号62のアミノ酸番号419−529の配列をコードする領域の塩基配列の一部に導入された変異である。例えば、この領域は、配列番号5の塩基配列においては、塩基番号2692-3035番目に相当する。上記領域の塩基配列中の少なくとも一部に変異が導入されていればいずれでもよいが、インサーションシーケンス(以下ISという)や、トランスポゾンが挿入されたものが好ましい。変異は、アミノ酸置換を伴うもの(ミスセンス変異)や、上記ISの挿入によってフレームシフト変異が導入されたもの、ナンセンス変異が導入されたものの何れでもよい。
(III-1) C-terminal mutation This mutation is the nucleotide sequence of the region encoding the sequence of amino acid numbers 419-533 of SEQ ID NO: 6, 68, 84 or 85, or the sequence of amino acid numbers 419-529 of SEQ ID NO: 62 It is a mutation introduced in a part of. For example, this region corresponds to nucleotide numbers 2692-3035 in the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5. Any mutation may be introduced as long as at least a part of the nucleotide sequence in the region is introduced, but an insertion sequence (hereinafter referred to as IS) or a transposon inserted is preferable. The mutation may be any of those accompanied by amino acid substitution (missense mutation), those introduced with a frameshift mutation by insertion of the IS, or those introduced with a nonsense mutation.
(III-1-1) 転移因子の挿入による変異(2A-1型変異)
C末端側変異の一例として、配列番号5の2691番目のGの次にISが挿入された変異が挙げられる。この変異が導入された変異型yggB遺伝子の塩基配列を配列番号7に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号8に示す。配列番号8においては、配列番号6の419位のバリンから下流の領域が短いISに由来する配列に置換されている。なお、配列番号7にて挿入されたISは、IS1207(Genbank accession No. X96962) 、IS719: (Genbank accession No E12759)と相同性の高い配列である。
上記変異型yggB遺伝子を2A−1型変異と呼ぶ。2A−1型変異には、配列番号6、62、68、84および85のC末端側の該領域を欠失または置換する変異が含まれる。
また、上記領域に他のISが挿入されたもの、例えば上述したようなtransposaseをコードするISが挿入されたものも、本発明の範囲に含まれる。transposaseが導入される位置は上記領域のいずれの位置でもよいが、それぞれのtransposaseが認識しやすい箇所やISが挿入しやすいホットスポットの位置が好ましい。
(III-1-1) Mutation caused by insertion of a transposable element (type 2A-1)
An example of a C-terminal mutation is a mutation in which IS is inserted after 2691st G of SEQ ID NO: 5. The nucleotide sequence of the mutant yggB gene into which this mutation has been introduced is shown in SEQ ID NO: 7, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 8. In SEQ ID NO: 8, the region downstream from valine at position 419 of SEQ ID NO: 6 is replaced with a sequence derived from short IS. The IS inserted in SEQ ID NO: 7 is a sequence having high homology with IS1207 (Genbank accession No. X96962) and IS719: (Genbank accession No E12759).
The mutant yggB gene is referred to as 2A-1 mutation. The 2A-1 type mutation includes a mutation that deletes or replaces the region on the C-terminal side of SEQ ID NOs: 6, 62, 68, 84, and 85.
In addition, a case in which another IS is inserted into the region, for example, a case in which an IS encoding a transposase as described above is inserted is also included in the scope of the present invention. The position where the transposase is introduced may be any position in the above region, but a position where each transposase is easily recognized or a position of a hot spot where IS is easily inserted is preferable.
(III-1-2)プロリン残基を他のアミノ酸に置換する変異(66型変異、22型変異)
またC末端側変異の一例として、配列番号6、68、84もしくは85のアミノ酸番号419−533の配列、または配列番号62のアミノ酸番号419−529の領域内に存在するプロリンを他のアミノ酸に置換する変異が挙げられる。置換してもよいプロリンは、配列番号6の以下の位置に存在する。
424番目のプロリン残基(配列番号62、68、84、85の424番目)
437番目のプロリン残基(配列番号62、68、84、85の437番目)
453番目のプロリン残基(配列番号62、68、84、85の453番目)
457番目のプロリン残基(配列番号62、68、84、85の457番目)
462番目のプロリン残基(配列番号62、68、84、85の462番目)
469番目のプロリン残基(配列番号62、68、84、85の469番目)
484番目のプロリン残基(配列番号62、68、84、85の484番目)
489番目のプロリン残基(配列番号62、68、84、85の489番目)
497番目のプロリン残基(配列番号62、68、84、85の497番目)
515番目のプロリン残基(配列番号62、68、84、85の515番目)
529番目のプロリン残基(配列番号68、84、85の529番目、配列番号62番目の525番目)
533番目のプロリン残基(配列番号68、84、85の533番目、配列番号62番目の529番目)
yggB遺伝子のC末端側のプロリン残基は、YggBタンパク質の立体構造維持の為に重要な役割を果たしていると考えられる。(Protein Eng. 2002 Jan;15(1):29-33、J Biol Chem. 1991 Dec 25;266(36):24287-94.)
中でも424番目と437番目のプロリンが他のアミノ酸に置換することが望ましい。
ここで他のアミノ酸とは、プロリン以外のアミノ酸で天然型アミノ酸であればいずれのアミノ酸でもよく、Lys,Glu,Thr,Val,Leu,Ile,Ser,Asp,Asn,Gln,Arg,Cys,Met,Phe,Trp,Tyr,Gly,Ala,Hisから選択される残基に置換すればよい。特に、424番目のプロリンは、疎水性アミノ酸であるAla、Gly、Val、Leu、Ileに置換されることが望ましく、中でも分岐鎖アミノ酸であるLeu、Val、Ileが望ましい。(66型変異)424番目のプロリンをロイシンに置換する変異として、例えば、配列番号67の1673位の“C”を“T”に置換する変異が挙げられる。この変異型yggB遺伝子を配列番号69に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号70に示す。
また、437番目のプロリンは、側鎖にヒドロキシル基を有するアミノ酸(Thr,Ser,Tyr)に置換することが望ましく、中でもSerへの置換が望ましい。(22型変異)437番目のプロリンをセリンに置換する変異としては、例えば配列番号5の2745位のCをTに置換する変異が挙げられる。また、本変異は、3060位のCをTに置換する変異を伴っていてもよい。この変異型yggB遺伝子を配列番号73に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号74に示す。
(III-1-2) Mutations that substitute proline residues with other amino acids (type 66 mutation, type 22 mutation)
In addition, as an example of C-terminal mutation, amino acid 419-533 of SEQ ID NO: 6, 68, 84 or 85, or proline present in the region of amino acid 419-529 of SEQ ID NO: 62 is substituted with another amino acid. Mutations. The proline which may be substituted is present in the following position of SEQ ID NO: 6.
424th proline residue (position 424 of SEQ ID NOs: 62, 68, 84, 85)
437th proline residue (position 437 of SEQ ID NOs: 62, 68, 84, 85)
453rd proline residue (453th position of SEQ ID NOs: 62, 68, 84, 85)
The 457th proline residue (the 457th of SEQ ID NO: 62, 68, 84, 85)
462th proline residue (# 462 of SEQ ID NOs: 62, 68, 84, 85)
469th proline residue (469th position of SEQ ID NOs: 62, 68, 84, 85)
The 484th proline residue (the 484th position of SEQ ID NOs: 62, 68, 84, 85)
489th proline residue (489th position of SEQ ID NOs: 62, 68, 84, 85)
497th proline residue (position 497 of SEQ ID NOs: 62, 68, 84, 85)
515th proline residue (the 515th of SEQ ID NO: 62, 68, 84, 85)
529th proline residue (SEQ ID NO: 68, 84, 529 of 85, SEQ ID NO: 62, 525)
533th proline residue (533th in SEQ ID NO: 68, 84, 85, 529th in SEQ ID NO: 62)
The proline residue on the C-terminal side of the yggB gene is thought to play an important role in maintaining the three-dimensional structure of the YggB protein. (Protein Eng. 2002 Jan; 15 (1): 29-33, J Biol Chem. 1991
In particular, it is desirable to substitute the 424th and 437th prolines with other amino acids.
Here, the other amino acid may be any amino acid other than proline as long as it is a natural amino acid. Lys, Glu, Thr, Val, Leu, Ile, Ser, Asp, Asn, Gln, Arg, Cys, Met , Phe, Trp, Tyr, Gly, Ala, His may be substituted. In particular, the 424th proline is desirably substituted with hydrophobic amino acids Ala, Gly, Val, Leu, and Ile, and among them, branched chain amino acids Leu, Val, and Ile are desirable. (66 type mutation) As a mutation that substitutes 424th proline with leucine, for example, a mutation that substitutes “C” at position 1673 of SEQ ID NO: 67 with “T” can be mentioned. This mutant yggB gene is shown in SEQ ID NO: 69, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 70.
The 437th proline is preferably substituted with an amino acid (Thr, Ser, Tyr) having a hydroxyl group in the side chain, and among these, substitution with Ser is desirable. (Type 22 mutation) As a mutation for substituting the 437th proline with serine, for example, a mutation for substituting C at position 2745 of SEQ ID NO: 5 with T is mentioned. This mutation may be accompanied by a mutation that substitutes C at position 3060 with T. This mutant yggB gene is shown in SEQ ID NO: 73, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 74.
(III-2)膜貫通領域の変異
yggB遺伝子がコードするYggBタンパク質は、5個の膜貫通領域を有していると推測される。配列番号6、62、68、84、85の野生型のYggBタンパク質のアミノ酸配列において、膜貫通領域はそれぞれ、アミノ酸番号1〜23(第1膜貫通領域)、25〜47(第2膜貫通領域)、62〜84(第3膜貫通領域)、86〜108(第4膜貫通領域)、110〜132(第5膜貫通領域)の領域に相当する。これらをコードするDNAは配列番号5の1437-1505、1509-1577、1620-1688、1692-1760、1764-1832番目の塩基に該当する。本発明の変異は、この膜貫通領域をコードするDNA内に変異を有していることが望ましく、変異導入は1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、付加、挿入又は逆位を含む変異で、フレームシフト変異、ナンセンス変異を伴わないものが望ましい。従って、ここでアミノ酸配列の置換の場合は、アミノ酸置換を伴うミスセンス変異が好ましく、上記数個の
置換、欠失、付加、挿入又は逆位とは、2〜20個、好ましくは2〜10個、より好ましくは2〜5個、さらに好ましくは2〜3個を意味する。またアミノ酸の挿入、欠失変異は、1〜数塩基のポイントミューテーションの導入や、フレームシフト変異を伴わない塩基配列導入、例えば、3,6,9,12,15,18、または21塩基の挿入または欠失、好ましくは、3,6、または9塩基の欠失または挿入、より好ましくは3塩基の塩基配列の欠失または挿入が望ましい。
(III-2) Mutation of transmembrane region
The YggB protein encoded by the yggB gene is presumed to have 5 transmembrane regions. In the amino acid sequences of wild-type YggB proteins of SEQ ID NOs: 6, 62, 68, 84, and 85, the transmembrane regions are amino acid numbers 1 to 23 (first transmembrane region) and 25 to 47 (second transmembrane region), respectively. ), 62 to 84 (third transmembrane region), 86 to 108 (fourth transmembrane region), and 110 to 132 (fifth transmembrane region). The DNAs encoding these correspond to the 1437-1505, 1509-1577, 1620-1688, 1692-1760, and 1764-1832 bases of SEQ ID NO: 5. The mutation of the present invention preferably has a mutation in the DNA encoding this transmembrane region, and mutagenesis involves mutation, substitution, deletion, addition, insertion or inversion of one or several amino acids. In this case, it is desirable to use no frameshift mutation or nonsense mutation. Therefore, in the case of amino acid sequence substitution, a missense mutation accompanied by amino acid substitution is preferable, and the above-mentioned several substitutions, deletions, additions, insertions or inversions are 2 to 20, preferably 2 to 10 More preferably, it means 2 to 5, more preferably 2 to 3. In addition, amino acid insertion / deletion mutations can be performed by introducing point mutations of 1 to several bases or base sequences without frame shift mutations, for example, 3, 6, 9, 12, 15, 18, or 21 bases. An insertion or deletion, preferably a 3, 6 or 9 base deletion or insertion, more preferably a 3 base sequence deletion or insertion is desired.
例えば、以下のような変異が例として挙げられる。
(III-2−1)第1膜貫通領域の変異(A1型変異)
この変異は、配列番号6、62、68、84、85に示されるアミノ酸配列において、14番目のロイシン残基、15番目のトリプトファン残基間に1又は数アミノ酸挿入された変異である。
具体例としては、14番目のロイシン残基、15番目のトリプトファン残基間に、3アミノ酸導入されたもの、例えばCys-Ser-Leuが挿入されたものが挙げられ、この変異の例として、配列番号5の1480番目のGの次にTTCATTGTGが挿入された変異が挙げられる。この変異が導入された変異型yggB遺伝子の塩基配列を配列番号19に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号20に示す。
For example, the following mutations are exemplified.
(III-2-1) Mutation of the first transmembrane region (A1 mutation)
This mutation is a mutation in which one or several amino acids are inserted between the 14th leucine residue and the 15th tryptophan residue in the amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 6, 62, 68, 84 and 85.
Specific examples include those in which 3 amino acids have been introduced between the 14th leucine residue and the 15th tryptophan residue, for example, those in which Cys-Ser-Leu has been inserted. A mutation in which TTCATTGTG is inserted after the 1480th G of No. 5 can be mentioned. The nucleotide sequence of the mutant yggB gene into which this mutation has been introduced is shown in SEQ ID NO: 19, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 20.
(III-2−2)第4膜貫通領域の変異(19型変異)
この変異は、配列番号6、62、68、84、85に示されるアミノ酸配列において、100番目のアラニン残基が、他のアミノ酸残基へ置換した変異である。他のアミノ酸とは、アラニン以外のアミノ酸残基であればいずれでもよく、他のアミノ酸とはアルギニン、アスパラギン酸、アスパラギン、システイン、グルタミン酸、グルタミン、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、メチオニン、ロイシン、リジン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トリプトファン、チロシン、バリン、スレオニンを意味するが、中でも側鎖にヒドロキシル基を有するアミノ酸(スレオニン、セリン、チロシン)に置換されていることが望ましく、特にスレオニン残基に置換されていることが望ましい。一例として配列番号5の1734番目のGがAに置換された変異が挙げられる。
この変異が導入された変異型yggB遺伝子の塩基配列を配列番号21に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号22に示す。
(III-2-2) Mutation in the fourth transmembrane region (19 type mutation)
This mutation is a mutation in which the 100th alanine residue is substituted with another amino acid residue in the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 6, 62, 68, 84, and 85. The other amino acid may be any amino acid residue other than alanine, and the other amino acids are arginine, aspartic acid, asparagine, cysteine, glutamic acid, glutamine, glycine, histidine, isoleucine, methionine, leucine, lysine, phenylalanine. , Proline, serine, tryptophan, tyrosine, valine, threonine, but it is desirable that the amino acid has a hydroxyl group in the side chain (threonine, serine, tyrosine), especially threonine residue It is desirable. An example is a mutation in which the 1734th G in SEQ ID NO: 5 is replaced with A.
The nucleotide sequence of the mutant yggB gene into which this mutation has been introduced is shown in SEQ ID NO: 21, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 22.
(III-2−3)第5膜貫通領域の変異(L30型変異、8型変異)
この変異は、配列番号6、62、68、84、85に示されるアミノ酸配列において、111番目のアラニン残基が、他のアミノ酸残基へ置換した変異である。他のアミノ酸とは、アラニン以外のアミノ酸残基であれば、いずれでもよく、他のアミノ酸とはアルギニン、アスパラギン酸、アスパラギン、システイン、グルタミン酸、グルタミン、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、メチオニン、ロイシン、リジン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トリプトファン、チロシン、バリン、スレオニンを意味するが、中でも分岐鎖アミノ酸(バリン、イソロイシン、ロイシン)、特にバリン残基や、側鎖にヒドロキシル基を有するアミノ酸(スレオニン、セリン、チロシン)、特にスレオニン残基に置換されていることが望ましい。この変異の例として、配列番号5の1768番目のCがTに置換された変異(L30型変異)や、配列番号61の837番目のGがAに置換された変異(8型変異)が挙げられる。L30型変異が導入された変異型yggB遺伝子の塩基配列を配列番号23に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号24に示す。8型変異が導入された変異型yggB遺伝子の塩基配列を配列番号63に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号64に示す。
(III-2-3) Mutation in the fifth transmembrane region (L30 type mutation, type 8 mutation)
This mutation is a mutation in which the 111th alanine residue is substituted with another amino acid residue in the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 6, 62, 68, 84, and 85. The other amino acid may be any amino acid residue other than alanine, and the other amino acids are arginine, aspartic acid, asparagine, cysteine, glutamic acid, glutamine, glycine, histidine, isoleucine, methionine, leucine, lysine, Phenylalanine, proline, serine, tryptophan, tyrosine, valine, threonine, but especially branched chain amino acids (valine, isoleucine, leucine), especially amino acids with valine residues and side chain hydroxyl groups (threonine, serine, tyrosine) ), In particular, it is desirable to substitute a threonine residue. Examples of this mutation include a mutation in which the 1768th C in SEQ ID NO: 5 is replaced with T (L30 type mutation) and a mutation in which the 837th G in SEQ ID NO: 61 is replaced with A (type 8 mutation). It is done. The nucleotide sequence of the mutant yggB gene introduced with the L30 mutation is shown in SEQ ID NO: 23, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 24. The nucleotide sequence of the mutant yggB gene into which the type 8 mutation has been introduced is shown in SEQ ID NO: 63, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 64.
上記の「変異型yggB遺伝子」は、ビオチンが過剰量存在する条件におけるL−グルタミン酸生産能を向上させる機能を有する限り、上述の変異を含む機能的に均等な遺伝子、例えば、配列番号7の塩基番号1437〜2705の塩基配列を含むDNA、配列番号19の塩基番号1437〜3044の塩基配列を含むDNA、配列番号21の塩基番号1437〜3035の塩基配列を含むDNA、配列番号23の塩基番号1437-3035の塩基配列を含むDNA、配列番号63の塩基番号507-2093の塩基配列を含むDNA、配列番号69の塩基番号403-2001の塩基配列を含むDNA、配列番号73の塩基番号548−2146の塩基配列を含むDNAのような変異型遺伝子と実質的に相同な遺伝子で、これらと相補的な塩基配列を含むポリヌクレオチドまたは該塩基配列の一部を有するプローブ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であってもよい。ここでストリンジェントな条件とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件のことをいう。例えば、通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件が挙げられ、具体的には、60℃、0.1×SSC、0.1%SDS、さらに好ましくは、68℃、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度、温度で、1回より好ましくは2〜3回洗浄する条件が挙げられる。 The above-mentioned “mutant yggB gene” is a functionally equivalent gene containing the above-mentioned mutation, for example, the base of SEQ ID NO: 7, as long as it has a function of improving L-glutamic acid-producing ability in the presence of an excess amount of biotin. DNA containing the base sequence of Nos. 1437 to 2705, DNA containing the base sequence of Base Nos. 1437 to 3044 of SEQ ID No. 19, DNA containing the base sequence of Base Nos. 1437 to 3035 of SEQ ID No. 21, Base No. 1437 of SEQ ID No. 23 DNA comprising the nucleotide sequence of -3035, DNA comprising the nucleotide sequence of nucleotide numbers 507-2093 of SEQ ID NO: 63, DNA comprising the nucleotide sequence of nucleotide numbers 403-2001 of SEQ ID NO: 69, nucleotide numbers 548-2146 of SEQ ID NO: 73 A gene that is substantially homologous to a mutated gene such as a DNA containing the nucleotide sequence of the DNA, and hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide containing a complementary nucleotide sequence or a probe having a part of the nucleotide sequence. Soy bean It may be a child. Here, the stringent condition means a condition in which a so-called specific hybrid is formed and a non-specific hybrid is not formed. For example, normal Southern hybridization washing conditions can be mentioned, specifically, 60 ° C. , 0 . 1 × SSC, 0.1% SDS, more preferably 68 ° C., 0.1 × SSC, salt concentration and temperature corresponding to 0.1% SDS, more preferably 2 to 3 times. Can be mentioned.
変異型yggB遺伝子がコードするタンパク質としては、同タンパク質の活性がビオチンが過剰量存在する条件においてL−グルタミン酸生産能を向上させる機能を有する限り、機能的に均等なタンパク質例えば、配列番号8、20、22、24、64,70,74から選択されるアミノ酸配列において、上記変異点のアミノ酸以外にさらに、1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、または付加を含むアミノ酸配列を有するものであってもよい。ここで、数個とは、例えば、2〜20個、好ましくは2〜10個、より好ましくは2〜5個を意味する。上記置換は保存的置換(中性変異)が好ましく、保存的置換としては、alaからser又はthrへの置換、argからgln、his又はlysへの置換、asnからglu、gln、lys、his又はaspへの置換、aspからasn、glu又はglnへの置換、cysからser又はalaへの置換、glnからasn、glu、lys、his、asp又はargへの置換、gluからgly、asn、gln、lys又はaspへの置換、glyからproへの置換、hisからasn、lys、gln、arg又はtyrへの置換、ileからleu、met、val又はpheへの置換、leuからile、met、val又はpheへの置換、lysからasn、glu、gln、his又はargへの置換、metからile、leu、val又はpheへの置換、pheからtrp、tyr、met、ile又はleuへの置換、serからthr又はalaへの置換、thrからser又はalaへの置換、trpからphe又はtyrへの置換、tyrからhis、phe又はtrpへの置換、及び、valからmet、ile又はleuへの置換が挙げられる。また、上述したように、配列番号85のXaaのアミノ酸が置換されてもよい。さらに、本発明のyggB遺伝子は、配列番号8、20、22、24、64,70,74のアミノ酸配列全体に対して、80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは97%以上の相同性を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌で変異型yggBがコードするタンパク質と同等の活性を有するタンパク質をコードするホモログも含む。 As a protein encoded by the mutant yggB gene, a functionally equivalent protein, for example, SEQ ID NO: 8, 20 as long as the activity of the protein has a function of improving L-glutamic acid-producing ability under the condition that an excess amount of biotin is present. , 22, 24, 64, 70, 74, which has an amino acid sequence that includes substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acids in addition to the amino acid at the mutation point. It may be. Here, several means, for example, 2 to 20, preferably 2 to 10, more preferably 2 to 5. The above-mentioned substitution is preferably conservative substitution (neutral mutation), and as conservative substitution, substitution from ala to ser or thr, substitution from arg to gln, his or lys, asn to glu, gln, lys, his or asp substitution, asp to asn, glu or gln substitution, cys to ser or ala substitution, gln to asn, glu, lys, his, asp or arg substitution, glu to gly, asn, gln, lys or asp substitution, gly to pro substitution, his to asn, lys, gln, arg or tyr substitution, ile to leu, met, val or phe, leu to ile, met, val or substitution from phe, substitution from lys to asn, glu, gln, his or arg, substitution from met to ile, leu, val or phe, substitution from phe to trp, tyr, met, ile or leu, from ser Substitution from thr or ala, substitution from thr to ser or ala, substitution from trp to phe or tyr, substitution from tyr to his, phe or trp, and substitution from val to met, ile or leu It is done. In addition, as described above, the Xaa amino acid of SEQ ID NO: 85 may be substituted. Furthermore, the yggB gene of the present invention is 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly with respect to the entire amino acid sequence of SEQ ID NOs: 8, 20, 22, 24, 64, 70, 74. Preferably, it includes a homolog that encodes a protein having a homology of 97% or more and that encodes a protein having an activity equivalent to that of a protein encoded by mutant yggB in coryneform bacteria.
特に、以下のアミノ酸は配列番号8、20、22、24、64,70,74のアミノ酸配列において置換されていてもよい。
48位のGlu(好ましくはArgによる置換)
275位のAsp(好ましくはSerによる置換)
298位のGlu(好ましくはAlaによる置換)
343位のAla(好ましくはValによる置換)
396位のPhe(好ましくはIleによる置換)
438位のSer(好ましくはGlyによる置換)
445位のVal(好ましくはAlaによる置換)
454位のAla(好ましくはValによる置換)
457位のPro(好ましくはSerによる置換)
474位のSer(好ましくはAspによる置換)
517位のVal(好ましくは欠失)
518位のGlu(好ましくは欠失)
519位のAla(好ましくは欠失)
520位のPro(好ましくは欠失)
In particular, the following amino acids may be substituted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, 20, 22, 24, 64, 70, 74.
Glu at position 48 (preferably substituted with Arg)
Asp at position 275 (preferably replaced with Ser)
Glu at position 298 (preferably substituted with Ala)
Ala at position 343 (preferably substituted with Val)
Phe at position 396 (preferably replaced by Ile)
Ser at position 438 (preferably replaced by Gly)
Val at position 445 (preferably substituted with Ala)
Ala at position 454 (preferably substituted with Val)
Pro at position 457 (preferably replaced with Ser)
Ser at position 474 (preferably replaced with Asp)
Val 517 (preferably deletion)
Glu at position 518 (preferably deleted)
Ala at position 519 (preferably deleted)
Pro at position 520 (preferably deletion)
<V> 変異型yggB遺伝子のコリネ型細菌への導入方法
上記のような変異を有する変異型yggB遺伝子は、例えば、部位特異的変異導入法などによって得ることができる。より具体的には、yggB遺伝子の該当領域に変異を含む配列を有するPCRプライマーを用いて、該当箇所を増幅するオーバーラップエクステンションPCR法などを用いて、変異を含むyggB遺伝子を増幅してクローニングすることができる (Urban,
A., Neukirchen, S. and Jaeger, K. E., A rapid and efficient method for site-directed mutagenesis using one-step overlap extension PCR. Nucleic Acids Res, 25, 2227-8. (1997).)。
得られた変異型yggB遺伝子をコリネ型細菌に導入することにより本発明のコリネ型細菌を得ることができる。導入の方法としては、変異型yggB遺伝子で染色体上の野生型のyggB遺伝子を置換する方法が挙げられる。染色体上の野生型のyggB遺伝子を破壊した株に変異型yggB遺伝子を導入してもよい。なお、一回組換え株のように、野生型のyggB遺伝子を染色体上に残したまま、変異型yggB遺伝子を導入してもよく、野生型遺伝子と、変異型遺伝子が組み込まれる1コピーずつ染色体上に存在してもよい。染色体上のyggB遺伝子の置換は、例えば、上述したレバンシュークラーゼをコードするsacB遺伝子を含む温度感受性プラスミドを用いて行うことができる。
<V> Method of introducing mutant yggB gene into coryneform bacterium The mutant yggB gene having the mutation as described above can be obtained, for example, by site-specific mutagenesis. More specifically, using a PCR primer having a sequence containing a mutation in the corresponding region of the yggB gene and using an overlap extension PCR method for amplifying the corresponding site, the yggB gene containing the mutation is amplified and cloned. (Urban,
A., Neukirchen, S. and Jaeger, KE, A rapid and efficient method for site-directed mutagenesis using one-step overlap extension PCR. Nucleic Acids Res, 25, 2227-8. (1997)).
The coryneform bacterium of the present invention can be obtained by introducing the obtained mutant yggB gene into a coryneform bacterium. Examples of the introduction method include a method of replacing a wild-type yggB gene on a chromosome with a mutant yggB gene. The mutant yggB gene may be introduced into a strain in which the wild-type yggB gene on the chromosome is disrupted. As in the case of a single recombination strain, the mutant yggB gene may be introduced while leaving the wild-type yggB gene on the chromosome. May be present above. Replacement of the yggB gene on the chromosome can be performed using, for example, a temperature-sensitive plasmid containing the above-described sacB gene encoding levan sucrose.
本発明のコリネ型細菌は、変異型yggB遺伝子を導入することにより、L−グルタミン酸アナログに対する耐性が向上したものであってもよい。本発明でL−グルタミン酸アナログとは、L−グルタミン酸−γ−メチルエステル、α−メチルグルタミン酸、β−ヒドロキシグルタミン酸、メチオニンスルホキシミン、グルタミン酸−γ−モノヒドロキサメ−ト、2−アミノ−4−ホスホノ酪酸、L−グルタミン酸−γ−モノエチルエステル、L−グルタミン酸ジメチルエステル、L−グルタミン酸−ジ−t−ブチルエステル、モノフロログルタミン酸、L−グルタミン酸ジエチルエステル、D−グルタミン酸、4−フルオログルタミン酸が挙げられる。L−グルタミン酸アナログに対する耐性の向上とは、最少培地に4−フルオログルタミン酸を添加して一昼夜培養した際に、親株の生菌数(コロニー形成能を有する菌数)を1/100まで抑制できるような濃度においても1/10以上の増殖を示すことをいう。具体的には、1.25mM、好ましくは2.5mM、より好ましくは、5mM以上の4−フルオログルタミン酸に耐性を有することを意味する。 The coryneform bacterium of the present invention may have improved resistance to L-glutamic acid analogs by introducing a mutant yggB gene. In the present invention, L-glutamic acid analog means L-glutamic acid-γ-methyl ester, α-methylglutamic acid, β-hydroxyglutamic acid, methionine sulfoximine, glutamic acid-γ-monohydroxamate, 2-amino-4- Examples include phosphonobutyric acid, L-glutamic acid-γ-monoethyl ester, L-glutamic acid dimethyl ester, L-glutamic acid-di-t-butyl ester, monophloglutamic acid, L-glutamic acid diethyl ester, D-glutamic acid, 4-fluoroglutamic acid. It is done. Improved resistance to L-glutamic acid analog means that when 4-fluoroglutamic acid is added to a minimal medium and cultured overnight, the number of viable bacteria (the number of colony-forming bacteria) can be reduced to 1/100. It means that the growth is 1/10 or more even at various concentrations. Specifically, it means having resistance to 1.25 mM, preferably 2.5 mM, more preferably 5 mM or more of 4-fluoroglutamic acid.
さらに上記変異型yggB遺伝子の機能を抑制する遺伝子が不活化するように改変された細菌を用いてもよい。ここで「yggB遺伝子の機能を抑制する」とは、その遺伝子の増幅により変異型yggB遺伝子導入株のグルタミン酸生成を抑制することを意味する。変異型yggB遺伝子の機能を抑制する遺伝子とは、symA遺伝子が挙げられる(supresser of yggB mutation)。symA遺伝子は、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032のGenbank Accession
No. NC_003450として登録されているゲノム配列中の塩基番号2051306..2051845にコードされており、NCgl 1867として登録されている(NP_601149. hypothetical prot...[gi:19553147])。C.glutamicum ATCC13869のsymA遺伝子を配列番号86の塩基番号585〜1121に示す。遺伝子の不活化は、遺伝子を破壊するあるいは、発現量を低下するように改変することで達成でき、symA遺伝子の破壊や発現量を低下させるような変異の導入は、上述の酵素活性の低下と同様の方法で行うことができる。
Furthermore, a bacterium modified so as to inactivate a gene that suppresses the function of the mutant yggB gene may be used. Here, “suppressing the function of the yggB gene” means suppressing the production of glutamic acid in the mutant yggB gene-introduced strain by amplification of the gene. Examples of the gene that suppresses the function of the mutant yggB gene include the symA gene (supresser of yggB mutation). The symA gene is the Genbank Accession of Corynebacterium glutamicum ATCC13032.
It is encoded by base number 2051306..2051845 in the genome sequence registered as No. NC_003450 and registered as NCgl 1867 (NP_601149. Hypothetical prot ... [gi: 19553147]). The symA gene of C. glutamicum ATCC13869 is represented by base numbers 585 to 1121 of SEQ ID NO: 86. Inactivation of a gene can be achieved by disrupting the gene or modifying it so as to reduce the expression level, and the introduction of mutations that reduce the symA gene or reduce the expression level is a decrease in the enzyme activity described above. A similar method can be used.
また、本発明においては、yggB遺伝子を用いた改変に加えて、さらにα-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ(以下α-KGDHと呼ぶ)の活性が低下するように改変された細菌を用いてもよい。「α‐ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ活性が低下する」とは、α-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼの活性が野生株又は親株等の非改変株に対して低下していることをいう。α−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ活性は、Shiioらの方法(Isamu Shiio and Kyoko Ujigawa-Takeda, Agric.Biol.Chem.,44(8),1897-1904,1980)に従って測定する
ことができる。α-KGDH活性は、野生株又は親株等の非改変株に対して低下していればよいが、親株に対して約1/2以下、好ましくは1/4以下、さらに好ましくは1/10以下に低下していることが望ましく、全く活性を有しなくてもよい。
In the present invention, in addition to the modification using the yggB gene, a bacterium modified so as to further reduce the activity of α-ketoglutarate dehydrogenase (hereinafter referred to as α-KGDH) may be used. “The α-ketoglutarate dehydrogenase activity is reduced” means that the activity of the α-ketoglutarate dehydrogenase is reduced relative to an unmodified strain such as a wild strain or a parent strain. The α-ketoglutarate dehydrogenase activity can be measured according to the method of Shiio et al. (Isamu Shiio and Kyoko Ujigawa-Takeda, Agric. Biol. Chem., 44 (8), 1897-1904, 1980). The α-KGDH activity only needs to be reduced with respect to a wild strain or an unmodified strain such as a parent strain, but is about 1/2 or less, preferably 1/4 or less, more preferably 1/10 or less with respect to the parent strain. It is desirable that it is reduced to a low level, and it may not be active at all.
α-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ活性が低下したコリネ型細菌は、上述した方法を用いて構築することが出来る。
中でもチアミンピロリン酸結合領域(配列番号43の2498番目〜2584番目の塩基によってコードされる領域(配列番号44の686Gly-714Asp))に変異を導入することが好ましい。
例えば、α-ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ活性が低下した株として、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムΔS株(国際公開WO95/34672号パンフレット)や、 ブレビバクテリウム・ラクトフェルメンタム AJ12821(FERM BP−4172)株(特開平06-237779)が挙げられる。尚、α−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼの弱化と変異型yggB遺伝子の導入は、どちらを先に行ってもよい。
Coryneform bacteria with reduced α-ketoglutarate dehydrogenase activity can be constructed using the method described above.
Among them, it is preferable to introduce a mutation into the thiamine pyrophosphate binding region (region encoded by nucleotides 2498 to 2584 of SEQ ID NO: 43 (686Gly-714Asp of SEQ ID NO: 44)).
For example, as strains with decreased α-ketoglutarate dehydrogenase activity, Brevibacterium lactofermentum ΔS strain (International Publication WO95 / 34672 pamphlet), Brevibacterium lactofermentum AJ12821 (FERM BP-4172) strain ( JP-A-06-237779). Note that either α-ketoglutarate dehydrogenase weakening or mutant yggB gene introduction may be performed first.
<3> 本発明のL−グルタミン酸の製造方法
上記のようにして得られるコリネ型細菌をを培地に培養し、培地中にL−グルタミン酸を生成蓄積せしめ、L−グルタミン酸を該培地から採取することにより、L−グルタミン酸を製造することが出来る。
<3> Method for producing L-glutamic acid of the present invention The coryneform bacterium obtained as described above is cultured in a medium, L-glutamic acid is produced and accumulated in the medium, and L-glutamic acid is collected from the medium. Thus, L-glutamic acid can be produced.
培養に用いる培地は、炭素源、窒素源、無機塩類、その他必要に応じてアミノ酸、ビタミン等の有機微量栄養素を含有する通常の培地を用いることができる。合成培地または天然培地のいずれも使用可能である。培地に使用される炭素源および窒素源は培養する菌株が利用可能であるものならばいずれの種類を用いてもよい。 As a medium used for the culture, a normal medium containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and other organic micronutrients such as amino acids and vitamins as necessary can be used. Either synthetic or natural media can be used. Any type of carbon source and nitrogen source may be used as long as the strain to be cultured is available.
炭素源としては、グルコース、グリセロール、フラクトース、スクロース、マルトース、マンノース、ガラクトース、澱粉加水分解物、糖蜜等の糖類が使用でき、その他、酢酸、クエン酸等の有機酸、エタノール等のアルコール類も単独あるいは他の炭素源と併用して用いることができる。窒素源としては、アンモニア、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、塩化アンモニウム、りん酸アンモニウム、酢酸アンモニウム等のアンモニウム塩または硝酸塩等が使用することができる。有機微量栄養素としては、アミノ酸、ビタミン、脂肪酸、核酸、更にこれらのものを含有するペプトン、カザミノ酸、酵母エキス、大豆たん白分解物等が使用でき、生育にアミノ酸などを要求する栄養要求性変異株を使用する場合には要求される栄養素を補添することが好ましい。無機塩類としてはりん酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、マンガン塩等が使用できる。
また、用いるyggB遺伝子改変株の性質にあわせて適当な濃度の界面活性剤、ペニシリンを加えてもよいし、用いるyggB遺伝子改変株の性質にあわせてビオチン濃度も調節すればよい。
As the carbon source, saccharides such as glucose, glycerol, fructose, sucrose, maltose, mannose, galactose, starch hydrolysate and molasses can be used. In addition, organic acids such as acetic acid and citric acid, and alcohols such as ethanol alone Or it can use together with another carbon source. As the nitrogen source, ammonia, ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium carbonate, ammonium chloride, ammonium phosphate, and ammonium acetate, nitrates, and the like can be used. Organic micronutrients include amino acids, vitamins, fatty acids, nucleic acids, and peptone, casamino acids, yeast extracts, soybean protein breakdown products, etc. containing these, and auxotrophic mutations that require amino acids for growth. When using a strain, it is preferable to supplement the required nutrients. As inorganic salts, phosphates, magnesium salts, calcium salts, iron salts, manganese salts and the like can be used.
Further, an appropriate concentration of a surfactant and penicillin may be added according to the properties of the yggB gene-modified strain used, and the biotin concentration may be adjusted according to the properties of the yggB gene-modified strain used.
培養は、好ましくは、発酵温度20〜45℃、pHを3〜9に制御し、通気培養を行う。培養中にpHが下がる場合には、例えば、炭酸カルシウムを加えるか、アンモニアガス等のアルカリで中和する。このような条件下で、好ましくは10時間〜120時間程度培養することにより、培養液中に著量のL−グルタミン酸が蓄積される。 The culture is preferably carried out with aeration while controlling the fermentation temperature at 20 to 45 ° C. and the pH at 3 to 9. When the pH is lowered during the culture, for example, calcium carbonate is added or neutralized with an alkali such as ammonia gas. Under such conditions, by culturing preferably for about 10 to 120 hours, a significant amount of L-glutamic acid is accumulated in the culture solution.
また、L−グルタミン酸が析出するような条件に調整された液体培地を用いて、培地中にL−グルタミン酸を析出させながら培養を行うことも出来る。L−グルタミン酸が析出する条件としては、例えば、pH5.0〜4.0、好ましくはpH4.5〜4.0、さらに好ましくはpH4.3〜4.0、特に好ましくはpH4.0を挙げることができる。(欧州特許出願公開第1078989号明細書) Moreover, it can also culture | cultivate, making L-glutamic acid precipitate in a culture medium using the liquid culture medium adjusted to the conditions which L-glutamic acid precipitates. Examples of conditions for precipitation of L-glutamic acid include pH 5.0 to 4.0, preferably pH 4.5 to 4.0, more preferably pH 4.3 to 4.0, and particularly preferably pH 4.0. Can do. (European Patent Application Publication No. 1078989)
培養終了後の培養液からL−グルタミン酸を採取する方法は、公知の回収方法に従って
行えばよい。例えば、培養液から菌体を除去した後に濃縮晶析する方法あるいはイオン交換クロマトグラフィー等によって採取される。L−グルタミン酸が析出するような条件下で培養した場合、培養液中に析出したL−グルタミン酸は、遠心分離又は濾過等により採取することができる。この場合、培地中に溶解しているL−グルタミン酸を晶析した後に、併せて単離してもよい。
The method for collecting L-glutamic acid from the culture solution after completion of the culture may be performed according to a known recovery method. For example, it is collected by removing microbial cells from the culture solution and then concentrating crystallization or ion exchange chromatography. When cultured under conditions where L-glutamic acid is precipitated, L-glutamic acid precipitated in the culture solution can be collected by centrifugation or filtration. In this case, L-glutamic acid dissolved in the medium may be crystallized and then isolated together.
[実施例]
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されない。
[Example]
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
<sacB搭載遺伝子破壊用ベクターの構築>
(A)pBS3の構築
sacB搭載遺伝子破壊用ベクターの構築は、国際公開WO2005113745 号、WO2005113744 号の方法を参照にして行った。sacB遺伝子(配列番号11)をバチルス・ズブチリスの染色体DNAを鋳型として配列番号13と14をプライマーとして用いて、PCRにより取得した。PCR反応は、LA taq(TaKaRa)を用い、94 ℃で5分保温を1サイクル行った後、変性94℃ 30秒、会合49℃ 30秒、伸長72℃ 2分からなるサイクルを25回繰り返した。生成したPCR産物を常法により精製後BglIIとBamHIで消化し、平滑化した。この断片をpHSG299のAvaIIで消化後、平滑化した部位に挿入した。このDNAを用いて、エシェリヒア・コリJM109のコンピテントセル(宝バイオ社製)を用いて形質転換を行い、カナマイシン(以下、Kmと略す)25μg/mlを含むLB培地に塗布し、一晩培養した。その後、出現したコロニーを釣り上げ、単コロニーを分離し形質転換体を得た。得られた形質転換体よりプラスミドを抽出し、目的のPCR産物が挿入されていたものをpBS3と命名した。pBS3の構築過程を図1に示す。
<Construction of sacB-loaded gene disruption vector>
(A) Construction of pBS3
Construction of the sacB-loaded gene disruption vector was performed with reference to the methods of International Publication Nos. WO2005113745 and WO2005113744. The sacB gene (SEQ ID NO: 11) was obtained by PCR using Bacillus subtilis chromosomal DNA as a template and SEQ ID NOs: 13 and 14 as primers. In the PCR reaction, LA taq (TaKaRa) was used, and after 1 cycle of incubation at 94 ° C. for 5 minutes, a cycle consisting of denaturation 94 ° C. for 30 seconds, association at 49 ° C. for 30 seconds, and extension at 72 ° C. for 2 minutes was repeated 25 times. The generated PCR product was purified by a conventional method, digested with BglII and BamHI, and smoothed. This fragment was inserted into the blunted site after digestion with AvaII of pHSG299. Using this DNA, transformation was performed using Escherichia coli JM109 competent cells (manufactured by Takara Bio Inc.), applied to LB medium containing 25 μg / ml kanamycin (hereinafter abbreviated as Km), and cultured overnight. did. Thereafter, the emerged colonies were picked up, and single colonies were separated to obtain transformants. A plasmid was extracted from the obtained transformant, and the one into which the target PCR product was inserted was named pBS3. The construction process of pBS3 is shown in FIG.
(B)pBS4Sの構築
pBS3上に存在するカナマイシン耐性遺伝子配列中のSmaI部位をアミノ基置換を伴わない塩基置換(SmaIにより切断されない変異)によりカナマイシン耐性遺伝子を破壊したプラスミドをクロスオーバーPCRで取得した。まず、pBS3を鋳型として配列番号15,16 の合成DNAをプライマーとしてPCRを行い、カナマイシン耐性遺伝子のN末端側の増幅産物を得る。一方Km耐性遺伝子のC末端側の増幅産物を得るためにpBS3を鋳型として配列番号17,18の合成DNAを鋳型としてPCRを行った。PCR反応はPyrobest DNA Polymerase(宝バイオ社製)を用い、98 ℃で5分保温を1サイクル行った後、変性98℃ 10秒、会合57℃ 30秒、伸長72℃ 1分からなるサイクルを25回繰り返すことにより目的のPCR産物を得ることができる。配列番号16と17は部分的に相補的であり、またこの配列内に存在するSmaI部位はアミノ酸置換を伴わない塩基置換を施すことにより破壊されている。次にSmaI部位が破壊された変異型カナマイシン耐性遺伝子断片を得るために、上記カナマイシン耐性遺伝子N末端側及びC末端側の遺伝子産物を、それぞれほぼ等モルとなるように混合し、これを鋳型として配列番号15,18の合成DNAをプライマーとしてPCRを行い変異導入されたKm耐性遺伝子増幅産物を得た。PCR反応はPyrobest DNA Polymerase(宝バイオ社)を用い、98 ℃で5分保温を1サイクル行った後、変性98℃ 10秒、会合57℃ 30秒、伸長72℃ 1.5分からなるサイクルを25回繰り返すことにより目的のPCR産物を得ることができる。
(B) Construction of pBS4S
A plasmid in which the kanamycin resistance gene was disrupted by nucleotide substitution (mutation that was not cleaved by SmaI) without amino group substitution at the SmaI site in the kanamycin resistance gene sequence present on pBS3 was obtained by crossover PCR. First, PCR is performed using pBS3 as a template and the synthetic DNAs of SEQ ID NOS: 15 and 16 as primers to obtain an N-terminal amplification product of the kanamycin resistance gene. On the other hand, in order to obtain an amplification product on the C-terminal side of the Km resistance gene, PCR was performed using pBS3 as a template and the synthetic DNAs of SEQ ID NOs: 17 and 18 as templates. The PCR reaction was carried out using Pyrobest DNA Polymerase (Takara Bio Inc.), followed by one cycle of incubation at 98 ° C for 5 minutes, followed by 25 cycles of denaturation 98 ° C for 10 seconds, association at 57 ° C for 30 seconds, and extension at 72 ° C for 1 minute. By repeating, the desired PCR product can be obtained. SEQ ID NOs: 16 and 17 are partially complementary, and the SmaI site present in this sequence is destroyed by base substitution without amino acid substitution. Next, in order to obtain a mutant kanamycin resistance gene fragment in which the SmaI site is destroyed, the above kanamycin resistance gene N-terminal side and C-terminal side gene products are mixed so as to be approximately equimolar, and this is used as a template. PCR was performed using the synthetic DNAs of SEQ ID NOS: 15 and 18 as primers to obtain a Km resistance gene amplification product into which mutation was introduced. For the PCR reaction, Pyrobest DNA Polymerase (Takara Bio Inc.) is used, and after 1 cycle of incubation at 98 ° C for 5 minutes, a cycle consisting of denaturation 98 ° C for 10 seconds, association at 57 ° C for 30 seconds, and extension at 72 ° C for 1.5 minutes is repeated 25 times. The desired PCR product can be obtained.
PCR産物を常法により精製後BanIIで消化し、上記のpBS3のBanII部位に挿入した。このDNAを用いて、エシェリヒア・コリJM109のコンピテントセル(宝バイオ社製宝バイオ社製)を用いて形質転換を行い、カナマイシン25μg/mlを含むLB培地に塗布し、一晩培養した。その後、出現したコロニーを釣り上げ、単コロニー分離し、形質転換体を得た。得られた形質転換体よりプラスミドを抽出し、目的のPCR産物が挿入されていたものをpBS4Sと命名した。pBS4Sの構築過程を図2に示す。 The PCR product was purified by a conventional method, digested with BanII, and inserted into the BanII site of pBS3. Using this DNA, transformation was performed using a competent cell of Escherichia coli JM109 (manufactured by Takara Bio Inc.), applied to an LB medium containing 25 μg / ml of kanamycin, and cultured overnight. Thereafter, the emerged colonies were picked up and separated into single colonies to obtain transformants. A plasmid was extracted from the obtained transformant, and the one into which the target PCR product was inserted was named pBS4S. The construction process of pBS4S is shown in FIG.
<C. glutamicum ATCC13869由来odhA変異株の構築>
コリネ型細菌のα−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼをコードしているodhA遺伝子の配列は既に明らかにされている(Microbiology 142, 3347-3354, (1996)、GenBank accession No.D84102)。公開されているodhA遺伝子の配列を基に、配列番号1、2に記載のプライマーを設計しATCC13869株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行い、odhA遺伝子の内部配列のみを増幅した。増幅したPCR断片をBamHIで完全分解し、実施例1で構築したpBS4SのBamHI部位に挿入したプラスミドpBS4SΔsucAintを構築した(構築図は図3に記載)。
<Construction of odhA mutant strain derived from C. glutamicum ATCC13869>
The sequence of the odhA gene encoding the α-ketoglutarate dehydrogenase of coryneform bacteria has already been clarified (Microbiology 142, 3347-3354, (1996), GenBank accession No. D84102). Based on the published sequence of the odhA gene, the primers described in SEQ ID NOs: 1 and 2 were designed, and PCR was performed using the chromosomal DNA of the ATCC13869 strain as a template to amplify only the internal sequence of the odhA gene. The amplified PCR fragment was completely digested with BamHI to construct a plasmid pBS4SΔsucAint inserted into the BamHI site of pBS4S constructed in Example 1 (construction diagram is described in FIG. 3).
電気パルス法(特開平2-207791)にてC.glutamicum ATCC13869へpBS4SΔsucAintを導入し、カナマイシン25μg/mlを含むCM-Dex寒天培地(グルコース 5g/l、ポリペプトン 10g/l、酵母エキス 10g/l、KH2PO4 1g/l、MgSO4・7H2O 0.4g/l、FeSO4・7H2O 0.01g/l、MnSO4・4-5H2O 0.01g/l、尿素 3g/l、大豆蛋白加水分解液1.2g/l、寒天 20g/l、NaOHを用いてpH7.5に調整:オートクレーブ120℃20分)上に塗布した。31.5℃にて培養後、生育してきた株を、相同組換えによって染色体上にpBS4SΔsucAintが組み込まれた1回組換え株であることをPCRにて確認した。なお1回組換え株であることの確認は、候補株の染色体を鋳型にし、pBS4S上の特異的配列(配列番号3)と染色体上の配列(配列番号4)をプライマーにしたPCRを行うことによって、容易に確認することが出来る(非組み換え株の染色体上にはpBS4Sの配列が存在していないため、PCRによって増幅される断片が出現しないことから判別可能となる)。 Introducing pBS4SΔsucAint into C. glutamicum ATCC13869 by electric pulse method (Japanese Patent Laid-Open No. 2-207791), CM-Dex agar medium containing 25 μg / ml kanamycin (glucose 5 g / l, polypeptone 10 g / l, yeast extract 10 g / l, KH 2 PO 4 1g / l, MgSO 4・ 7H 2 O 0.4g / l, FeSO 4・ 7H 2 O 0.01g / l, MnSO 4・ 4-5H 2 O 0.01g / l, urea 3g / l, soy protein Hydrolyzed solution 1.2 g / l, agar 20 g / l, adjusted to pH 7.5 using NaOH: Autoclave 120 ° C. for 20 minutes). After culturing at 31.5 ° C., the growing strain was confirmed by PCR to be a single recombination strain in which pBS4SΔsucAint was incorporated on the chromosome by homologous recombination. Confirmation of a single recombination strain should be performed by PCR using the candidate strain's chromosome as a template and the specific sequence on pBS4S (SEQ ID NO: 3) and the sequence on the chromosome (SEQ ID NO: 4) as primers. (The pBS4S sequence does not exist on the chromosome of the non-recombinant strain, so that the fragment amplified by PCR does not appear).
こうして取得した1回組換え株を2A-1株と名付けた。野生株ATCC13869および2A-1株を20mlのフラスコ培地(グルコース30g/l, 硫酸アンモニウム 15g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O 0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1 200μg/l, Biotin
300μg/l, 大豆加水分解物(T-N)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養した。完全に糖を消費したのち、培地中のL−グルタミン酸濃度を測定した。結果を表1に示す(OD620は101倍希釈の濁度で菌体量の指標であり、Glu(g/L)はL−グルタミン酸の蓄積量を示す)。親株のATCC13869ではL−グルタミン酸を全く生成しない条件においても2A-1株ではL−グルタミン酸生産能を有することが確認された。
The single recombination strain thus obtained was named 2A-1 strain. Wild strains ATCC13869 and 2A-1 were placed in a 20 ml flask medium (glucose 30 g / l, ammonium sulfate 15 g / l, KH 2 PO 4 1 g / l, MgSO 4 · 7H 2 O 0.4 g / l, FeSO 4 · 7H 2 O 0.01 g / l, MnSO 4・4 ~ 5H 2 O 0.01g / l, VB1 200μg / l, Biotin
300 μg / l, soybean hydrolyzate (TN) 0.48 g / l, adjusted to pH 8.0 using KOH: autoclave 115 ° C for 10 minutes), then added 1 g of calcium carbonate that had been sterilized by dry heat in advance And cultured with shaking at 31.5 ° C. After completely consuming sugar, the L-glutamic acid concentration in the medium was measured. The results are shown in Table 1 (OD620 is a turbidity of 101-fold dilution and is an indicator of the amount of bacterial cells, and Glu (g / L) indicates the amount of accumulated L-glutamic acid). The parent strain ATCC 13869 was confirmed to have the ability to produce L-glutamic acid in the 2A-1 strain even under conditions where no L-glutamic acid was produced.
<2A-1由来odhA復帰株の構築>
取得した2A-1株は、染色体上のodhA遺伝子がpBS4SΔT¥sucAintによって破壊されている。この株から染色体上のプラスミドを脱落させればodhAは野生型に復帰する。一方、odhAが欠損した株では、糖を含まない培地での生育が著しく遅いが、odhAが野生型に復帰すれば糖を含まないCM2B(ポリペプトン 10g/l、酵母エキス 10g/l、NaCl 5g/l、Biotin 10μg/L、寒天 20g/l、KOHを用いてpH7.0に調整)のような培地でも良好に生育すると推測される。そこで、2A-1株をCM2Bプレートに塗布し、生育改善株を誘導した。こうして出現した生育改善株2A-1R株をCM2Bプレートで純化し、そのカナマイシン感受性を調べたところ
、すべてカナマイシン感受性であり、スクロース耐性であることが明らかとなった。
<Construction of 2A-1-derived odhA-reverted strain>
In the obtained 2A-1 strain, the odhA gene on the chromosome is disrupted by pBS4SΔT \ sucAint. If the chromosomal plasmid is removed from this strain, odhA reverts to the wild type. On the other hand, in the strain lacking odhA, growth in a medium containing no sugar is remarkably slow. 1),
pBS4SΔsucAintにはカナマイシン耐性遺伝子とレバンシュークラーゼをコードするsacB遺伝子が含まれているため、pBS4SΔsucAintを有する株ではカナマイシン耐性とスクロース感受性を示し、脱落した株ではカナマイシン感受性を示し、またスクロース耐性を示すこととなる。これらの結果から2A-1R株ではodhAが野生型に復帰していることが示唆された。さらにodhA遺伝子の配列を確認した結果、odhA遺伝子には変異がないことが確認されたことから、2A-1R株ではodhAは野生型に復帰していると結論した。2A-1R株のグルタミン酸生産能を実施例2と同様の方法で確認した。結果を表2に示す。(OD620は101倍希釈の菌体量、Glu(g/L)はL−グルタミン酸の蓄積量を示す)2A-1R株のグルタミン酸蓄積は2A-1株には劣るものの野生株ATCC13869よりも遥かに高いことが示された(表2)。また、糖を完全に消費した後も振とうを続けたところ、2A-1Rではグルタミン酸の分解が認められ、odhAが野生型に復帰していることが裏付けられた(図4)。 Since pBS4SΔsucAint contains a kanamycin resistance gene and a sacB gene encoding levanshuclease, strains with pBS4SΔsucAint show kanamycin resistance and sucrose sensitivity, dropped strains show kanamycin sensitivity and sucrose resistance. It becomes. These results suggested that odhA reverted to the wild type in the 2A-1R strain. Furthermore, as a result of confirming the sequence of the odhA gene, it was confirmed that there was no mutation in the odhA gene. Thus, it was concluded that odhA was restored to the wild type in the 2A-1R strain. The glutamic acid-producing ability of the 2A-1R strain was confirmed by the same method as in Example 2. The results are shown in Table 2. (OD620 indicates the amount of cells diluted 101-fold, Glu (g / L) indicates the amount of accumulated L-glutamic acid) The glutamic acid accumulation of 2A-1R strain is inferior to that of 2A-1 strain, but far more than wild strain ATCC13869 It was shown to be high (Table 2). In addition, when shaking was continued even after the sugar was completely consumed, 2A-1R showed glutamic acid degradation, confirming that odhA was reverted to the wild type (FIG. 4).
<2A-1R株のグルタミン酸生成に関与する遺伝子の単離>
2A-1R株は、CM2Bプレート培地上においては、野生株ATCC13869とほぼ変わらない速度でコロニーを形成できる。しかし、最少培地(グルコース20g/l,硫酸アンモニウム 2.64g/L, KH2PO4 0.5g/L, K2HPO4 0.5g/L, MgSO4・7H2O 0.25g/L, FeSO4・7H2O 0.01g/L, MnSO4・7H2O 0.01g/L, CaCl2 0.01g/L, CuSO4 0.02mg/L, MOPS 40g/L, プロトカテク酸 30mg/L, VB1・HCl200μg/L, Biotin 300μg/L, 寒天 20g/L, NaOHを用いてpH6.7に調整)プレート上では野生株ATCC13869に比し著しくコロニー形成速度が低下していることが明らかとなった。そこで、最少培地で2A-1R株の生育を回復できる遺伝子の探索をおこなった。
<Isolation of genes involved in glutamate production of 2A-1R strain>
The 2A-1R strain can form colonies on the CM2B plate medium at a rate almost the same as that of the wild strain ATCC13869. However, the minimum medium (glucose 20 g / l, ammonium sulfate 2.64 g / L, KH 2 PO 4 0.5 g / L, K 2 HPO 4 0.5 g / L, MgSO 4 · 7H 2 O 0.25 g / L, FeSO 4 · 7H 2 O 0.01g / L, MnSO 4・ 7H 2 O 0.01g / L, CaCl 2 0.01g / L, CuSO 4 0.02mg / L, MOPS 40g / L, Protocatechuic acid 30mg / L, VB 1・ HCl 200μg / L, Biotin 300 μg / L, agar 20 g / L, adjusted to pH 6.7 using NaOH) It was revealed that the colony formation rate on the plate was significantly lower than that of the wild strain ATCC13869. Therefore, the inventors searched for genes that can restore the growth of the 2A-1R strain in a minimal medium.
ATCC13869株の染色体DNAをSau3AIで部分分解し、シャトルベクターpVK9をBamHIで処理したものとライゲーションし、ライゲーション反応液をエタノール沈殿した後、E.coli DH5α(タカラバイオ)のエレクトロコンピテントセルを電気パルス法で形質転換した。pVK9は、pHSG299(タカラバイオ)のAvaII部位を平滑末端化し、pHK4(特開平05-007491)に含まれるコリネ型細菌内で自律複製可能な領域をBamHIおよびKpnIで切り出し平滑末端化した断片を挿入したシャトルベクターである。形質転換後の菌体はカナマイシン25μg/mlを含むLBプレート培地(ポリペプトン 10g/l、酵母エキス 5g/l、NaCl 5g/l、寒天 20g/l、NaOHを用いてpH7.0に調整)に塗布し、37℃で一晩培養した。翌日出現したコロニーを全てエーゼでかきとり、プラスミドを抽出しATCC13869のライブラリーとした。このライブラリーを実施例3で得られた2A-1R株に電気パルス法にて形質転換し、カナマイシン25μg/mlを含む最少培地プレートに塗布し、コロニー形成速度が向上した株をスクリーニングした。コロニー形成速度が向上した株よりプラスミドを抽出した結果、配列番号5に記す断片がpVK9のBamHI部位に挿入されていたことが明らかとなった。このプラスミドをpL5kと命名した。 The ATCC13869 chromosomal DNA was partially digested with Sau3AI, ligated with the shuttle vector pVK9 treated with BamHI, the ligation reaction solution was ethanol precipitated, and then an electrocompetent cell of E. coli DH5α (Takara Bio) was electropulsed. Was transformed by the method. pVK9 has a blunt-ended AvaII site in pHSG299 (Takara Bio), and inserts a blunt-ended fragment excised from BamHI and KpnI in a coryneform bacterium contained in pHK4 (JP 05-007491). The shuttle vector. The transformed cells are applied to LB plate medium containing 25 μg / ml kanamycin (polypeptone 10 g / l, yeast extract 5 g / l, NaCl 5 g / l, agar 20 g / l, adjusted to pH 7.0 with NaOH). And cultured overnight at 37 ° C. All the colonies that appeared on the following day were scraped with ase and the plasmid was extracted to obtain a library of ATCC13869. This library was transformed into the 2A-1R strain obtained in Example 3 by the electric pulse method and applied to a minimal medium plate containing 25 μg / ml kanamycin, and a strain with improved colony formation rate was screened. As a result of extracting a plasmid from a strain with improved colony formation rate, it was revealed that the fragment shown in SEQ ID NO: 5 was inserted into the BamHI site of pVK9. This plasmid was named pL5k.
pL5kの挿入配列と、既に公開されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032
のゲノム配列(Acc.No. NC_003450)を比較した結果、pL5kには完全長のORFとして、配列番号6に示すアミノ酸配列をもつORFのみが含まれていることが明らかとなった。ORFが膜タンパク質か否かは、インターネット上で利用可能なプログラム「SOSUI」によって予測可能である(2004/10/07 現在http://sosui.proteome.bio.tuat.ac.jp/sosuiframe0E.htmlにリンクされている)。「SOSUI」でこのORFを解析した結果、5回の膜貫通領域が存在していることが示唆された。配列番号6のアミノ酸配列において、膜貫通領域はそれぞれ、アミノ酸番号1〜23、25〜47、62〜84、86〜108、110〜132の領域に相当する。これらをコードするDNA配列は、配列番号5の1437-1505、1509-1577、1620-1688、1692-1760、1764-1832番目の塩基配列に、膜貫通領域のアミノ酸配列は配列番号25−29、表3に示した
pL5k insertion sequence and previously published Corynebacterium glutamicum ATCC13032
As a result of comparison of the genomic sequences (Acc. No. NC — 003450), it was found that pL5k contains only the ORF having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 as the full-length ORF. Whether or not the ORF is a membrane protein can be predicted by the program “SOSUI” available on the Internet (as of 2004/10/07 http://sosui.proteome.bio.tuat.ac.jp/sosuiframe0E.html Linked to). As a result of analyzing this ORF by “SOSUI”, it was suggested that five transmembrane regions exist. In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, the transmembrane regions correspond to the regions of amino acid numbers 1 to 23, 25 to 47, 62 to 84, 86 to 108, and 110 to 132, respectively. The DNA sequence encoding them is the nucleotide sequence of 1437-1505, 1509-1577, 1620-1688, 1692-1760, 1764-1832 of SEQ ID NO: 5, the amino acid sequence of the transmembrane region is SEQ ID NO: 25-29, Shown in Table 3
さらに公知の文献を調べた結果、このORFはYggB(NCgl 1221)として解析されているORFであることが明らかとなった(FEMS Microbiology letters 218(2003)305-309)。 Furthermore, as a result of examining known literatures, it became clear that this ORF is an ORF analyzed as YggB (NCgl 1221) (FEMS Microbiology letters 218 (2003) 305-309).
<2A-1R株のYggB遺伝子の変異点同定>
2A-1R株の最少培地における生育をpL5Kが相補したことから、2A-1R株のyggB遺伝子には何らかの変異がある可能性が示唆された。そこで、2A-1R株のyggB遺伝子の塩基配列を決定した。その結果2A-1R株ではYggB遺伝子のC末端側の領域にISが挿入されていることが明らかとなった(図5)。2A-1R株の変異型yggB遺伝子の塩基配列を配列番号7に、アミノ酸配列を配列番号8に記した。このことから、2A-1R株のグルタミン酸生産能は、yggB遺伝子の変異によって維持されていた可能性が示唆された。なお、この変異は2A-1R株のみならず2A-1株にも存在していた。odhA遺伝子に変異を導入した際に、安定してグルタミン酸を細胞外に放出するためのサプレッサー変異として起こった変異であると推測される。ここで、ISが挿入されたこの変異を、2A-1型変異とした。
<Identification of mutation point of YggB gene of 2A-1R strain>
PL5K complemented the growth of the 2A-1R strain in the minimal medium, suggesting that the yggB gene of the 2A-1R strain may have some mutation. Therefore, the base sequence of the yggB gene of the 2A-1R strain was determined. As a result, it was revealed that IS was inserted into the C-terminal region of the YggB gene in the 2A-1R strain (FIG. 5). The nucleotide sequence of the mutant yggB gene of 2A-1R strain is shown in SEQ ID NO: 7, and the amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 8. This suggests that the glutamic acid-producing ability of the 2A-1R strain may be maintained by the yggB gene mutation. This mutation was present not only in the 2A-1R strain but also in the 2A-1 strain. When a mutation is introduced into the odhA gene, it is presumed that the mutation has occurred as a suppressor mutation for stably releasing glutamic acid outside the cell. Here, this mutation in which IS was inserted was designated as 2A-1 mutation.
<2A-1型yggB変異株構築とL-グルタミン酸生産能評価>
(6−1) 2A-1型変異の野生株への導入と評価(1回組換え株)
2A-1株の染色体DNAを鋳型として、配列番号9と配列番号10に示す合成DNAをプライマーとしてPCRを行い、2A-1型変異を有するyggB遺伝子断片を増幅した。増幅産物はSacIで処理し、実施例1のpBS3のSacI部位に挿入した。2A-1型変異を有するyggB断片がクローニングされたプラスミドをpBS3yggB2Aと名付けた。
電気パルス法にてC.glutamicum ATCC13869にpBS3yggB2Aを導入し、カナマイシン25μg/mlを含むCM-Dex寒天培地上に塗布した。31.5℃にて培養後生育してきた株を、相同組換えによって染色体上にpBS3yggB2Aが組み込まれた1回組換え株であることをPCRで確認した。
得られた一回組換え株を13869-2Aとした。この株では、野生型のyggB遺伝子と変異型のyggB遺伝子の両方が発現していることとなる。
<2A-1 type yggB mutant construction and L-glutamic acid production ability evaluation>
(6-1) Introduction and evaluation of 2A-1 mutations in wild strains (single recombinant strain)
PCR was performed using the chromosomal DNA of the 2A-1 strain as a template and the synthetic DNAs shown in SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10 as primers to amplify the yggB gene fragment having the 2A-1 type mutation. The amplification product was treated with SacI and inserted into the SacI site of pBS3 of Example 1. The plasmid in which the yggB fragment having the 2A-1 type mutation was cloned was named pBS3yggB2A.
PBS3yggB2A was introduced into C. glutamicum ATCC13869 by an electric pulse method, and applied to a CM-Dex agar medium containing 25 μg / ml kanamycin. It was confirmed by PCR that the strain grown after culturing at 31.5 ° C. was a single recombination strain in which pBS3yggB2A was incorporated on the chromosome by homologous recombination.
The obtained single recombinant strain was designated 13869-2A. In this strain, both the wild-type yggB gene and the mutant-type yggB gene are expressed.
取得したyggB変異導入株13869-2Aのグルタミン酸生産能を、実施例2記載の方法にて確認した。その結果を表4に示す(OD620は101倍希釈の菌体量、Glu(g/L)はL−グルタミン酸の蓄積量を示す)。13869-2A株では、ATCC13869株がL−グルタミン酸を生成しない条件でも、明確なグルタミン酸生産能が確認できた。このことから、YggB遺伝子の変異により、グルタミン酸生産が誘導できることが示された。 The glutamic acid producing ability of the obtained yggB mutation-introduced strain 13869-2A was confirmed by the method described in Example 2. The results are shown in Table 4 (OD620 indicates the amount of cells diluted 101-fold, and Glu (g / L) indicates the amount of L-glutamic acid accumulated). In the 13869-2A strain, a clear glutamic acid producing ability could be confirmed even under conditions where the ATCC 13869 strain did not produce L-glutamic acid. From this, it was shown that glutamic acid production can be induced by mutation of the YggB gene.
(6−2)2A-1型変異の野生株への導入と評価(2回組換え株)
変異型遺伝子のみを有する株を構築する為、13869-2A株をCM-Dex液体培地で一夜培養した懸濁液をS10寒天培地(スクロース 100g/l、ポリペプトン 10g/l、酵母エキス 10g/l、KH2PO4 1g/l、MgSO4・7H2O 0.4g/l、FeSO4・7H2O 0.01g/l、MnSO4・4-5H2O 0.01g/l、尿素 3g/l、大豆蛋白加水分解液1.2g/l、寒天 20g/l、NaOHを用いてpH7.5に調整:オートクレーブ120℃20分)上に塗布し31.5℃で培養した。出現したコロニーのうち、カナマイシン感受性を示す株をs2B寒天培地上で純化した。これらの株より染色体DNAを調整し、配列番号9と配列番号10に示す合成DNAをプライマーとしてPCRを行い変異を確認し、yggB遺伝子にIS様配列が挿入されていた株を13869-2A-7とした。
(6-2) Introduction and evaluation of 2A-1 mutations in wild strains (twice recombinant strains)
In order to construct a strain having only the mutant gene, the 13869-2A strain was cultured overnight in a CM-Dex liquid medium. KH 2 PO 4 1g / l, MgSO 4・ 7H 2 O 0.4g / l, FeSO 4・ 7H 2 O 0.01g / l, MnSO 4・ 4-5H 2 O 0.01g / l, urea 3g / l, soy protein The solution was applied onto a hydrolyzate 1.2 g / l, agar 20 g / l, adjusted to pH 7.5 using NaOH: autoclave 120 ° C. for 20 minutes, and cultured at 31.5 ° C. Among the emerged colonies, a strain showing kanamycin sensitivity was purified on s2B agar medium. Chromosomal DNA was prepared from these strains, and PCR was performed using the synthetic DNAs shown in SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10 as primers to confirm the mutation. It was.
取得した13869-2A-7株のグルタミン酸生産能を、実施例2記載の方法にて確認した。その結果を表5に示す。(OD620は101倍希釈の菌体量、Glu(g/L)はL−グルタミン酸の蓄積量を示す)。13869-2A-7株では、2A-1R株と同等以上のグルタミン酸生産能を示したことから、ビオチン過剰量存在下でのL−グルタミン酸生産は、yggB遺伝子の変異によって引き起こされることが確認できた。 The glutamic acid-producing ability of the acquired 13869-2A-7 strain was confirmed by the method described in Example 2. The results are shown in Table 5. (OD620 represents the amount of bacterial cells diluted 101 times, and Glu (g / L) represents the amount of accumulated L-glutamic acid). Since the 13869-2A-7 strain showed the same or higher glutamate production ability as the 2A-1R strain, it was confirmed that L-glutamate production in the presence of an excess amount of biotin was caused by a mutation in the yggB gene. .
< A1型YggB変異株の構築と評価>
上述のL−グルタミン酸生産性のodhA変異株を解析した結果、上述の2A-1変異の他にyggB遺伝子上に5種類の変異を見出した。以下、それぞれA1型変異、19型変異、L30型変異、8型変異、66型変異とし、前者3つについてはATCC13869の染色体に変異を導入
して効果を確認した。8型変異についてはATCC14067の染色体に変異を導入して効果を確認した。66型変異に関しては、C.melassecola ATCC17965の染色体に変異を導入して効果を確認した。
<Construction and evaluation of A1 type YggB mutant>
As a result of analysis of the above-mentioned L-glutamic acid-producing odhA mutant, five types of mutations were found on the yggB gene in addition to the above-mentioned 2A-1 mutation. Hereinafter, A1 type mutation, 19 type mutation, L30 type mutation, 8 type mutation, and 66 type mutation were introduced, and the effects of the former three were confirmed by introducing mutations into the ATCC13869 chromosome. Regarding the type 8 mutation, the mutation was introduced into the chromosome of ATCC14067 to confirm the effect. Regarding the 66 type mutation, the effect was confirmed by introducing the mutation into the chromosome of C. melassecola ATCC17965.
A1型変異は、配列番号5の1480番目のGの次にTTCATTGTGが挿入された変異であり、配列番号6のアミノ酸配列の14番目のロイシン残基、15番目のトリプトファン残基間にシステイン、セリン、ロイシン残基が挿入された変異である。この変異が導入された変異型yggB遺伝子の塩基配列を配列番号19に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号20に示す。 The A1 type mutation is a mutation in which TTCATTGTG is inserted after 1480th G of SEQ ID NO: 5, and cysteine, serine is inserted between the 14th leucine residue and 15th tryptophan residue of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6. , A mutation in which a leucine residue is inserted. The nucleotide sequence of the mutant yggB gene into which this mutation has been introduced is shown in SEQ ID NO: 19, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 20.
A1型変異遺伝子の取得は次のようにすれば行うことが出来る。配列番号30に示す合成DNAと配列番号31に示す合成DNAをプライマーとして、ATCC13869株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行い、N末端側断片を調製する。同様に配列番号32と配列番号33の合成DNAをプライマーとして、C末端側断片を調製する。続いてN末端側断片とC末端側断片を等量混合したものを鋳型として、配列番号9と配列番号34の合成DNAをプライマーとしてPCRを行えばA1型YggB遺伝子の部分断片を取得できる。得られたYggB断片はSacIで処理してpBS4SのSacI部位に挿入することにより、変異導入用のプラスミドが構築可能である。このようにして得られたpBS4 YggBA1を実施例6記載の方法と同様にATCC13869株の染色体に挿入した後、脱落させる。得られたカナマイシン感受性株のyggB遺伝子の配列を決定し、A1型に置換されていた株を選択すれば、A1型変異を有する株を構築することができる。このような変異を持つA1型変異株をATCC13869-A1株とした。 A1 mutant gene can be obtained as follows. PCR is performed using the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 30 and the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 31 as primers and the chromosomal DNA of ATCC 13869 strain as a template to prepare an N-terminal fragment. Similarly, a C-terminal fragment is prepared using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 32 and SEQ ID NO: 33 as primers. Subsequently, a partial fragment of the A1-type YggB gene can be obtained by PCR using a mixture of equal amounts of N-terminal fragment and C-terminal fragment as a template and the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 34 as primers. The obtained YggB fragment is treated with SacI and inserted into the SacI site of pBS4S, whereby a mutation-introducing plasmid can be constructed. The pBS4 YggBA1 thus obtained is inserted into the chromosome of ATCC13869 strain in the same manner as described in Example 6, and then dropped. By determining the sequence of the yggB gene of the obtained kanamycin-sensitive strain and selecting a strain that has been replaced with the A1 type, a strain having an A1 type mutation can be constructed. The A1 type mutant having such mutation was designated as ATCC13869-A1.
ATCC13869-A1株と親株のATCC13869株を実施例2と同様の方法で培養を行った。培養終了後、培養液中に含まれるL−グルタミン酸の量を公知の方法で測定した。
A1変異を染色体上に導入した、ATCC13869-A1株は親株のATCC13869株と比べてL−グルタミン酸蓄積が大幅に向上していた。
The ATCC13869-A1 strain and the parent ATCC13869 strain were cultured in the same manner as in Example 2. After completion of the culture, the amount of L-glutamic acid contained in the culture solution was measured by a known method.
The ATCC13869-A1 strain, into which the A1 mutation was introduced on the chromosome, had significantly improved L-glutamic acid accumulation compared to the parent strain ATCC13869.
<19型YggB変異株の構築と評価>
19型変異は、配列番号5の1734番目のGがAに置換された変異であり、配列番号6のアミノ酸配列の100番目のアラニンがスレオニンに置換された変異である。この変異が導入された変異型YggB遺伝子の塩基配列を配列番号21に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号22に示す。実施例7と同様の方法にて、19型変異が導入されたyggB変異株を構築した。具体的には、配列番号30に示す合成DNAと配列番号35に示す合成DNAをプライマーとして、ATCC13869株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行い、N末端側断片を調製する。同様に配列番号33と配列番号36の合成DNAをプライマーとして、C末端側断片を調製する。続いてN末端側断片とC末端側断片を等量混合したものを鋳型として、配列番号9と配列番号34の合成DNAをプライマーとしてPCRを行えば19型YggB遺伝子の部分断片を取得できる。得られたYggB断片はSacIで処理してpBS4SのSacI部位に挿入することにより、変異導入用のプラスミドが構築可能である。このようにして得られたpBS4 YggB19を実施例6記載の方法と同様にATCC13869株の染色体に挿入した後、脱落させる。得られたカナマイシン感受性株のyggB遺伝子の配列を決定し、19型に置
換されていた株を選択すれば、19型変異を有する株を構築することができる。このような変異を持つ19型変異株をATCC13869-19株とした。
<Construction and evaluation of type 19 YggB mutant>
The type 19 mutation is a mutation in which the 1734th G in SEQ ID NO: 5 is substituted with A, and the 100th alanine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 is substituted with threonine. The nucleotide sequence of the mutant YggB gene into which this mutation has been introduced is shown in SEQ ID NO: 21, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 22. In the same manner as in Example 7, a yggB mutant strain into which a type 19 mutation was introduced was constructed. Specifically, PCR is performed using the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 30 and the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 35 as primers and the chromosomal DNA of ATCC 13869 strain as a template to prepare an N-terminal fragment. Similarly, a C-terminal fragment is prepared using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 33 and SEQ ID NO: 36 as primers. Subsequently, a partial fragment of the 19-type YggB gene can be obtained by PCR using a mixture of equal amounts of N-terminal fragment and C-terminal fragment as a template and the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 34 as primers. The obtained YggB fragment is treated with SacI and inserted into the SacI site of pBS4S, whereby a mutation-introducing plasmid can be constructed. PBS4 YggB19 thus obtained is inserted into the chromosome of ATCC13869 strain in the same manner as described in Example 6 and then dropped. By determining the sequence of the yggB gene of the obtained kanamycin-sensitive strain and selecting a strain that has been replaced with type 19, a strain having a type 19 mutation can be constructed. The 19-type mutant having such mutation was designated as ATCC13869-19.
ATCC13869-19株と親株のATCC13869株を実施例2と同様の方法で培養を行った。培養終了後、培養液中に含まれるL−グルタミン酸の量を公知の方法で測定した。19変異を染色体上に導入した、ATCC13869-19株は親株のATCC13869株と比べてL−グルタミン酸蓄積が大幅に向上していた。 The ATCC13869-19 strain and the parent ATCC13869 strain were cultured in the same manner as in Example 2. After completion of the culture, the amount of L-glutamic acid contained in the culture solution was measured by a known method. The ATCC13869-19 strain, in which 19 mutations were introduced on the chromosome, had a significantly improved accumulation of L-glutamic acid compared to the parent strain ATCC13869.
<L30型YggB変異株の構築>
L30型変異は、配列番号5の1768番目のCがTに置換された変異であり、配列番号6の111番目のアラニンがバリンに置換された変異である。この変異が導入された変異型YggB遺伝子の塩基配列を配列番号23に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号24に示す。
実施例7と同様の方法にて、L30型変異が導入されたyggB変異株を構築した。具体的には、配列番号30に示す合成DNAと配列番号37に示す合成DNAをプライマーとして、ATCC13869株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行い、N末端側断片を調製する。同様に配列番号34と配列番号38の合成DNAをプライマーとして、C末端側断片を調製する。続いてN末端側断片とC末端側断片を等量混合したものを鋳型として、配列番号9と配列番号34の合成DNAをプライマーとしてPCRを行ないL30型YggB遺伝子の部分断片を取得する。得られた変異型YggB断片はSacIで処理してpBS4SのSacI部位に挿入することにより、変異導入用のプラスミドを構築した。このようにして得られたpBS4 YggB-Lを実施例6記載の方法と同様にATCC13869株の染色体に挿入した後、脱落させる。得られたカナマイシン感受性株のyggB遺伝子の配列を決定し、L30型に置換されていた株を選択し、L30型変異を有する株を構築した。このような変異を持つL30型変異株をATCC13869-L株とした。
<Construction of L30 type YggB mutant>
The L30 type mutation is a mutation in which the 1768th C in SEQ ID NO: 5 is substituted with T, and the 111th alanine in SEQ ID NO: 6 is substituted with valine. The nucleotide sequence of the mutant YggB gene into which this mutation has been introduced is shown in SEQ ID NO: 23, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 24.
In the same manner as in Example 7, a yggB mutant strain into which L30 type mutation was introduced was constructed. Specifically, PCR is performed using the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 30 and the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 37 as primers and the chromosomal DNA of ATCC 13869 strain as a template to prepare an N-terminal fragment. Similarly, a C-terminal fragment is prepared using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 34 and SEQ ID NO: 38 as primers. Subsequently, PCR is performed using a mixture of equal amounts of N-terminal fragment and C-terminal fragment as a template, and the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 34 as primers to obtain a partial fragment of the L30 type YggB gene. The obtained mutant YggB fragment was treated with SacI and inserted into the SacI site of pBS4S to construct a mutation-introducing plasmid. The pBS4 YggB-L thus obtained is inserted into the chromosome of ATCC13869 strain in the same manner as in Example 6, and then dropped. The sequence of the yggB gene of the obtained kanamycin sensitive strain was determined, the strain that had been replaced with the L30 type was selected, and the strain having the L30 type mutation was constructed. The L30 type mutant having such mutation was designated as ATCC13869-L.
ATCC13869株と、ATCC13869-L株を実施例2と同様の方法で培養を行い、培養終了後、培養液中に含まれるL−グルタミン酸の量を公知の方法で測定した。結果を表8に示す。(OD620は101倍希釈の菌体量、Glu(g/L)はL−グルタミン酸の蓄積量を示す)。L−30変異を導入したATCC13869-L30株は親株のATCC13869株と比べてL−グルタミン酸蓄積が大幅に向上していた。 The ATCC13869 strain and the ATCC13869-L strain were cultured in the same manner as in Example 2, and after completion of the culture, the amount of L-glutamic acid contained in the culture solution was measured by a known method. The results are shown in Table 8. (OD620 represents the amount of bacterial cells diluted 101 times, and Glu (g / L) represents the amount of accumulated L-glutamic acid). The ATCC13869-L30 strain into which the L-30 mutation was introduced had significantly improved L-glutamic acid accumulation compared to the parent strain ATCC13869.
<変異型yggB遺伝子導入株のL-グルタミン酸生成条件における培養評価>
コリネ型細菌はTween40等の脂肪酸系界面活性剤の添加や、ビオチン制限によりグルタミン酸生成を誘導できる。そこで、ATCC13869株とATCC13869-19株について、Tween40添加条件およびビオチン制限条件での培養も行った。シード培養は、20mlのフラスコ培地(グルコース80g/l, 硫酸アンモニウム 30g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O 0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1 200μg/l, Biotin 60μg/l, 大豆加水分解物(T-N)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養した。完全に糖を消費した培養液を種培養液とした。Tween40添加培養においては、種培養液2mlを20mlのフラスコ培地(グルコース80g/l, 硫酸アンモニウム 30g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O 0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1 200μg/l, Biotin 60μg/l, 大豆加水分解物(T-N)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養した。培養開始後、OD620(x101)=0.2に到達した時点で、最終濃度5g/LとなるようにTween40を添加し培養を継続した。ビオチン制限培養においては、種培養液1mlを20mlのフラスコ培地(グルコース80g/l, 硫酸アンモニウム 30g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O 0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1 200μg/l, 大豆加水分解物(T-N)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養した。この条件ではビオチンの終濃度が約2.9μg/Lとなる。
Tween40添加培養およびビオチン制限培養ともに、培養開始後40時間後の培地中のL−グルタミン酸濃度を測定した。結果を表9に示す(OD620は101倍希釈の菌体量、Glu(g/L)はL−グルタミン酸の蓄積量を示す)。ATCC13869-19株では、L-グルタミン酸生産条件でもL-グルタミン酸の蓄積の増大が認められた。
<Culture evaluation of mutant yggB gene-introduced strains under L-glutamic acid production conditions>
Coryneform bacteria can induce glutamate production by adding a fatty acid surfactant such as Tween 40 or by limiting biotin. Therefore, the ATCC13869 strain and the ATCC13869-19 strain were also cultured under conditions where Tween40 was added and biotin was restricted. Seed culture was carried out using 20 ml flask medium (glucose 80 g / l, ammonium sulfate 30 g / l, KH 2 PO 4 1 g / l, MgSO 4 · 7H 2 O 0.4 g / l, FeSO 4 · 7H 2 O 0.01 g / l, MnSO 4 · 4~5H 2 O 0.01g / l , VB1 200μg / l, Biotin 60μg / l, soybean hydrolyzate (TN) 0.48g / l, adjusted to pH8.0 with KOH: autoclaved 115 ° C. 10 min) 1 g of calcium carbonate previously sterilized by dry heat was added and cultured at 31.5 ° C. with shaking. A culture solution that completely consumed sugar was used as a seed culture solution. In Tween40-added culture, 2 ml of the seed culture solution is added to a 20 ml flask medium (glucose 80 g / l, ammonium sulfate 30 g / l, KH 2 PO 4 1 g / l, MgSO 4 · 7H 2 O 0.4 g / l, FeSO 4 ·
In both Tween 40-added culture and biotin-restricted culture, the L-glutamic acid concentration in the medium 40 hours after the start of the culture was measured. The results are shown in Table 9 (OD620 indicates the amount of bacterial cells diluted 101 times, and Glu (g / L) indicates the amount of accumulated L-glutamic acid). In the ATCC13869-19 strain, increased accumulation of L-glutamic acid was observed even under L-glutamic acid production conditions.
ATCC13869株、ATCC13869-L30、ATCC13869-A1株、ATCC13869-19株、プラスミドによるyggB増幅株についても、Tween40添加培養を行なった。CM-Dexプレートに一夜培養した菌体を1/6プレート分かきとり、20mlのフラスコ培地(グルコース80g/l, 硫酸アンモニウム
30g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O 0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1 200μg/l, Biotin 60μg/l, 大豆加水分解物(T-N)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養した。培養開始5時間後にTween40を終濃度1g/Lとなるように添加し、培養開始から24時間後の菌体量とL-グルタミン酸の収量を分析した。その結果、表10に示すように、ATCC13869-19, ATCC13869-L30, ATCC13869-A1株、野生型のyggB遺伝子増幅株(ATCC13869/pL5k-1)ともにL-グルタミン酸生産条件でのL-グルタミン酸の収量が向上していることが示された。
The ATCC13869 strain, the ATCC13869-L30, the ATCC13869-A1 strain, the ATCC13869-19 strain, and the yggB amplified strain using the plasmid were also cultured with Tween40. The cells cultured overnight on CM-Dex plate are scraped into 1/6 plate, and 20 ml flask medium (glucose 80 g / l, ammonium sulfate)
30g / l, KH 2 PO 4 1g / l,
<8型YggB変異株の構築>
8型変異は、配列番号61の837位のGがAに置換された変異であり、配列番号62の111位のアラニンがスレオニンに置換されている。この変異が導入された変異型YggB遺伝子の塩基配列を配列番号63に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号64に示す。
実施例7と同様の方法にて、8型変異が導入されたyggB変異株を構築する。具体的には、配列番号30に示す合成DNAと配列番号65に示す合成DNAをプライマーとして、Brevibacterium flavumATCC14067株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行い、N末端側断片を調製する。同様に配列番号34と配列番号66の合成DNAをプライマーとして、C末端側断片を調製する。続いてN末端側断片とC末端側断片を等量混合したものを鋳型として、配列番号9と配列番号34の合成DNAをプライマーとしてPCRを行い、8型YggB遺伝子の部分断片を取得する。得られた変異型YggB断片はSacIで処理してpBS4SのSacI部位に挿入することにより、変異導入用のプラスミドを構築する。このようにして得られたpBS4 YggB8を実施例6記載の方法と同様にATCC14067株の染色体に挿入した後、脱落させる。得られたカナマイシン感受性株のyggB遺伝子の配列を決定し、8型に置換されていた株を選択し、8型変異を有する株を構築する。このような変異を持つ8型変異株をATCC14067yggB8株とする。
<Construction of type 8 YggB mutant>
The type 8 mutation is a mutation in which G at position 837 in SEQ ID NO: 61 is replaced with A, and alanine at
A yggB mutant strain into which the type 8 mutation has been introduced is constructed in the same manner as in Example 7. Specifically, PCR is performed using the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 30 and the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 65 as primers and the chromosomal DNA of Brevibacterium flavum ATCC 14067 as a template to prepare an N-terminal fragment. Similarly, a C-terminal fragment is prepared using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 34 and SEQ ID NO: 66 as primers. Subsequently, PCR is performed using a mixture of equal amounts of N-terminal fragment and C-terminal fragment as a template, and the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 34 as primers to obtain a partial fragment of type 8 YggB gene. The obtained mutant YggB fragment is treated with SacI and inserted into the SacI site of pBS4S to construct a mutation-introducing plasmid. The pBS4 YggB8 thus obtained is inserted into the chromosome of ATCC14067 strain in the same manner as described in Example 6, and then dropped. The sequence of the yggB gene of the obtained kanamycin-sensitive strain is determined, a strain that has been replaced with type 8 is selected, and a strain having a type 8 mutation is constructed. The type 8 mutant having such mutation is designated as ATCC14067yggB8.
<66型YggB変異株の構築>
66型変異は、配列番号67の1673番目のCがTに置換された変異であり、配列番号68の424番目のプロリンがロイシンに置換されている。この変異が導入された変異型YggB遺伝子の塩基配列を配列番号69に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号70に示す。
実施例7と同様の方法にて、66型変異が導入されたyggB変異株を構築する。具体的には、配列番号30に示す合成DNAと配列番号71に示す合成DNAをプライマーとして、C.melassecolaATCC17965株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行い、N末端側断片を調製した。同様に配列番号34と配列番号72の合成DNAをプライマーとして、C末端側断片を調製する。続いてN末端側断片とC末端側断片を等量混合したものを鋳型として、配列番号9と配列番号10の合成DNAをプライマーとしてPCRを行えば66型yggB遺伝子の部分断片を取得できる。得られた変異型YggB断片をSacIで処理してpBS4SのSacI部位に挿入することにより、変異導入用のプラスミドを構築する。このようにして得られたpBS4 YggB66を実施例6記載の方法と同様にATCC17965株の染色体に挿入した後、脱落させる。得られたカナマイシン感受性株のyggB遺伝子の配列を決定し、66型に置換されていた株を選択することで、66型変異を有する株を構築できる。このような変異を持つ66型変異株をyggB66株とする。
<Construction of 66-type YggB mutant>
Type 66 mutation is a mutation in which the 1673th C in SEQ ID NO: 67 is replaced with T, and the 424th proline in SEQ ID NO: 68 is replaced with leucine. The nucleotide sequence of the mutant YggB gene into which this mutation has been introduced is shown in SEQ ID NO: 69, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 70.
In the same manner as in Example 7, a yggB mutant strain into which a 66-type mutation has been introduced is constructed. Specifically, PCR was performed using the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 30 and the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 71 as primers and the chromosomal DNA of C. melassecola ATCC 17965 as a template to prepare an N-terminal fragment. Similarly, a C-terminal fragment is prepared using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 34 and SEQ ID NO: 72 as primers. Subsequently, a partial fragment of the 66-type yggB gene can be obtained by PCR using a mixture of equal amounts of N-terminal fragment and C-terminal fragment as a template and the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10 as primers. The obtained mutant YggB fragment is treated with SacI and inserted into the SacI site of pBS4S to construct a mutation-introducing plasmid. The pBS4 YggB66 thus obtained is inserted into the chromosome of the ATCC 17965 strain in the same manner as described in Example 6 and then dropped. By determining the sequence of the yggB gene of the obtained kanamycin-sensitive strain and selecting a strain that has been replaced with type 66, a strain having a type 66 mutation can be constructed. A 66-type mutant having such mutation is designated as yggB66.
<in vitro変異による変異型yggB遺伝子のスクリーニング>
(13−1)yggB欠損株の構築
変異型のyggB遺伝子をin vitroでyggBに変異をランダムに導入し、その中から界面活性剤等の添加なしにグルタミン酸生産が可能となるクローンを選択することも出来る。変異型遺伝子のスクリーニングを行うため、まずyggB欠損株を構築した。配列番号39に示す合成DNAと配列番号40に示す合成DNAをプライマーとして、ATCC13869株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行い、N末端側断片を調製した。同様に配列番号41と配列番号42の合成DNAをプライマーとして、C末端側断片を調製した。配列番号40と41は互いに相補的である。続いてN末端側断片とC末端側断片を等量混合したものを鋳型として、配列番号39と配列番号42の合成DNAをプライマーとしてPCRを行ないyggB遺伝子のORFを欠失した断片を取得した。
<Screening of mutant yggB gene by in vitro mutation>
(13-1) Construction of a yggB-deficient strain A mutant yggB gene is randomly introduced into yggB in vitro, and a clone capable of producing glutamate without adding a surfactant is selected from them. You can also. To screen for mutant genes, a yggB-deficient strain was first constructed. PCR was performed using the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 39 and the synthetic DNA shown in SEQ ID NO: 40 as primers and the chromosomal DNA of the ATCC 13869 strain as a template to prepare an N-terminal fragment. Similarly, a C-terminal fragment was prepared using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 41 and SEQ ID NO: 42 as primers. SEQ ID NOs: 40 and 41 are complementary to each other. Subsequently, PCR was performed using a mixture of equal amounts of N-terminal fragment and C-terminal fragment as a template, and the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 39 and SEQ ID NO: 42 as primers to obtain a fragment lacking the ORF of the yggB gene.
得られたPCR断片はSacIで処理してpBS4SのSacI部位に挿入することにより、欠損変異導入用のプラスミドを構築した。このようにして得られたpBS4ΔYggBを実施例6記載の方法でATCC13869株の染色体に挿入した後、脱落させた。得られたカナマイシン感受性株の染色体DNAを鋳型として、配列番号39と配列番号42の合成DNAをプライマーとしてPCRを行い、yggB遺伝子が欠損していることを確認した。得られたyggB遺伝子欠損株をATCC13869ΔyggB株とした。 The obtained PCR fragment was treated with SacI and inserted into the SacI site of pBS4S to construct a plasmid for introducing a deletion mutation. The pBS4ΔYggB thus obtained was inserted into the chromosome of ATCC13869 strain by the method described in Example 6 and then dropped. PCR was performed using the obtained chromosomal DNA of the kanamycin-sensitive strain as a template and the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 39 and SEQ ID NO: 42 as primers, and it was confirmed that the yggB gene was deleted. The obtained yggB gene-deficient strain was designated as ATCC13869ΔyggB strain.
(13−2)変異型yggB遺伝子のin vitro スクリーニング
一方、yggB遺伝子の変異処理は以下のようにして行った。まず、プラスミドpL5kはyggB遺伝子以外の領域を若干含んでいるため、pL5kをXhoIとSalIで処理し、セルフライゲーションすることにより、プラスミドpL5kXSを得た。なおSalI認識部位は、配列番号5の塩基配列上には存在しないが、pBS3のマルチクローニングサイトに存在している。得られたpL5kXS約10μgを500mMリン酸緩衝液、400mMヒドロキシルアミン、1mM EDTA (pH6.0)に溶解し、75℃で30分から90分処理することにより変異を導入した。変異導入後のプラスミドは、SUPREC-02(タカラバイオ)で脱塩した後、実施例6記載の方法でATCC13869ΔyggB株に導入し、Km25μg/mlを含むCM2B培地で形質転換体を選択した。また、対照として変異処理前のpL5kXSについてもATCC13869ΔyggB株に導入した。出現した形質転換体を、CM2BGU2培地(実施例3記載のCM2B培地にグルコース10g/Lと15g/LのUreaを含む)2mlの液体培地に接種し、31.5℃で5時間しんとう培養したのち、グルタミン酸濃度を定量した。
表11に、ATCC13869ΔyggBを変異処理したpL5kXSで形質転換した株をCM2BGU2培地にて試験管培養評価した結果を示す。変異処理時間60分と90分のプラスミド混合物から得られた形質転換体の中には、1g/L以上のL-グルタミン酸を蓄積するクローンが3クローンが存在していた。なお、培地中にもともと含まれていたグルタミン酸は0.16g/Lであり、ATCC13869ΔyggB/pL5kXS(変異処理なし)
のグルタミン酸蓄積量は0.31g/Lであった。
表12に、ATCC13869ΔyggBを変異処理したpL5kXSで形質転換した株をCM2BGU培地(Ureaが1.5g/Lである以外はCM2BGU2培地と同組成)にて試験管培養評価した結果を示す。変異処理時間90分のプラスミド混合物から得られた形質転換体の中に、1g/L以上のL-グルタミン酸を蓄積するクローンが1クローン存在していた。
(13-2) In vitro screening of mutant-type yggB gene On the other hand, the mutation treatment of the yggB gene was performed as follows. First, plasmid pL5k contains a region other than the yggB gene. Therefore, plasmid pL5kXS was obtained by treating pL5k with XhoI and SalI and self-ligating. The SalI recognition site does not exist on the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5, but exists at the multicloning site of pBS3. About 10 μg of the obtained pL5kXS was dissolved in 500 mM phosphate buffer, 400 mM hydroxylamine, 1 mM EDTA (pH 6.0), and the mutation was introduced by treating at 75 ° C. for 30 to 90 minutes. The mutated plasmid was desalted with SUPREC-02 (Takara Bio), and then introduced into the ATCC13869ΔyggB strain by the method described in Example 6, and a transformant was selected using a CM2B medium containing 25 μg / ml of Km. As a control, pL5kXS before mutation treatment was also introduced into the ATCC13869ΔyggB strain. The resulting transformant was inoculated into 2 ml of liquid medium of CM2BGU2 medium (containing 10 g / L of glucose and 15 g / L of urea in the CM2B medium described in Example 3), and cultured for 5 hours at 31.5 ° C., followed by glutamic acid. The concentration was quantified.
Table 11 shows the results of test tube culture evaluation of strains transformed with pL5kXS in which ATCC13869ΔyggB was mutated in CM2BGU2 medium. Among the transformants obtained from the plasmid mixture with a mutation treatment time of 60 minutes and 90 minutes, there were 3 clones that accumulated 1 g / L or more of L-glutamic acid. The glutamic acid originally contained in the medium is 0.16 g / L, ATCC13869ΔyggB / pL5kXS (no mutation treatment)
The amount of glutamic acid accumulated was 0.31 g / L.
Table 12 shows the results of test tube culture evaluation of strains transformed with pL5kXS in which ATCC13869ΔyggB was mutated in CM2BGU medium (same composition as CM2BGU2 medium except that Urea is 1.5 g / L). Among the transformants obtained from the plasmid mixture with a mutation treatment time of 90 minutes, there was one clone that accumulated 1 g / L or more of L-glutamic acid.
表11において、60分の変異処理時間を行うことで1g/L以上のL-グルタミン酸を蓄積する生産能を獲得したプラスミドをpL5kXSm-22, 表12において、90分の変異処理時間を行うことで0.9g/L以上のL-グルタミン酸生産能を獲得したプラスミドをpL5kXSm-27とした。ATCC13869ΔyggB/pL5kXS株、ATCC13869ΔyggB/pL5kXSm-27株、ATCC13869ΔyggB/pL5kXSm-22株を、実施例2記載の条件で培養し、4時間後の菌体量とL-グルタミン酸蓄積を分析した。表13に、独立した3回の実験による平均値を示した。ATCC13869ΔyggB/pL5kXSm-27株、ATCC13869ΔyggB/pL5kXSm-22株では有意にL-グルタミン酸蓄積が上昇していることが確認でき、in vitroでのランダムな変異導入によってもL-グルタミン酸に有利な変異型遺伝子が構築可能であることが示された。なお、pL5kXSm-22が含むyggB遺伝子の配列は、配列番号73に示した。(22型変異)
22型変異は、437番目のプロリンをセリンに置換する変異であり、例えば配列番号5の2745位のCをTに置換する変異である。また、本変異は、3060位のCをTに置換する変異を伴っている。この変異型yggB遺伝子を配列番号73に、該遺伝子にコードされる変異型YggBタンパク質のアミノ酸配列を配列番号74に示す。
In Table 11, pL5kXSm-22 is a plasmid that has acquired a production ability to accumulate 1 g / L or more of L-glutamic acid by performing a mutation treatment time of 60 minutes. In Table 12, a mutation treatment time of 90 minutes is performed. A plasmid that acquired an ability to produce L-glutamic acid of 0.9 g / L or more was designated as pL5kXSm-27. The ATCC13869ΔyggB / pL5kXS strain, ATCC13869ΔyggB / pL5kXSm-27 strain, and ATCC13869ΔyggB / pL5kXSm-22 strain were cultured under the conditions described in Example 2, and the amount of bacterial cells and L-glutamic acid accumulation after 4 hours were analyzed. Table 13 shows the average values from three independent experiments. In ATCC13869ΔyggB / pL5kXSm-27 and ATCC13869ΔyggB / pL5kXSm-22 strains, it was confirmed that L-glutamic acid accumulation was significantly increased. Mutant genes advantageous to L-glutamic acid were also found by random mutagenesis in vitro. It was shown that it can be constructed. The sequence of the yggB gene contained in pL5kXSm-22 is shown in SEQ ID NO: 73. (Type 22 mutation)
The type 22 mutation is a mutation that substitutes the 437th proline with serine. This mutation is also accompanied by a mutation that replaces C at position 3060 with T. This mutant yggB gene is shown in SEQ ID NO: 73, and the amino acid sequence of the mutant YggB protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 74.
(13−3)変異型遺伝子のコリネ型細菌への導入とL−グルタミン酸生産確認
(13−2)で得られた新規変異型yggB遺伝子をコリネ型細菌に導入する。導入方法は、実施例6に記載された方法でpBS4Sに変異型遺伝子を導入し、ATCC13869の染色体上の野生型のyggB遺伝子と置換した。この新規変異型遺伝子を導入した株と親株のATCC13869株を実施例2と同様の方法で培養を行う。培養終了後、培養液中に含まれるL−グルタミン酸の量を公知の方法で測定し、変異導入株がL-グルタミン酸の蓄積が向上していることを確認する。このような方法でL−グルタミン酸生産能の向上したyggB変異株を取得することが出来る。
(13-3) Introduction of mutant gene into coryneform bacterium and confirmation of L-glutamic acid production (13-2) The novel mutant yggB gene obtained in (13-2) is introduced into coryneform bacterium. As the introduction method, the mutant gene was introduced into pBS4S by the method described in Example 6 and replaced with the wild-type yggB gene on the chromosome of ATCC13869. The strain into which the novel mutant gene has been introduced and the parent ATCC13869 strain are cultured in the same manner as in Example 2. After completion of the culture, the amount of L-glutamic acid contained in the culture solution is measured by a known method, and it is confirmed that the mutant-introduced strain has improved the accumulation of L-glutamic acid. By such a method, a yggB mutant strain with improved L-glutamic acid-producing ability can be obtained.
<変異型yggB遺伝子保持株のグルタミン酸アナログ感受性>
(14−1)固体培地における4-フルオログルタミン酸感受性
yggB変異によってL-グルタミン酸の生産能が向上している株では、L-グルタミン酸アナログ感受性が低下していることが予測された。そこで、yggB変異によるL-グルタミン酸のアナログとして、4-フルオログルタミン酸に対する感受性の変化を検討した。実施例4記載の最少培地に、NaOHでpH6.7に調整しフィルター滅菌した4−フルオログルタミン酸を終濃度7.5mMとなるように添加した。ATCC13869株、ATCC13869-L30株、ATCC13869-A1株をCM-Dex培地に塗布して一夜培養した後集菌し、滅菌した0.85%のNaCl溶液で洗浄し、図6上部に記載の菌濃度となるように希釈してプレートにスポットした。プレートは31.5℃で培養し、その経時変化を図6に示した。4-フルオログルタミン酸を無添加の条件では、ATCC13869株が最も生育が速いのに対し、4-フルオログルタミン酸添加条件ではATCC13869株の生育が抑えられ、ATCC13869-L株およびATCC13869-A1株の方が生育が良好であることが示された。
<Glutamate analog sensitivity of mutant yggB gene-bearing strain>
(14-1) 4-fluoroglutamic acid sensitivity in solid medium
It was predicted that the sensitivity to L-glutamate analogs was reduced in strains in which L-glutamate production ability was improved by the yggB mutation. Therefore, we examined changes in sensitivity to 4-fluoroglutamic acid as an analog of L-glutamic acid due to the yggB mutation. To the minimal medium described in Example 4, 4-fluoroglutamic acid adjusted to pH 6.7 with NaOH and sterilized by filtration was added to a final concentration of 7.5 mM. The ATCC13869 strain, ATCC13869-L30 strain, and ATCC13869-A1 strain are applied to a CM-Dex medium and cultured overnight, then collected and washed with a sterilized 0.85% NaCl solution to obtain the bacterial concentration shown in the upper part of FIG. Were diluted and spotted on the plate. The plate was cultured at 31.5 ° C., and the change with time is shown in FIG. ATCC13869 grows the fastest under the conditions without addition of 4-fluoroglutamic acid, whereas ATCC13869 grows under the conditions with 4-fluoroglutamic acid, while ATCC13869-L and ATCC13869-A1 grow. Was shown to be good.
(14−2)液体培地における4-フルオログルタミン酸感受性
実施例4記載の最少培地(ただし寒天を含まない)に、NaOHでpH6.7に調整しフィルター滅菌した4−フルオログルタミン酸を終濃度1.25mM, 2.5mM, 5mM, 10mM, 20mMとなるように添加した。ATCC13869株、ATCC13869ΔyggB株、ATCC13869-L30株、ATCC13869-A1株をCM-Dex培地に塗布して31.5℃で一夜培養した後集菌し、滅菌した0.85%のNaCl溶液で洗浄し、液体培地に接種し31.5℃にて振とう培養した。各菌株において、4-フルオログルタミン酸を無添加の培地でのOD660の値が1に到達した時点で培養を終了し、培養液を適当に希釈してCM-Dexプレートに塗布した。翌日出現したコロニー数を計測し、液体培養終了時の生菌数とした。4−フルオログルタミン酸無添加区の生菌数を1として、4−フルオログルタミン酸添加による相対生菌数の変化を図7に示した。ATCC13869-A1株およびATCC13869-L30株では、4−フルオログルタミン酸に対する感受性が低下(4フルオログルタミン酸耐性が向上)していることが明らかとなった。
これらの結果から、4-フルオログルタミン酸等、グルタミン酸の構造類縁体の感受性を指標としたスクリーニングによっても本発明のyggB変異株が取得できることが示された。
(14-2) 4-Fluoroglutamic acid sensitivity in liquid medium 4-Fluoroglutamic acid adjusted to pH 6.7 with NaOH and filter sterilized in the minimum medium described in Example 4 (but not including agar), with a final concentration of 1.25 mM, 2.5 mM, 5 mM, 10 mM, and 20 mM were added. ATCC13869 strain, ATCC13869ΔyggB strain, ATCC13869-L30 strain, ATCC13869-A1 strain were applied to CM-Dex medium, cultured at 31.5 ° C overnight, then collected, washed with sterile 0.85% NaCl solution, and inoculated into liquid medium Then, the cells were cultured with shaking at 31.5 ° C. In each strain, the culture was terminated when the value of OD660 in a medium without addition of 4-fluoroglutamic acid reached 1, and the culture was appropriately diluted and applied to a CM-Dex plate. The number of colonies that appeared the next day was counted and used as the number of viable bacteria at the end of liquid culture. FIG. 7 shows the change in the relative viable cell count due to the addition of 4-fluoroglutamic acid, assuming that the viable cell count in the group without 4-fluoroglutamic acid was 1. In the ATCC13869-A1 strain and the ATCC13869-L30 strain, it was revealed that the sensitivity to 4-fluoroglutamic acid was decreased (resistance to 4-fluoroglutamic acid was improved).
From these results, it was shown that the yggB mutant of the present invention can be obtained also by screening using the sensitivity of structural analogs of glutamic acid such as 4-fluoroglutamic acid as an index.
<odhA弱化株での変異型yggB遺伝子導入株の作成と評価> <Creation and evaluation of mutant-type yggB gene-transferred strains with weakened odhA>
上記実施例9で構築したATCC13869-L30株を用いてyggB odhA二重変異株を構築し、変異型odhA遺伝子の評価を行った。
まず、ATCC13869-L株のodhA遺伝子に表14に示す変異を導入した株を構築した。なお、表14では、配列番号43の塩基番号2528〜2562に相当する領域の配列を示した。また、表15では配列番号44のアミノ酸番号696〜707に相当する領域の配列を示した。
配列番号45の塩基配列を有する変異型odhA遺伝子が導入されたL30sucA8株を構築するには以下のようにすればよい。まず配列番号53と配列番号54に示す合成DNAをプライマーとしてPCRを行い、odhA断片を調整する。得られたodhA断片をBamHI処理して、タカラバイオ製Mutan-Super Express Kmに付属のプラスミドpKF19mのBamHI部位にクローニングした後、5'末端がリン酸化された配列番号55の合成DNAとMutan-Super Express Kmに添付されているセレクションプライマーを用いてPCRを行い、得られたPCR産物でsup0のE.coli例えばMV1184株を形質転換することで変異型odhA断片を含むプラスミドを構築する。次にこの断片をBamHIで切り出し、pBS4SのBamHI部位に挿入することで変異導入用プラスミドが構築できる。このプラスミドを用いて実施例1記載の方法と同様にしてATCC13869-L株を形質転換し、染色体に変異導入用プラスミドが挿入された株を取得する。次に、これらの染色体にプラスミドが挿入された株から、スクロースに耐性を示し、かつカナマイシンに感受性を示す株を分離する。さらにodhA遺伝子の配列を確認し、目的フレームシフトが導入された株を選択することによりodhA遺伝子が欠損したL30sucA8(odhA8)株が構築できる。
Using the ATCC13869-L30 strain constructed in Example 9 above, a yggB odhA double mutant was constructed, and the mutant odhA gene was evaluated.
First, a strain in which the mutation shown in Table 14 was introduced into the odhA gene of ATCC13869-L strain was constructed. In addition, in Table 14, the arrangement | sequence of the area | region corresponded to base number 2528-2562 of sequence number 43 was shown. Table 15 shows the sequence of the region corresponding to amino acid numbers 696 to 707 of SEQ ID NO: 44.
In order to construct the L30sucA8 strain into which the mutant odhA gene having the base sequence of SEQ ID NO: 45 has been introduced, the following procedure may be used. First, PCR is performed using the synthetic DNAs shown in SEQ ID NO: 53 and SEQ ID NO: 54 as primers to prepare an odhA fragment. The obtained odhA fragment was treated with BamHI and cloned into the BamHI site of the plasmid pKF19m attached to Muta-Super Express Km manufactured by Takara Bio, and then the synthetic DNA of SEQ ID NO: 55 and phosphorylated at the 5 ′ end and Mutan-Super PCR is performed using the selection primer attached to Express Km, and the resulting PCR product is transformed into sup0 E. coli, for example, MV1184 strain, to construct a plasmid containing a mutant type odhA fragment. Next, this fragment is excised with BamHI and inserted into the BamHI site of pBS4S to construct a mutation-introducing plasmid. Using this plasmid, the ATCC13869-L strain is transformed in the same manner as described in Example 1 to obtain a strain in which the plasmid for mutagenesis is inserted into the chromosome. Next, a strain showing resistance to sucrose and sensitivity to kanamycin is isolated from a strain in which a plasmid is inserted into these chromosomes. Furthermore, the L30sucA8 (odhA8) strain lacking the odhA gene can be constructed by confirming the sequence of the odhA gene and selecting a strain into which the target frameshift has been introduced.
また、以下の方法でyggB変異株を用いて、他のodhA変異株を得ることができる。
配列番号47の塩基配列を有する変異型odhA遺伝子が導入されたL30sucA801株の取得には、5'末端がリン酸化された配列番号55の合成DNAの代わりに5'末端がリン酸化された配列番号56の合成DNAを用いて上記方法を適用すればよい。
配列番号49の塩基配列を有する変異型odhA遺伝子が導入されたL30sucA805株の取得には、5'末端がリン酸化された配列番号55の合成DNAの代わりに5'末端がリン酸化された配列番号57の合成DNAを用いて上記方法を適用すればよい。
配列番号51の塩基配列を有する変異型odhA遺伝子が導入されたL30sucA77株の取得には、5'末端がリン酸化された配列番号55の合成DNAの代わりに5'末端がリン酸化された配列番号58の合成DNAを用いて上記方法を適用すればよい。
L30sucA8株のodhA遺伝子はフレームシフト変異であるために、αKGDH活性を有さない。しかし、L30sucA801株、L30sucA805株、L30sucA77株はodhA遺伝子に欠失があるものの、フレームシフトが起こらない変異となっており、αKGDH活性を有しているが活性は非改変株より低下している。(データは示さず)
In addition, other odhA mutants can be obtained using the yggB mutant by the following method.
For obtaining the L30sucA801 strain into which the mutant odhA gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 47 was introduced, the 5 ′ end was phosphorylated at the 5 ′ end instead of the synthetic DNA at SEQ ID NO: 55. The above method may be applied using 56 synthetic DNAs.
For obtaining the L30sucA805 strain into which the mutant odhA gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 49 was introduced, the 5 ′ end was phosphorylated at the 5 ′ end instead of the synthetic DNA at SEQ ID NO: 55. The above method may be applied using 57 synthetic DNAs.
For obtaining the L30sucA77 strain into which the mutant odhA gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 51 was introduced, the 5 ′ end was phosphorylated instead of the synthetic DNA of SEQ ID NO: 55 in which the 5 ′ end was phosphorylated. The above method may be applied using 58 synthetic DNAs.
Since the odhA gene of the L30sucA8 strain is a frameshift mutation, it does not have αKGDH activity. However, although the L30sucA801 strain, the L30sucA805 strain, and the L30sucA77 strain have a deletion in the odhA gene, they are mutations that do not cause a frameshift and have αKGDH activity, but the activity is lower than that of the unmodified strain. (Data not shown)
<odhA改変株のグルタミン酸生産培養>
これらのodhA改変株のL−グルタミン酸生産能を、坂口フラスコを用いた培養を行うことにより検証した。表14に示した株をCM-Dex寒天培地で31.5℃で一昼夜培養を行い、フラスコ培地(グルコース60g/l、硫安22.5g/l、KH2PO4 1g/l、MgSO4・7H2O 0.4g/l、FeSO4・7H2O 0.01g/l、MnSO4・4-5H2O 0.01g/l、ビタミンB1 200μg/l、大豆蛋白加水分解液0.48g/l、ビオチン300μg/l、KOHを用いてpH8.0に調整)20mlに1/6プレート分の菌体を接種し、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウム1gを添加した後、31.5℃、速度115rpmで振とう培養を行った。培養開始19時間目のL−グルタミン酸蓄積を表16に示した。odhA改変株の中には、ATCC13869-L株とほぼ同等のL−グルタミン酸蓄積のものも含まれていたが、sucA801, sucA805,sucA77株はsucA8株よりも高いグルタミン酸蓄積を示した。これらの結果から、yggB遺伝子の変異と共にodhA遺伝子に変異を導入することによって、さらにL−グルタミン酸収率が向上することを見出した。
<Glutamic acid production culture of odhA modified strain>
The L-glutamic acid producing ability of these odhA modified strains was verified by culturing using a Sakaguchi flask. The strains shown in Table 14 were cultured overnight at 31.5 ° C. on CM-Dex agar medium. Flask medium (glucose 60 g / l, ammonium sulfate 22.5 g / l, KH 2 PO 4 1 g / l, MgSO 4 .7H 2 O 0.4 g / l, FeSO 4 · 7H 2 O 0.01g / l,
<ATCC14067株およびATCC14067yggB8からのodhA弱化株の構築>
8型変異を有するyggB変異株よりodhA欠損株を構築し、odhA欠損のみを有する株と比較培養を行なった。まず、odhAを完全欠損するためのプラスミドを構築した。ATCC14067株の染色体DNAを鋳型として、配列番号77と配列番号78の合成DNAを用いてPCRを行い、sucA遺伝子の上流側断片を調製した。続けて、ATCC14067株の染色体DNAを鋳型として、配列番号79と配列番号80の合成DNAを用いてPCRを行い、sucA遺伝子の下流側断片を調製した。次に、上流側断片と下流側断片を等モルとなるように混合し、これを鋳型として配列番号81と配列番号82の合成DNAを用いてPCRを行い、odhAを欠失した遺伝子断片を調製した。得られたPCR断片をBamHIで処理した後、実施例1で構築したpBS4Sにクローニングした。こうして得られるプラスミドをpBSΔsucA47とした。
pBSΔsucA47を実施例6記載の方法と同様にATCC14067株またはATCC14067yggB8株の染色体に挿入した後、脱落させた。得られたカナマイシン感受性株より染色体DNAを調製し、これを鋳型として配列番号77および配列番号80の合成DNAを用いてPCRを行い、odhA領域が欠損している株を選択した。こうして構築したodhA欠損株をそれぞれATCC14067ΔodhA株およびATCC14067ΔodhA yggB8株とした。
構築したATCC14067ΔodhA株およびATCC14067ΔodhA yggB8株を実施例3記載の方法で培養した結果を表17に示した。yggB8変異によってodhA変異株のL-グルタミン酸収量を向上できることが明らかとなった。
<Construction of odhA weakened strains from ATCC14067 and ATCC14067yggB8>
An odhA-deficient strain was constructed from the yggB mutant having the type 8 mutation, and a comparative culture with a strain having only the odhA-deficient was performed. First, a plasmid for complete deletion of odhA was constructed. Using the chromosomal DNA of the ATCC14067 strain as a template, PCR was performed using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 77 and SEQ ID NO: 78 to prepare an upstream fragment of the sucA gene. Subsequently, PCR was performed using the chromosomal DNA of the ATCC14067 strain as a template and the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 79 and SEQ ID NO: 80 to prepare a downstream fragment of the sucA gene. Next, the upstream fragment and the downstream fragment are mixed so as to be equimolar, and PCR is performed using the synthetic DNA of SEQ ID NO: 81 and SEQ ID NO: 82 as a template to prepare a gene fragment lacking odhA did. The obtained PCR fragment was treated with BamHI and then cloned into pBS4S constructed in Example 1. The plasmid thus obtained was designated as pBSΔsucA47.
pBSΔsucA47 was inserted into the chromosome of ATCC14067 strain or ATCC14067yggB8 strain in the same manner as described in Example 6 and then dropped. Chromosomal DNA was prepared from the obtained kanamycin-sensitive strain, PCR was performed using the synthetic DNA of SEQ ID NO: 77 and SEQ ID NO: 80 as a template, and a strain lacking the odhA region was selected. The thus constructed odhA-deficient strains were designated as ATCC14067ΔodhA strain and ATCC14067ΔodhAyggB8 strain, respectively.
Table 17 shows the results of culturing the constructed ATCC14067ΔodhA strain and ATCC14067ΔodhAyggB8 strain by the method described in Example 3. It was revealed that the yggB8 mutation can improve the L-glutamic acid yield of the odhA mutant.
<2A-1R株からのsymA欠損株の構築>
実施例3で構築した、yggBにIS挿入変異を有する2A-1R株より、symA(suppressor of ygg mutation A)遺伝子を欠損した株を構築し、2A-1R株と比較培養を行なった。ATCC13869株のNCgl1867遺伝子の核酸配列およびアミノ酸配列はそれぞれ配列番号86および87に記した。まず、symA遺伝子を完全欠損するためのプラスミドを構築した。ATCC13869株の染色体DNAを鋳型として、配列番号88と配列番号89の合成DNAを用いてPCRを行い、symA遺伝子の上流側断片を調製した。続けて、ATCC13869株の染色体DNAを鋳型として、配列番号90と配列番号91の合成DNAを用いてPCRを行い、symA遺伝子の下流側断片を調製した。次に、上流側断片と下流側断片を等モルとなるように混合し、これを鋳型として配列番号88と配列番号91の合成DNAを用いてPCRを行い、symA遺伝子を欠失した遺伝子断片を調製した。得られたPCR断片をBglIIで処理した後、実施例1で構築したpBS4Sにクローニングした。こうして得られるプラスミドをpBSΔsymAとした。
pBSΔsymAを実施例6記載の方法と同様に2A-1R株の染色体に挿入した後、脱落させた。得られたカナマイシン感受性株より染色体DNAを調製し、これを鋳型として配列番号88および配列番号91の合成DNAを用いてPCRを行い、symA領域が欠損している株を選択した。こうして構築したsymA欠損株を2A-1RΔsymA株とした。
構築した2A-1RΔsymA株および親株の2A-1R株を実施例3記載の方法で培養した結果を表18に示した。symA遺伝子の欠損によって、変異型yggB遺伝子を有する株のグルタミン酸生産能を向上できることが明らかとなった。
<Construction of symA deficient strain from 2A-1R strain>
A strain lacking the symA (suppressor of ygg mutation A) gene was constructed from the 2A-1R strain having an IS insertion mutation in yggB, which was constructed in Example 3, and subjected to comparative culture with the 2A-1R strain. The nucleic acid sequence and amino acid sequence of NCgl1867 gene of ATCC13869 strain are shown in SEQ ID NOs: 86 and 87, respectively. First, a plasmid for complete deletion of the symA gene was constructed. Using the chromosomal DNA of ATCC13869 strain as a template, PCR was performed using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 88 and SEQ ID NO: 89 to prepare an upstream fragment of the symA gene. Subsequently, PCR was performed using the chromosomal DNA of the ATCC 13869 strain as a template and the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 90 and SEQ ID NO: 91 to prepare a downstream fragment of the symA gene. Next, the upstream fragment and the downstream fragment are mixed in equimolar amounts, PCR is performed using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 88 and SEQ ID NO: 91 as a template, and the gene fragment lacking the symA gene is obtained. Prepared. The obtained PCR fragment was treated with BglII and then cloned into pBS4S constructed in Example 1. The plasmid thus obtained was designated as pBSΔsymA.
pBSΔsymA was inserted into the chromosome of 2A-1R strain in the same manner as described in Example 6 and then dropped. Chromosomal DNA was prepared from the obtained kanamycin-sensitive strain, PCR was performed using the synthetic DNA of SEQ ID NO: 88 and SEQ ID NO: 91 using this as a template, and a strain lacking the symA region was selected. The symA deficient strain thus constructed was designated as 2A-1RΔsymA strain.
Table 18 shows the results of culturing the constructed 2A-1RΔsymA strain and the parental 2A-1R strain by the method described in Example 3. It was revealed that the ability to produce glutamate in a strain having a mutant yggB gene can be improved by deletion of the symA gene.
<野生型yggB遺伝子増強株の構築>
コリネ型細菌の野生型yggB遺伝子を含むプラスミドにはpL5kを用いた。pL5kは、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13869株の染色体DNAをSau3AIで部分分解して得られたDNA断片を、pVK9のBamHI部位に挿入して得たプラスミドである。pVK9のBamHI部位に挿入されているDNA配列を配列番号5に、yggB遺伝子のコード領域を配列番号5 の塩基番号1437-3035番目に示す。なお、pVK9は、pHSG299(タカラバイオ)のAvaII部位を平滑末端化し、pHK4(特開平05-007491)に含まれるコリネ型細菌内で自律複製可能な領域をBamHIおよびKpnIで切り出し平滑末端化した断片を挿入したシャトルベクターである。pL5kと同様の構成のプラスミドは、配列番号59と配列番号60の合成DNAをプライマーとして、ATCC13869株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行い、得られた増幅産物をBamHIで処理してpVK9のBamHI部位に挿入することによっても構築できる。
<Construction of wild-type yggB gene-enhanced strain>
PL5k was used as a plasmid containing the wild-type yggB gene of coryneform bacteria. pL5k is a plasmid obtained by inserting a DNA fragment obtained by partially decomposing chromosomal DNA of Corynebacterium glutamicum ATCC 13869 strain with Sau3AI into the BamHI site of pVK9. The DNA sequence inserted into the BamHI site of pVK9 is shown in SEQ ID NO: 5, and the coding region of the yggB gene is shown in nucleotide numbers 1437-3035 of SEQ ID NO: 5. PVK9 is a fragment in which the AvaII site of pHSG299 (Takara Bio) is blunt-ended, and a region capable of autonomous replication in pHK4 (JP 05-007491) is excised with BamHI and KpnI and blunt-ended. Is a shuttle vector into which is inserted. A plasmid having the same structure as pL5k was subjected to PCR using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 59 and SEQ ID NO: 60 as primers and the chromosomal DNA of ATCC 13869 strain as a template. It can also be constructed by inserting into
コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13869株をpL5kで、電気パルス法(特開平2-207791)にて形質転換した。形質転換後の菌体はカナマイシン25μg/mlを含むCM2Bプレート培地(ポリペプトン 10g/l、酵母エキス 10g/l、NaCl 5g/l、寒天 20g/l、KOHを用いてpH7.0に調整)に塗布し、31.5℃で一晩培養した。翌日出現したコロニーをカナマイシン25μg/mlを含むCM2Bプレート培地で純化し、YggB増幅株を得た。定法によりこれらの形質転換体よりプラスミドを抽出し、目的のプラスミドが導入されていることを確認した。こうして得られたYggB増幅株をATCC13869/pL5kとした。また対照株として、pVK9が導入された株ATCC13869/pVK9を上記と同様の方法で構築した。 Corynebacterium glutamicum ATCC13869 strain was transformed with pL5k by the electric pulse method (Japanese Patent Laid-Open No. 2-207791). The transformed cells are applied to CM2B plate medium containing 25 μg / ml kanamycin (polypeptone 10 g / l, yeast extract 10 g / l, NaCl 5 g / l, agar 20 g / l, adjusted to pH 7.0 with KOH) And cultured overnight at 31.5 ° C. The colonies that appeared the next day were purified with a CM2B plate medium containing 25 μg / ml kanamycin to obtain a YggB amplified strain. Plasmids were extracted from these transformants by a conventional method, and it was confirmed that the target plasmid was introduced. The YggB amplified strain thus obtained was designated as ATCC13869 / pL5k. As a control strain, strain ATCC13869 / pVK9 introduced with pVK9 was constructed in the same manner as described above.
<野生型yggB遺伝子増強株の評価>
(2−1)ビオチン制限培養での効果確認
実施例18で構築した野生型yggB遺伝子増強株および対照株をそれぞれ3クローン選択し、20mlの種培養培地(グルコース80g/l, 硫酸アンモニウム 30g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O 0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1 200μg/l, Biotin 60μg/l, 大豆加水分解物(T-N)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養した。完全に糖を消費したのち、培養液2mlを、ビオチンを含まない20mlの主培養培地(グルコース80g/l, 硫酸アンモニウム 30g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O
0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1 200μg/l, 大豆加水分解物(T-N)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養した。糖を完全に消費したのち、培地中のグルタミン酸濃度を測定した。その結果、ベクター導入株に比しyggB増強株(ATCC13869/pL5k)ではグルタミン酸の培地中の蓄積が向上していることが示された。(表19 OD620は菌体量、GH(g/L)はグルタミン酸生産量を示す)
<Evaluation of wild-type yggB gene-enhanced strain>
(2-1) Confirmation of effect in biotin-restricted culture Three clones each of the wild-type yggB gene-enhanced strain and the control strain constructed in Example 18 were selected, and 20 ml of seed culture medium (glucose 80 g / l, ammonium sulfate 30 g / l, KH 2 PO 4 1g / l, MgSO 4・ 7H 2 O 0.4g / l, FeSO 4・ 7H 2 O 0.01g / l, MnSO 4・4 ~ 5H 2 O 0.01g / l, VB1 200μg / l, Biotin 60μg / l, soybean hydrolyzate (TN) 0.48 g / l, adjusted to pH 8.0 using KOH: autoclave 115 ° C for 10 minutes), then added 1 g of calcium carbonate that had been sterilized by dry heat in advance, Cultured with shaking at 31.5 ° C. After complete consumption of sugar, 2 ml of the culture solution is added to 20 ml of main culture medium without glucose (glucose 80 g / l, ammonium sulfate 30 g / l, KH 2 PO 4 1 g / l, MgSO 4 · 7H 2 O
0.4g / l, FeSO 4・ 7H 2 O 0.01g / l, MnSO 4・4 ~ 5H 2 O 0.01g / l, VB1 200μg / l, Soybean hydrolyzate (TN) 0.48g / l, with KOH After adjusting to pH 8.0: autoclave 115 ° C. for 10 minutes, 1 g of calcium carbonate previously sterilized by dry heat was added and cultured with shaking at 31.5 ° C. After the sugar was completely consumed, the glutamic acid concentration in the medium was measured. As a result, it was shown that the accumulation of glutamic acid in the medium was improved in the yggB-enhanced strain (ATCC13869 / pL5k) compared to the vector-introduced strain. (Table 19 OD620 indicates the amount of bacterial cells, GH (g / L) indicates the amount of glutamic acid produced)
(2−2)界面活性剤添加条件での効果確認
実施例18で構築した野生型YggB増強株および対照株をそれぞれ3クローン選択し、20mlの種培養培地(グルコース80g/l, 硫酸アンモニウム 30g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O 0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1 200μg/l, Biotin 60μg/l, 大豆加水分解物(T-N)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養した。完全に糖を消費したのち、培養液2mlを、20mlの主培養培地(グルコース80g/l, 硫酸アンモニウム 30g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O 0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1 200μg/l, Biotin 60μg/l, 大豆加水分解物(T-N)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養した。培養開始後2時間後
に、Tween40を終濃度5g/Lとなるように添加し、培養を継続した。糖を完全に消費したのち、培地中のグルタミン酸濃度を測定した。その結果、ベクター導入株に比し野生型YggB増強株(ATCC13869/pL5k)ではL−グルタミン酸の培地中の蓄積が向上していることが示された。(表20 OD620は菌体量、GHはL−グルタミン酸生産量を示す。)
(2-2) Confirmation of Effect under Surfactant Addition Conditions Three clones of each of the wild-type YggB-enhanced strain and control strain constructed in Example 18 were selected and 20 ml of seed culture medium (glucose 80 g / l, ammonium sulfate 30 g / l). , KH 2 PO 4 1g / l, MgSO 4・ 7H 2 O 0.4g / l, FeSO 4・ 7H 2 O 0.01g / l, MnSO 4・4 ~ 5H 2 O 0.01g / l, VB1 200μg / l, Biotin 60 μg / l, soy hydrolyzate (TN) 0.48 g / l, adjusted to pH 8.0 with KOH: Autoclave 115 ° C., 10 minutes) And cultured with shaking at 31.5 ° C. After complete consumption of sugar, 2 ml of the culture solution is added to 20 ml of the main culture medium (glucose 80 g / l, ammonium sulfate 30 g / l, KH 2 PO 4 1 g / l, MgSO 4 7H 2 O 0.4 g / l, FeSO 4・ 7H 2 O 0.01g / l, MnSO 4・ 4-5H 2 O 0.01g / l, VB1 200μg / l, Biotin 60μg / l, soybean hydrolyzate (TN) 0.48g / l, pH8 using KOH. After adjusting to 0: autoclave 115 ° C. for 10 minutes), 1 g of calcium carbonate previously sterilized by dry heat was added and cultured at 31.5 ° C. with shaking. Two hours after the start of the culture, Tween 40 was added to a final concentration of 5 g / L, and the culture was continued. After the sugar was completely consumed, the glutamic acid concentration in the medium was measured. As a result, it was shown that accumulation of L-glutamic acid in the medium was improved in the wild-type YggB-enhanced strain (ATCC13869 / pL5k) compared to the vector-introduced strain. (Table 20 OD620 indicates the amount of bacterial cells, and GH indicates the amount of L-glutamic acid produced.)
(2−3)ペニシリンG添加培養での効果確認
実施例18で構築した野生型yggB遺伝子増強株および対照株をそれぞれ3クローン選択し、20mlの種培養培地(グルコース80g/l, 硫酸アンモニウム 30g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O 0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1 200μg/l, Biotin 60μg/l, 大豆加水分解物(T-N)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養した。完全に糖を消費したのち、培養液2mlを、20mlの主培養培地(グルコース80g/l, 硫酸アンモニウム 30g/l, KH2PO4 1g/l, MgSO4・7H2O 0.4g/l, FeSO4・7H2O 0.01g/l, MnSO4・4〜5H2O 0.01g/l, VB1 200μg/l, Biotin 60μg/l, 大豆加水分解物(T-N)0.48g/l, KOHを用いてpH8.0に調整:オートクレーブ115℃10分)に接種した後、予め乾熱滅菌しておいた炭酸カルシウムを1g加え、31.5℃で振とう培養した。培養開始後2時間後に、ペニシリンGを終濃度0.5U/mlとなるように添加し、培養を継続した。糖を完全に消費したのち、培地中のL−グルタミン酸濃度を測定した。その結果、ベクター導入株に比しYggB導入株(ATCC13869/pL5k)ではL−グルタミン酸の蓄積が向上していることが示された。(表21)
(2-3) Confirmation of effect in culture supplemented with penicillin G Three clones of each of the wild-type yggB gene-enhanced strain and control strain constructed in Example 18 were selected, and 20 ml of seed culture medium (glucose 80 g / l, ammonium sulfate 30 g / l) , KH 2 PO 4 1g / l, MgSO 4・ 7H 2 O 0.4g / l, FeSO 4・ 7H 2 O 0.01g / l, MnSO 4・4 ~ 5H 2 O 0.01g / l, VB1 200μg / l, Biotin 60 μg / l, soy hydrolyzate (TN) 0.48 g / l, adjusted to pH 8.0 with KOH: Autoclave 115 ° C., 10 minutes) And cultured with shaking at 31.5 ° C. After complete consumption of sugar, 2 ml of the culture solution is added to 20 ml of the main culture medium (glucose 80 g / l, ammonium sulfate 30 g / l, KH 2 PO 4 1 g / l, MgSO 4 7H 2 O 0.4 g / l, FeSO 4・ 7H 2 O 0.01g / l, MnSO 4・ 4-5H 2 O 0.01g / l, VB1 200μg / l, Biotin 60μg / l, soybean hydrolyzate (TN) 0.48g / l, pH8 using KOH. After adjusting to 0: autoclave 115 ° C. for 10 minutes), 1 g of calcium carbonate previously sterilized by dry heat was added and cultured at 31.5 ° C. with shaking. Two hours after the start of culture, penicillin G was added to a final concentration of 0.5 U / ml, and the culture was continued. After the sugar was completely consumed, the L-glutamic acid concentration in the medium was measured. As a result, it was shown that accumulation of L-glutamic acid was improved in the YggB-introduced strain (ATCC13869 / pL5k) as compared with the vector-introduced strain. (Table 21)
Claims (12)
変異型yggB遺伝子が導入されたことにより非改変株と比較してL−グルタミン酸生産能が向上したコリネ型細菌であって
前記変異型yggB遺伝子は、(i)、(i’)、(i’’)または(ii)の変異が導入された、コリネ型細菌:
(i)配列番号6、68、84もしくは85のアミノ酸配列のアミノ酸番号419−533の領域もしくは配列番号62のアミノ酸番号419−529の領域の欠失、
(i’)配列番号6、68、84もしくは85のアミノ酸配列のアミノ酸番号419−533の領域もしくは配列番号62のアミノ酸番号419−529の領域へのインサーションシーケンス又はトランスポゾンの挿入、
(i’’)配列番号6、68、84もしくは85のアミノ酸配列のアミノ酸番号419−533の領域もしくは配列番号62のアミノ酸番号419−529の領域に存在するプロリンを他のアミノ酸に置換する変異、
または
(ii)配列番号6、62、68、84もしくは85のアミノ酸配列のアミノ酸番号1−23、86−108、及び110−132からなる群から選ばれる領域における1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、又は挿入。 A coryneform bacterium having L-glutamic acid-producing ability,
A coryneform bacterium whose L-glutamic acid-producing ability has been improved by introducing a mutant yggB gene as compared to an unmodified strain, wherein the mutant yggB gene comprises (i), (i ′), (i ′ Coryneform bacterium introduced with mutation ') or (ii):
(I) a deletion of the region of amino acid numbers 419-533 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 68, 84 or 85 or the region of amino acid numbers 419-529 of SEQ ID NO: 62;
(I ′) Insertion sequence or transposon insertion into the region of amino acid numbers 419-533 or the region of amino acid numbers 419-529 of SEQ ID NO: 62 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 68, 84 or 85,
(I '') a mutation for substituting proline present in the region of amino acid numbers 419-533 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 68, 84 or 85 or the region of amino acid numbers 419-529 of SEQ ID NO: 62 with another amino acid;
Or (ii) substitution of one or several amino acids in the region selected from the group consisting of amino acid numbers 1-23, 86-108, and 110-132 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 62, 68, 84 or 85, Deletion or insertion.
おいて、424位及び/または437位のプロリンを他のアミノ酸に置換する変異である
、請求項1に記載のコリネ型細菌。 The mutation of (i '') is a mutation that substitutes proline at position 424 and / or 437 for other amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 62, 68, 84, or 85. The coryneform bacterium as described.
、請求項1に記載のコリネ型細菌。 The mutation of (ii) is a mutation that substitutes alanine at position 100 and / or alanine at position 111 with another amino acid in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 62, 68, 84, or 85. The coryneform bacterium as described.
て、14位のロイシンと15位のトリプトファンの間に1又は数アミノ酸を挿入する変異である、請求項1に記載のコリネ型細菌。 The mutation (ii) is a mutation in which one or several amino acids are inserted between leucine at position 14 and tryptophan at position 15 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, 62, 68, 84 or 85. Coryneform bacteria described in 1.
(a) 配列番号8のアミノ酸配列をコードするDNA、
(b) 配列番号8のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(c) 配列番号20のアミノ酸配列をコードするDNA、
(d) 配列番号20のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(e) 配列番号22のアミノ酸配列をコードするDNA、
(f) 配列番号22のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(g) 配列番号24のアミノ酸配列をコードするDNA、
(h) 配列番号24のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(i) 配列番号64のアミノ酸配列をコードするDNA、
(j) 配列番号64のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(k) 配列番号70のアミノ酸配列をコードするDNA、
(l) 配列番号70のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(m) 配列番号74のアミノ酸配列をコードするDNA、
(n) 配列番号74のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。The coryneform bacterium according to any one of claims 1 to 5, wherein the mutant yggB gene is a mutant yggB gene selected from the following (a) to ( n ):
(a) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8,
(b) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, an excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added and introduced into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(c) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20,
(d) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, an excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added and introduced into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(e) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 22,
(f) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 22, an excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added and introduced into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(g) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 24,
(h) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 24, an excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added and introduced into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(i) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 64,
(j) An excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 64 and introducing the protein into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(k) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 70,
(l) An excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 70 and introducing the protein into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(m) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 74,
(n) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 74, an excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added and introduced into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
に記載のコリネ型細菌。
(i) 配列番号86の塩基番号585〜1121の塩基配列を含むDNA。 The coryneform bacterium according to any one of claims 1 to 7, further modified so that the symA gene of (i) is inactivated.
(i) DNA containing the nucleotide sequence of nucleotide numbers 585 to 1121 of SEQ ID NO: 86 .
〜8のいずれか一項に記載のコリネ型細菌。 Furthermore, the α-ketoglutarate dehydrogenase activity is modified so as to decrease.
The coryneform bacterium according to any one of -8.
(a) 配列番号8のアミノ酸配列をコードするDNA、
(b) 配列番号8のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(c) 配列番号20のアミノ酸配列をコードするDNA、
(d) 配列番号20のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(e) 配列番号22のアミノ酸配列をコードするDNA、
(f) 配列番号22のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(g) 配列番号24のアミノ酸配列をコードするDNA、
(h) 配列番号24のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(i) 配列番号64のアミノ酸配列をコードするDNA、
(j) 配列番号64のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(k) 配列番号70のアミノ酸配列をコードするDNA、
(l) 配列番号70のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。
(m) 配列番号74のアミノ酸配列をコードするDNA、
(n) 配列番号74のアミノ酸配列において、1〜5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、コリネ型細菌に導入することにより、過剰量のビオチンを含む培地で培養したときの該コリネ型細菌のL−グルタミン酸生産能を向上させるDNA。A mutant yggB gene selected from the following (a) to ( n ):
(a) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8,
(b) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, an excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added and introduced into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(c) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20,
(d) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, an excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added and introduced into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(e) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 22,
(f) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 22, an excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added and introduced into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(g) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 24,
(h) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 24, an excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added and introduced into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(i) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 64,
(j) An excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 64 and introducing the protein into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(k) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 70,
(l) An excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 70 and introducing the protein into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
(m) DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 74,
(n) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 74, an excess amount of biotin is encoded by encoding a protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added and introduced into a coryneform bacterium. DNA which improves the L-glutamic acid-producing ability of the coryneform bacterium when cultured in a medium containing
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