JP5790022B2 - Xylanase and gene encoding the same - Google Patents
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Description
本発明は、キシラナーゼ及びそれをコードする遺伝子、並びにそれらの利用に関するものであり、詳しくは、バガス高分解環境であるバガス堆肥に存在する微生物群由来のキシラナーゼ活性を有するタンパク質、及び該タンパク質をコードする遺伝子、並びにそれらの利用に関する。 The present invention relates to a xylanase, a gene encoding the same, and use thereof, and more specifically, a protein having a xylanase activity derived from a microorganism group present in bagasse compost, which is a bagasse high-decomposition environment, and the protein Related genes and their use.
セルロースは、グルコースがβ−1,4−グリコシド結合でつながった高分子多糖である。従って、この結合を加水分解すれば、セルロースからグルコースが得られ、グルコースの供給源としてセルロースを有効に利用することができる。しかし、セルロースは難分解性の物質であり、セルロース系バイオマスの活用は実用にまでは至っていない。このセルロースを効率よく加水分解する反応を司るのがセルラーゼである。従って、セルラーゼの特性を改良したり、セルラーゼを効率よく生産することは、セルロース資源の有効活用に関わる技術の根幹をなすものということができ、従来から、微生物由来のセルラーゼ遺伝子の単離が行われている。 Cellulose is a high-molecular polysaccharide in which glucose is connected by β-1,4-glycoside bonds. Therefore, if this bond is hydrolyzed, glucose can be obtained from cellulose, and cellulose can be effectively used as a glucose supply source. However, cellulose is a hardly degradable substance, and the utilization of cellulosic biomass has not yet been put to practical use. Cellulase controls the reaction of efficiently hydrolyzing cellulose. Therefore, improving the characteristics of cellulase and producing cellulase efficiently can be said to form the basis of technologies related to effective utilization of cellulose resources. Conventionally, cellulase genes derived from microorganisms have been isolated. It has been broken.
例えば、特許文献1には、セルラーゼ遺伝子をフミコーラ・インソレンス(Humicola insolens)株から単離し、該セルラーゼ遺伝子を宿主微生物に導入し、発現させることによって目的とするセルラーゼを得ることが記載されている。また、特許文献2には、バチルス(Bacillus)属由来の耐熱性アルカリセルラーゼ遺伝子が記載されている。
For example,
また、セルロース系バイオマスは、キシランを主とするヘミセルロースやリグニンがセルロース繊維を取り巻いており、これらを除去することがセルラーゼによるセルロースの糖化効率を高めるために重要である。従来のセルロース系バイオマス糖化方法では、希硫酸などの化学物質による前処理により、リグニンやヘミセルロースを除去する試みが行われているが、こういった化学的前処理には、「糖の過分解が起こりやすい」、「ヘミセルロースを構成する糖類を利用することができない」、といった問題点がある。一方で、自然界においては、微生物の生産するマンガンペルオキシダーゼ、リグニンペルオキシダーゼ、ラッカーゼなどのリグニン分解酵素や、キシラナーゼ、グルカナーゼ、ペクチナーゼなどのヘミセルロース分解酵素がセルラーゼと共に作用することで、効率良くセルロース系バイオマスが分解されている。 Cellulosic biomass is composed of hemicellulose and lignin mainly composed of xylan, and the removal of these is important for increasing the saccharification efficiency of cellulose by cellulase. In conventional cellulosic biomass saccharification methods, attempts have been made to remove lignin and hemicellulose by pretreatment with a chemical substance such as dilute sulfuric acid. There are problems such as “prone to occur” and “cannot use saccharides constituting hemicellulose”. On the other hand, in the natural world, cellulosic biomass is efficiently decomposed by the action of cellulase with lignin-degrading enzymes such as manganese peroxidase, lignin peroxidase, and laccase produced by microorganisms, and hemicellulose-degrading enzymes such as xylanase, glucanase, and pectinase. Has been.
セルロース糖化以外のバイオマスの有効利用方法のひとつとして、家畜糞便と混合・発酵することにより堆肥を作成するコンポスト化が知られている。堆肥では、排泄物中の尿素をはじめ、増殖した微生物菌体や分解された植物タンパク質に由来する窒素源が重要であり、セルロースなどの炭素源は、微生物増殖のエネルギー源などとして利用される。そのため、バイオマスのコンポスト化においては、該バイオマスを高効率で分解する微生物群が集積され、これらの微生物群は、該バイオマスの分解に適した分解酵素を持つことが期待される。 As one of the effective utilization methods of biomass other than cellulose saccharification, composting is known in which compost is produced by mixing and fermenting with livestock feces. In compost, nitrogen sources derived from urea in the excreta, proliferated microbial cells and decomposed plant proteins are important, and carbon sources such as cellulose are used as energy sources for microbial growth. Therefore, in the composting of biomass, microbial groups that decompose the biomass with high efficiency are accumulated, and these microbial groups are expected to have a degrading enzyme suitable for decomposing the biomass.
しかし、地球上に存在する微生物は、その99%の割合で、培養困難な難培養性微生物であると言われており、通常の寒天培地を使用する従来のスクリーニング方法では、使用した培地で生育可能なごく一部の微生物種から、目的の酵素や遺伝子をスクリーニングしているにすぎない。そのため、近年では、培養困難な微生物からも有用な酵素を見出すために、環境土壌等のサンプルから直接に全DNAを抽出し、ベクターにクローニングすることでDNAライブラリーを作製し、目的の遺伝子をスクリーニングするメタゲノム手法(メタゲノミクス)によるスクリーニングが行われている。 However, 99% of the microorganisms present on the earth are said to be difficult-to-cultivate microorganisms that are difficult to cultivate. In conventional screening methods that use ordinary agar media, they grow on the used media. They are only screening for the enzymes and genes of interest from the few possible microbial species. Therefore, in recent years, in order to find useful enzymes from difficult-to-cultivate microorganisms, a DNA library is created by extracting total DNA directly from a sample such as environmental soil and cloning it into a vector. Screening is performed by a metagenomic technique (metagenomics) for screening.
本発明の課題は、セルロース系バイオマスとして有用なサトウキビバガス等のバイオマス資源の糖化に有用なキシラナーゼ及びその遺伝子、並びにそれらの利用法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a xylanase useful for saccharification of biomass resources such as sugarcane bagasse useful as cellulosic biomass, a gene thereof, and a method for using them.
本発明者は、上記課題を解決するために、サトウキビバガスと牛糞便を混合し、約半年間発酵させたバガス堆肥中から全DNAを抽出し、該DNAのライブラリーを作製し、キシラナーゼ活性をもとにスクリーニングを行い、キシラナーゼ活性を有する組換え体を取得し、キシラナーゼ遺伝子を同定した。さらにこれらのキシラナーゼ遺伝子を含む組換えベクターによって形質転換された形質転換体を用いてキシラナーゼ活性を有する新規組換えタンパク質を製造し、該組換えキシラナーゼを、市販のバイオマス糖化酵素に添加することにより、市販酵素のみによるセルロース糖化率よりも、その糖化率が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 inventor mixed sugarcane bagasse and cow feces, extracted total DNA from the fermented bagasse compost that had been fermented for about half a year, created a library of the DNA, and obtained xylanase activity. Screening was conducted to obtain a recombinant having xylanase activity, and the xylanase gene was identified. Furthermore, a novel recombinant protein having xylanase activity is produced using a transformant transformed with a recombinant vector containing these xylanase genes, and the recombinant xylanase is added to a commercially available biomass saccharifying enzyme. The present inventors have found that the saccharification rate is improved as compared with the cellulose saccharification rate using only a commercially available enzyme, and the present invention has been completed.
すなわち本発明は、以下のとおりである。
(1)下記(A)又は(B)のタンパク質をコードするDNA:
(A)配列番号20、22、もしくは25のアミノ酸配列、又は、配列番号24の少なくとも56位〜455位からなるアミノ酸配列を有し、かつキシラナーゼ活性を有するタンパク質、
(B)配列番号20、22、もしくは25のアミノ酸配列、又は配列番号24の少なくとも56位〜455位からな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、挿入又は付加されたアミノ酸配列を有し、かつキシラナーゼ活性を有するタンパク質。
(2)前記配列番号24の少なくとも56位〜455位からなるアミノ酸配列が、配列番号24のアミノ酸配列である、前記DNA。
(3)
下記(a)または(b)のDNAである、前記DNA:
(a)配列番号19もしくは21の塩基配列、又は配列番号23の少なくとも166位〜1368位からなる塩基配列を有するDNA、
(b)配列番号19もしくは21の塩基配列、又は配列番号23の少なくとも166位〜1368位からなる塩基配列と相補的な塩基配列を有するプローブ、又は前記相補的な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下でハイブリダイズし、かつ、キシラナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA。
(4)前記配列番号23の少なくとも166位〜1368位からなる塩基配列が、配列番号23の塩基配列である、前記DNA。
(5)下記(A)又は(B)のタンパク質:
(A)配列番号20、22、もしくは25のアミノ酸配列、又は配列番号24の少なくとも56位〜455位からなるアミノ酸配列を有し、かつキシラナーゼ活性を有するタンパク質、
(B)配列番号20、22、もしくは25のアミノ酸配列、又は配列番号24の少なくとも56位〜455位からな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、挿入又は付加されたアミノ酸配列を有し、かつキシラナーゼ活性を有するタンパク質。
(6)前記配列番号24の少なくとも56位〜455位からなるアミノ酸配列が、配列番号24のアミノ酸配列である、前記タンパク質。
(7)前記タンパク質と、マーカーペプチド、ペプチドタグ、分泌シグナルペプチド、及びこれらの一部から選ばれるペプチドとが結合した融合タンパク質。
(8)前記のタンパク質をコードするDNA。
(9)前記DNAを含む組換えベクター。
(10)前記組換えベクターを含む形質転換細胞。
(11)前記形質転換細胞を培地に培養し、得られる培養物からキシラナーゼ活性を有するタンパク質を採取することを特徴とする、キシラナーゼの製造方法。
(12)前記組換えベクターは、分泌シグナルを含む前記融合タンパク質を発現することができ、かつ、前記形質転換細胞は前記融合タンパク質を分泌する能力を有し、キシラナーゼ活性を有する組換えタンパク質を培養上清から採取することを特徴とする、前記組換えタンパク質の製造方法。
(13)前記タンパク質又は融合タンパク質と、セルラーゼとを、キシランを含むバイオマス資源に反応させて糖を生成させる、糖液の製造方法。
(14)前記反応を50〜75℃で行うことを特徴とする、前記糖液の製造方法。
(15)前記方法で製造された糖液又はその分画物を炭素源として含む培地で、目的物質を産生する微生物を培養し、目的物質を培養物中から採取する、目的物質の製造法。
(16)前記微生物が、コリネバクテリウム・グルタミカム及びエシェリヒア・コリに属する微生物から選択される細菌である、前記目的物質の方法。
(17)前記目的物質がL−アミノ酸である、前記目的物質の方法。
(18)前記タンパク質又は融合タンパク質を、キシランを含むバイオマス資源に反応させる、バイオマス資源の分解方法。
(19)前記反応を50〜75℃で行うことを特徴とする、前記バイオマス資源の分解方法。
That is, the present invention is as follows.
(1) DNA encoding the following protein (A) or (B):
(A) a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 25 or an amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24 and having xylanase activity;
(B) an amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 25, or an amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24, wherein one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added A protein having a sequence and having xylanase activity.
(2) The DNA, wherein the amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24 is the amino acid sequence of SEQ ID NO: 24.
(3)
The DNA which is the DNA of the following (a) or (b):
(A) a DNA having a base sequence of SEQ ID NO: 19 or 21, or a base sequence consisting of at least positions 166 to 1368 of SEQ ID NO: 23;
(B) a probe having a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 19 or 21, or a nucleotide sequence consisting of at least positions 166 to 1368 of SEQ ID NO: 23, or a probe that can be prepared from the complementary nucleotide sequence; A DNA that hybridizes under stringent conditions and encodes a protein having xylanase activity.
(4) The DNA, wherein the base sequence consisting of at least positions 166 to 1368 of SEQ ID NO: 23 is the base sequence of SEQ ID NO: 23.
(5) The following protein (A) or (B):
(A) a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 25, or an amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24 and having xylanase activity;
(B) an amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 25, or an amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24, wherein one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added A protein having a sequence and having xylanase activity.
(6) The protein, wherein the amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24 is the amino acid sequence of SEQ ID NO: 24.
(7) A fusion protein in which the protein is bound to a peptide selected from a marker peptide, a peptide tag, a secretory signal peptide, and a part thereof.
(8) DNA encoding the protein.
(9) A recombinant vector containing the DNA.
(10) A transformed cell containing the recombinant vector.
(11) A method for producing xylanase, comprising culturing the transformed cell in a medium and collecting a protein having xylanase activity from the obtained culture.
(12) The recombinant vector can express the fusion protein containing a secretion signal, and the transformed cell has the ability to secrete the fusion protein and cultures a recombinant protein having xylanase activity. A method for producing the recombinant protein, wherein the recombinant protein is collected from the supernatant.
(13) A method for producing a sugar solution, wherein the protein or fusion protein and cellulase are reacted with a biomass resource containing xylan to produce sugar.
(14) The method for producing a sugar solution, wherein the reaction is performed at 50 to 75 ° C.
(15) A method for producing a target substance, comprising culturing a microorganism producing the target substance in a medium containing the sugar solution produced by the above method or a fraction thereof as a carbon source, and collecting the target substance from the culture.
(16) The method of the target substance, wherein the microorganism is a bacterium selected from microorganisms belonging to Corynebacterium glutamicum and Escherichia coli.
(17) The method of the target substance, wherein the target substance is an L-amino acid.
(18) A method for decomposing biomass resources, wherein the protein or fusion protein is reacted with biomass resources containing xylan.
(19) The method for decomposing biomass resources, wherein the reaction is performed at 50 to 75 ° C.
本発明により提供されるバガス堆肥に由来する新規なキシラナーゼは、セルラーゼとの併用により、バガス等のバイオマス資源の分解効率を向上させることができることから、バイオマス資源からの糖生産に有用である。
特に、好ましい形態では、高い最適反応温度及び温度安定性を有しているので、高温での長時間の処理が必要なバガスの糖化には有用である。
また、本発明のDNAは、前記キシラナーゼを製造するのに有用である。
Since the novel xylanase derived from bagasse compost provided by the present invention can improve the decomposition efficiency of biomass resources such as bagasse in combination with cellulase, it is useful for sugar production from biomass resources.
In particular, the preferred form has a high optimum reaction temperature and temperature stability, and is therefore useful for saccharification of bagasse requiring a long-time treatment at a high temperature.
The DNA of the present invention is useful for producing the xylanase.
本発明のタンパク質は、キシラナーゼ活性を有するタンパク質(以下、「キシラナーゼ」ということがある)であり、本発明のDNAは、該タンパク質をコードするDNA(以下「キシラナーゼ遺伝子」ということがある)である。尚、キシラナーゼは、キシラナーゼそれ自体であってもよく、キシラナーゼに他のペプチドが結合した融合タンパク質であってもよい。また、キシラナーゼ遺伝子は、キシラナーゼ又はキシラナーゼと他のペプチドとの融合タンパク質をコードする構造遺伝子であってもよく、該構造遺伝子にプロモーターやターミネーター等の発現調節配列が結合したものであってもよい。 The protein of the present invention is a protein having xylanase activity (hereinafter sometimes referred to as “xylanase”), and the DNA of the present invention is a DNA encoding the protein (hereinafter also referred to as “xylanase gene”). . The xylanase may be xylanase itself or a fusion protein in which another peptide is bound to xylanase. The xylanase gene may be a structural gene encoding xylanase or a fusion protein of xylanase and another peptide, and may be one in which an expression regulatory sequence such as a promoter or a terminator is bound to the structural gene.
キシラナーゼ活性とは、ヘミセルロース分子の骨格を作るキシロース糖間のβ−1,4−グリコシド結合を切断することにより、ヘミセルロースを分解する活性を意味する。ヘミセルロースにキシラナーゼを作用させるとその主成分であるキシランが分解され、キシロオリゴ糖及びキシロースが生成する。また、セルロース系バイオマス中のセルロース繊維を取り巻くヘミセルロースがキシラナーゼによって分解されると、セルロースはセルラーゼによって分解されやすくなる。
以下、本発明を詳細に説明する。
Xylanase activity means the activity of decomposing hemicellulose by cleaving the β-1,4-glycosidic bond between xylose sugars that form the skeleton of the hemicellulose molecule. When xylanase is allowed to act on hemicellulose, xylan, which is the main component of the hemicellulose, is decomposed to produce xylooligosaccharides and xylose. In addition, when hemicellulose surrounding the cellulose fiber in the cellulosic biomass is decomposed by xylanase, the cellulose is easily decomposed by cellulase.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<1>キシラナーゼ及びそれをコードするDNA
本発明のキシラナーゼ遺伝子は、バガス堆肥からメタゲノムクローニングによってキシラナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNAとして同定されたものである。これらのキシラナーゼ遺伝子の塩基配列を、配列番号19、21、及び23に示す。これらのキシラナーゼ遺伝子がコードするアミノ酸配列を、配列番号20、22及び24に示す。
<1> Xylanase and DNA encoding the same
The xylanase gene of the present invention has been identified as DNA encoding a protein having xylanase activity from bagasse compost by metagenomic cloning. The base sequences of these xylanase genes are shown in SEQ ID NOs: 19, 21, and 23. The amino acid sequences encoded by these xylanase genes are shown in SEQ ID NOs: 20, 22, and 24.
本発明のキシラナーゼには、配列番号20、22、又は24のアミノ酸配列を有するタンパク質が含まれる。これらのアミノ酸配列をSignalP 3.0 (http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)へ入力し、シグナルペプチド予測を行った。その結果、配列番号24のアミノ酸配列では、55位のアミノ酸残基よりもN末端側の配列がシグナルペプチドであると予測された。そして、実施例に示すように、配列番号24の56位〜455位からなるペプチドと、Sec系又はTat系シグナルペプチドとを連結した融合タンパク質を、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)で発現させたところ、キシラナーゼ活性を示した。したがって、本発明のキシラナーゼには、配列番号24の少なくとも56位〜455位からなるアミノ酸配列を有するタンパク質が含まれる。また、配列番号20又は22のアミノ酸配列を有するペプチドと、Sec系又はTat系シグナルペプチドとを連結した融合タンパク質も、上記と同様にして発現させたところ、いずれもキシラナーゼ活性を示した。 The xylanase of the present invention includes a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 24. These amino acid sequences were input to SignalP 3.0 (http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/), and signal peptide prediction was performed. As a result, in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 24, the sequence at the N-terminal side relative to the 55th amino acid residue was predicted to be a signal peptide. Then, as shown in the Examples, a fusion protein in which a peptide consisting of positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24 and a Sec or Tat signal peptide are linked is expressed in Corynebacterium glutamicum. As a result, it showed xylanase activity. Therefore, the xylanase of the present invention includes a protein having an amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24. When a fusion protein in which a peptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20 or 22 and a Sec or Tat signal peptide were linked was expressed in the same manner as described above, all showed xylanase activity.
配列番号22と24のアミノ酸配列は相同性が高く、これらの共通配列を配列番号25に示す。配列番号25の410アミノ酸残基中、336個が共通するアミノ酸残基である。また、配列番号25中、8〜188位では、181アミノ酸中173アミノ酸(95.6%)が同一アミノ酸である。配列番号25のアミノ酸配列を有するタンパク質も、本発明のキシラナーゼに含まれる。
The amino acid sequences of SEQ ID NOs: 22 and 24 are highly homologous, and their common sequence is shown in SEQ ID NO: 25. Of the 410 amino acid residues of SEQ ID NO: 25, 336 are common amino acid residues. In addition, at
本発明のキシラナーゼは、配列番号20、22、もしくは25のアミノ酸配列、又は配列番号24の少なくとも56位〜455位からなるアミノ酸配列を有するタンパク質の保存的バリアント、すなわち、上記アミノ酸配列を有するタンパク質のホモログや人為的な改変体等であってもよい。すなわち、上記アミノ酸配列において、1若しくは数個の位置での1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入又は付加等を含む配列を有するタンパク質であってもよい。また、上記アミノ酸配列に含まれる第1番目のメチオニン(Met)は欠失していてもよい。 The xylanase of the present invention is a conservative variant of a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 25, or an amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24, that is, a protein having the amino acid sequence described above. It may be a homolog or an artificially modified product. That is, it may be a protein having a sequence including substitution, deletion, insertion or addition of one or several amino acids at one or several positions in the above amino acid sequence. The first methionine (Met) contained in the amino acid sequence may be deleted.
「1若しくは数個」とは、アミノ酸残基のタンパク質の立体構造における位置やアミノ酸残基の種類によっても異なるが、具体的には好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜10個、さらに好ましくは1〜5個を意味する。また、保存的変異の代表的なものは、保存的置換である。保存的置換とは、置換部位が芳香族アミノ酸である場合には、Phe、Trp、Tyr間で、置換部位が疎水性アミノ酸である場合には、Leu、Ile、Val間で、極性アミノ酸である場合には、Gln、Asn間で、塩基性アミノ酸である場合には、Lys、Arg、His間で、酸性アミノ酸である場合には、Asp、Glu間で、ヒドロキシル基を持つアミノ酸である場合には、Ser、Thr間でお互いに置換する変異である。保存的置換とみなされる置換としては、具体的には、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。 “One or several” amino acid residues vary depending on the position of the protein in the three-dimensional structure of the protein and the type of amino acid residue, but specifically, preferably 1-20, more preferably 1-10, Preferably it means 1-5. A typical conservative mutation is a conservative substitution. Conservative substitution is a polar amino acid between Phe, Trp, and Tyr when the substitution site is an aromatic amino acid, and between Leu, Ile, and Val when the substitution site is a hydrophobic amino acid. In this case, between Gln and Asn, when it is a basic amino acid, between Lys, Arg, and His, when it is an acidic amino acid, between Asp and Glu, when it is an amino acid having a hydroxyl group Is a mutation that substitutes between Ser and Thr. Specifically, substitutions considered as conservative substitutions include 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, Gly to Pro substitution, His to Asn, Lys, Gln, Arg or Tyr substitution, Ile to Leu, Met, Val or Phe substitution, Leu to Ile, Met, Val or Phe substitution, 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, 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.
さらに、上記のような保存的変異を有するキシラナーゼは、配列番号20、22、又は、24のアミノ酸配列もしくは配列番号24の少なくとも56位〜455位からなるアミノ酸配列に対して、80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは97%以上、特に好ましくは99%以上の相同性を有し、かつ、キシラナーゼ活性を有するタンパク質であってもよい。
尚、本明細書において、「相同性」(homology)」は、「同一性」(identity)を指すことがある。
Further, the xylanase having a conservative mutation as described above is preferably 80% or more, preferably 80% or more of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 24 or the amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24. May be a protein having homology of 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 97% or more, particularly preferably 99% or more, and having xylanase activity.
In the present specification, “homology” may refer to “identity”.
本発明のキシラナーゼは、好ましい形態では下記の性質を有する。
(1)最適反応pH:5.5〜7.5
後述のXyn11-1、Xyn11-2、及びXyn11-5の最適反応pHは、各々7付近、7.0〜7.5付近.5.5〜7.5付近である。
(2)最適反応温度:65℃〜80℃
Xyn11-1、Xyn11-2、及びXyn11-5の最適反応温度は、各々65℃付近、70℃付近、75−80℃付近である。
(3)温度安定性:50℃で約16時間安定
Xyn11-1、Xyn11-2、及びXyn11-5は、50℃で16時間保持後に80%以上の活性を維持する。特に、Xyn11-2、及びXyn11-5は、各々65℃、70℃で16時間保持後に約60%の活性を維持する。
In a preferred form, the xylanase of the present invention has the following properties.
(1) Optimum reaction pH: 5.5 to 7.5
The optimum reaction pH of Xyn11-1, Xyn11-2, and Xyn11-5 described below is around 7, and around 7.0-7.5, respectively. It is around 5.5 to 7.5.
(2) Optimal reaction temperature: 65 ° C to 80 ° C
The optimum reaction temperatures of Xyn11-1, Xyn11-2, and Xyn11-5 are around 65 ° C, 70 ° C, and 75-80 ° C, respectively.
(3) Temperature stability: stable for about 16 hours at 50 ° C
Xyn11-1, Xyn11-2, and Xyn11-5 maintain an activity of 80% or more after holding at 50 ° C. for 16 hours. In particular, Xyn11-2 and Xyn11-5 maintain about 60% activity after 16 hours of holding at 65 ° C and 70 ° C, respectively.
本発明のキシラナーゼは、他のペプチドとの融合タンパク質であってもよい。他のペプチドとしては、マーカーペプチド(マーカータンパク質)、ペプチドタグ、及び分泌シグナルペプチド等が挙げられる。キシラナーゼに連結されるペプチドは一種だけでもよく、2又はそれ以上のペプチドであってもよい。尚、キシラナーゼがシグナルペプチドとの融合タンパク質の場合は、分泌可能な宿主細胞中で発現した後、シグナルペプチドが切断されてキシラナーゼ部分のみが細胞外に分泌され得る。 The xylanase of the present invention may be a fusion protein with another peptide. Examples of other peptides include marker peptides (marker proteins), peptide tags, and secretory signal peptides. There may be only one peptide linked to xylanase, or two or more peptides. In the case where the xylanase is a fusion protein with a signal peptide, after expression in a secretable host cell, the signal peptide can be cleaved and only the xylanase moiety can be secreted outside the cell.
マーカーペプチドとしては、マーカーとして機能し得るペプチドであれば特に制限されるものではなく、例えば、アルカリフォスファターゼ、抗体のFc領域、HRP、GFPなどを具体的に挙げることができる。また、ペプチドタグとしては、特に制限されないが、Mycタグ、Hisタグ、FLAGタグ、GSTタグなどの従来知られているペプチドタグを具体的に例示することができる。また、分泌シグナルペプチドとしては、キシラナーゼ遺伝子を発現させる宿主で機能し得るものであれば特に制限されず、例えば、コリネ型細菌を宿主として用いる場合は、コリネ型細菌由来のSec系及びTat系分泌経路の分泌シグナルペプチド(WO01/23591、WO2005/103278参照)が挙げられる。融合タンパク質は、常法により作製することができる。 The marker peptide is not particularly limited as long as it is a peptide that can function as a marker, and specific examples thereof include alkaline phosphatase, antibody Fc region, HRP, and GFP. In addition, the peptide tag is not particularly limited, and conventionally known peptide tags such as Myc tag, His tag, FLAG tag, and GST tag can be specifically exemplified. In addition, the secretion signal peptide is not particularly limited as long as it can function in a host that expresses the xylanase gene. For example, when a coryneform bacterium is used as a host, Sec and Tat secretion from coryneform bacterium is used. The secretory signal peptide of the pathway (see WO01 / 23591, WO2005 / 103278). The fusion protein can be prepared by a conventional method.
例えばHisタグは、Ni-NTAとHisタグの親和性を利用したキシラナーゼ活性を有するタンパク質等の精製等や、高濃度のキシラナーゼ活性を有するタンパク質等を含有する培養上清の生産に有用である。 For example, the His tag is useful for purification of a protein having xylanase activity utilizing the affinity between Ni-NTA and His tag, and for producing a culture supernatant containing a protein having a high concentration of xylanase activity.
本発明のDNAは、上記のキシラナーゼをコードする。具体的には、配列番号20、22、もしくは、25のアミノ酸配列、又は配列番号24の少なくとも56位〜455位からなるアミノ酸配列をコードするDNAが含まれる。また、これらのアミノ酸配列を有するタンパク質の保存的バリアントをコードするDNAであってもよい。
より具体的には、配列番号19、もしくは21の塩基配列、又は配列番号23の少なくとも166位〜1368位からなる塩基配列を有するDNAが挙げられる。配列番号23の少なくとも166位〜1368位からなる塩基配列としては、配列番号23の塩基配列が挙げられる。本発明のDNAは、これらのものに限定されず、コード領域において各アミノ酸をコードするコドンを同じアミノ酸をコードする他の等価のコドンに置換したものであってもよい。
The DNA of the present invention encodes the above xylanase. Specifically, DNA encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 25, or an amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24 is included. It may also be a DNA encoding a conservative variant of a protein having these amino acid sequences.
More specifically, DNA having the base sequence of SEQ ID NO: 19 or 21 or the base sequence consisting of at least positions 166 to 1368 of SEQ ID NO: 23 can be mentioned. Examples of the base sequence consisting of at least positions 166 to 1368 of SEQ ID NO: 23 include the base sequence of SEQ ID NO: 23. The DNA of the present invention is not limited to these, and may be one in which a codon encoding each amino acid in the coding region is replaced with another equivalent codon encoding the same amino acid.
また、本発明のDNAには、配列番号19、もしくは21の塩基配列、又は配列番号23の少なくとも166位〜1368位からなる塩基配列の相補的な塩基配列を有するプローブ、又は前記相補的な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下でハイブリダイズし、かつ、キシラナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNAも含まれる。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。一例を示せば、相同性が高いDNA同士、例えば80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは97%、特に好ましくは99%以上の相同性を有するDNA同士がハイブリダイズし、それより相同性が低いDNA同士がハイブリダイズしない条件、例えば、42℃でのハイブリダイゼーション、及び1×SSC、0.1%のSDSを含む緩衝液による42℃での洗浄処理を挙げることができ、65℃でのハイブリダイゼーション、及び0.1×SSC、0.1%のSDSを含む緩衝液による65℃での洗浄処理をより好ましく挙げることができる。なお、ハイブリダイゼーションのストリンジェンシーに影響を与える要素としては、上記温度条件以外に種々の要素があり、当業者であれば、種々の要素を適宜組み合わせて、上記例示したハイブリダイゼーションのストリンジェンシーと同等のストリンジェンシーを実現することが可能である。 The DNA of the present invention includes a probe having a base sequence complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 19 or 21, or a base sequence consisting of at least positions 166 to 1368 of SEQ ID NO: 23, or the complementary base Also included is a DNA that hybridizes with a probe that can be prepared from the sequence under stringent conditions and encodes a protein having xylanase activity. Stringent conditions refer to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. For example, highly homologous DNAs, for example, 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 97%, particularly preferably 99% or more DNAs having homology. Conditions that hybridize and DNAs with lower homology do not hybridize, such as hybridization at 42 ° C and washing treatment at 42 ° C with a buffer containing 1x SSC, 0.1% SDS More preferred examples include hybridization at 65 ° C. and washing treatment at 65 ° C. with a buffer containing 0.1 × SSC and 0.1% SDS. In addition, there are various factors other than the above temperature conditions as factors affecting the stringency of hybridization, and those skilled in the art will be able to combine various components as appropriate to achieve the same stringency of hybridization as exemplified above. Stringency can be realized.
ハイブリダイゼーションに用いるプローブは、遺伝子の相補配列の一部であってもよい。そのようなプローブは、公知の遺伝子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、これらの塩基配列を含む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、300 bp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。 The probe used for hybridization may be a part of a complementary sequence of a gene. Such a probe can be prepared by PCR using an oligonucleotide prepared on the basis of a known gene sequence as a primer and a DNA fragment containing these base sequences as a template. 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.
本発明のDNAは、本明細書に開示されたDNA配列情報等に基づき、例えばサトウキビバガスを種々の動物糞便と混合することにより作製されたバガス堆肥、またはバガス堆肥を施肥した耕作地やバガス堆肥保存場所などの土壌等の全DNAから、PCR又はハイブリダイゼーションなど公知の方法により調製することができる。その他、前記DNA情報に基づいて化学合成によっても調製することができる。 The DNA of the present invention is based on the DNA sequence information disclosed in the present specification, for example, bagasse compost produced by mixing sugarcane bagasse with various animal feces, or cultivated land or bagasse compost fertilized with bagasse compost. It can be prepared from the total DNA of soil such as a storage place by a known method such as PCR or hybridization. In addition, it can also be prepared by chemical synthesis based on the DNA information.
また、キシラナーゼ遺伝子には、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)を含む場合があるが、このような変異を有するキシラナーゼ遺伝子も、本発明のDNAに含まれる。また、前記のキシラナーゼの保存的バリアントをコードする遺伝子は、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キシラナーゼ遺伝子の塩基配列を改変することによって取得することができる。また、そのような遺伝子は、公知の突然変異手段、例えば市販の突然変異誘発キットを用いることによっても取得することができる。 In addition, the xylanase gene may include naturally occurring mutations (mutant or variant) such as cases based on individual differences of microorganisms or differences in species. A xylanase gene having such a mutation is also included in the DNA of the present invention. include. In addition, the gene encoding a conservative variant of the above xylanase is, for example, xylanase so that the amino acid residue at a specific site of the encoded protein includes substitution, deletion, insertion or addition by site-directed mutagenesis. It can be obtained by modifying the base sequence of the gene. Such a gene can also be obtained by using a known mutation means such as a commercially available mutagenesis kit.
キシラナーゼと他のペプチドとの融合タンパク質をコードするDNAは、キシラナーゼをコードするDNAと、他のペプチドをコードするDNAとを連結することによって構築することができる。得られたDNAを発現させることによって、融合タンパク質を製造すすることができる。 A DNA encoding a fusion protein of xylanase and another peptide can be constructed by ligating DNA encoding xylanase and DNA encoding another peptide. By expressing the obtained DNA, a fusion protein can be produced.
<2>組換えベクター
本発明の組換えベクターは、キシラナーゼ遺伝子を含む組換えベクターである。キシラナーゼ遺伝子は、キシラナーゼのみをコードするDNAであってもよく、前記融合タンパク質をコードするDNAであってもよい。組換えベクターは、キシラナーゼ遺伝子を含む限り特に制限されず、任意のベクターにキシラナーゼ遺伝子を挿入することによって構築することができる。
<2> Recombinant vector The recombinant vector of the present invention is a recombinant vector containing a xylanase gene. The xylanase gene may be DNA encoding only xylanase, or may be DNA encoding the fusion protein. The recombinant vector is not particularly limited as long as it contains the xylanase gene, and can be constructed by inserting the xylanase gene into any vector.
ベクターは、使用する宿主に応じて適宜選択することができる。宿主としては、エシェリヒア・コリ等のエシェリヒア属細菌、及びコリネ型細菌が挙げられる。コリネ型細菌のベクターとしては、コリネ型細菌で自律複製可能なプラスミド、例えば、特開平3-210184号公報に記載のプラスミドpCRY30;特開平2-72876号公報及び米国特許5,185,262号明細書公報に記載のプラスミドpCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KE及びpCRY3KX;特開平1-191686号公報に記載のプラスミドpCRY2およびpCRY3;特開昭58-67679号公報に記載のpAM330;特開昭58-77895号公報に記載のpHM1519;特開昭58-192900号公報に記載のpAJ655、pAJ611及びpAJ1844;特開昭57-134500号公報に記載のpCG1;特開昭58-35197号公報に記載のpCG2;特開昭57-183799号公報に記載のpCG4およびpCG11等を挙げることができる。
エシェリヒア・コリで発現可能なベクターとしては、pUC19、pUC18、pBR322、pHSG299、pHSG298、pHSG399、pHSG398、RSF1010、pMW119、pMW118、pMW219、pMW218等を用いることが出来る。
The vector can be appropriately selected depending on the host to be used. Examples of the host include Escherichia bacteria such as Escherichia coli, and coryneform bacteria. Examples of coryneform bacterium vectors include plasmids capable of autonomous replication in coryneform bacteria, such as 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; plasmids pCRY2 and pCRY3 described in JP-A-1-91686; pAM330 described in JP-A-58-67679; JP-A-58-77895 PHM1519 described in; pAJ655, pAJ611 and pAJ1844 described in JP-A-58-192900; pCG1 described in JP-A-57-134500; pCG2 described in JP-A-58-35197; Examples include pCG4 and pCG11 described in JP-A-57-183799.
Examples of vectors that can be expressed in Escherichia coli include pUC19, pUC18, pBR322, pHSG299, pHSG298, pHSG399, pHSG398, RSF1010, pMW119, pMW118, pMW219, and pMW218.
ベクターとしては、特に制限されないが、キシラナーゼを宿主細胞内で発現させることができる発現系を含むものが好ましい。そのような発現系としては、例えば、染色体、エピソーム及びウイルスに由来する発現系、より具体的には、細菌プラスミド由来、酵母プラスミド由来のベクター、バクテリオファージ由来、トランスポゾン由来及びこれらの組合せに由来するベクター、例えば、コスミドやファージミドのようなプラスミドとバクテリオファージの遺伝的要素に由来するものを挙げることができる。発現系は発現を起こさせるだけでなく発現を調節する制御配列を含んでいてもよい。 Although it does not restrict | limit especially as a vector, What contains the expression system which can express a xylanase in a host cell is preferable. Examples of such expression systems include, for example, expression systems derived from chromosomes, episomes and viruses, and more specifically derived from bacterial plasmids, yeast plasmids, bacteriophages, transposons and combinations thereof. Vectors such as those derived from plasmids such as cosmids and phagemids and bacteriophage genetic elements can be mentioned. Expression systems may contain control sequences that not only cause expression but also regulate expression.
また、発現系は、分泌シグナルを含む分泌発現系であってもよい。コリネ型細菌の分泌発現系としては、細胞外でタンパク質がフォールディングされるGeneral secretion pathway (Sec系)(WO01/23591参照)と、細胞内でタンパク質がフォールディングされて分泌されるTwin-arginine translocation pathway (Tat系) (WO2005/103278参照)が挙げられる。 The expression system may also be a secretory expression system that includes a secretion signal. The secretory expression system of coryneform bacteria includes the general secretion pathway (Sec system) in which proteins are folded extracellularly (see WO01 / 23591) and the twin-arginine translocation pathway (in which proteins are secreted by folding in cells) Tat type) (see WO2005 / 103278).
<3>形質転換細胞
本発明の形質転換細胞は、本発明のDNA又は組換えベクターを含む。形質転換細胞とは、本発明のDNA又は組換えベクターを宿主細胞に導入することによって得られる細胞を意味し、導入の手法は制限されない。
<3> Transformed Cell The transformed cell of the present invention contains the DNA or recombinant vector of the present invention. A transformed cell means a cell obtained by introducing the DNA or recombinant vector of the present invention into a host cell, and the method of introduction is not limited.
宿主細胞としては、エシェリヒア・コリ等のエシェリヒア・コリ属細菌、コリネバクテリウム・グルタミカム等のコリネ型細菌、ストレプトミセス属細菌等の放線菌、バチルス・サブチリス等のバチルス属細菌、ストレプトコッカス属細菌、スタフィロコッカス属細菌等の原核細胞や、酵母、アスペルギルス等の真菌細胞や、ドロソフィラS2、スポドプテラSf9、カイコ培養細胞等の昆虫細胞や、植物細胞等を挙げることができる。 Host cells include Escherichia coli bacteria such as Escherichia coli, coryneform bacteria such as Corynebacterium glutamicum, actinomycetes such as Streptomyces bacteria, Bacillus bacteria such as Bacillus subtilis, Streptococcus bacteria, Examples include prokaryotic cells such as phylococcus bacteria, fungal cells such as yeast and Aspergillus, insect cells such as Drosophila S2, Spodoptera Sf9, and silkworm cultured cells, and plant cells.
宿主細胞としては、特にエシェリヒア・コリ、コリネ型細菌、および放線菌を含む種々の微生物細胞が挙げられる。エシェリヒア・コリには、一般にクローニングや異種タンパク質の発現によく利用される菌株、例えば、HB101、MC1061、JM109、CJ236、MV1184、及びそれらの誘導体等が含まれる。コリネ型細菌とは好気性のグラム陽性桿菌であり、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統合された細菌を含み(Int. J. Syst. Bacteriol., 41, 255(1981))、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。コリネ型細菌を使用することの利点には、これまでにタンパク質の分泌に好適とされてきたカビ、酵母やバチルス属細菌と比べて本来的に菌体外に分泌されるタンパク質が極めて少なく、目的タンパク質を分泌生産した場合にその精製過程が簡略化、省略化できること、また糖、アンモニアや無機塩等を含む単純な培地で容易に生育するため、培地代や培養方法、培養生産性の点で優れていることが含まれる。 Host cells include various microbial cells, particularly including Escherichia coli, coryneform bacteria, and actinomycetes. Escherichia coli includes strains commonly used for cloning and expression of heterologous proteins, such as HB101, MC1061, JM109, CJ236, MV1184, and derivatives thereof. Coryneform bacteria are aerobic Gram-positive rods and include bacteria that were previously classified as genus Brevibacterium but are now integrated into the genus Corynebacterium (Int. J. Syst. Bacteriol., 41, 255 (1981)), and also includes Brevibacterium, which is very closely related to Corynebacterium. The advantage of using coryneform bacteria is that there are very few proteins that are inherently secreted outside the fungus compared to fungi, yeast and Bacillus bacteria that have been considered suitable for protein secretion. When protein is secreted, its purification process can be simplified and omitted, and it grows easily on a simple medium containing sugar, ammonia, inorganic salts, etc. It includes being excellent.
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・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
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
Examples of such coryneform bacteria include the following.
Corynebacterium acetoacidophilum Corynebacterium acetoglutamicum Corynebacterium alkanolyticum Corynebacterium carnae Corynebacterium glutamicum Corynebacterium lylium Corynebacterium merasecola Corynebacterium thermoaminogenes Coryne Bacterium Herculis Brevibacterium divaricatam Brevibacterium flavum Brevibacterium immariophyllum Brevibacterium lactofermentum Brevibacterium roseum Brevibacterium saccharolyticum Brevibacterium thiogenitalis Corynebacterium・ Ammonia Genes Brevibacterium album Brevibacterium cerinum Microbacteria Ammonia film
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,ATCC13869,FERM BP-734
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・エッフィシエンス 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, AJ12418(FERM BP-2205)
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
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 ATCC6871ATCC6872
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・アンモニアフィラス 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, ATCC13869, FERM BP-734
Corynebacterium lilium ATCC15990
Corynebacterium melasecola ATCC17965
Corynebacterium efficiens AJ12340 (FERM BP-1539)
Corynebacterium herculis ATCC13868
Brevibacterium divaricatam ATCC14020
Brevibacterium flavum ATCC13826, ATCC14067, AJ12418 (FERM BP-2205)
Brevibacterium immariophilum ATCC14068
Brevibacterium lactofermentum ATCC13869
Brevibacterium rose ATCC13825
Brevibacterium saccharolyticum ATCC14066
Brevibacterium thiogenitalis ATCC19240
Corynebacterium ammoniagenes ATCC6871ATCC6872
Brevibacterium album ATCC15111
Brevibacterium cerinum ATCC15112
Microbacterium ammonia philus ATCC15354
とりわけ、野生株コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)ATCC13869よりストレプトマイシン(Sm)耐性変異株として分離したコリネバクテリウム・グルタミカムAJ12036(WO 02/081694参照)は、その親株(野生株)に比べ、タンパク質の分泌に関わる機能遺伝子に変異が存在することが予測され、タンパク質の分泌生産能が至適培養条件下での蓄積量としておよそ2〜3倍と極めて高いため、宿主菌として好適である。 In particular, Corynebacterium glutamicum AJ12036 (see WO 02/081694) isolated as a streptomycin (Sm) -resistant mutant strain from wild-type Corynebacterium glutamicum ATCC 13869 has a protein that is higher than that of its parent strain (wild-type strain). It is predicted that there will be a mutation in the functional gene involved in secretion of the protein, and the protein secretion production ability is extremely high, about 2 to 3 times as the accumulated amount under the optimum culture conditions, and therefore it is suitable as a host fungus.
さらに、このような菌株から細胞表層タンパク質を生産しないように改変した菌株を宿主として使用すれば、培地中に分泌された目的タンパク質の精製が容易となり、特に好ましい。そのような改変は、突然変異または遺伝子組換え法により染色体上の細胞表層タンパク質またはその発現調節領域に変異を導入することにより行うことができる。細胞表層タンパク質を生産しないように改変されたコリネ型細菌としては、AJ12036の細胞表層タンパク質(PS2)破壊株であるコリネバクテリウム・グルタミカムYDK010株が挙げられる(WO 01/23491参照)。 Furthermore, if a strain modified so as not to produce cell surface proteins from such a strain is used as a host, purification of the target protein secreted in the medium is facilitated, which is particularly preferable. Such modification can be performed by introducing a mutation into a cell surface protein on the chromosome or its expression regulatory region by a mutation or gene recombination method. Examples of coryneform bacteria modified so as not to produce cell surface protein include Corynebacterium glutamicum YDK010, which is a cell surface protein (PS2) disruption strain of AJ12036 (see WO 01/23491).
また、枯草菌、酵母、麹菌、放線菌等のタンパク質分泌能を利用して、キシラナーゼを培地中に生産させてもよい。 Further, xylanase may be produced in the medium by utilizing the protein secretory ability of Bacillus subtilis, yeast, koji mold, actinomycetes and the like.
組換え発現ベクターの宿主細胞内への導入方法は、従来の慣用的に用いられている方法により行うことができる。コンピテントセル法、プロトプラスト法、エレクトロポレーション法、マイクロインジェクション法、リポソーム融合法等、種々のものが挙げられる。コリネ型細菌への導入方法としては、具体的には例えば、プロトプラスト法(Gene, 39, 281-286(1985))、エレクトロポレーション法(Bio/Technology, 7, 1067-1070)(1989))等を使用することができるが、これらに限定されない。 The recombinant expression vector can be introduced into the host cell by a conventional and conventionally used method. Examples include a competent cell method, a protoplast method, an electroporation method, a microinjection method, a liposome fusion method, and the like. Specific examples of the method for introduction into coryneform bacteria include, for example, protoplast method (Gene, 39, 281-286 (1985)), electroporation method (Bio / Technology, 7, 1067-1070) (1989)). Etc. can be used, but is not limited thereto.
<3>キシラナーゼの製造法
上記のような形質転換細胞を培地に培養し、得られる培養物からキシラナーゼ活性を有するタンパク質を採取することにより、キシラナーゼを製造することができる。
<3> Method for Producing Xylanase Xylanase can be produced by culturing such transformed cells in a medium and collecting a protein having xylanase activity from the resulting culture.
形質転換体を培養するための培地は公知であり、例えば、E. coliの培養にはLB培地などの栄養培地や、M9培地などの最少培地に炭素源、窒素源、ビタミン源等を添加した培地を用いることができる。形質転換体は宿主に応じて、通常、16〜42℃、好ましくは25〜37℃で5〜168時間、好ましくは8〜72時間培養される。宿主に依存して、振盪培養と静置培養のいずれも可能であるが、必要に応じて攪拌を行ってもよく、通気を行ってもよい。コリネ型細菌を発現宿主として選択する場合は、培地としては、例えばCM2G培地等を用いることができる。また、コリネ型細菌のL−アミノ酸生産における培養条件や、その他Sec系、Tat系のシグナルペプチドを用いたタンパク質の製造法に記載の条件を用いることが出来る(WO01/23591、WO2005/103278参照)。また、キシラナーゼ発現のために誘導型プロモーターを用いた場合は、培地にプロモーター誘導剤を添加して培養を行うこともできる。 Medium for cultivating transformants is known. For example, E. coli culture is supplemented with nutrient medium such as LB medium or minimal medium such as M9 medium with carbon source, nitrogen source, vitamin source, etc. A culture medium can be used. Depending on the host, the transformant is usually cultured at 16 to 42 ° C., preferably 25 to 37 ° C. for 5 to 168 hours, preferably 8 to 72 hours. Depending on the host, either shaking culture or stationary culture is possible, but stirring may be performed as necessary, and aeration may be performed. When a coryneform bacterium is selected as an expression host, for example, a CM2G medium can be used as the medium. In addition, culture conditions for L-amino acid production of coryneform bacteria and other conditions described in the protein production method using Sec and Tat signal peptides can be used (see WO01 / 23591 and WO2005 / 103278). . When an inducible promoter is used for xylanase expression, a promoter inducer can be added to the medium for cultivation.
培養物からキシラナーゼを採取する方法としては、特に制限されず、公知の方法を用いることができる。キシラナーゼが分泌生産された場合は、培養物の培養上清をそのまま使用することもできる。 The method for collecting xylanase from the culture is not particularly limited, and a known method can be used. When xylanase is secreted and produced, the culture supernatant of the culture can be used as it is.
培養上清からキシラナーゼを精製又は単離するには、硫酸アンモニウム沈殿、エタノール等の溶媒沈殿、透析、限外濾過、酸抽出、及び各種クロマトグラフィー、例えばゲル濾過クロマトグラフィー、アニオン又はカチオン交換クロマトグラフィー、ホスホセルロースクロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、ハイドロキシアパタイトクロマトグラフィー及びレクチンクロマトグラフィーを含めた公知の方法が挙げられ、好ましくは、高速液体クロマトグラフィー、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。また、上記アフィニティークロマトグラフィーに用いる担体としては、例えば、キシラナーゼに対する抗体を結合させた担体や、キシラナーゼにペプチドタグを付加した場合は、このペプチドタグに親和性のある物質を結合した担体が挙げられる。また、SDSポリアクリルアミド電気泳動法、等電点電気泳動法等等も用いることができる。キシラナーゼの精製方法は、ペプチド合成の際にも適用することができる。 To purify or isolate xylanase from the culture supernatant, ammonium sulfate precipitation, solvent precipitation such as ethanol, dialysis, ultrafiltration, acid extraction, and various chromatography such as gel filtration chromatography, anion or cation exchange chromatography, Examples include known methods including phosphocellulose chromatography, hydrophobic interaction chromatography, affinity chromatography, hydroxyapatite chromatography, and lectin chromatography, preferably high performance liquid chromatography, or a combination thereof. it can. Examples of the carrier used for the affinity chromatography include a carrier in which an antibody against xylanase is bound, and a carrier in which a peptide tag is attached to xylanase, and a substance having affinity for the peptide tag. . In addition, SDS polyacrylamide electrophoresis, isoelectric focusing, and the like can be used. The purification method of xylanase can also be applied during peptide synthesis.
キシラナーゼを細胞内に蓄積させた場合は、形質転換細胞を破砕し、破砕物の遠心上清から上記と同様にしてキシラナーゼを精製又は単離することができる。例えば、形質転換体の培養終了後、遠心により集菌した菌体を菌体破砕用バッファー(20〜100 mM Tris-HCl(pH8.0)、5mM EDTA)に懸濁し、超音波破砕をBranson MODEL-Sonifier 250のマイクロチップを用い、output control 7,duty cycle 50%で約10分間行うことにより菌体を破砕することができる。この破砕処理液を12000rpmで10分間遠心して上清を得ることができる。また、前記遠心後の沈殿について必要に応じて塩酸グアニジウムまたは尿素などで可溶化したのち更に精製することもできる。 When xylanase is accumulated in cells, transformed cells can be disrupted, and xylanase can be purified or isolated from the centrifuged supernatant of the disrupted product in the same manner as described above. For example, after culturing the transformant, the cells collected by centrifugation are suspended in a cell disruption buffer (20-100 mM Tris-HCl (pH 8.0), 5 mM EDTA), and ultrasonic disruption is performed in Branson MODEL. -Using the Sonifier 250 microchip, the cells can be disrupted by performing output control 7, duty cycle 50% for about 10 minutes. This crushing solution can be centrifuged at 12000 rpm for 10 minutes to obtain a supernatant. The precipitate after centrifugation can be further purified after solubilization with guanidinium hydrochloride or urea, if necessary.
得られたキシラナーゼの酵素活性は、キシランを含むバイオマス、例えばバガスを基質とした糖化試験により確認することが出来る。また精製された酵素の活性測定は、特開2007-54050、特許2759209号、Bailey et al. J. Biotech. 23(1992) 257-270記載の方法によって測定することが出来る。 The enzyme activity of the obtained xylanase can be confirmed by a saccharification test using biomass containing xylan, for example, bagasse. The activity of the purified enzyme can be measured by the method described in JP-A 2007-54050, Japanese Patent No. 2759209, Bailey et al. J. Biotech. 23 (1992) 257-270.
<4>糖液の製造方法
キシラナーゼを、キシランを含むバイオマス資源に反応させることにより、バイオマス資源を分解することができる。また、キシラナーゼとセルラーゼをキシランを含むバイオマス資源に反応させて糖を生成させることにより、糖液を得ることができる。本発明のキシラナーゼはヘミセルラーゼの一種であり、本発明のキシラナーゼに加えて、別のキシラナーゼ又はヘミセルラーゼを用いてもよい。
<4> Method for Producing Sugar Liquid Biomass resources can be decomposed by reacting xylanase with biomass resources containing xylan. A sugar solution can be obtained by reacting xylanase and cellulase with a biomass resource containing xylan to produce sugar. The xylanase of the present invention is a kind of hemicellulase, and in addition to the xylanase of the present invention, another xylanase or hemicellulase may be used.
セルラーゼとは、(1→4)-β-グリコシド結合の加水分解に関与する酵素で、非結晶セルロースを分子内部から切断するエンドグルカナーゼ(EC3.2.1.4)、結晶セルロースの末端から分解し、セロビオースを遊離するエキソグルカナーゼ(セロビオヒドロラーゼ)(EC3.2.1.91)、及び、セロビオース及びセロオリゴ糖の末端からグルコースを生成するβ−グルコシダーゼ(EC3.2.1.21)がある。市販のセルラーゼは、前記活性を含むセルラーゼの混合物として販売されており、Aspergillus niger由来、Trichoderma reesei由来の酵素が利用される場合が多い。Novozymes社のCellic Ctec、Celluclast(Novozymes A/S)、Novozyme188(Novozymes A/S)、及びGenencor社のAccelleraseがコストパフォーマンスに優れ代表的な市販糖化酵素である。その他の市販酵素としては、明治製菓(株)のメイセラーゼなどが挙げられる。セルラーゼの活性測定は、Irwin et al. Biotechnol Bioeng. 42 (1993) 1002-1013を参考に測定できる。 Cellulase is an enzyme involved in the hydrolysis of (1 → 4) -β-glycosidic bonds. It is an endoglucanase (EC3.2.1.4) that cleaves amorphous cellulose from the inside of the molecule. There is an exoglucanase that releases cellobiose (cellobiohydrolase) (EC 3.2.1.91) and β-glucosidase (EC 3.2.1.21) that produces glucose from the ends of cellobiose and cellooligosaccharide. Commercially available cellulases are sold as a mixture of cellulases having the aforementioned activity, and enzymes derived from Aspergillus niger and Trichoderma reesei are often used. Novozymes Cellic Ctec, Celluclast (Novozymes A / S), Novozyme 188 (Novozymes A / S), and Genencor Accellerase are representative commercial saccharifying enzymes with excellent cost performance. As other commercially available enzymes, there may be mentioned Meisserase from Meiji Seika Co., Ltd. Cellulase activity can be measured with reference to Irwin et al. Biotechnol Bioeng. 42 (1993) 1002-1013.
ヘミセルラーゼとは、ヘミセルロースに含まれるグリコシド結合の加水分解に関与する酵素の総称である。ヘミセルロースとは、陸上植物細胞の細胞壁を構成する多糖類のうち、セルロースとペクチン以外のものであり、ヘミセルロース成分にはキシランが多く含まれており、ヘミセルラーゼの主成分は、エンド-1,4-β-キシラナーゼ(EC 3.2.1.8)、及びβ-1,4-キシロシダーゼ(EC 3.2.1.37)等であるが、その他のグルコシド結合加水分解酵素も含まれている。市販のヘミセルラーゼとしては、Novozymes社のCellic Htecが挙げられる。Genencor社や天野エンザイム(株)などからも入手できる。 Hemicellulase is a general term for enzymes involved in hydrolysis of glycosidic bonds contained in hemicellulose. Hemicellulose is a polysaccharide other than cellulose and pectin among the polysaccharides constituting the cell wall of land plant cells. The hemicellulose component contains a large amount of xylan, and the main component of hemicellulase is endo-1,4. -β-xylanase (EC 3.2.1.8), β-1,4-xylosidase (EC 3.2.1.37), etc., but other glucoside bond hydrolases are also included. Commercially available hemicellulases include Cellic Htec from Novozymes. They can also be obtained from Genencor and Amano Enzyme.
バイオマス資源とは、植物や藻類が生産する、ヘミセルロース成分を含むセルロース系及び/又はリグノセルロース系バイオマスを包含し、そのようなバイオマスには、例えば、バガス、木材、ふすま、麦わら、稲わら、もみがら、大豆粕、大豆オカラ、コーヒー粕、コメ糠等が含まれる。本発明においてはバガスを用いることが望ましい。バガスは、サトウキビを搾汁後、残渣として得られる。 Biomass resources include cellulosic and / or lignocellulosic biomass containing hemicellulose components that are produced by plants and algae. Examples of such biomass include bagasse, wood, bran, wheat straw, rice straw, and rice straw. These include potato, soybean meal, soybean okara, coffee cake, rice cake and the like. In the present invention, it is desirable to use bagasse. Bagasse is obtained as a residue after squeezing sugarcane.
バイオマス資源の分解または糖化のための手法としては、公知の方法を用いることが出来る。例えば用いられるバイオマス資源は、乾燥物でも、また湿潤物でもよいが、処理効率を高めるために予め100-1000μmサイズに粉砕されていることが好ましい。この粉砕はボールミル、振動ミル、カッターミル、ハンマーミル等の機械を用いて行うことが出来る。粉砕したバイオマス資源を水性媒体中に懸濁し、本発明のキシラナーゼとセルラーゼを加え、攪拌しながら加温して、バイオマス資源を分解または糖化することが出来る。キシラナーゼとセルラーゼは、バイオマス資源に同時に加えてもよく、キシラナーゼをバイオ資源に加えて反応させた後にセルラーゼを加えて反応させてもよい。
上記方法において、反応液のpHおよび温度は、キシラナーゼ及びセルラーゼが失活しない範囲であればよいが、本発明のキシラナーゼは、前記のとおり、最適反応温度が高く、温度安定性にも優れているため、最適反応温度又はその付近の温度で反応を行うことが好ましい。例えば、一般的に常圧で反応を行う限り、温度は5-95℃、好ましくは25-80℃、より好ましくは50〜75℃、50〜70℃、50〜65℃、又は50〜55℃、pHは1-11好ましくは4-9の範囲でよい。例えば、セルラーゼとしてNovozymes社のCellic Ctecを用いる場合は、35〜55℃、pH4.5〜6.0の条件が挙げられる。酵素量としては、0.1〜0.5%(w/w TS, total solid)が挙げられる。反応時間は、酵素量等により適宜設定することができる。
本発明のキシラナーゼの酵素量は特に制限されず、予備実験を行う等して適宜設定すればよい。
As a method for decomposing or saccharifying biomass resources, a known method can be used. For example, the biomass resource to be used may be a dried product or a wet product, but is preferably pulverized to a size of 100 to 1000 μm in advance in order to increase the processing efficiency. This pulverization can be performed using a machine such as a ball mill, a vibration mill, a cutter mill, or a hammer mill. The pulverized biomass resource can be suspended in an aqueous medium, the xylanase and cellulase of the present invention can be added, and heated with stirring to decompose or saccharify the biomass resource. The xylanase and the cellulase may be added to the biomass resource simultaneously, or the xylanase may be added to the bioresource and reacted, and then the cellulase may be added and reacted.
In the above method, the pH and temperature of the reaction solution may be in a range where xylanase and cellulase are not inactivated. However, as described above, the xylanase of the present invention has a high optimum reaction temperature and excellent temperature stability. Therefore, the reaction is preferably performed at the optimum reaction temperature or a temperature in the vicinity thereof. For example, as long as the reaction is generally carried out at normal pressure, the temperature is 5-95 ° C, preferably 25-80 ° C, more preferably 50-75 ° C, 50-70 ° C, 50-65 ° C, or 50-55 ° C. The pH may range from 1-11, preferably 4-9. For example, when Cellic Ctec of Novozymes is used as the cellulase, the conditions are 35 to 55 ° C. and pH 4.5 to 6.0. Examples of the enzyme amount include 0.1 to 0.5% (w / w TS, total solid). The reaction time can be appropriately set depending on the amount of enzyme and the like.
The enzyme amount of the xylanase of the present invention is not particularly limited, and may be appropriately set by conducting a preliminary experiment.
キシラナーゼとセルラーゼは、バイオマス資源に同時に作用させてもよく、キシラナーゼを作用させた後にセルラーゼを作用させてもよい。また、本発明のキシラナーゼに加えて、別のキシラナーゼ又はヘミセルラーゼを用いてもよい。反応中に、本発明のキシラナーゼ、セルラーゼ及びヘミセルラーゼのいずれか1種又は2種以上を、追添してもよい。 Xylanase and cellulase may act on biomass resources simultaneously, or cellulase may act after xylanase acts. In addition to the xylanase of the present invention, another xylanase or hemicellulase may be used. Any one or more of xylanase, cellulase and hemicellulase of the present invention may be added during the reaction.
上記のようにしてバイオマス資源を分解すると、主としてグルコースが生成するが、キシロース、マンノース、アラビノース等の糖も生成する。得られた糖液は、用途に応じて、さらに化学反応又は酵素反応によって異性化又は分解させてもよい。
得られた糖液は、用途に応じて、そのまま使用することもできるし、水分を除去して乾燥物として使用することもできる。また、糖液中の成分は適宜分画して使用してもよい。分画物には、粗精製物及び精製物も含まれる。精製物としてはグルコースが挙げられる。
When biomass resources are decomposed as described above, glucose is mainly produced, but sugars such as xylose, mannose, and arabinose are also produced. The obtained sugar solution may be further isomerized or decomposed by a chemical reaction or an enzymatic reaction depending on the application.
The obtained sugar solution can be used as it is, or can be used as a dried product after removing moisture. Moreover, you may fractionate and use the component in a sugar liquid suitably. The fraction includes a crude product and a purified product. An example of the purified product is glucose.
<5>目的物質の製造方法
前記方法により得られた糖液又はその分画物は、例えば、発酵法により目的物質の製造における炭素源として用いることができる。目的物質としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ブタンジオール等のアルコールが挙げられる。その他、酢酸、乳酸、プロピオン酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、コハク酸、クエン酸、アミノ酸、核酸が挙げられる。
<5> Method for producing target substance The sugar liquid obtained by the above method or a fraction thereof can be used as a carbon source in the production of the target substance by, for example, fermentation. Examples of the target substance include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, and butanediol. Other examples include acetic acid, lactic acid, propionic acid, 3-hydroxypropionic acid, succinic acid, citric acid, amino acid, and nucleic acid.
特にL−アミノ酸としては、L−リジン、L−オルニチン、L−アルギニン、L−ヒスチジン、L−シトルリン、L−イソロイシン、L−アラニン、L−バリン、L−ロイシン、L−グリシン、L−スレオニン、L−セリン、L−プロリン、L−フェニルアラニン、L−チロシン、L−トリプトファン、L−システイン、L−シスチン、L−メチオニン、L−グルタミン酸、L−アスパラギン酸、L−グルタミン及びL−アスパラギンが挙げられる。 In particular, L-lysine, L-ornithine, L-arginine, L-histidine, L-citrulline, L-isoleucine, L-alanine, L-valine, L-leucine, L-glycine, L-threonine L-serine, L-proline, L-phenylalanine, L-tyrosine, L-tryptophan, L-cysteine, L-cystine, L-methionine, L-glutamic acid, L-aspartic acid, L-glutamine and L-asparagine. Can be mentioned.
また、本発明のL−アミノ酸には上記アミノ酸を出発物質として得られるL−アミノ酸誘導体も含まれ、GABA、p-ヒドロキシ-D-フェニルグリシン、DOPA、コハク酸、リンゴ酸、ピルビン酸が挙げられる。 The L-amino acid of the present invention also includes L-amino acid derivatives obtained using the above amino acids as starting materials, and examples include GABA, p-hydroxy-D-phenylglycine, DOPA, succinic acid, malic acid, and pyruvic acid. .
核酸としては、プリンヌクレオシド、プリンヌクレオチドなどが挙げられる。プリンヌクレオシドには、イノシン、キサントシン、グアノシン、アデノシンなどが含まれ、プリンヌクレオチドには、プリンヌクレオシドの5'−燐酸エステル、例えばイノシン酸(イノシン−5'−リン酸。以下「IMP」ともいう)、キサンチル酸(キサントシン−5'−リン酸。以下「XMP」ともいう)、グアニル酸(グアノシン−5'−モノリン酸。以下「GMP」ともいう)、アデニル酸(アデノシン−5'−モノリン酸。以下「AMP」ともいう)などが含まれる。また、本発明の核酸には、上記核酸を出発物質として得られる核酸誘導体も含まれ、Ara-U(ウラシルアラビノシド)、ZVA(Z-バラシクロビル)等が挙げられる。
本発明により製造される目的物質は、1種でもよく、2種又はそれ以上であってもよい。
Examples of nucleic acids include purine nucleosides and purine nucleotides. Purine nucleosides include inosine, xanthosine, guanosine, adenosine, and the like, and purine nucleotides include 5'-phosphate esters of purine nucleosides, such as inosinic acid (inosine-5'-phosphate, hereinafter also referred to as "IMP"). Xanthylic acid (xanthosine-5′-phosphoric acid; hereinafter also referred to as “XMP”), guanylic acid (guanosine-5′-monophosphoric acid; hereinafter also referred to as “GMP”), adenylic acid (adenosine-5′-monophosphoric acid). (Hereinafter also referred to as “AMP”). The nucleic acid of the present invention also includes nucleic acid derivatives obtained using the above nucleic acid as a starting material, and examples include Ara-U (uracil arabinoside) and ZVA (Z-valacyclovir).
The target substance produced according to the present invention may be one type, or two or more types.
<5−1>目的物質の製造に用いることが出来る微生物
目的物質の製造に用いる微生物は、上記方法で得られる糖、例えばグルコースを資化することができ、目的物質生産能を有し、液体培地で培養したときに培地又は微生物細胞中に目的物質を蓄積させることができる微生物であれば、特に制限されない。蓄積する目的物質の量は、培地から回収できる程度に蓄積できればいずれでもよい。
<5-1> Microorganisms that can be used for the production of the target substance Microorganisms used for the production of the target substance can assimilate the sugar obtained by the above method, for example, glucose, have the ability to produce the target substance, and are liquid The microorganism is not particularly limited as long as it is a microorganism capable of accumulating the target substance in the medium or microbial cells when cultured in the medium. The amount of the target substance to be accumulated may be any as long as it can be accumulated to the extent that it can be recovered from the medium.
本発明に用いる微生物又はそれを育種するための親株としては、エシェリヒア属細菌、パントエア属細菌を代表とする腸内細菌科に属する微生物や、コリネ型細菌等を用いることができる。その他の腸内細菌科に属する微生物としては、エンテロバクター(Enterobacter)属、クレブシエラ(Klebsiella)属、セラチア(Serratia)属、エルビニア(Erwinia)属、サルモネラ(Salmonella)属、モルガネラ(Morganella)属などのγ−プロテオバクテリアに属する腸内細菌が挙げられ、またその他の微生物としては、アリサイクロバチルス(Alicyclobacillus)属細菌、バチルス(Bacillus)属細菌、サッカロマイセス属やキャンディダ属等に属する酵母などが挙げられる。 As the microorganism used in the present invention or a parent strain for breeding it, microorganisms belonging to the family Enterobacteriaceae such as Escherichia bacteria and Pantoea bacteria, coryneform bacteria, and the like can be used. Other microorganisms belonging to the family Enterobacteriaceae include the genus Enterobacter, Klebsiella, Serratia, Erwinia, Salmonella, Morganella, etc. Examples include enterobacteria belonging to γ-proteobacteria, and examples of other microorganisms include bacteria belonging to the genus Alicyclobacillus, bacteria belonging to the genus Bacillus, yeasts belonging to the genus Saccharomyces and Candida. .
エシェリヒア属細菌としては、ナイトハルトらの著書(Neidhardt,F.C.et.al., Escherichia coli and Salmonella Typhimurium, American Society for Microbiology, Washington D.C.,1208, table 1)に挙げられるもの、例えばエシェリヒア・コリ等が利用できる。エシェリヒア・コリの野生株としては、例えばK12株又はその誘導体、エシェリヒア・コリ MG1655株(ATCC No.47076)、及びW3110株(ATCC No.27325)等が挙げられる。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(ATCC)より分譲を受けることができる(住所 ATCC, Address: P.O. Box 1549, Manassas, VA 20108, 1,United States of America)。すなわち、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(http://www.atcc.org/参照)。
Examples of Escherichia bacteria include those listed in the book by Neidhardt et al. (Neidhardt, FCet.al., Escherichia coli and Salmonella Typhimurium, American Society for Microbiology, Washington DC, 1208, table 1), for example, Escherichia coli it can. Examples of wild strains of Escherichia coli include the K12 strain or derivatives thereof, Escherichia coli MG1655 strain (ATCC No. 47076), and W3110 strain (ATCC No. 27325). To obtain these, for example, they can be sold from the American Type Culture Collection (ATCC) (address ATCC, Address: P.O. Box 1549, Manassas,
また、エンテロバクター属細菌としては、エンテロバクター・アグロメランス(Enterobacter agglomerans)、エンテロバクター・アエロゲネス(Enterobacter aerogenes)等、パントエア属細菌としてはパントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)が挙げられる。尚、近年、エンテロバクター・アグロメランスは、16S rRNAの塩基配列解析などにより、パントエア・アグロメランス(Pantoea agglomerans)又はパントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)、パントエア・スチューアルティ(Pantoea stewartii)等に再分類されているものがある。本発明においては、腸内細菌科に分類されるものであれば、エンテロバクター属又はパントエア属のいずれに属するものであってもよい。パントエア・アナナティスを遺伝子工学的手法を用いて育種する場合には、パントエア・アナナティスAJ13355株(FERM BP-6614)、AJ13356株(FERM BP-6615)、AJ13601株(FERM BP-7207)及びそれらの誘導体を用いることができる。これらの株は、分離された当時はエンテロバクター・アグロメランスと同定され、エンテロバクター・アグロメランスとして寄託されたが、上記のとおり、16S rRNAの塩基配列解析などにより、パントエア・アナナティスに再分類されている。 Examples of Enterobacter bacteria include Enterobacter agglomerans, Enterobacter aerogenes, and the like, and Pantoea ananatis is an example of Pantoea bacteria. In recent years, Enterobacter agglomerans has been reclassified as Pantoea agglomerans, Pantoea ananatis, Pantoea stewartii, etc. by 16S rRNA nucleotide sequence analysis. There is something. In the present invention, any substance belonging to the genus Enterobacter or Pantoea may be used as long as it is classified into the family Enterobacteriaceae. Pantoea ananatis AJ13355 strain (FERM BP-6614), AJ13356 strain (FERM BP-6615), AJ13601 strain (FERM BP-7207) and their derivatives when breeding Pantoea ananatis using genetic engineering techniques Can be used. These strains were identified as Enterobacter agglomerans when they were isolated, and deposited as Enterobacter agglomerans, but as described above, they have been reclassified as Pantoea Ananatis by 16S rRNA sequence analysis, etc. .
コリネ型細菌としては、バージーズ・マニュアル・オブ・デターミネイティブ・バクテリオロジー(Bergey's Manual of Determinative Bacteriology)第8版599頁(1974)に定義されている一群の微生物であり、好気性,グラム陽性,非抗酸性,胞子形成能を有しない桿菌に分類される微生物が利用できる。なお、コリネ型細菌は、従来ブレビバクテリウム属に分類されていたが現在はコリネバクテリウム属細菌として統合された細菌(Int.J. Syst. Bacteriol., 41, 255 (1991))、及び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及びミクロバテリウム属細菌を含む。 Coryneform bacteria are a group of microorganisms defined in the Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 8th edition, page 599 (1974), aerobic, Gram-positive, Non-acidic, microorganisms classified as gonococci having no sporulation ability can be used. Coryneform bacteria were previously classified as genus Brevibacterium but are now integrated as Corynebacterium (Int.J. Syst. Bacteriol., 41, 255 (1991)), and coryneform bacteria. Includes Brevibacterium and Microbatterium bacteria that are very closely related to the genus Bacteria.
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・エフィシェンス)
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
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
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 Brevibacterium roseum Brevibacterium saccharolyticum Brevibacterium thiogenitalis Corynebacterium Umm ammoniagenes Brevibacterium album Brevibacterium cerinum Microbacterium ammonia film
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・エッフィシエンス 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, AJ12418(FERM BP-2205)
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ATCC13869)
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 efficiens AJ12340 (FERM BP-1539)
Corynebacterium herculis ATCC13868
Brevibacterium divaricatam ATCC14020
Brevibacterium flavum ATCC13826, ATCC14067, AJ12418 (FERM BP-2205)
Brevibacterium immariophilum ATCC14068
Brevibacterium lactofermentum ATCC13869 (Corynebacterium glutamicum ATCC13869)
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(住所
P.O. Box 1549, Manassas, VA 2010812301 Parklawn Drive, Rockville, Maryland 20852, United States of America)より分譲を受けることができる。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 特許生物寄託センター)(〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に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。また、AJ12418株は、1989年1月5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にFERM BP-2205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。
To get these, for example, American Type Culture Collection (address
PO Box 1549, Manassas, VA 2010812301 Parklawn Drive, Rockville, Maryland 20852, United States of America). 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 Biological Depositary Center) (Ibaraki, 305-8566, Japan) It is deposited under the Budapest Treaty under the accession number of FERM BP-1539 in 1st, 1st East, 1st Street, Tsukuba City. In addition, AJ12418 stock was deposited on January 5, 1989 at the Institute of Biotechnology, Ministry of International Trade and Industry under the contract number FERM BP-2205 under the Budapest Treaty.
バチルス属細菌を用いるときは、バチルス属細菌としては、バチルス・ズブチリス、バチルス・アミロリケファシエンス、バチルス・プミルス等が挙げられる。
バチルス・ズブチリスとしては、バチルス・ズブチリス168 Marburg(ATCC6051)、バチルス・ズブチリスPY79(Plasmid, 1984, 12, 1-9)等が、バチルス・アミロリケファシエンスとしては、バチルス・アミロリケファシエンスT(ATCC23842)、及びバチルス・アミロリケファシエンスN(ATCC23845)等が挙げられる。また、バチルス・プミルスとしては、バチルス・プミルス Gottheil No.3218(ATCC No.21005)(米国特許第3,616,206号)等が挙げられる。
When Bacillus bacteria are used, examples of Bacillus bacteria include Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus pumilus and the like.
Examples of Bacillus subtilis include Bacillus subtilis 168 Marburg (ATCC6051) and Bacillus subtilis PY79 (Plasmid, 1984, 12, 1-9), and examples of Bacillus amyloliquefaciens include Bacillus amyloliquefaciens T ( ATCC 23842), and Bacillus amyloliquefaciens N (ATCC 23845). Examples of Bacillus pumilus include Bacillus pumilus Gottheil No. 3218 (ATCC No. 21005) (US Pat. No. 3,616,206).
以下、上述したような親株にL−アミノ酸又は核酸生産能を付与する方法について述べる。
L−アミノ酸生産能を付与するには、栄養要求性変異株、L−アミノ酸のアナログ耐性株又は代謝制御変異株の取得や、L−アミノ酸の生合成系酵素の発現が増強された組換え株の創製等、従来、コリネ型細菌又はエシェリヒア属細菌等のアミノ酸生産菌の育種に採用されてきた方法を適用することができる(アミノ酸発酵、(株)学会出版センター、1986年5月30日初版発行、第77〜100頁参照)。ここで、L−アミノ酸生産菌の育種において、付与される栄養要求性、アナログ耐性、代謝制御変異等の性質は、単独でもよく、2種又は3種以上であってもよい。また、発現が増強されるL−アミノ酸生合成系酵素も、単独であっても、2種又は3種以上であってもよい。さらに、栄養要求性、アナログ耐性、代謝制御変異等の性質の付与と、生合成系酵素の増強が組み合わされてもよい。
Hereinafter, a method for imparting L-amino acid or nucleic acid-producing ability to the parent strain as described above will be described.
In order to confer L-amino acid-producing ability, an auxotrophic mutant, an L-amino acid analog-resistant strain or a metabolically controlled mutant, and a recombinant strain with enhanced expression of an L-amino acid biosynthetic enzyme Can be applied to the breeding of amino acid-producing bacteria such as coryneform bacteria or Escherichia bacteria (amino acid fermentation, Academic Publishing Center, Inc., May 30, 1986, first edition) Issue, see pages 77-100). Here, in the breeding of L-amino acid-producing bacteria, properties such as auxotrophy, analog resistance, and metabolic control mutation may be used singly or in combination of two or more. In addition, L-amino acid biosynthesis enzymes whose expression is enhanced may be used alone or in combination of two or more. Furthermore, imparting properties such as auxotrophy, analog resistance, and metabolic regulation mutation may be combined with enhancement of biosynthetic enzymes.
L−アミノ酸生産能を有する栄養要求性変異株、アナログ耐性株、又は代謝制御変異株を取得するには、親株又は野生株を通常の変異処理、すなわちX線や紫外線の照射、またはN-メチル-N’-ニトロ-N-ニトロソグアニジン等の変異剤処理などによって処理し、得られた変異株の中から、栄養要求性、アナログ耐性、又は代謝制御変異を示し、かつL−アミノ酸生産能を有するものを選択することによって得ることができる。 In order to obtain an auxotrophic mutant, an analog-resistant mutant, or a metabolically controlled mutant having L-amino acid-producing ability, the parent strain or wild strain is subjected to normal mutation treatment, that is, irradiation with X-rays or ultraviolet rays, or N-methyl. -N'-nitro-N-nitrosoguanidine and other mutants treated, etc. Among the obtained mutant strains, it shows auxotrophy, analog resistance, or metabolic control mutation, and has the ability to produce L-amino acid It can be obtained by selecting what it has.
また、L−アミノ酸生産能の付与又は増強は、遺伝子組換えによって、酵素活性を増強することによっても行うことが出来る。酵素活性の増強は、例えば、L−アミノ酸の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細菌を改変する方法を挙げることができる。遺伝子の発現を増強するための方法としては、遺伝子を含むDNA断片を、適当なプラスミド、例えば微生物内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子を少なくとも含むプラスミドベクターに導入した増幅プラスミドを導入すること、または、これらの遺伝子を染色体上で接合、転移等により多コピー化すること、またこれらの遺伝子のプロモーター領域に変異を導入することにより達成することもできる(国際公開パンフレット第95/34672号参照)。 The L-amino acid-producing ability can also be imparted or enhanced by enhancing enzyme activity by gene recombination. Examples of the enhancement of enzyme activity include a method of modifying a bacterium so that expression of a gene encoding an enzyme involved in L-amino acid biosynthesis is enhanced. As a method for enhancing the expression of a gene, introducing an amplified plasmid in which a DNA fragment containing the gene is introduced into an appropriate plasmid, for example, a plasmid vector containing at least a gene responsible for the replication replication function of the plasmid in a microorganism, Alternatively, these genes can be achieved by making multiple copies on the chromosome by joining, transferring, etc., or by introducing mutations into the promoter regions of these genes (see International Publication No. 95/34672). .
上記増幅プラスミドまたは染色体上に目的遺伝子を導入する場合、これらの遺伝子を発現させるためのプロモーターはコリネ型細菌において機能するものであればいかなるプロモーターであっても良く、用いる遺伝子自身のプロモーターであってもよいし、改変したものでもよい。コリネ型細菌で強力に機能するプロモーターを適宜選択することや、プロモーターの-35、-10領域をコンセンサス配列に近づけることによっても遺伝子の発現量の調節が可能である。以上のような、酵素遺伝子の発現を増強する方法は、国際公開第00/18935号パンフレット、欧州特許出願公開1010755号明細書等に記載されている。 When the target genes are introduced onto the amplification plasmid or chromosome, the promoter for expressing these genes may be any promoter that functions in coryneform bacteria, and the promoter of the gene itself used. Or may be modified. The expression level of the gene can also be controlled by appropriately selecting a promoter that functions strongly in coryneform bacteria, or by bringing the -35 and -10 regions of the promoter closer to the consensus sequence. The method for enhancing the expression of the enzyme gene as described above is described in International Publication No. 00/18935, European Patent Application Publication No. 1010755, and the like.
以下、細菌にL−アミノ酸生産能を付与する方法、及びL−アミノ酸生産能が付与された細菌について例示する。 Hereinafter, a method for imparting L-amino acid-producing ability to bacteria and a bacterium imparted with L-amino acid-producing ability will be exemplified.
L−スレオニン生産菌
L−スレオニン生産能を有する微生物として好ましいものは、L−スレオニン生合成系酵素の1種又は2種以上の活性が増強された細菌が挙げられる。L−スレオニン生合成系酵素としては、アスパルトキナーゼIII(lysC)、アスパルテートセミアルデヒドデヒドロゲナーゼ(asd)、thrオペロンにコードされるアスパルトキナーゼI(thrA)、ホモセリンキナーゼ(thrB)、スレオニンシンターゼ(thrC)、アスパルテートアミノトランスフェラーゼ(アスパルテートトランスアミナーゼ)(aspC)が挙げられる。カッコ内は、その遺伝子の略記号である(以下の記載においても同様)。これらの酵素の中では、アスパルテートセミアルデヒドデヒドロゲナーゼ、アスパルトキナーゼI、ホモセリンキナーゼ、アスパルテートアミノトランスフェラーゼ、及びスレオニンシンターゼが特に好ましい。L−スレオニン生合成系遺伝子は、スレオニン分解が抑制されたエシェリヒア属細菌に導入してもよい。スレオニン分解が抑制されたエシェリヒア属細菌としては、例えば、スレオニンデヒドロゲナーゼ活性が欠損したTDH6株(特開2001-346578号)等が挙げられる。
L-Threonine-Producing Bacteria Preferred microorganisms having L-threonine-producing ability include bacteria having enhanced activity of one or more of L-threonine biosynthetic enzymes. Examples of the L-threonine biosynthesis enzyme include aspartokinase III (lysC), aspartate semialdehyde dehydrogenase (asd), aspartokinase I (thrA) encoded by the thr operon, homoserine kinase (thrB), threonine synthase ( thrC), aspartate aminotransferase (aspartate transaminase) (aspC). The parentheses are abbreviations for the genes (the same applies to the following description). Of these enzymes, aspartate semialdehyde dehydrogenase, aspartokinase I, homoserine kinase, aspartate aminotransferase, and threonine synthase are particularly preferred. The L-threonine biosynthesis gene may be introduced into a bacterium belonging to the genus Escherichia in which threonine degradation is suppressed. Examples of the Escherichia bacterium in which threonine degradation is suppressed include, for example, the TDH6 strain lacking threonine dehydrogenase activity (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-346578).
L−スレオニン生合成系酵素は、最終産物のL−スレオニンによって酵素活性が抑制される。従って、L−スレオニン生産菌を構築するためには、L−スレオニンによるフィードバック阻害を受けないようにL−スレオニン生合成系遺伝子を改変することが望ましい。また、上記thrA、thrB、thrC遺伝子は、スレオニンオペロンを構成しているが、スレオニンオペロンは、アテニュエーター構造を形成しており、スレオニンオペロンの発現は、培養液中のイソロイシン、スレオニンに阻害を受け、アテニュエーションにより発現が抑制される。この改変は、アテニュエーション領域のリーダー配列あるいは、アテニュエーターを除去することにより達成出来る(Lynn, S. P. et al. 1987. J. Mol. Biol. 194:59-69; 国際公開第02/26993号パンフレット; 国際公開第2005/049808号パンフレット参照)。 The enzyme activity of the L-threonine biosynthetic enzyme is suppressed by the final product, L-threonine. Therefore, in order to construct an L-threonine-producing bacterium, it is desirable to modify the L-threonine biosynthetic gene so that it is not subject to feedback inhibition by L-threonine. The thrA, thrB, and thrC genes constitute the threonine operon, but the threonine operon forms an attenuator structure, and the expression of the threonine operon inhibits isoleucine and threonine in the culture medium. The expression is suppressed by attenuation. This modification can be achieved by removing the leader sequence or the attenuator of the attenuation region (Lynn, SP et al. 1987. J. Mol. Biol. 194: 59-69; WO 02/26993). Issue pamphlet; see International Publication No. 2005/049808 pamphlet).
スレオニンオペロンの上流には、固有のプロモーターが存在するが、非天然のプロモーターに置換してもよいし(国際公開第98/04715号パンフレット参照)、スレオニン生合成関与遺伝子の発現がラムダファージのリプレッサーおよびプロモーターにより支配されるようなスレオニンオペロンを構築してもよい。(欧州特許第0593792号明細書参照)また、L−スレオニンによるフィードバック阻害を受けないように細菌を改変するために、α-amino-β-hydroxyvaleric acid (AHV)に耐性な菌株を選抜することも可能である。 A unique promoter exists upstream of the threonine operon, but it may be replaced with a non-natural promoter (see WO98 / 04715), or the expression of a gene involved in threonine biosynthesis is expressed in lambda phage. A threonine operon as governed by a presser and promoter may be constructed. (See European Patent No. 0593792) In order to modify bacteria so that it is not subject to feedback inhibition by L-threonine, a strain resistant to α-amino-β-hydroxyvaleric acid (AHV) may be selected. Is possible.
このようにL−スレオニンによるフィ-ドバック阻害を受けないように改変されたスレオニンオペロンは、宿主内でコピー数が上昇しているか、あるいは強力なプロモーターに連結し、発現量が向上していることが好ましい。コピー数の上昇は、プラスミドによる増幅の他、トランスポゾン、Mu-ファージ等でゲノム上にスレオニンオペロンを転移させることによっても達成出来る。 Thus, the threonine operon modified so as not to receive feedback inhibition by L-threonine has an increased copy number in the host or is linked to a strong promoter to improve the expression level. Is preferred. The increase in copy number can be achieved by transferring the threonine operon onto the genome by transposon, Mu-phage, etc., in addition to amplification by plasmid.
L−スレオニン生合成系酵素以外にも、解糖系、TCA回路、呼吸鎖に関する遺伝子や遺伝子の発現を制御する遺伝子、糖の取り込み遺伝子を強化することも好適である。これらのL−スレオニン生産に効果がある遺伝子としては、トランスヒドロナーゼ(pntAB)遺伝子(欧州特許733712号明細書)、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子(pepC)(国際公開第95/06114号パンフレット)、ホスホエノールピルビン酸シンターゼ遺伝子(pps)(欧州特許第877090号明細書)、コリネ型細菌あるいはバチルス属細菌のピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子(国際公開第99/18228号パンフレット、欧州出願公開第1092776号明細書)が挙げられる。 In addition to the L-threonine biosynthetic enzyme, it is also preferable to enhance a glycolytic system, a TCA cycle, a gene related to the respiratory chain, a gene that controls gene expression, and a sugar uptake gene. Examples of these genes effective for L-threonine production include transhydronase (pntAB) gene (European Patent No. 733712), phosphoenolpyruvate carboxylase gene (pepC) (International Publication No. 95/06114 pamphlet), Phosphoenolpyruvate synthase gene (pps) (European Patent No. 877090), pyruvate carboxylase gene of Coryneform bacterium or Bacillus genus bacteria (International Publication No. 99/18228, European Patent Publication No. 1092776) Is mentioned.
また、L−スレオニンに耐性を付与する遺伝子、L−ホモセリンに耐性を付与する遺伝子の発現を強化することや、宿主にL−スレオニン耐性、L−ホモセリン耐性を付与することも好適である。耐性を付与する遺伝子としては、rhtA遺伝子(Livshits, V. A. et al. 2003. Res. Microbiol. 154:123-135)、rhtB遺伝子(欧州特許出願公開第0994190号明細書)、rhtC遺伝子(欧州特許出願公開第1013765号明細書)、yfiK、yeaS遺伝子(欧州特許出願公開第1016710号明細書)が挙げられる。また宿主にL−スレオニン耐性を付与する方法は、欧州特許出願公開第0994190号明細書や、国際公開第90/04636号パンフレット記載の方法を参照出来る。 It is also preferable to enhance the expression of a gene imparting resistance to L-threonine and a gene conferring resistance to L-homoserine, or imparting L-threonine resistance and L-homoserine resistance to the host. Examples of genes that confer resistance include rhtA gene (Livshits, VA et al. 2003. Res. Microbiol. 154: 123-135), rhtB gene (European Patent Application Publication No. 0994190), rhtC gene (European patent application) Publication No. 1013765), yfiK, yeaS gene (European Patent Application Publication No. 1016710). For methods for imparting L-threonine resistance to a host, the methods described in European Patent Application Publication No. 0994190 and International Publication No. 90/04636 can be referred to.
L−スレオニン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、E. coli TDH-6/pVIC40 (VKPM B-3996) (米国特許第5,175,107号、米国特許第5,705,371号)、E. coli 472T23/pYN7 (ATCC 98081) (米国特許第5,631,157号)、E. coli NRRL-21593 (米国特許第5,939,307号)、E. coli FERM BP-3756 (米国特許第5,474,918号)、E. coli FERM BP-3519及びFERM BP-3520 (米国特許第5,376,538号)、E. coli MG442 (Gusyatiner et al., 1978. Genetika (in Russian), 14: 947-956)、E. coli VL643及びVL2055 (欧州特許出願公開第1149911号)などのエシェリヒア属に属する株が挙げられるが、これらに限定されない。 Examples of L-threonine producing bacteria or parent strains for deriving them include E. coli TDH-6 / pVIC40 (VKPM B-3996) (US Pat. No. 5,175,107, US Pat. No. 5,705,371), E. coli 472T23 / pYN7 (ATCC 98081) (U.S. Pat.No. 5,631,157), E. coli NRRL-21593 (U.S. Pat.No. 5,939,307), E. coli FERM BP-3756 (U.S. Pat.No. 5,474,918), E. coli FERM BP-3519 And FERM BP-3520 (U.S. Pat.No. 5,376,538), E. coli MG442 (Gusyatiner et al., 1978. Genetika (in Russian), 14: 947-956), E. coli VL643 and VL2055 (European Patent Application No. Strains belonging to the genus Escherichia, such as, but not limited to, 1149911).
TDH-6株はthrC遺伝子を欠損し、スクロース資化性であり、また、そのilvA遺伝子がリーキー(leaky)変異を有する。この株はまた、rhtA遺伝子に、高濃度のスレオニンまたはホモセリンに対する耐性を付与する変異を有する。B-3996株は、RSF1010由来ベクターに、変異thrA遺伝子を含むthrA*BCオペロンを挿入したプラスミドpVIC40を保持する。この変異thrA遺伝子は、スレオニンによるフィードバック阻害が実質的に解除されたアスパルトキナーゼホモセリンデヒドロゲナーゼIをコードする。B-3996株は、1987年11月19日、オールユニオン・サイエンティフィック・センター・オブ・アンチビオティクス(Nagatinskaya Street 3-A, 117105 Moscow, Russia)に、受託番号RIA 1867で寄託されている。この株は、また、1987年4月7日、ロシアン・ナショナル・コレクション・オブ・インダストリアル・マイクロオルガニズムズ(VKPM) (1 Dorozhny proezd., 1 Moscow 117545, Russia) に、受託番号B-3996で寄託されている。 The TDH-6 strain lacks the thrC gene and is sucrose-utilizing, and the ilvA gene has a leaky mutation. This strain also has a mutation in the rhtA gene that confers resistance to high concentrations of threonine or homoserine. The B-3996 strain carries the plasmid pVIC40 in which the thrA * BC operon containing the mutated thrA gene is inserted into the RSF1010-derived vector. This mutant thrA gene encodes aspartokinase homoserine dehydrogenase I which is substantially desensitized to feedback inhibition by threonine. B-3996 shares were deposited with the accession number RIA 1867 at the All Union Scientific Center of Antibiotics (Nagatinskaya Street 3-A, 117105 Moscow, Russia) on November 19, 1987 . This strain was also deposited with the Russian National Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) (1 Dorozhny proezd., 1 Moscow 117545, Russia) on 7 April 1987 under the accession number B-3996. Has been.
E. coli VKPM B-5318 (EP 0593792B)も、L−スレオニン生産菌又はそれを誘導するための親株として使用できる。B-5318株は、イソロイシン非要求性であり、プラスミドpVIC40中のスレオニンオペロンの制御領域が、温度感受性ラムダファージC1リプレッサー及びPRプロモーターにより置換されている。VKPM B-5318は、1990年5月3日、ロシアン・ナショナル・コレクション・オブ・インダストリアル・マイクロオルガニズムズ(VKPM)(1 Dorozhny proezd., 1 Moscow 117545, Russia) に、受託番号VKPM B-5318で国際寄託されている。 E. coli VKPM B-5318 (EP 0593792B) can also be used as an L-threonine producing bacterium or a parent strain for inducing it. The B-5318 strain is isoleucine non-required, and the control region of the threonine operon in the plasmid pVIC40 is replaced by a temperature sensitive lambda phage C1 repressor and a PR promoter. VKPM B-5318 was assigned to Russian National Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) (1 Dorozhny proezd., 1 Moscow 117545, Russia) on May 3, 1990 under the accession number VKPM B-5318. Has been deposited internationally.
エシェリヒア・コリのアスパルトキナーゼホモセリンデヒドロゲナーゼIをコードするthrA遺伝子はGenBank Accession No. U00096で登録されているエシェリヒア・コリMG1655株のゲノム配列上の塩基番号337〜2,799に位置し、GenBank accession No. AAC73113にて登録されているタンパク質をコードする遺伝子である。エシェリヒア・コリのホモセリンキナーゼをコードするthrB遺伝子はGenBank Accession No. U00096で登録されているエシェリヒア・コリMG1655株のゲノム配列上の塩基番号2,801〜3,733に位置し、GenBank accession No. AAC73114にて登録されているタンパク質をコードする遺伝子である。エシェリヒア・コリのスレオニンシンターゼをコードするthrC遺伝子はGenBank Accession No. U00096で登録されているエシェリヒア・コリMG1655株のゲノム配列上の塩基番号3,734〜5,020に位置し、GenBank accession No. AAC73115にて登録されているタンパク質をコードする遺伝子である。これら3つの遺伝子は、リーダーペプチドをコードするthrL遺伝子の下流に、thrLABCからなるスレオニンオペロンとしてコードされている。スレオニンオペロンの発現を増大させるには、転写に影響するアテニュエーター領域を、好ましくは、オペロンから除去することが有効である(国際公開第2005/049808号、国際公開第2003/097839号)。 The thrA gene encoding Escherichia coli aspartokinase homoserine dehydrogenase I is located at base numbers 337 to 2,799 on the genome sequence of Escherichia coli MG1655 registered under GenBank Accession No. U00096, and GenBank accession No. AAC73113 It is a gene encoding a protein registered in. The thrB gene encoding homoserine kinase of Escherichia coli is located at base numbers 2,801-3,733 on the genome sequence of Escherichia coli MG1655 strain registered in GenBank Accession No. U00096, and is registered by GenBank accession No. AAC73114 It is a gene that encodes the protein. The thrC gene encoding the threonine synthase of Escherichia coli is located at base numbers 3,734-5,020 on the genome sequence of Escherichia coli MG1655 strain registered in GenBank Accession No. U00096, and is registered under GenBank accession No. AAC73115 It is a gene that encodes the protein. These three genes are encoded as a threonine operon consisting of thrLABC downstream of the thrL gene encoding the leader peptide. In order to increase the expression of the threonine operon, it is effective to remove the attenuator region that affects transcription, preferably from the operon (WO 2005/049808, WO2003 / 097839).
スレオニンによるフィードバック阻害に耐性のアスパルトキナーゼホモセリンデヒドロゲナーゼIをコードする変異thrA遺伝子、ならびに、thrB遺伝子及びthrC遺伝子は、スレオニン生産株E. coli VKPM B-3996に存在する周知のプラスミドpVIC40から一つのオペロンとして取得できる。プラスミドpVIC40の詳細は、米国特許第5,705,371号に記載されている。 The mutant thrA gene encoding aspartokinase homoserine dehydrogenase I, which is resistant to feedback inhibition by threonine, and the thrB and thrC genes are one operon from the well-known plasmid pVIC40 present in the threonine producing strain E. coli VKPM B-3996. Can be obtained as Details of plasmid pVIC40 are described in US Pat. No. 5,705,371.
rhtA遺伝子は、ホモセリン及びスレオニンに耐性を与える遺伝子(rht: resistant to threonine/homoserine)として取得されたGenBank Accession No. U00096で登録されているエシェリヒア・コリMG1655株のゲノム配列上の塩基番号848,433〜849,320(相補鎖)に位置し、GenBank accession No. AAC73900にて登録されているタンパク質をコードする遺伝子である。また、rthAの発現を向上させるrhtA23変異が、ATG開始コドンに対して-1位のG→A置換であることが判明している(Livshits, V. A. et al. 2003. Res Microbiol. 154:123-135、欧州特許出願公開第1013765号)。 The rhtA gene has nucleotide numbers 848,433 to 849,320 on the genome sequence of Escherichia coli MG1655 strain registered under GenBank Accession No. U00096 acquired as a gene that gives resistance to homoserine and threonine (rht: resistant to threonine / homoserine). It is a gene encoding a protein located in (complementary strand) and registered in GenBank accession No. AAC73900. It has also been found that the rhtA23 mutation that improves the expression of rthA is a G → A substitution at position −1 relative to the ATG start codon (Livshits, VA et al. 2003. Res Microbiol. 154: 123- 135, European Patent Application No. 1013765).
エシェリヒア・コリのasd遺伝子はGenBank Accession No. U00096で登録されているエシェリヒア・コリMG1655株のゲノム配列上の塩基番号3,571,798〜 3,572,901(相補鎖)に位置し、GenBank accession No. AAC76458にて登録されているタンパク質をコードする遺伝子である。遺伝子の塩基配列に基づいて作製されたプライマーを用いるPCRにより得ることができる(White, T. J. et al. 1989. Trends Genet. 5: 185-189.参照)。他の微生物のasd遺伝子も同様に得ることができる。 The asd gene of Escherichia coli is located at base numbers 3,571,798-3,572,901 (complementary strand) on the genome sequence of Escherichia coli MG1655 strain registered in GenBank Accession No. U00096, and is registered in GenBank accession No. AAC76458 It is a gene that encodes a protein. It can be obtained by PCR using primers prepared based on the nucleotide sequence of the gene (see White, T. J. et al. 1989. Trends Genet. 5: 185-189.). The asd gene of other microorganisms can be obtained similarly.
また、エシェリヒア・コリのaspC遺伝子はGenBank Accession No. U00096で登録されているエシェリヒア・コリMG1655株のゲノム配列上の塩基番号983,742〜984,932(相補鎖)に位置し、GenBank accession No. AAC74014にて登録されているタンパク質をコードする遺伝子であり、PCRにより得ることができる。他の微生物のaspC遺伝子も同様に得ることができる。 In addition, the aspC gene of Escherichia coli is located at base numbers 983, 742 to 984,932 (complementary strands) on the genome sequence of Escherichia coli MG1655 registered in GenBank Accession No. U00096, and is registered in GenBank accession No. AAC74014 It is a gene that encodes a protein that can be obtained by PCR. The aspC gene of other microorganisms can be obtained similarly.
L−リジン生産菌
以下、L−リジン生産菌及びその構築方法を例として示す。
例えば、L−リジン生産能を有する株としては、L−リジンアナログ耐性株又は代謝制御変異株が挙げられる。L−リジンアナログの例としては、オキサリジン、リジンヒドロキサメート、S−(2−アミノエチル)−L−システイン(以下、「AEC」と略記することがある。)、γ−メチルリジン、α−クロロカプロラクタムなどが挙げられるが、これらに限定されない。これらのリジンアナログに対して耐性を有する変異株は、腸内細菌科に属する細菌やコリネ型細菌を通常の人工変異処理に付すことによって得ることができる。L−リジン生産菌として具体的には、エシェリヒア・コリAJ11442株(FERM BP-1543、NRRL B-12185;特開昭56-18596号公報及び米国特許第4346170号明細書参照)、エシェリヒア・コリ VL611株(特開2000-189180号公報)等が挙げられる。また、エシェリヒア・コリのL−リジン生産菌として、WC196株(国際公開第96/17930号パンフレット参照)を用いることも出来る。
L-lysine-producing bacteria Hereinafter, L-lysine-producing bacteria and their construction methods are shown as examples.
For example, L-lysine analog resistant strains or metabolic control mutants can be mentioned as strains having L-lysine producing ability. Examples of L-lysine analogs include oxalysine, lysine hydroxamate, S- (2-aminoethyl) -L-cysteine (hereinafter sometimes abbreviated as “AEC”), γ-methyllysine, α-chloro. Although caprolactam etc. are mentioned, it is not limited to these. Mutants having resistance to these lysine analogs can be obtained by subjecting bacteria belonging to the family Enterobacteriaceae or coryneform bacteria to ordinary artificial mutation treatment. Specific examples of L-lysine-producing bacteria include Escherichia coli AJ11442 (FERM BP-1543, NRRL B-12185; see JP-A-56-18596 and US Pat. No. 4,346,170), Escherichia coli VL611. Strains (JP 2000-189180 A) and the like. In addition, WC196 strain (see International Publication No. 96/17930 pamphlet) can also be used as an L-lysine producing bacterium of Escherichia coli.
また、L−リジン生合成系の酵素活性を上昇させることによっても、L−リジン生産菌を構築することが出来る。これらの酵素活性の上昇は、酵素をコードする遺伝子のコピー数を細胞内で上昇させること、または発現調節配列を改変することによって達成できる。 An L-lysine producing bacterium can also be constructed by increasing the enzyme activity of the L-lysine biosynthesis system. These increases in enzyme activity can be achieved by increasing the copy number of the gene encoding the enzyme in the cell or by modifying the expression regulatory sequence.
遺伝子の発現を増強するための改変は、例えば、遺伝子組換え技術を利用して、細胞中の遺伝子のコピー数を高めることによって行うことができる。例えばgapA遺伝子を含むDNA断片を、宿主細菌で機能するベクター、好ましくはマルチコピー型のベクターと連結して組換えDNAを作製し、これを細菌に導入して形質転換すればよい。 The modification for enhancing the expression of the gene can be performed, for example, by increasing the copy number of the gene in the cell using a gene recombination technique. For example, a DNA fragment containing the gapA gene may be ligated with a vector that functions in a host bacterium, preferably a multicopy vector, to produce a recombinant DNA, which is introduced into the bacterium and transformed.
遺伝子のコピー数を高めることは、上述のような遺伝子を細菌のゲノムDNA上に多コピー存在させることによっても達成できる。細菌のゲノムDNA上に遺伝子を多コピーで導入するには、ゲノムDNA上に多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。ゲノム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。また、ゲノム上に存在するgapA遺伝子の横に、それぞれの遺伝子をタンデムに連結させてもよいし、ゲノム上の不要な遺伝子上に重複して組み込んでもよい。これらの遺伝子導入は、温度感受性ベクターを用いて、あるいはintegrationベクターを用いて達成することが出来る。 Increasing the copy number of a gene can also be achieved by having multiple copies of the above gene on the bacterial genomic DNA. In order to introduce a gene in multiple copies on bacterial genomic DNA, homologous recombination is performed using a sequence present in multiple copies on the genomic DNA as a target. As a sequence present in multiple copies on genomic DNA, repetitive DNA and inverted repeats present at the end of a transposable element can be used. In addition, each gene may be linked in tandem beside the gapA gene present on the genome, or may be redundantly incorporated on an unnecessary gene on the genome. These gene introductions can be achieved using a temperature sensitive vector or using an integration vector.
あるいは、特開平2-109985号公報に開示されているように、遺伝子をトランスポゾンに搭載してこれを転移させてゲノムDNA上に多コピー導入することも可能である。ゲノム上に遺伝子が転移したことの確認は、遺伝子の一部をプローブとして、サザンハイブリダイゼーションを行うことによって確認出来る。 Alternatively, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-109985, a gene can be mounted on a transposon and transferred to introduce multiple copies onto genomic DNA. Confirmation of gene transfer on the genome can be confirmed by Southern hybridization using a part of the gene as a probe.
さらに、遺伝子の発現の増強は、上記した遺伝子コピー数の増幅以外に、国際公開00/18935号パンフレットに記載した方法で、ゲノムDNA上またはプラスミド上の遺伝子の各々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や、各遺伝子の−35、−10領域をコンセンサス配列に近づけること、遺伝子の発現を上昇させるようなレギュレーターを増幅すること、又は、遺伝子の発現を低下させるようなレギュレーターを欠失または弱化させることによっても達成される。例えば、lacプロモーター、trpプロモーター、trcプロモーター、tacプロモーター、araBAプロモーター、ラムダファージのPRプロモーター、PLプロモーター、tetプロモーター、T7プロモーター、φ10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。また、gapA遺伝子のプロモーター領域、SD領域に塩基置換等を導入し、より強力なものに改変することも可能である。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。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ー、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。遺伝子のプロモーター等の発現調節領域は、プロモーター検索ベクターやGENETYX等の遺伝子解析ソフトを用いて決定することも出来る。これらのプロモーター置換または改変により遺伝子の発現が強化される。発現調節配列の置換は、例えば温度感受性プラスミドを用いた方法や、Redドリブンインテグレーション法(WO2005/010175)を使用することが出来る。 Furthermore, in addition to the amplification of the gene copy number described above, the gene expression can be enhanced by the method described in the pamphlet of International Publication No. 00/18935 using expression control sequences such as each promoter of the gene on genomic DNA or plasmid. Regulators that replace powerful genes, bring the -35 and -10 regions of each gene closer to the consensus sequence, amplify regulators that increase gene expression, or reduce gene expression It can also be achieved by deleting or weakening. For example, lac promoter, trp promoter, trc promoter, tac promoter, araBA promoter, lambda phage PR promoter, PL promoter, tet promoter, T7 promoter, φ10 promoter and the like are known as strong promoters. It is also possible to introduce a base substitution or the like into the promoter region or SD region of the gapA gene and modify it to a stronger one. 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) and the like. In addition, it is known that the substitution of several nucleotides in the spacer between the ribosome binding site (RBS) and the start codon, particularly in the sequence immediately upstream of the start codon, greatly affects the translation efficiency of mRNA, These can be modified. Expression regulatory regions such as gene promoters can also be determined using a promoter search vector or gene analysis software such as GENETYX. These promoter substitutions or modifications enhance gene expression. For example, a method using a temperature-sensitive plasmid or a Red driven integration method (WO2005 / 010175) can be used to replace the expression regulatory sequence.
L−リジン生合成系酵素をコードする遺伝子としては、ジヒドロジピコリン酸合成酵素遺伝子(dapA)、アスパルトキナーゼ遺伝子(lysC)、ジヒドロジピコリン酸レダクターゼ遺伝子(dapB)、ジアミノピメリン酸脱炭酸酵素遺伝子(lysA)、ジアミノピメリン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子(ddh)(以上、国際公開第96/40934号パンフレット)、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子(ppc) (特開昭60-87788号公報)、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ遺伝子(aspC)(特公平6-102028号公報)、ジアミノピメリン酸エピメラーゼ遺伝子(dapF)(特開2003-135066号公報)、アスパラギン酸セミアルデヒド脱水素酵素遺伝子(asd)(国際公開第00/61723号パンフレット)等のジアミノピメリン酸経路の酵素の遺伝子、あるいはホモアコニット酸ヒドラターゼ遺伝子(特開2000-157276号公報)等のアミノアジピン酸経路の酵素等の遺伝子が挙げられる。また、親株は、エネルギー効率に関与する遺伝子(cyo) (EP 1170376 A)、ニコチンアミドヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼをコードする遺伝子(pntAB) (米国特許第5,830,716号)、L−リジン排出活性を有するタンパク質をコードするybjE遺伝子(WO2005/073390)、グルタミン酸デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子(gdhA)( Valle F. et al. 1983. Gene 23:199-209)、または、これらの任意の組み合わせの遺伝子の発現レベルが増大していてもよい。カッコ内は、それらの遺伝子の略記号である。 Examples of genes encoding L-lysine biosynthesis enzymes include dihydrodipicolinate synthase gene (dapA), aspartokinase gene (lysC), dihydrodipicolinate reductase gene (dapB), and diaminopimelate decarboxylase gene (lysA). , Diaminopimelate dehydrogenase gene (ddh) (international publication No. 96/40934 pamphlet), phosphoenolpyruvate carboxylase gene (ppc) (Japanese Patent Laid-Open No. 60-87788), aspartate aminotransferase gene (aspC) ( Japanese Patent Publication No.6-102028), diaminopimelate epimerase gene (dapF) (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-135066), aspartate semialdehyde dehydrogenase gene (asd) (WO 00/61723 pamphlet), etc. Gene of enzyme of acid pathway or homoaconite hydratase gene ( It includes genes such as enzymes of aminoadipic acid pathway Open Patent Laid-open No. 2000-157276) and the like. Further, the parent strain encodes a gene involved in energy efficiency (cyo) (EP 1170376 A), a gene encoding nicotinamide nucleotide transhydrogenase (pntAB) (US Pat. No. 5,830,716), and a protein having L-lysine excretion activity. The expression level of the ybjE gene (WO2005 / 073390), the gene encoding glutamate dehydrogenase (gdhA) (Valle F. et al. 1983. Gene 23: 199-209), or any combination of these It may be. In parentheses are abbreviations for these genes.
エシェリヒア・コリ由来の野生型ジヒドロジピコリン酸合成酵素はL−リジンによるフィードバック阻害を受けることが知られており、エシェリヒア・コリ由来の野生型アスパルトキナーゼはL−リジンによる抑制及びフィードバック阻害を受けることが知られている。したがって、dapA遺伝子及びlysC遺伝子を用いる場合、これらの遺伝子は、L−リジンによるフィードバック阻害を受けない変異型遺伝子であることが好ましい。 Wild-type dihydrodipicolinate synthase derived from Escherichia coli is known to undergo feedback inhibition by L-lysine, and wild-type aspartokinase derived from Escherichia coli undergoes inhibition and feedback inhibition by L-lysine. It has been known. Therefore, when using the dapA gene and the lysC gene, these genes are preferably mutant genes that are not subject to feedback inhibition by L-lysine.
L−リジンによるフィードバック阻害を受けない変異型ジヒドロジピコリン酸合成酵素をコードするDNAとしては、118位のヒスチジン残基がチロシン残基に置換された配列を有するタンパク質をコードするDNAが挙げられる。また、L−リジンによるフィードバック阻害を受けない変異型アスパルトキナーゼをコードするDNAとしては、352位のスレオニン残基がイソロイシン残基に置換、323位のグリシン残基がアスパラギン残基に置換、318位のメチオニンがイソロイシンに置換された配列を有するAKIIIをコードするDNAが挙げられる(これらの変異体については米国特許第5661012号及び第6040160号明細書参照)。変異型DNAはPCRなどによる部位特異的変異法により取得することができる。 Examples of DNA encoding a mutant dihydrodipicolinate synthase that is not subject to feedback inhibition by L-lysine include DNA encoding a protein having a sequence in which the histidine residue at position 118 is substituted with a tyrosine residue. As a DNA encoding a mutant aspartokinase that is not subject to feedback inhibition by L-lysine, the threonine residue at position 352 is replaced with an isoleucine residue, the glycine residue at position 323 is replaced with an asparagine residue, 318 Examples include DNA encoding AKIII having a sequence in which the methionine at the position is replaced with isoleucine (see US Pat. Nos. 5,610,010 and 6,040,160 for these variants). Mutant DNA can be obtained by site-specific mutagenesis such as PCR.
なお、変異型変異型ジヒドロジピコリン酸合成酵素をコードする変異型dapA及び変異型アスパルトキナーゼをコードする変異型lysCを含むプラスミドとして、広宿主域プラスミドRSFD80、pCAB1、pCABD2が知られている(米国特許第6040160号明細書)。同プラスミドで形質転換されたエシェリヒア・コリ JM109株(米国特許第6040160号明細書)は、AJ12396と命名され、同株は1993年10月28日に通産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 特許生物寄託センター)に受託番号FERM P-13936として寄託され、1994年11月1日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、FERM BP-4859の受託番号のもとで寄託されている。RSFD80は、AJ12396株から、公知の方法によって取得することができる。 Wide host range plasmids RSFD80, pCAB1, and pCABD2 are known as plasmids containing mutant dapA encoding mutant mutant dihydrodipicolinate synthase and mutant lysC encoding mutant aspartokinase (USA) Patent No. 6040160). The Escherichia coli JM109 strain (US Pat. No. 6,040,160) transformed with this plasmid was named AJ12396, and this strain was established on 28 October 1993 at the Institute of Biotechnology, Ministry of International Trade and Industry (METI). Deposited at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) as deposit number FERM P-13936, transferred to an international deposit based on the Budapest Treaty on November 1, 1994, with the deposit number of FERM BP-4859 It is deposited with. RSFD80 can be obtained from AJ12396 strain by a known method.
L−リジン生産において、このような酵素としては、ホモセリンデヒドロゲナーゼ、リジンデカルボキシラーゼ(cadA, ldcC)、マリックエンザイム等があり、該酵素の活性が低下または欠損した株は国際公開第WO95/23864号、第WO96/17930号パンフレット、第WO2005/010175号パンフレットなどに記載されている。 In the production of L-lysine, examples of such enzymes include homoserine dehydrogenase, lysine decarboxylase (cadA, ldcC), malic enzyme, and the like, and a strain in which the activity of the enzyme is reduced or deleted is disclosed in WO95 / 23864, It is described in WO96 / 17930 pamphlet, WO2005 / 010175 pamphlet and the like.
リジンデカルボキシラーゼ活性を低下または欠損させるためには、リジンデカルボキシラーゼをコードするcadA遺伝子とldcC遺伝子の両方の発現を低下させることが好ましい。両遺伝子の発現低下は、WO2006/078039号パンフレットに記載の方法に従って行うことができる。 In order to reduce or eliminate lysine decarboxylase activity, it is preferable to reduce the expression of both the cadA gene and ldcC gene encoding lysine decarboxylase. Decrease in the expression of both genes can be performed according to the method described in WO2006 / 078039 pamphlet.
これらの酵素活性を低下あるいは欠損させる方法としては、通常の変異処理法又は遺伝子組換え技術によって、ゲノム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。このような変異の導入は、例えば、遺伝子組換えによって、ゲノム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、ゲノム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)、一〜二塩基付加・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(Wang, J. P. et al. 2006. J. Agric. Food Chem. 54: 9405-9410; Winkler, W. C. 2005. Curr. Opin. Chem. Biol. 9: 594-602; Qiu, Z. and Goodman, M. F. 1997. J. Biol. Chem. 272: 8611-8617; Wente, S. R. and Schachman, H. K. 1991. J. Biol. Chem. 266: 20833-20839)。また、コード領域の全体又は一部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、該遺伝子でゲノム上の正常遺伝子を置換すること、又はトランスポゾン、IS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。 As a method for reducing or eliminating these enzyme activities, a mutation that reduces or eliminates the activity of the enzyme in the cell is applied to the gene of the enzyme on the genome by a usual mutation treatment method or gene recombination technique. What is necessary is just to introduce. Such mutations can be introduced, for example, by deleting a gene encoding an enzyme on the genome by genetic recombination or by modifying an expression regulatory sequence such as a promoter or Shine-Dalgarno (SD) sequence. Achieved. Also, introducing amino acid substitution (missense mutation) into the region encoding the enzyme on the genome, introducing a stop codon (nonsense mutation), or introducing a frameshift mutation that adds or deletes one or two bases. It can also be achieved by deleting a part or the entire region of the gene (Wang, JP et al. 2006. J. Agric. Food Chem. 54: 9405-9410; Winkler, WC 2005. Curr. Opin. Chem. Biol. 9: 594-602; Qiu, Z. and Goodman, MF 1997. J. Biol. Chem. 272: 8611-8617; Wente, SR and Schachman, HK 1991. J. Biol. Chem. 266: 20833-20839 ). Also, construct a gene that encodes a mutant enzyme in which all or part of the coding region has been deleted, and replace the normal gene on the genome with the gene by homologous recombination, etc. By introducing it into the gene, the enzyme activity can be reduced or eliminated.
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で腸内細菌科に属する細菌に形質転換し、変異型遺伝子とゲノム上の遺伝子で組換えを起こさせることにより、ゲノム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は、「Redドリブンインテグレーション(Red-driven integration)」と呼ばれる方法(Datsenko, K. A, and Wanner, B. L. 2000. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 97:6640-6645)、Redドリブンインテグレーション法とλファージ由来の切り出しシステム(Cho, E. H., Gumport, R. I., Gardner, J. F. J. 2002. Bacteriol. 184: 5200-5203)とを組合わせた方法(WO2005/010175号参照)等の直鎖状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; 特開平05-007491号公報)。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る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。 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 modified gene in which a partial sequence of the target gene is modified so that it does not produce a normally functioning enzyme is prepared, and a bacterium belonging to the family Enterobacteriaceae is transformed with the DNA containing the gene. By causing recombination with the above gene, the target gene on the genome can be replaced with a mutant. Such gene replacement using homologous recombination is a method called “Red-driven integration” (Datsenko, K. A, and Wanner, BL 2000. Proc. Natl. Acad. Sci. US A 97: 6640-6645), a combination method of Red driven integration method and λ phage-derived excision system (Cho, EH, Gumport, RI, Gardner, JFJ 2002. Bacteriol. 184: 5200-5203) (WO2005 / And the like, and a method using a plasmid containing a temperature-sensitive replication origin (US Pat. No. 6,303,383; Japanese Patent Laid-Open No. 05-007491). Moreover, 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.
好ましいL−リジン生産菌として、エシェリヒア・コリWC196ΔcadAΔldcC/pCABD2が挙げられる(WO2006/078039)。この菌株は、WC196株より、リジンデカルボキシラーゼをコードするcadA及びldcC遺伝子を破壊し、リジン生合成系遺伝子を含むプラスミドpCABD2(米国特許第6,040,160号)を導入することにより構築した株である。WC196株は、E. coli K-12に由来するW3110株から取得された株で、352位のスレオニンをイソロイシンに置換することによりL−リジンによるフィードバック阻害が解除されたアスパルトキナーゼIIIをコードする変異型lysC遺伝子(米国特許第5,661,012号)でW3110株の染色体上の野生型lysC遺伝子を置き換えた後、AEC耐性を付与することにより育種された(米国特許第5,827,698号)。WC196株は、Escherichia coli AJ13069と命名され、1994年12月6日、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 特許生物寄託センター、〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に受託番号FERM P-14690として寄託され、1995年9月29日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、受託番号FERM BP-5252が付与されている(米国特許第5,827,698号)。WC196ΔcadAΔldcC自体も、好ましいL−リジン生産菌である。WC196ΔcadAΔldcCは、AJ110692と命名され、2008年10月7日独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に国際寄託され、受託番号FERM BP-11027が付与されている。
A preferred L-lysine-producing bacterium includes Escherichia coli WC196ΔcadAΔldcC / pCABD2 (WO2006 / 078039). This strain was constructed by disrupting the cadA and ldcC genes encoding lysine decarboxylase and introducing plasmid pCABD2 (US Pat. No. 6,040,160) containing a lysine biosynthesis gene from WC196 strain. The WC196 strain was obtained from the W3110 strain derived from E. coli K-12, and encodes aspartokinase III in which feedback inhibition by L-lysine was released by replacing threonine at position 352 with isoleucine. After the wild type lysC gene on the chromosome of the W3110 strain was replaced with a mutant lysC gene (US Pat. No. 5,661,012), it was bred by conferring AEC resistance (US Pat. No. 5,827,698). The WC196 strain was named Escherichia coli AJ13069. On December 6, 1994, the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (currently the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biodeposition Center, Ibaraki, Japan, 305-8566, Japan Deposited as FERM P-14690 in Tsukuba City Higashi 1-
pCABD2は、L−リジンによるフィードバック阻害が解除された変異を有するエシェリヒア・コリ由来のジヒドロジピコリン酸合成酵素(DDPS)をコードする変異型dapA遺伝子と、L−リジンによるフィードバック阻害が解除された変異を有するエシェリヒア・コリ由来のアスパルトキナーゼIIIをコードする変異型lysC遺伝子と、エシェリヒア・コリ由来のジヒドロジピコリン酸レダクターゼをコードするdapB遺伝子と、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム由来ジアミノピメリン酸デヒドロゲナーゼをコードするddh遺伝子を含んでいる(国際公開第WO95/16042、WO01/53459号パンフレット)。 pCABD2 is a mutant dapA gene encoding dihydrodipicolinate synthase (DDPS) derived from Escherichia coli having a mutation in which feedback inhibition by L-lysine is released, and a mutation in which feedback inhibition by L-lysine is released. A mutant lysC gene encoding aspartokinase III derived from Escherichia coli, dapB gene encoding dihydrodipicolinate reductase derived from Escherichia coli, and ddh encoding a diaminopimelate dehydrogenase derived from Brevibacterium lactofermentum Contains genes (International Publication Nos. WO95 / 16042 and WO01 / 53459).
上記のようなL−リジン生合成に関与する酵素の遺伝子発現を増強する手法、酵素活性を低下させる方法は、その他のL−アミノ酸生合成酵素をコードする遺伝子についても同様に適用することができる。 The above-described methods for enhancing gene expression of enzymes involved in L-lysine biosynthesis and methods for reducing enzyme activity can be similarly applied to genes encoding other L-amino acid biosynthetic enzymes. .
L−リジン生産能を有するコリネ型細菌としては、AEC耐性変異株(ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムAJ11082(NRRL B-11470)株など:特公昭56-1914号公報、特公昭56-1915号公報、特公昭57-14157号公報、特公昭57-14158号公報、特公昭57-30474号公報、特公昭58-10075号公報、特公昭59-4993号公報、特公昭61-35840号公報、特公昭62-24074号公報、特公昭62-36673号公報、特公平5-11958号公報、特公平7-112437号公報、特公平7-112438号公報参照);その生育にL−ホモセリン等のアミノ酸を必要とする変異株(特公昭48-28078号公報、特公昭56-6499号公報参照);AECに耐性を示し、更にL−ロイシン、L−ホモセリン、L−プロリン、L−セリン、L−アルギニン、L−アラニン、L−バリン等のアミノ酸を要求する変異株(米国特許第3708395号及び第3825472号明細書参照);DL−α-アミノ-ε-カプロラクタム、α-アミノ-ラウリルラクタム、アスパラギン酸-アナログ、スルファ剤、キノイド、N-ラウロイルロイシンに耐性を示すL−リジン生産変異株;オキザロ酢酸脱炭酸酵素(デカルボキシラーゼ)または呼吸系酵素阻害剤の耐性を示すL−リジン生産変異株(特開昭50-53588号公報、特開昭50-31093号公報、特開昭52-102498号公報、特開昭53-9394号公報、特開昭53-86089号公報、特開昭55-9783号公報、特開昭55-9759号公報、特開昭56-32995号公報、特開昭56-39778号公報、特公昭53-43591号公報、特公昭53-1833号公報);イノシトールまたは酢酸を要求するL−リジン生産変異株(特開昭55-9784号公報、特開昭56-8692号公報);フルオロピルビン酸または34℃以上の温度に対して感受性を示すL−リジン生産変異株(特開昭55-9783号公報、特開昭53-86090号公報);エチレングリコールに耐性を示し、L−リジンを生産するブレビバクテリウム属またはコリネバクテリウム属の生産変異株(米国特許第4411997号明細書)などが挙げられる。 Examples of coryneform bacteria having L-lysine-producing ability include AEC-resistant mutant strains (Brevibacterium lactofermentum AJ11082 (NRRL B-11470), etc .: JP-B-56-1914, JP-B-56-1915 No. 57-14157, No. 57-14158, No. 57-30474, No. 58-10075, No. 59-4993, No. 61-35840, No. 62-24074, JP-B 62-36673, JP-B 5-11958, JP-B 7-112437, JP-B 7-112438); amino acids such as L-homoserine for its growth (See Japanese Patent Publication No. 48-28078, Japanese Patent Publication No. 56-6499); resistant to AEC, L-leucine, L-homoserine, L-proline, L-serine, L- Mutants that require amino acids such as arginine, L-alanine, and L-valine (see US Pat. Nos. 3,708,395 and 3,582,472) DL-α-amino-ε-caprolactam, α-amino-lauryllactam, aspartate-analog, sulfa drugs, quinoids, L-lysine-producing mutants resistant to N-lauroylleucine; oxaloacetate decarboxylase (de) L-lysine production mutants exhibiting resistance to carboxylase) or respiratory enzyme inhibitors (JP 50-53588, JP 50-31093, JP 52-102498, JP 53) -9394, JP-A-53-86089, JP-A-55-9783, JP-A-55-9759, JP-A-56-32995, JP-A-56-39778, JP-B-53-43591, JP-B-53-1833); L-lysine production mutants requiring inositol or acetic acid (JP-A-55-9784, JP-A-56-8692); Fluoro L-lysine producing mutant strains sensitive to pyruvic acid or a temperature of 34 ° C. or higher (Japanese Patent Laid-Open No. 55-9783, JP-A-53-86090); Brevibacterium spp. Or Corynebacterium spp. Production mutants (US Pat. No. 4411997) which are resistant to ethylene glycol and produce L-lysine.
L−システイン生産菌
L−システイン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、フィードバック阻害耐性のセリンアセチルトランスフェラーゼをコードする異なるcysEアレルで形質転換されたE. coli JM15(米国特許第6,218,168号、ロシア特許出願第2003121601号)、細胞に毒性の物質を排出するのに適したタンパク質をコードする過剰発現遺伝子を有するE. coli W3110 (米国特許第5,972,663号)、システインデスルフォヒドラーゼ活性が低下したE. coli株 (特開平11-155571号)、cysB遺伝子によりコードされる正のシステインレギュロンの転写制御因子の活性が上昇したE. coli W3110 (国際公開第0127307号)などのエシェリヒア属に属する株が挙げられるが、これらに限定されない。
Examples of L-cysteine producing bacteria L-cysteine producing bacteria or parent strains for deriving them include E. coli JM15 (US Pat. No. 6,218,168) transformed with a different cysE allele encoding a feedback inhibition resistant serine acetyltransferase. , Russian Patent Application No. 2003121601), E. coli W3110 (US Pat.No. 5,972,663) having an overexpressed gene encoding a protein suitable for excretion of a substance toxic to cells, cysteine desulfohydrase activity E. coli strains such as reduced E. coli strains (JP-A-11-155571) and E. coli W3110 (international publication No. 0127307) with increased activity of transcription regulators of the positive cysteine regulon encoded by the cysB gene. Examples include, but are not limited to, the strains to which they belong.
L−ロイシン生産菌
L−ロイシン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、ロイシン耐性のE. coil株 (例えば、57株 (VKPM B-7386, 米国特許第6,124,121号))またはβ-2-チエニルアラニン、3-ヒドロキシロイシン、4-アザロイシン、5,5,5-トリフルオロロイシンなどのロイシンアナログ耐性のE. coli株(特公昭62-34397号及び特開平8-70879号)、国際公開第96/06926号に記載された遺伝子工学的方法で得られたE. coli株、E. coli H-9068 (特開平8-70879号)などのエシェリヒア属に属する株が挙げられるが、これらに限定されない。
Examples of L-leucine-producing bacteria L-leucine-producing bacteria or parent strains for inducing them include leucine-resistant E. coil strains (for example, 57 strains (VKPM B-7386, US Pat. No. 6,124,121)) or β E. coli strains resistant to leucine analogs such as 2-thienylalanine, 3-hydroxyleucine, 4-azaleucine, and 5,5,5-trifluoroleucine (Japanese Patent Publication No. 62-34397 and JP-A-8-70879), Although strains belonging to the genus Escherichia such as E. coli strains obtained by the genetic engineering method described in International Publication No. 96/06926, E. coli H-9068 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-70879) can be mentioned, It is not limited to these.
本発明に用いる細菌は、L−ロイシン生合成に関与する遺伝子の1種以上の発現が増大されることにより改良されていてもよい。このような遺伝子の例としては、好ましくはL−ロイシンによるフィードバック阻害が解除されたイソプロピルマレートシンターゼをコードする変異leuA遺伝子(米国特許第6,403,342号)に代表される、leuABCDオペロンの遺伝子が挙げられる。さらに、本発明に用いる細菌は、細菌の細胞からL−アミノ酸を排出するタンパク質をコードする遺伝子の1種以上の発現が増大されることにより改良されていてもよい。このような遺伝子の例としては、b2682遺伝子及びb2683遺伝子(ygaZH遺伝子) (欧州特許出願公開第1239041号)が挙げられる。 The bacterium used in the present invention may be improved by increasing the expression of one or more genes involved in L-leucine biosynthesis. As an example of such a gene, a gene of leuABCD operon represented by a mutant leuA gene (US Pat. No. 6,403,342) encoding isopropyl malate synthase preferably released from feedback inhibition by L-leucine is mentioned. . Furthermore, the bacterium used in the present invention may be improved by increasing the expression of one or more genes encoding proteins that excrete L-amino acids from bacterial cells. Examples of such genes include b2682 gene and b2683 gene (ygaZH gene) (European Patent Application Publication No. 1239041).
コリネ型細菌のL−イソロイシン生産菌としては、分岐鎖アミノ酸排出タンパク質をコードするbrnE遺伝子を増幅したコリネ型細菌(特開2001-169788)、L−リジン生産菌とのプロトプラスト融合によりL−イソロイシン生産能を付与したコリネ型細菌(特開昭62-74293)、ホモセリンデヒドロゲナーゼを強化したコリネ型細菌(特開昭62-91193)、スレオニンハイドロキサメート耐性株(特開昭62-195293)、α-ケトマロン耐性株(特開昭61-15695)、メチルリジン耐性株(特開昭61-15696)が挙げられる。 L-isoleucine-producing bacteria of coryneform bacteria include coryneform bacteria (JP 2001-169788) in which a brnE gene encoding a branched-chain amino acid excretion protein is amplified, and L-isoleucine production by protoplast fusion with L-lysine-producing bacteria. Coryneform bacterium imparted with ability (JP-A 62-74293), coryneform bacterium with enhanced homoserine dehydrogenase (JP-A 62-91193), threonine hydroxamate resistant strain (JP 62-195293), α- Examples include ketomarone resistant strains (Japanese Patent Laid-Open No. 61-15695) and methyllysine resistant strains (Japanese Patent Laid-Open No. 61-15696).
L−ヒスチジン生産菌
L−ヒスチジン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、E. coli 24株 (VKPM B-5945、ロシア特許第2003677号)、E. coli 80株 (VKPM B-7270、ロシア特許第2119536号)、E. coli NRRL B-12116 - B12121 (米国特許第4,388,405号)、E. coli H-9342 (FERM BP-6675)及びH-9343 (FERM BP-6676) (米国特許第6,344,347号)、E. coli H-9341 (FERM BP-6674) (欧州特許出願公開第1085087号)、E. coli AI80/pFM201 (米国特許第6,258,554号)などのエシェリヒア属に属する株が挙げられるが、これらに限定されない。
Examples of L-histidine-producing bacteria L-histidine-producing bacteria or parent strains for inducing them include E. coli 24 strain (VKPM B-5945, Russian Patent No. 2003677), E. coli 80 strain (VKPM B- 7270, Russian patent 2119536), E. coli NRRL B-12116-B12121 (US Pat.No. 4,388,405), E. coli H-9342 (FERM BP-6675) and H-9343 (FERM BP-6676) (US) Patent No. 6,344,347), E. coli H-9341 (FERM BP-6674) (European Patent Application Publication No. 1085087), E. coli AI80 / pFM201 (US Pat.No. 6,258,554), and other strains belonging to the genus Escherichia However, it is not limited to these.
L−ヒスチジン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、L−ヒスチジン生合成系酵素をコードする遺伝子の1種以上の発現が増大した株も挙げられる。かかる遺伝子の例としては、ATPフォスフォリボシルトランスフェラーゼ遺伝子(hisG)、フォスフォリボシルAMPサイクロヒドロラーゼ遺伝子(hisI)、フォスフォリボシル-ATPピロフォスフォヒドロラーゼ遺伝子(hisI)、フォスフォリボシルフォルミミノ-5-アミノイミダゾールカルボキサミドリボタイドイソメラーゼ遺伝子(hisA)、アミドトランスフェラーゼ遺伝子(hisH)、ヒスチジノールフォスフェイトアミノトランスフェラーゼ遺伝子(hisC)、ヒスチジノールフォスファターゼ遺伝子(hisB)、ヒスチジノールデヒドロゲナーゼ遺伝子(hisD)などが挙げられる。 Examples of L-histidine-producing bacteria or parent strains for deriving the same also include strains in which expression of one or more genes encoding L-histidine biosynthetic enzymes are increased. Examples of such genes include ATP phosphoribosyltransferase gene (hisG), phosphoribosyl AMP cyclohydrolase gene (hisI), phosphoribosyl-ATP pyrophosphohydrolase gene (hisI), phosphoribosylformimino-5- Examples include aminoimidazole carboxamide ribotide isomerase gene (hisA), amide transferase gene (hisH), histidinol phosphate aminotransferase gene (hisC), histidinol phosphatase gene (hisB), and histidinol dehydrogenase gene (hisD). It is done.
hisG及びhisBHAFIにコードされるL−ヒスチジン生合成系酵素はL−ヒスチジンにより阻害されることが知られており、従って、L−ヒスチジン生産能は、ATPフォスフォリボシルトランスフェラーゼ遺伝子(hisG)にフィードバック阻害への耐性を付与する変異を導入することにより効率的に増大させることができる(ロシア特許第2003677号及び第2119536号)。 L-histidine biosynthetic enzymes encoded by hisG and hisBHAFI are known to be inhibited by L-histidine, and therefore L-histidine-producing ability is feedback-inhibited by the ATP phosphoribosyltransferase gene (hisG). Can be efficiently increased by introducing mutations that confer resistance to (Russian Patent Nos. 2003677 and 2119536).
L−ヒスチジン生産能を有する株の具体例としては、L−ヒスチジン生合成系酵素をコードするDNAを保持するベクターを導入したE. coli FERM-P 5038及び5048 (特開昭56-005099号)、アミノ酸輸送の遺伝子を導入したE. coli株(欧州特許出願公開第1016710号)、スルファグアニジン、DL-1,2,4-トリアゾール-3-アラニン及びストレプトマイシンに対する耐性を付与したE. coli 80株(VKPM B-7270, ロシア特許第2119536号)などが挙げられる。 Specific examples of strains capable of producing L-histidine include E. coli FERM-P 5038 and 5048 into which a vector holding a DNA encoding an L-histidine biosynthetic enzyme has been introduced (Japanese Patent Laid-Open No. 56-005099). E. coli strain into which an amino acid transporting gene has been introduced (European Patent Application Publication No. 1016710), E. coli 80 to which resistance to sulfaguanidine, DL-1,2,4-triazole-3-alanine and streptomycin has been conferred Strains (VKPM B-7270, Russian Patent No. 2119536).
L−グルタミン酸生産菌
L−グルタミン酸生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、E. coli VL334thrC+ (EP 1172433)などのエシェリヒア属に属する株が挙げられるが、これらに限定されない。E. coli VL334 (VKPM B-1641)は、thrC遺伝子及びilvA遺伝子に変異を有するL−イソロイシン及びL−スレオニン要求性株である(米国特許第4,278,765号)。thrC遺伝子の野生型アレルは、野生型E. coli K-12株 (VKPM B-7)の細胞で増殖したバクテリオファージP1を用いる一般的形質導入法により導入された。この結果、L−イソロイシン要求性のL−グルタミン酸生産菌VL334thrC+ (VKPM B-8961) が得られた。
Examples of L-glutamic acid-producing bacteria L-glutamic acid-producing bacteria or parent strains for inducing them include, but are not limited to, strains belonging to the genus Escherichia such as E. coli VL334thrC + (EP 1172433). E. coli VL334 (VKPM B-1641) is an L-isoleucine and L-threonine auxotrophic strain having mutations in the thrC gene and the ilvA gene (US Pat. No. 4,278,765). The wild type allele of the thrC gene was introduced by a general transduction method using bacteriophage P1 grown on cells of wild type E. coli K-12 strain (VKPM B-7). As a result, L-isoleucine-requiring L-glutamic acid producing bacterium VL334thrC + (VKPM B-8961) was obtained.
L−グルタミン酸生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、L−グルタミン酸生合成系酵素1種又は2種以上の活性が増強された株が挙げられるが、これらに限定されない。かかる遺伝子の例としては、グルタメートデヒドロゲナーゼ(gdhA)、グルタミンシンテターゼ(glnA)、グルタメートシンテターゼ(gltAB)、イソシトレートデヒドロゲナーゼ(icdA)、アコニテートヒドラターゼ(acnA, acnB)、クエン酸シンターゼ(gltA)、メチルクエン酸シンターゼ(prpC)、フォスフォエノールピルベートカルボシラーゼ(ppc)、ピルベートデヒドロゲナーゼ(aceEF, lpdA)、ピルベートキナーゼ(pykA, pykF)、フォスフォエノールピルベートシンターゼ(ppsA)、エノラーゼ(eno)、フォスフォグリセロムターゼ(pgmA, pgmI)、フォスフォグリセレートキナーゼ(pgk)、グリセルアルデヒド-3-フォスフェートデヒドロゲナーゼ(gapA)、トリオースフォスフェートイソメラーゼ(tpiA)、フルクトースビスフォスフェートアルドラーゼ(fbp)、フォスフォフルクトキナーゼ(pfkA, pfkB)、グルコースフォスフェートイソメラーゼ(pgi)などが挙げられる。これらの酵素の中では、グルタメートデヒドロゲナーゼ、クエン酸シンターゼ、フォスフォエノールピルベートカルボキシラーゼ、及びメチルクエン酸シンターゼが好ましい。 Examples of L-glutamic acid-producing bacteria or parent strains for inducing them include, but are not limited to, L-glutamic acid biosynthetic enzymes having one or two or more enhanced activities. Examples of such genes include glutamate dehydrogenase (gdhA), glutamine synthetase (glnA), glutamate synthetase (gltAB), isocitrate dehydrogenase (icdA), aconitate hydratase (acnA, acnB), citrate synthase (gltA), Methyl citrate synthase (prpC), phosphoenolpyruvate carbocilase (ppc), pyruvate dehydrogenase (aceEF, lpdA), pyruvate kinase (pykA, pykF), phosphoenolpyruvate synthase (ppsA), enolase ( eno), phosphoglyceromutase (pgmA, pgmI), phosphoglycerate kinase (pgk), glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (gapA), triphosphate isomerase (tpiA), fructose bisphosphate aldolase ( fbp), phosphofructokinase (pfkA) , pfkB), glucose phosphate isomerase (pgi) and the like. Of these enzymes, glutamate dehydrogenase, citrate synthase, phosphoenolpyruvate carboxylase, and methyl citrate synthase are preferred.
シトレートシンテターゼ遺伝子、フォスフォエノールピルベートカルボキシラーゼ遺伝子、及び/またはグルタメートデヒドロゲナーゼ遺伝子の発現が増大するように改変された株の例としては、欧州特許出願公開第1078989号、欧州特許出願公開第955368号及び欧州特許出願公開第952221号に開示されたものが挙げられる。 Examples of strains modified to increase expression of citrate synthetase gene, phosphoenolpyruvate carboxylase gene, and / or glutamate dehydrogenase gene include European Patent Application Publication No. 1078989, European Patent Application Publication No. 955368. And those disclosed in European Patent Application No. 952221.
L−グルタミン酸生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、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の合成を触媒する酵素の活性が低下または欠損している株も挙げられる。このような酵素の例としては、イソシトレートリアーゼ(aceA)、α-ケトグルタレートデヒドロゲナーゼ(sucA)、フォスフォトランスアセチラーゼ(pta)、アセテートキナーゼ(ack)、アセトヒドロキシ酸シンターゼ(ilvG)、アセトラクテートシンターゼ(ilvI)、フォルメートアセチルトランスフェラーゼ(pfl)、ラクテートデヒドロゲナーゼ(ldh)、グルタメートデカルボキシラーゼ(gadAB)などが挙げられる。α-ケトグルタレートデヒドロゲナーゼ活性が欠損した、または、α-ケトグルタレートデヒドロゲナーゼ活性が低下したエシェリヒア属に属する細菌、及び、それらの取得方法は米国特許第5,378,616 号及び第5,573,945号に記載されている。 As an example of an L-glutamic acid-producing bacterium or a parent strain for deriving the same, the activity of an enzyme that catalyzes the synthesis of a compound other than L-glutamic acid by diverging from the biosynthetic pathway of L-glutamic acid is reduced or absent Stocks are also mentioned. Examples of such enzymes include isocitrate triase (aceA), α-ketoglutarate dehydrogenase (sucA), phosphotransacetylase (pta), acetate kinase (ack), acetohydroxy acid synthase (ilvG), Examples include acetolactate synthase (ilvI), formate acetyltransferase (pfl), lactate dehydrogenase (ldh), glutamate decarboxylase (gadAB), and the like. Bacteria belonging to the genus Escherichia lacking α-ketoglutarate dehydrogenase activity or having reduced α-ketoglutarate dehydrogenase activity, and methods for obtaining them are described in US Pat. Nos. 5,378,616 and 5,573,945. .
具体例としては下記のものが挙げられる。
E. coli W3110sucA::Kmr
E. coli AJ12624 (FERM BP-3853)
E. coli AJ12628 (FERM BP-3854)
E. coli AJ12949 (FERM BP-4881)
Specific examples include the following.
E. coli W3110sucA :: Kmr
E. coli AJ12624 (FERM BP-3853)
E. coli AJ12628 (FERM BP-3854)
E. coli AJ12949 (FERM BP-4881)
E. coli W3110sucA::Kmr は、E. coli W3110のα-ケトグルタレートデヒドロゲナーゼ遺伝子(以下、「sucA遺伝子」ともいう)を破壊することにより得られた株である。この株は、α-ケトグルタレートデヒドロゲナーゼを完全に欠損している。 E. coli W3110sucA :: Kmr is a strain obtained by disrupting the α-ketoglutarate dehydrogenase gene (hereinafter also referred to as “sucA gene”) of E. coli W3110. This strain is completely deficient in α-ketoglutarate dehydrogenase.
また、α-ケトグルタレートデヒドロゲナーゼ活性が低下したコリネ型細菌としては、例えば、以下の株が挙げられる。
ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムL30-2株(特開2006-340603号明細書)
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)
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)
コリネバクテリウム・グルタミカムL30-2株(特開2006-340603号)
In addition, examples of coryneform bacteria having reduced α-ketoglutarate dehydrogenase activity include the following strains.
Brevibacterium lactofermentum L30-2 strain (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-340603)
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; French Patent Publication 9401748)
Corynebacterium glutamicum AJ12823 (FERM BP-4174; French Patent Publication 9401748)
Corynebacterium glutamicum L30-2 strain (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-340603)
L−グルタミン酸生産菌の他の例としては、エシェリヒア属に属し、アスパラギン酸代謝拮抗物質に耐性を有するものが挙げられる。これらの株は、α-ケトグルタレートデヒドロゲナーゼを欠損していてもよく、例えば、E. coli AJ13199 (FERM BP-5807) (米国特許第5,908,768号)、さらにL−グルタミン酸分解能が低下したFFRM P-12379(米国特許第5,393,671号); AJ13138 (FERM BP-5565) (米国特許第6,110,714号)などが挙げられる。 Other examples of L-glutamic acid-producing bacteria include those belonging to the genus Escherichia and having resistance to an aspartic acid antimetabolite. These strains may be deficient in α-ketoglutarate dehydrogenase, for example, E. coli AJ13199 (FERM BP-5807) (US Pat. No. 5,908,768), and FFRM P- with reduced L-glutamate resolution. 12379 (US Pat. No. 5,393,671); AJ13138 (FERM BP-5565) (US Pat. No. 6,110,714) and the like.
パントエア・アナナティスのL−グルタミン酸生産菌の例としては、パントエア・アナナティスAJ13355株が挙げられる。同株は、静岡県磐田市の土壌から、低pHでL−グルタミン酸及び炭素源を含む培地で増殖できる株として分離された株である。パントエア・アナナティスAJ13355は、1998年2月19日に、独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター(住所 〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に、受託番号FERM P-16644として寄託され、1999年1月11日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、受託番号FERM BP-6614が付与されている。尚、同株は、分離された当時はエンテロバクター・アグロメランス(Enterobacter agglomerans)と同定され、エンテロバクター・アグロメランスAJ13355として寄託されたが、近年16S rRNAの塩基配列解析などにより、パントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)に再分類されている。 An example of L-glutamic acid-producing bacteria of Pantoea ananatis is Pantoea ananatis AJ13355 strain. This strain is a strain isolated as a strain capable of growing on a medium containing L-glutamic acid and a carbon source at low pH from the soil of Kamata City, Shizuoka Prefecture. Pantoea Ananatis AJ13355 was commissioned on February 19, 1998 at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center (Address: 1st, 1st, 1st East, 1-chome, Tsukuba, Ibaraki 305-8566, Japan) Deposited under the number FERM P-16644, transferred to an international deposit under the Budapest Treaty on 11 January 1999 and given the deposit number FERM BP-6614. The strain was identified as Enterobacter agglomerans at the time of its isolation and was deposited as Enterobacter agglomerans AJ13355, but in recent years, it has been identified by Pantoea ananatis (Pantoea ananatis) by 16S rRNA sequence analysis. ).
また、パントエア・アナナティスのL−グルタミン酸生産菌として、α-ケトグルタレートデヒドロゲナーゼ(αKGDH)活性が欠損した、または、αKGDH活性が低下したパントエア属に属する細菌が挙げられる。このような株としては、AJ13355株のαKGDH-E1サブユニット遺伝子(sucA)を欠損させたAJ13356(米国特許第6,331,419号)、及びAJ13355株から粘液質低生産変異株として選択されたSC17株由来のsucA遺伝子欠損株であるSC17sucA(米国特許第6,596,517号)がある。AJ13356は、1998年2月19日、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 特許生物寄託センター、〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に受託番号FERM P-16645として寄託され、1999年1月11日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、受託番号FERM BP-6616が付与されている。AJ13355及びAJ13356は、上記寄託機関にEnterobacter agglomeransとして寄託されているが、本明細書では、Pantoea ananatisとして記載する。また、SC17sucA株は、ブライベートナンバーAJ417が付与され、2004年2月26日に上記の産業技術総合研究所特許生物寄託センターに受託番号FERM BP-08646として寄託されている。 In addition, examples of L-glutamic acid-producing bacteria of Pantoea ananatis include bacteria belonging to the genus Pantoea in which α-ketoglutarate dehydrogenase (αKGDH) activity is deficient or αKGDH activity is reduced. Such strains include AJ13356 (US Pat. No. 6,331,419) in which the αKGDH-E1 subunit gene (sucA) of AJ13355 strain is deleted, and sucA derived from SC17 strain selected from AJ13355 strain as a low mucus production mutant. There is SC17sucA (US Pat. No. 6,596,517) which is a gene-deficient strain. AJ13356 was founded on February 19, 1998, National Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (currently the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center, 1-chome, 1-chome, Tsukuba, Ibaraki, Japan 305-8566 No. 6) was deposited under the deposit number FERM P-16645, transferred to an international deposit under the Budapest Treaty on January 11, 1999, and given the deposit number FERM BP-6616. AJ13355 and AJ13356 are deposited as Enterobacter agglomerans in the above depository organization, but are described as Pantoea ananatis in this specification. The SC17sucA strain has been assigned a private number AJ417, and was deposited on February 26, 2004 at the above-mentioned National Institute of Advanced Industrial Science and Technology as the accession number FERM BP-08646.
さらに、パントエア・アナナティスのL−グルタミン酸生産菌として、SC17sucA/RSFCPG+pSTVCB株、AJ13601株、NP106株、及びNA1株が挙げられる。SC17sucA/RSFCPG+pSTVCB株は、SC17sucA株に、エシェリヒア・コリ由来のクエン酸シンターゼ遺伝子(gltA)、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子(ppsA)、およびグルタメートデヒドロゲナーゼ遺伝子(gdhA)を含むプラスミドRSFCPG、並びに、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム由来のクエン酸シンターゼ遺伝子(gltA)を含むプラスミドpSTVCBを導入して得た株である。AJ13601株は、このSC17sucA/RSFCPG+pSTVCB株から低pH下で高濃度のL−グルタミン酸に耐性を示す株として選択された株である。また、NP106株は、AJ13601株からプラスミドRSFCPG+pSTVCBを脱落させた株である。AJ13601株は、1999年8月18日に、独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター(〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に受託番号FERM P-17516として寄託され、2000年7月6日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、受託番号FERM BP-7207が付与されている。 Furthermore, examples of L-glutamic acid-producing bacteria of Pantoea ananatis include SC17sucA / RSFCPG + pSTVCB strain, AJ13601 strain, NP106 strain, and NA1 strain. The SC17sucA / RSFCPG + pSTVCB strain is different from the SC17sucA strain in that the plasmid RSFCPG containing the citrate synthase gene (gltA), the phosphoenolpyruvate carboxylase gene (ppsA), and the glutamate dehydrogenase gene (gdhA) derived from Escherichia coli, This is a strain obtained by introducing a plasmid pSTVCB containing a citrate synthase gene (gltA) derived from bacteria lactofermentum. The AJ13601 strain is a strain selected from this SC17sucA / RSFCPG + pSTVCB strain as a strain resistant to a high concentration of L-glutamic acid at low pH. The NP106 strain is a strain obtained by removing the plasmid RSFCPG + pSTVCB from the AJ13601 strain. On August 18, 1999, AJ13601 shares were registered with the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Depositary Center (1st, 1st, 1st East, Tsukuba City, Ibaraki 305-8566, Japan). Deposited as 17516, transferred to an international deposit under the Budapest Treaty on July 6, 2000, and assigned the deposit number FERM BP-7207.
さらにコリネ型細菌にL−グルタミン酸生産能を付与する方法として、メカノセンシティブチャンネル(mechanosensitive channel)をコードするyggB遺伝子を増幅する方法(国際公開WO2006/070944号)、コード領域内に変異を導入した変異型yggB遺伝子を導入する方法を用いることも可能である。yggB遺伝子は、GenBank Accession No. NC_003450で登録されているコリネバクテリウム・グルタミカム ATCC 13032株のゲノム配列上の塩基番号1,337,692〜1,336,091(相補鎖)に位置し、NCgl1221とも呼ばれるGenBank accession No. NP_600492にて登録されている膜タンパク質をコードする遺伝子である。 Furthermore, as a method for conferring L-glutamic acid producing ability to coryneform bacteria, a method of amplifying the yggB gene encoding mechanosensitive channel (International Publication WO2006 / 070944), a mutation in which a mutation is introduced into the coding region It is also possible to use a method for introducing a type yggB gene. The yggB gene is located at base numbers 1,337,692 to 1,336,091 (complementary strand) on the genome sequence of Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 strain registered under GenBank Accession No. NC_003450, and GenBank accession No. NP_600492, also called NCgl1221 It is a gene that encodes a registered membrane protein.
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への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 (FERM 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 (FERM 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-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 P-4319;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 of imparting monofluoroacetic acid resistance (Japanese Patent Laid-Open No. 50-113209), a method of imparting adenine resistance or thymine resistance (Japanese Patent Laid-Open No. 57-065198), and 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. 56-140895) ), 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. Is mentioned.
Specific examples of such resistant bacteria include the following strains.
Brevibacterium flavum AJ3949 (FERM BP-2632: see JP-A-50-113209)
Corynebacterium glutamicum AJ11628 (FERM P-5736; see JP 57-065198)
Brevibacterium flavum AJ11355 (FERM P-5007; see JP-A-56-1889)
Corynebacterium glutamicum AJ11368 (FERM P-5020; see JP 56-1889)
Brevibacterium flavum AJ11217 (FERM P-4318; see JP-A-57-2689)
Corynebacterium glutamicum AJ11218 (FERM P-4319; 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)
L−フェニルアラニン生産菌
L−フェニルアラニン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、コリスミ酸ムターゼ-プレフェン酸デヒドロゲナーゼ及びチロシンリプレッサーを欠損したE. coli AJ12739 (tyrA::Tn10, tyrR) (VKPM B-8197)(国際公開03/044191号)、フィードバック阻害が解除されたコリスミ酸ムターゼ-プレフェン酸デヒドラターゼをコードする変異型pheA34遺伝子を保持するE. coli HW1089 (ATCC 55371) (米国特許第 5,354,672号)、E. coli MWEC101-b (KR8903681)、E. coli NRRL B-12141, NRRL B-12145, NRRL B-12146及びNRRL B-12147 (米国特許第4,407,952号)などのエシェリヒア属に属する株が挙げられるが、これらに限定されない。また、親株として、フィードバック阻害が解除されたコリスミ酸ムターゼ-プレフェン酸デヒドラターゼをコードする遺伝子を保持するE. coli K-12 [W3110 (tyrA)/pPHAB] (FERM BP-3566)、E. coli K-12 [W3110 (tyrA)/pPHAD] (FERM BP-12659)、E. coli K-12 [W3110 (tyrA)/pPHATerm] (FERM BP-12662)及びAJ 12604と命名されたE. coli K-12 [W3110 (tyrA)/pBR-aroG4, pACMAB] (FERM BP-3579)も使用できる(EP 488424 B1)。さらに、yedA遺伝子またはyddG遺伝子にコードされるタンパク質の活性が増大したエシェリヒア属に属するL−フェニルアラニン生産菌も使用できる(米国特許出願公開2003/0148473号及び2003/0157667、国際公開03/044192号)。
Examples of L-phenylalanine producing bacteria L-phenylalanine producing bacteria or parent strains for deriving them include E. coli AJ12739 (tyrA :: Tn10, tyrR) lacking chorismate mutase-prefenate dehydrogenase and tyrosine repressor ( VKPM B-8197) (WO 03/044191), E. coli HW1089 (ATCC 55371) carrying a mutant pheA34 gene encoding chorismate mutase-prefenate dehydratase with desensitized feedback inhibition (US Pat.No. 5,354,672) Strains belonging to the genus Escherichia such as E. coli MWEC101-b (KR8903681), E. coli NRRL B-12141, NRRL B-12145, NRRL B-12146 and NRRL B-12147 (US Pat.No. 4,407,952). For example, but not limited to. In addition, E. coli K-12 [W3110 (tyrA) / pPHAB] (FERM BP-3566), E. coli K that retains the gene encoding chorismate mutase-prefenate dehydratase whose feedback inhibition has been released. -12 [W3110 (tyrA) / pPHAD] (FERM BP-12659), E. coli K-12 [W3110 (tyrA) / pPHATerm] (FERM BP-12662) and E. coli K-12 named AJ 12604 [W3110 (tyrA) / pBR-aroG4, pACMAB] (FERM BP-3579) can also be used (EP 488424 B1). Furthermore, L-phenylalanine producing bacteria belonging to the genus Escherichia having an increased activity of the protein encoded by the yedA gene or the yddG gene can also be used (US Patent Application Publication Nos. 2003/0148473 and 2003/0157667, International Publication No. 03/044192). .
コリネ型細菌のフェニルアラニン生産菌としては、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼまたはピルビン酸キナーゼ活性が低下したコリネバクテリウム・グルタミカBPS-13株 (FERM BP-1777, K77 (FERM BP-2062) 及び K78 (FERM BP-2063)(欧州特許公開公報331145号、特開平 02-303495号)、チロシン要求性株(特開平05-049489)等を使用することができる。 Coryneform bacteria that produce phenylalanine include Corynebacterium glutamica BPS-13 strains (FERM BP-1777, K77 (FERM BP-2062) and K78 (FERM BP) with reduced phosphoenolpyruvate carboxylase or pyruvate kinase activity. -2063) (European Patent Publication No. 331145, JP 02-303495 A), tyrosine-requiring strain (JP 05-049489) and the like.
また、フェニルアラニン生産菌としては、副生物を細胞内に取り込むように改変すること、例えば、L−トリプトファンの取り込み遺伝子tnaB, mtrや、L−チロシンの取り込み遺伝子であるtyrPの発現量を向上させることによっても、効率よくL−フェニルアラニンを生産する菌株を取得することができる(EP1484410)。 In addition, as a phenylalanine-producing bacterium, by-modifying by-products into cells, for example, improving the expression level of L-tryptophan uptake genes tnaB, mtr and L-tyrosine uptake gene tyrP Also, a strain that efficiently produces L-phenylalanine can be obtained (EP1484410).
L−トリプトファン生産菌
L−トリプトファン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、変異trpS遺伝子によりコードされるトリプトファニル-tRNAシンテターゼが欠損したE. coli JP4735/pMU3028 (DSM10122)及びJP6015/pMU91 (DSM10123) (米国特許第5,756,345号)、セリンによるフィードバック阻害を受けないフォスフォグリセリレートデヒドロゲナーゼをコードするserAアレル及びトリプトファンによるフィードバック阻害を受けないアントラニレートシンターゼをコードするtrpEアレルを有するE. coli SV164 (pGH5) (米国特許第6,180,373号)、トリプトファナーゼが欠損したE. coli AGX17 (pGX44) (NRRL B-12263)及びAGX6(pGX50)aroP (NRRL B-12264) (米国特許第4,371,614号)、フォスフォエノールピルビン酸生産能が増大したE. coli AGX17/pGX50,pACKG4-pps (WO9708333, 米国特許第6,319,696号)などのエシェリヒア属に属する株が挙げられるが、これらに限定されない。yedA遺伝子またはyddG遺伝子にコードされるタンパク質の活性が増大したエシェリヒア属に属するL−トリプトファン生産菌も使用できる(米国特許出願公開2003/0148473及び2003/0157667)。
Examples of L-tryptophan-producing bacteria L-tryptophan-producing bacteria or parent strains for inducing them include E. coli JP4735 / pMU3028 (DSM10122) and JP6015 / pMU91 lacking tryptophanyl-tRNA synthetase encoded by the mutant trpS gene. (DSM10123) (U.S. Pat.No. 5,756,345), E. coli having a serA allele encoding phosphoglycerate dehydrogenase not subject to feedback inhibition by serine and a trpE allele encoding an anthranilate synthase not subject to feedback inhibition by tryptophan. SV164 (pGH5) (US Pat.No. 6,180,373), E. coli AGX17 (pGX44) (NRRL B-12263) and AGX6 (pGX50) aroP (NRRL B-12264) lacking tryptophanase (US Pat.No. 4,371,614) E. coli AGX17 / pGX50, pACKG4-pps (WO9708333, U.S. Pat.No. 6,319,696) with increased ability to produce phosphoenolpyruvate Strains include belonging to Erihia genus, but is not limited thereto. L-tryptophan-producing bacteria belonging to the genus Escherichia with increased activity of the protein encoded by the yedA gene or the yddG gene can also be used (US Patent Application Publications 2003/0148473 and 2003/0157667).
L−トリプトファン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、アントラニレートシンターゼ(trpE)、フォスフォグリセレートデヒドロゲナーゼ(serA)、3-デオキシ-D-アラビノヘプツロン酸-7-リン酸シンターゼ(aroG)、3-デヒドロキネートシンターゼ(aroB)、シキミ酸デヒドロゲナーゼ(aroE)、シキミ酸キナーゼ(aroL)、5-エノール酸ピルビルシキミ酸3-リン酸シンターゼ(aroA)、コリスミ酸シンターゼ(aroC)、プレフェン酸デヒドラターゼ、コリスミ酸ムターゼ及び、トリプトファンシンターゼ(trpAB)から選ばれる1種又は2種以上の酵素の活性が増強された株も挙げられる。プレフェン酸デヒドラターゼ及びコリスミ酸ムターゼは、2機能酵素(chorismate mutase/prephenate dehydrogenase (CM/PDH) )としてpheA遺伝子によってコードされている。これらの酵素の中では、フォスフォグリセレートデヒドロゲナーゼ、3-デオキシ-D-アラビノヘプツロン酸-7-リン酸シンターゼ、3-デヒドロキネートシンターゼ、シキミ酸デヒドラターゼ、シキミ酸キナーゼ、5-エノール酸ピルビルシキミ酸3-リン酸シンターゼ、コリスミ酸シンターゼ、プレフェン酸デヒドラターゼ、コリスミン酸ムターゼ-プレフェン酸デヒドロゲナーゼが特に好ましい。アントラニレートシンターゼ及びフォスフォグリセレートデヒドロゲナーゼは共にL−トリプトファン及びL−セリンによるフィードバック阻害を受けるので、フィードバック阻害を解除する変異をこれらの酵素に導入してもよい。このような変異を有する株の具体例としては、脱感作型アントラニレートシンターゼを保持するE. coli SV164、及び、フィードバック阻害が解除されたフォスフォグリセレートデヒドロゲナーゼをコードする変異serA遺伝子を含むプラスミドpGH5 (国際公開94/08031号)をE. coli SV164に導入することにより得られた形質転換株が挙げられる。 Examples of L-tryptophan-producing bacteria or parent strains for inducing them include anthranilate synthase (trpE), phosphoglycerate dehydrogenase (serA), 3-deoxy-D-arabinohepturonic acid-7-phosphorus Acid synthase (aroG), 3-dehydroquinate synthase (aroB), shikimate dehydrogenase (aroE), shikimate kinase (aroL), 5-enolic acid pyruvylshikimate 3-phosphate synthase (aroA), chorismate synthase (aroC ), Prephenate dehydratase, chorismate mutase and tryptophan synthase (trpAB). One or more strains having enhanced activity are also included. Prefenate dehydratase and chorismate mutase are encoded by the pheA gene as a bifunctional enzyme (chorismate mutase / prephenate dehydrogenase (CM / PDH)). Among these enzymes, phosphoglycerate dehydrogenase, 3-deoxy-D-arabinohepturonic acid-7-phosphate synthase, 3-dehydroquinate synthase, shikimate dehydratase, shikimate kinase, 5-enolic acid Pyruvylshikimate 3-phosphate synthase, chorismate synthase, prefenate dehydratase, chorismate mutase-prefenate dehydrogenase are particularly preferred. Since both anthranilate synthase and phosphoglycerate dehydrogenase are subject to feedback inhibition by L-tryptophan and L-serine, mutations that cancel the feedback inhibition may be introduced into these enzymes. Specific examples of strains having such mutations include E. coli SV164 carrying desensitized anthranilate synthase and a mutant serA gene encoding phosphoglycerate dehydrogenase desensitized to feedback inhibition Examples include a transformant obtained by introducing plasmid pGH5 (International Publication No. 94/08031) into E. coli SV164.
L−トリプトファン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、阻害解除型アントラニレートシンターゼをコードする遺伝子を含むトリプトファンオペロンが導入された株(特開昭57-71397号, 特開昭62-244382号, 米国特許第4,371,614号)も挙げられる。さらに、トリプトファンオペロン(trpBA)中のトリプトファンシンターゼをコードする遺伝子の発現を増大させることによりL−トリプトファン生産能を付与してもよい。トリプトファンシンターゼは、それぞれtrpA及びtrpB遺伝子によりコードされるα及びβサブユニットからなる。さらに、イソシトレートリアーゼ-マレートシンターゼオペロンの発現を増大させることによりL−トリプトファン生産能を改良してもよい(国際公開2005/103275号)。 Examples of L-tryptophan-producing bacteria or parent strains for deriving them include strains into which a tryptophan operon containing a gene encoding an inhibitory anthranilate synthase has been introduced (JP-A 57-71397, JP-A 62-244382, US Pat. No. 4,371,614). Furthermore, L-tryptophan-producing ability may be imparted by increasing the expression of a gene encoding tryptophan synthase in the tryptophan operon (trpBA). Tryptophan synthase consists of α and β subunits encoded by trpA and trpB genes, respectively. Furthermore, L-tryptophan production ability may be improved by increasing the expression of the isocitrate triase-malate synthase operon (WO 2005/103275).
コリネ型細菌としてはサルフアグアニジンに耐性株であるコリネバクテリウム・グルタミクムAJ12118(FERM BP-478 特許01681002号)、トリプトファンオペロンが導入されたコリネ型細菌(特開昭63240794号公報)、コリネ型細菌由来のシキミ酸キナーゼをコードする遺伝子を導入したコリネ型細菌(特開01994749号公報)を用いることができる。 Coryneform bacteria include Corynebacterium glutamicum AJ12118 (FERM BP-478 Patent 016881002), a coryneform bacterium introduced with a tryptophan operon (Japanese Patent Laid-Open No. 63240794), coryneform bacteria, which are resistant to sulfaguanidine. Coryneform bacteria (Japanese Patent Laid-Open No. 01994749) into which a gene encoding shikimate kinase derived therefrom has been introduced can be used.
L−プロリン生産菌
L−プロリン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、ilvA遺伝子が欠損し、L−プロリンを生産できるE. coli 702ilvA (VKPM B-8012) (欧州特許公開公報1,172,433号)などのエシェリヒア属に属する株が挙げられるが、これらに限定されない。
Examples of L-proline-producing bacteria L-proline-producing bacteria or parent strains for deriving the same are E. coli 702ilvA (VKPM B-8012) that lacks the ilvA gene and can produce L-proline (European Patent Publication) Examples include, but are not limited to, strains belonging to the genus Escherichia such as No. 1,172,433).
本発明に用いる細菌は、L−プロリン生合成に関与する遺伝子の一種以上の発現を増大することにより改良してもよい。L−プロリン生産菌に好ましい遺伝子の例としては、L−プロリンによるフィードバック阻害が解除されたグルタメートキナーゼをコードするproB遺伝子(ドイツ特許第3127361号)が挙げられる。さらに、本発明に用いる細菌は、細菌の細胞からL−アミノ酸を排出するタンパク質をコードする遺伝子の一種以上の発現が増大することにより改良してもよい。このような遺伝子としては、b2682 遺伝子及びb2683遺伝子(ygaZH遺伝子) (欧州特許公開公報1,239,041号)が挙げられる。 The bacterium used in the present invention may be improved by increasing the expression of one or more genes involved in L-proline biosynthesis. An example of a gene preferable for L-proline-producing bacteria includes a proB gene (German Patent No. 3127361) encoding glutamate kinase that is desensitized to feedback inhibition by L-proline. Furthermore, the bacterium used in the present invention may be improved by increasing the expression of one or more genes encoding proteins that excrete L-amino acids from bacterial cells. Examples of such genes include b2682 gene and b2683 gene (ygaZH gene) (European Patent Publication No. 1,239,041).
L−プロリン生産能を有するエシェリヒア属に属する細菌の例としては、NRRL B-12403及びNRRL B-12404 (英国特許第2075056号)、VKPM B-8012 (ロシア特許出願2000124295)、ドイツ特許第3127361号に記載のプラスミド変異体、Bloom F.R. et al (The 15th Miami winter symposium, 1983, p.34)に記載のプラスミド変異体などのE. coli 株が挙げられる。 Examples of bacteria belonging to the genus Escherichia having L-proline producing ability include NRRL B-12403 and NRRL B-12404 (British Patent No. 2075056), VKPM B-8012 (Russian Patent Application 2000124295), German Patent No. 3127361 And E. coli strains such as those described in Bloom FR et al (The 15th Miami winter symposium, 1983, p. 34).
L−アルギニン生産菌
L−アルギニン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、E. coli 237株 (VKPM B-7925) (米国特許出願公開2002/058315号)、及び、変異N-アセチルグルタメートシンターゼを保持するその誘導株(ロシア特許出願第2,001,112,869号)、E. coli 382株 (VKPM B-7926) (欧州特許公開公報1,170,358号)、N-アセチルグルタメートシンテターゼをコードするargA遺伝子が導入されたアルギニン生産株(欧州特許公開公報1,170,361号)などのエシェリヒア属に属する株が挙げられるが、これらに限定されない。
Examples of L-arginine producing bacteria L-arginine producing bacteria or parent strains for deriving them include E. coli strain 237 (VKPM B-7925) (US Patent Application Publication No. 2002/058315) and mutant N- Derived strains carrying acetylglutamate synthase (Russian Patent Application No. 2,001,112,869), E. coli 382 strain (VKPM B-7926) (European Patent Publication No.1,170,358), argA gene encoding N-acetylglutamate synthetase introduced Strains belonging to the genus Escherichia such as, but not limited to, arginine producing strains (European Patent Publication No. 1,170,361).
L−アルギニン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、L−アルギニン生合成系酵素をコードする遺伝子の1種以上の発現が増大した株も挙げられる。かかる遺伝子の例としては、N-アセチルグルタミルフォスフェートレダクターゼ遺伝子(argC)、オルニチンアセチルトランスフェラーゼ遺伝子(argJ)、N-アセチルグルタメートキナーゼ遺伝子(argB)、アセチルオルニチントランスアミナーゼ遺伝子(argD)、オルニチンカルバモイルトランスフェラーゼ遺伝子(argF)、アルギノコハク酸シンテターゼ遺伝子(argG)、アルギノコハク酸リアーゼ遺伝子(argH)、カルバモイルフォスフェートシンテターゼ遺伝子(carAB)が挙げられる。 Examples of L-arginine-producing bacteria or parent strains for deriving the same also include strains in which expression of one or more genes encoding L-arginine biosynthetic enzymes are increased. Examples of such genes include N-acetylglutamylphosphate reductase gene (argC), ornithine acetyltransferase gene (argJ), N-acetylglutamate kinase gene (argB), acetylornithine transaminase gene (argD), ornithine carbamoyltransferase gene ( argF), arginosuccinate synthetase gene (argG), arginosuccinate lyase gene (argH), carbamoylphosphate synthetase gene (carAB).
L−バリン生産菌
L−バリン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、ilvGMEDAオペロンを過剰発現するように改変された株(米国特許第5,998,178号)が挙げられるが、これらに限定されない。アテニュエーションに必要なilvGMEDAオペロンの領域を除去し、生産されるL−バリンによりオペロンの発現が減衰しないようにすることが好ましい。さらに、オペロンのilvA遺伝子が破壊され、スレオニンデアミナーゼ活性が減少することが好ましい。
L−バリン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、アミノアシルt-RNAシンテターゼの変異を有する変異株(米国特許第5,658,766号)も挙げられる。例えば、イソロイシンtRNAシンテターゼをコードするileS 遺伝子に変異を有するE. coli VL1970が使用できる。E. coli VL1970は、1988年6月24日、ロシアン・ナショナル・コレクション・オブ・インダストリアル・マイクロオルガニズムズ(VKPM) (1 Dorozhny proezd., 1 Moscow 117545, Russia)に、受託番号VKPM B-4411で寄託されている。
さらに、生育にリポ酸を要求する、及び/または、H+-ATPaseを欠失している変異株(国際公開96/06926号)を親株として用いることができる。
Examples of L-valine producing bacteria L-valine producing bacteria or parent strains for inducing the same include, but are not limited to, strains modified to overexpress the ilvGMEDA operon (US Pat. No. 5,998,178). Not. It is preferable to remove the ilvGMEDA operon region required for attenuation so that the operon expression is not attenuated by the produced L-valine. Furthermore, it is preferred that the ilvA gene of the operon is disrupted and the threonine deaminase activity is reduced.
Examples of L-valine-producing bacteria or parent strains for deriving the same also include mutant strains having aminoacyl t-RNA synthetase mutations (US Pat. No. 5,658,766). For example, E. coli VL1970 having a mutation in the ileS gene encoding isoleucine tRNA synthetase can be used. E. coli VL1970 was registered with Russian National Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) (1 Dorozhny proezd., 1 Moscow 117545, Russia) on June 24, 1988 under the accession number VKPM B-4411. It has been deposited.
Further, a mutant strain (International Publication No. 96/06926) that requires lipoic acid for growth and / or lacks H + -ATPase can be used as a parent strain.
コリネ型細菌のL−バリン生産菌としては、例えば、L−バリ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した菌株を挙げることができる。L−バリン酸生合成に関与する酵素としては、例えば、ilvBNCオペロンによりコードされる酵素、すなわちilvBNによりコードされるアセトヒドロキシ酸シンターゼやivlCによりコードされるイソメロリダクターゼ(国際公開00/50624号)が挙げられる。尚、ilvBNCオペロンは、L−バリン及び/又はL−イソロイシン及び/又はL−ロイシンによるオペロンの発現調節を受けるので、生成するL−バリンによる発現抑制を解除するためにアテニュエーションを解除することが望ましい。 Examples of L-valine-producing bacteria of coryneform bacteria include strains modified so that expression of a gene encoding an enzyme involved in L-valic acid biosynthesis is enhanced. Examples of the enzyme involved in L-valinate biosynthesis include, for example, an enzyme encoded by the ilvBNC operon, that is, an acetohydroxyacid synthase encoded by ilvBN and an isomeroreductase encoded by ivlC (International Publication No. 00/50624) Is mentioned. Since the ilvBNC operon is regulated by operon expression by L-valine and / or L-isoleucine and / or L-leucine, the attenuation is released to release the suppression of the expression by L-valine produced. Is desirable.
L−バリン生産能を有するコリネ型細菌としては、L−バリン産生を減少させる物質代謝経路に関与する、少なくとも1種の酵素の活性を低下あるいは欠損させることにより行ってもよい。例えば、L−ロイシン合成に関与するスレオニンデヒドラターゼやD-パントセナート合成に関与する酵素の活性を低下させることが考えられる(国際公開00/50624号)。 Coryneform bacteria having L-valine-producing ability may be performed by reducing or eliminating the activity of at least one enzyme involved in a substance metabolic pathway that reduces L-valine production. For example, it is conceivable to reduce the activity of threonine dehydratase involved in L-leucine synthesis and the enzyme involved in D-pantosenate synthesis (WO 00/50624).
L−バリン生産能を付与する別の方法として、アミノ酸アナログなどへの耐性を付与する方法も挙げられる。
例えば、L−イソロイシンおよびL−メチオニン要求性,ならびにD-リボ-ス,プリンリボヌクレオシドまたはピリミジンリボヌクレオシドに耐性を有し,かつL−バリン生産能を有する変異株(FERM P-1841、FERM P-29、特公昭53-025034) や、ポリケトイド類に耐性を有する変異株(FERM P-1763、FERM P-1764、特公平06-065314) 、更には酢酸を唯一の炭素源とする培地でL−バリン耐性を示し、且つグルコースを唯一の炭素源とする培地でピルビン酸アナログ(フルオロピルビン酸等)に感受性を有する変異株(FERM BP-3006、FERM BP-3007、特許3006929号)が挙げられる。
Another method for imparting L-valine-producing ability includes a method for imparting resistance to amino acid analogs and the like.
For example, L-isoleucine and L-methionine auxotrophs, and mutant strains (FERM P-1841, FERM P having resistance to D-ribose, purine ribonucleoside or pyrimidine ribonucleoside and capable of producing L-valine) -29, JP-B 53-025034), mutants resistant to polyketoids (FERM P-1763, FERM P-1764, JP-B 06-065314), and in a medium containing acetic acid as the only carbon source. -Mutants (FERM BP-3006, FERM BP-3007, Patent 3006929) that are resistant to valine and that are sensitive to pyruvic acid analogs (fluoropyruvic acid, etc.) in a medium that uses glucose as the only carbon source. .
L−イソロイシン生産菌
L−イソロイシン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、6-ジメチルアミノプリンに耐性を有する変異株(特開平5-304969号)、チアイソロイシン、イソロイシンヒドロキサメートなどのイソロイシンアナログに耐性を有する変異株、さらにDL-エチオニン及び/またはアルギニンヒドロキサメートに耐性を有する変異株(特開平5-130882号).が挙げられるが、これらに限定されない。さらに、スレオニンデアミナーゼ、アセトヒドロキシ酸シンターゼなどのL−イソロイシン生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子で形質転換された組換え株もまた親株として使用できる(特開平2-458号, FR 0356739, 及び米国特許第5,998,178号)。
Examples of L-isoleucine-producing bacteria and L-isoleucine-producing bacteria or parent strains for inducing the same include mutants having resistance to 6-dimethylaminopurine (Japanese Patent Laid-Open No. 5-304969), thiisoleucine, isoleucine hydroxamate Mutants having resistance to isoleucine analogs such as the above, and mutants having resistance to DL-ethionine and / or arginine hydroxamate (Japanese Patent Laid-Open No. 5-130882), but are not limited thereto. Furthermore, a recombinant strain transformed with a gene encoding a protein involved in L-isoleucine biosynthesis such as threonine deaminase and acetohydroxy acid synthase can also be used as a parent strain (JP-A-2-458, FR 0356739, and US Pat. No. 5,998,178).
コリネ型細菌のL−イソロイシン生産菌としては、分岐鎖アミノ酸排出タンパク質をコードするbrnE遺伝子を増幅したコリネ型細菌(特開2001-169788)、L−リジン生産菌とのプロトプラスト融合によりL−イソロイシン生産能を付与したコリネ型細菌(特開昭62-74293)、ホモセリンデヒドロゲナーゼを強化したコリネ型細菌(特開昭62-91193)、スレオニンハイドロキサメート耐性株(特開昭62-195293)、α-ケトマロン耐性株(特開昭61-15695)、メチルリジン耐性株(特開昭61-15696)が挙げられる。 L-isoleucine-producing bacteria of coryneform bacteria include coryneform bacteria (JP 2001-169788) in which a brnE gene encoding a branched-chain amino acid excretion protein is amplified, and L-isoleucine production by protoplast fusion with L-lysine-producing bacteria. Coryneform bacterium imparted with ability (JP-A 62-74293), coryneform bacterium with enhanced homoserine dehydrogenase (JP-A 62-91193), threonine hydroxamate resistant strain (JP 62-195293), α- Examples include ketomarone resistant strains (Japanese Patent Laid-Open No. 61-15695) and methyllysine resistant strains (Japanese Patent Laid-Open No. 61-15696).
L−メチオニン生産菌
L−メチオニン生産菌又はそれを誘導するための親株の例としては、L−スレオニン要求株、ノルロイシンに耐性を有する変異株が挙げられるが、これらに限定されない(特開2000-139471号)。さらに、メチオニンリプレッサーを欠損した株や、ホモセリントランスサクシニラーゼ、シスタチオニンγ-シンテースなどのL−メチオニン生合成に関与するタンパク質をコードする遺伝子で形質転換された組換え株もまた親株として使用できる(特開2000-139471号)。
Examples of L-methionine-producing bacteria L-methionine-producing bacteria or parent strains for inducing them include, but are not limited to, L-threonine-requiring strains and mutants having resistance to norleucine (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-2000). 139471). Furthermore, a strain lacking a methionine repressor, a recombinant strain transformed with a gene encoding a protein involved in L-methionine biosynthesis, such as homoserine transsuccinylase, cystathionine γ-synthase, can also be used as a parent strain. (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-139471).
次に、微生物に核酸生産能を付与する方法と核酸生産菌について例示する。
核酸生産能を有する細菌微生物は、上記のような細菌微生物に、例えば、プリンヌクレオシド要求性、又はさらにプリンアナログ等の薬剤に対する耐性を付与することにより、取得することが出来る(特公昭38−23099、特公昭54−17033、特公昭55−45199、特公昭57−14160、特公昭57−41915、特公昭59−42895参照)。例えば、栄養要求性及び薬剤耐性を持つバチルス属細菌は、N-メチル-N'-ニトロ-N-ニトロソグアニジン(NTG)、またはEMS(エタンメタンスルフォネート)等の通常の変異処理に用いられている変異剤による処理によって取得することが出来る。
Next, a method for imparting nucleic acid-producing ability to a microorganism and a nucleic acid-producing bacterium will be exemplified.
Bacterial microorganisms having nucleic acid-producing ability can be obtained by, for example, imparting purine nucleoside requirements or resistance to drugs such as purine analogs to the above-described bacterial microorganisms (Japanese Patent Publication No. 38-23099). JP-B-54-17033, JP-B-55-45199, JP-B-57-14160, JP-B-57-41915, JP-B-59-42895). For example, Bacillus bacteria having auxotrophy and drug resistance are used for normal mutation treatments such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or EMS (ethane methanesulfonate). It can be obtained by treatment with a mutagen.
プリンヌクレオシドを生産するバチルス属細菌としては、以下のものが挙げられる。
バチルス属に属するイノシン生産株の具体例として、バチルス・ズブチリスKMBS16株を使用することができる。同菌株は、プリンオペロンリプレッサーをコードするpurR遺伝子の欠損(purR::spc)、スクシニル−AMPシンターゼをコードするpurA遺伝子の欠損(purA::erm)、およびプリンヌクレオシドホスホリラーゼをコードするdeoD遺伝子の欠損(deoD::kan)が導入された、既知のバチルス・ズブチリスtrpC2株(168 Marburg)の誘導体である(特開2004-242610、US2004166575A1)。また、バチルス・ズブチリス菌株AJ3772(FERM P-2555)(特開昭62-014794)等を使用することもできる。
Examples of Bacillus bacteria that produce purine nucleosides include the following.
As a specific example of the inosine-producing strain belonging to the genus Bacillus, the Bacillus subtilis KMBS16 strain can be used. The strain contains a deletion of purR gene encoding purine operon repressor (purR :: spc), deletion of purA gene encoding succinyl-AMP synthase (purA :: erm), and deoD gene encoding purine nucleoside phosphorylase. It is a known derivative of Bacillus subtilis trpC2 strain (168 Marburg) into which a deficiency (deoD :: kan) has been introduced (JP 2004-242610, US2004166575A1). Also, Bacillus subtilis strain AJ3772 (FERM P-2555) (Japanese Patent Laid-Open No. 62-014794) can be used.
グアノシン生産能を有するバチルス属細菌としては、IMP脱水素酵素の活性が上昇したバチルス属細菌(特開平3-58787)、プリンアナログ耐性又はデコイニン耐性遺伝子が組み込まれているベクターをアデニン要求性変異株に導入したバチルス属細菌(特公平4-28357)等が挙げられる。 Examples of Bacillus bacteria having the ability to produce guanosine include Bacillus bacteria with increased IMP dehydrogenase activity (Japanese Patent Laid-Open No. 3-58787), vectors incorporating a purine analog resistance or decoinin resistance gene, and adenine-requiring mutants And Bacillus bacteria introduced in (4).
またプリンヌクレオチドを生産するバチルス属細菌としては、以下のものが挙げられる。
イノシン酸生産菌としては、バチルス・ズブチリスのフォスファターゼ活性が弱化したイノシン生産株が報告されている(Uchida, K. et al., Agr. Biol. Chem., 1961, 25, 804-805、Fujimoto, M. Uchida, K., Agr. Biol. Chem., 1965, 29, 249-259)。グアニル酸生産菌としては、アデニン要求性を有しさらにデコイニンまたはメチオニンスルフォキシドに耐性を有し、かつ5'−グアニル酸(グアノシン−5'−モノリン酸、以下「GMP」ともいう)生産能を有するバチルス属の変異株が挙げられる(特公昭56−12438号公報)。
Examples of Bacillus bacteria that produce purine nucleotides include the following.
As inosinic acid-producing bacteria, inosine-producing strains with reduced phosphatase activity of Bacillus subtilis have been reported (Uchida, K. et al., Agr. Biol. Chem., 1961, 25, 804-805, Fujimoto, M. Uchida, K., Agr. Biol. Chem., 1965, 29, 249-259). As a guanylate-producing bacterium, it has adenine requirement, is resistant to decoinin or methionine sulfoxide, and can produce 5′-guanylic acid (guanosine-5′-monophosphate, hereinafter also referred to as “GMP”). And a mutant strain of the genus Bacillus (Japanese Patent Publication No. 56-12438).
また、キサンチル酸生産菌は、コリネバクテリウム・アンモニアゲネス(Corynebacterium ammmoniagenes)を中心とするコリネ型細菌の育種に用いたられる方法を使用して構築することができる。例えば、PRPP amidotransferaseを強化株(特開平8-168383)、脂肪族アミノ酸耐性株(特開平4-262790)、デヒドロプロリン耐性株(韓国特許公開公報2003-56490)を取得することによって、キサンチル酸生産菌を構築することができる。 In addition, xanthylic acid-producing bacteria can be constructed using a method used for breeding coryneform bacteria centering on Corynebacterium ammmoniagenes. For example, by obtaining a PRPP amidotransferase-enhanced strain (Japanese Patent Laid-Open No. 8-168383), an aliphatic amino acid resistant strain (Japanese Patent Laid-Open No. 4-262790), a dehydroproline resistant strain (Korea Patent Publication No. 2003-56490), xanthylic acid production Fungi can be constructed.
また、プリン系物質生産能を有するバチルス属細菌を育種する方法として、以下の方法が挙げられる。プリンヌクレオシド及びプリンヌクレオチドに共通のプリン生合成に関与する酵素、すなわちプリン生合成酵素の細胞内での活性を上昇させる方法が挙げられる。該酵素の細胞内での活性は、バチルス属細菌の非改変株、例えば野生型のバチルス属細菌よりも上昇させることが好ましい。「活性が上昇する」とは、例えば、細胞当たりの酵素分子の数が増加した場合や、酵素分子当たりの比活性が上昇した場合などが該当する。例えば、前記酵素の遺伝子の発現量を上昇させることにより活性を上昇させることができる。前記プリン生合成に関与する酵素としては、たとえばホスホリボシルピロリン酸アミドトランスフェラーゼ、ホスホリボシルピロリン酸シンセターゼ(PRPP synthetase [EC:2.7.6.1])などが挙げられる Moreover, the following method is mentioned as a method of breeding the Bacillus genus bacteria which have purine-type substance production ability. Examples include a method for increasing the intracellular activity of an enzyme involved in purine biosynthesis common to purine nucleosides and purine nucleotides, that is, purine biosynthesis enzyme. The intracellular activity of the enzyme is preferably increased as compared with an unmodified strain of Bacillus bacterium, for example, a wild-type Bacillus bacterium. “The activity increases” corresponds to, for example, a case where the number of enzyme molecules per cell increases or a case where the specific activity per enzyme molecule increases. For example, the activity can be increased by increasing the expression level of the enzyme gene. Examples of the enzyme involved in the purine biosynthesis include phosphoribosyl pyrophosphate amide transferase, phosphoribosyl pyrophosphate synthetase (PRPP synthetase [EC: 2.7.6.1]) and the like.
ペントースリン酸系に取り込まれたグルコースなどの糖源が代謝により生成したカタボライトの一部は、リブロース−5−リン酸を経由して、リボース−5−リン酸となる。生合成されたリボース−5−リン酸より、プリンヌクレオシド、ヒスチジン、およびトリプトファン生合成の不可欠な前駆物質であるホスホリボシルピロリン酸(PRPP)が生成される。具体的には、リボース−5−リン酸は、ホスホリボシルピロリン酸シンセターゼによりPRPPに転換される。したがって、ホスホリボシルピロリン酸シンセターゼの活性が上昇するように改変することにより、バチルス属細菌にプリン系物質生産能を付与又は増強することができる。 A part of catabolite produced by metabolism by a sugar source such as glucose incorporated into the pentose phosphate system becomes ribose-5-phosphate via ribulose-5-phosphate. Biosynthesized ribose-5-phosphate produces purine nucleoside, histidine, and phosphoribosyl pyrophosphate (PRPP), an essential precursor for biosynthesis of tryptophan. Specifically, ribose-5-phosphate is converted to PRPP by phosphoribosyl pyrophosphate synthetase. Therefore, the ability to produce purine substances can be imparted to or enhanced in bacteria belonging to the genus Bacillus by modifying the activity of phosphoribosyl pyrophosphate synthetase to increase.
「ホスホリボシルピロリン酸シンセターゼの活性が上昇する」とは、ホスホリボシルピロリン酸シンセターゼの活性が野生株又は親株等の非改変株に対して増加していることをいう。ホスホリボシルピロリン酸シンセターゼの活性は例えば、Switzer等の方法(Methods Enzymol., 1978, 51, 3-11)、Roth等の方法(Methods Enzymol., 1978, 51, 12-17)により、測定することができる。ホスホリボシルピロリン酸シンセターゼの活性が上昇したバチルス属細菌は、例えば、特開2004-242610号公報に記載の方法と同様にして、プラスミドを用いる方法や染色体上に組込む方法などにより、ホスホリボシルピロリン酸シンセターゼをコードする遺伝子をバチルス属細菌で高発現させることにより作製することができる。 “The activity of the phosphoribosyl pyrophosphate synthetase is increased” means that the activity of the phosphoribosyl pyrophosphate synthetase is increased relative to a non-modified strain such as a wild strain or a parent strain. The activity of phosphoribosyl pyrophosphate synthetase should be measured by, for example, the method of Switzer et al. (Methods Enzymol., 1978, 51, 3-11), the method of Roth et al. (Methods Enzymol., 1978, 51, 12-17) Can do. Bacteria belonging to the genus Bacillus having an increased activity of phosphoribosyl pyrophosphate synthase can be obtained by, for example, phosphoribosyl pyrophosphate by a method using a plasmid or a method of integrating on a chromosome in the same manner as described in JP-A-2004-242610. It can be produced by highly expressing a gene encoding a synthetase in a Bacillus bacterium.
一方、プリンヌクレオシド、ヒスチジン、およびトリプトファン生合成に不可欠な前駆物質であるPRPPが生成されると、その一部は、プリン生合成に関与する酵素群によりプリンヌクレオチド、プリンヌクレオシドへと変換される。そのような酵素群をコードする遺伝子としては、バチルス・ズブチリスのプリンオペロン、具体的にはpurEKB-purC(orf)QLF-purMNH(J)-purDオペロンの遺伝子(Ebbole DJ and Zalkin H, J. Biol. Chem., 1987, 262, 17, 8274-87)(現在では、purEKBCSQLFMNHDとも呼ばれる:Bacillus subtilis and Its Closest Relatives, Editor in Chief: A.L. Sonenshein, ASM Press, Washington D.C., 2002。GenBank Accession No.NC_000964)、およびエシェリヒア・コリのpurレギュロンの遺伝子(Escherichia and Salmonella, Second Edition, Editor in Chief: F.C. Neidhardt, ASM Press, Washington D.C., 1996)が例示される。 On the other hand, when PRPP, a precursor essential to purine nucleoside, histidine, and tryptophan biosynthesis, is produced, a part of it is converted into a purine nucleotide and purine nucleoside by a group of enzymes involved in purine biosynthesis. The genes encoding such enzyme groups include the Bacillus subtilis purine operon, specifically the purEKB-purC (orf) QLF-purMNH (J) -purD operon gene (Ebbole DJ and Zalkin H, J. Biol Chem., 1987, 262, 17, 8274-87 (now also called purEKBCSQLFMNHD: Bacillus subtilis and Its Closest Relatives, Editor in Chief: AL Sonenshein, ASM Press, Washington DC, 2002. GenBank Accession No. NC_000964) And the Escherichia coli pur regulon gene (Escherichia and Salmonella, Second Edition, Editor in Chief: FC Neidhardt, ASM Press, Washington DC, 1996).
したがって、これらの遺伝子の発現を増強することにより、プリン系物質生産能を付与又は増強することもできる。なお、本発明に用いることが出来るプリンオペロン遺伝子はこれらのものには限定されず、他の微生物や動植物由来の遺伝子も利用することも出来る。 Therefore, the ability to produce purine substances can be imparted or enhanced by enhancing the expression of these genes. The purine operon genes that can be used in the present invention are not limited to these genes, and genes derived from other microorganisms and animals and plants can also be used.
プリンオペロンの発現量を増大させる方法としては、プラスミドを用いる方法や染色体上に組込む方法などにより、プリンオペロン遺伝子をバチルス属細菌で高発現させる方法が挙げられる。 Examples of a method for increasing the expression level of the purine operon include a method in which the purine operon gene is highly expressed in a Bacillus bacterium by a method using a plasmid or a method of integrating on a chromosome.
プリンオペロンの発現量を増大させる第2の方法として、プリンオペロン固有のプロモーターをより強力なプロモーターに置換することや、固有のプロモーターの-35、-10領域をコンセンサス配列に置換することが挙げられる。 As a second method for increasing the expression level of the purine operon, replacement of the promoter unique to the purine operon with a stronger promoter, or substitution of the -35 and -10 regions of the unique promoter with a consensus sequence can be mentioned. .
例えば、バチルス・ズブチリス(B. subtilis 168 Marburg株; ATCC6051)では、プリンオペロンの-35配列はコンセンサス配列(TTGACA)であるが、-10配列はTAAGATであり、コンセンサス配列TATAATとは異なっている(Ebbole, D. J. and H. Zalikn, J. Biol. Chem., 1987, 262, 8274-8287)。したがって、-10配列(TAAGAT)をコンセンサス配列にすること、あるいはコンセンサス配列に近づけ、TATAAT、またはTATGAT、もしくはTAAAATとなるように改変することで、プリンオペロンの転写活性を上昇させることができる。なお、プロモーター配列の置換は、下記の遺伝子置換と同様の方法で行うことが出来る。 For example, in Bacillus subtilis (Strain B. subtilis 168 Marburg; ATCC6051), the -35 sequence of the purine operon is a consensus sequence (TTGACA), but the -10 sequence is TAAGAT, which is different from the consensus sequence TATAAT ( Ebbole, DJ and H. Zalikn, J. Biol. Chem., 1987, 262, 8274-8287). Therefore, the transcriptional activity of the purine operon can be increased by making the -10 sequence (TAAGAT) into a consensus sequence, or by modifying it so that it becomes TATAAT, TATGAT, or TAAAAT close to the consensus sequence. The replacement of the promoter sequence can be performed by the same method as the gene replacement described below.
プリンオペロンの発現量を増大させる第3の方法として、プリンオペロンのリプレッサーの発現量を低下させる方法も挙げられる(USP6,284,495号)。「プリンオペロンのリプレッサーの発現」とは、プリンオペロン遺伝子の転写、及び転写産物の翻訳の両方を含む。また、「発現量を低下させる」とは、発現量が、非改変株、例えば野生型のバチルス属細菌における発現量よりも低いこと、及び、発現が実質的に消失していることを含む。 As a third method of increasing the expression level of the purine operon, there is a method of decreasing the expression level of the purine operon repressor (USP 6,284,495). “Expression of the purine operon repressor” includes both transcription of the purine operon gene and translation of the transcript. Further, “reducing the expression level” includes that the expression level is lower than that in an unmodified strain, for example, a wild-type Bacillus bacterium, and that the expression is substantially lost.
プリンペオペロンのリプレッサー(プリンリプレッサー)の発現量を低下させるためには、例えば、バチルス属細菌を紫外線照射またはNTGもしくは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し、プリンリプレッサーの発現量が低下した変異株を選択する方法を採用することができる。 In order to reduce the expression level of the purine operon repressor (purine repressor), for example, the Bacillus bacterium is treated with an ultraviolet ray irradiation or a mutagen that is usually used for mutagenesis such as NTG or EMS. A method of selecting a mutant strain in which the expression level of the repressor is reduced can be employed.
また、プリンリプレッサーの発現量が低下したバチルス属細菌は、変異処理の他に、例えば、遺伝子組換え法を用いた相同組換え法(Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory press (1972); Matsuyama, S. and Mizushima, S., J. Bacteriol., 1985, 162, 1196-1202)により、染色体上のプリンリプレッサーをコードする遺伝子(purR;GenBank Accession NC_000964(コード領域は塩基番号54439〜55293)を、正常に機能しない遺伝子(以下、「破壊型遺伝子」ということがある)で置換することによって得ることができる。 Further, Bacillus bacteria having a reduced expression level of the purine repressor may include, for example, a homologous recombination method using genetic recombination (Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory press (1972); According to Matsuyama, S. and Mizushima, S., J. Bacteriol., 1985, 162, 1196-1202), a gene encoding a purine repressor on the chromosome (purR; GenBank Accession NC_000964 (the coding region has nucleotide numbers 54439 to 55293). ) With a gene that does not function normally (hereinafter sometimes referred to as a “disrupted gene”).
さらに、プリン系物質の細胞内への取り込みを弱化することによっても、プリン系物質生産能を強化することができる。例えば、プリンヌクレオシドの細胞内へ取り込みは、プリンヌクレオシドの細胞内への取り込みに関与する反応を遮断することによって弱化することができる。上記プリンヌクレオシドの細胞内への取り込みに関与する反応は、たとえばヌクレオシドパーミアーゼに触媒される反応である。 Furthermore, the ability to produce purine substances can also be enhanced by weakening the incorporation of purine substances into cells. For example, purine nucleoside uptake into cells can be attenuated by blocking reactions involved in purine nucleoside uptake into cells. The reaction involved in the incorporation of the purine nucleoside into the cell is, for example, a reaction catalyzed by a nucleoside permease.
さらに、プリンヌクレオシドを製造する場合には、プリンヌクレオシド生産能を増強させるためにプリン系物質を分解する酵素の活性を低下させてもよい。このような酵素として、例えば、プリンヌクレオシドホスホリラーゼが挙げられる。 Furthermore, when producing a purine nucleoside, the activity of an enzyme that degrades purine substances may be reduced in order to enhance the purine nucleoside production ability. Examples of such an enzyme include purine nucleoside phosphorylase.
PRPPから、プリン生合成に関与する酵素群により生合成されたプリンヌクレオチドは、脱リン酸化されて、プリンヌクレオシドに変換される。プリンヌクレオシドを効率的に蓄積せしめるためには、プリンヌクレオシドを更に分解してヒポキサンチン等とするプリンヌクレオシドホスホリラーゼの活性を低下させることが好ましい。すなわち、イノシンをはじめとするプリンヌクレオシドを基質とするプリンヌクレオシドホスホリラーゼを弱化、あるいは欠損させるように改変することが望ましい。 Purine nucleotides biosynthesized from PRPP by enzymes involved in purine biosynthesis are dephosphorylated and converted to purine nucleosides. In order to accumulate the purine nucleoside efficiently, it is preferable to further degrade the purine nucleoside to reduce the activity of purine nucleoside phosphorylase such as hypoxanthine. That is, it is desirable to modify so that the purine nucleoside phosphorylase using purine nucleosides such as inosine as a substrate is weakened or deleted.
プリンヌクレオシドホスホリラーゼ活性の低下は、具体的には、バチルス属細菌でプリンヌクレオシドホスホリラーゼをコードするdeoD遺伝子とpupG遺伝子を破壊することによって達成することができる。本発明のバチルス属細菌は、上記のようなdeoD遺伝子とpupG遺伝子を単独、または同時に破壊するように改変されたものであってもよい。deoD遺伝子、pupG遺伝子は、例えばバチルス属由来の遺伝子(deoD;GenBank Accession No. NC_000964(コード領域は2134672-2135370), pupG;GenBank Accession No. NC_000964(コード領域は2445610-2446422)が利用できる。 Specifically, reduction of purine nucleoside phosphorylase activity can be achieved by disrupting the deoD gene and pupG gene encoding purine nucleoside phosphorylase in Bacillus bacteria. The Bacillus bacterium of the present invention may be modified so as to destroy the deoD gene and the pupG gene as described above alone or simultaneously. As the deoD gene and pupG gene, for example, genes derived from the genus Bacillus (deoD; GenBank Accession No. NC_000964 (coding region is 2134672-2135370), pupG; GenBank Accession No. NC_000964 (coding region is 2445610-2446422) can be used.
また、プリン系物質生産能を増強させるために、サクシニル−AMPシンターゼの活性を低下させてもよい。サクシニル−AMPシンターゼをコードする遺伝子としては、purA遺伝子が挙げられる。purA遺伝子としては、例えば、GenBank Accession No. NC_000964(コード領域は相補鎖の塩基番号4153460-4155749)で登録されている塩基配列を有するものが挙げられる。 In addition, the activity of succinyl-AMP synthase may be decreased in order to enhance the purine substance production ability. An example of a gene encoding succinyl-AMP synthase is the purA gene. Examples of the purA gene include those having a base sequence registered under GenBank Accession No. NC — 000964 (the coding region is the complementary strand base number 4153460-4155749).
さらに、プリン系物質生産能を増強させるために、イノシンモノリン酸(IMP)脱水素酵素の活性を低下させてもよい。IMP脱水素酵素をコードする遺伝子としては、guaB遺伝子が挙げられる。guaB遺伝子としては、例えば、GenBank Accession No.NC_000964(コード領域は15913-17376)で登録されている塩基配列を有するものが挙げられる。 Furthermore, the activity of inosine monophosphate (IMP) dehydrogenase may be reduced in order to enhance the ability to produce purine substances. Examples of the gene encoding IMP dehydrogenase include the guaB gene. Examples of the guaB gene include those having a base sequence registered in GenBank Accession No. NC — 000964 (coding region is 15913-17376).
また、プリン系物質生産能を増強させる方法として、プリン系物質を排出する活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を増幅することが考えられる。このような遺伝子が増幅された細菌としては、例えば、rhtA遺伝子を増幅したバチルス属細菌が挙げられる(特開2003-219876)。 Further, as a method for enhancing the ability to produce purine substances, it is conceivable to amplify a gene that encodes a protein having an activity of discharging purine substances. Examples of the bacterium in which such a gene is amplified include a Bacillus bacterium in which the rhtA gene is amplified (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-219876).
遺伝子組換えにより、上記のL−アミノ酸生産菌を育種する場合、使用する遺伝子は、上述した遺伝子情報を持つ遺伝子や、公知の配列を有する遺伝子に限られず、保存的バリアント、すなわちコードされるタンパク質の機能が損なわれない限り、その遺伝子のホモログや人為的な改変体等、保存的変異を有する遺伝子も使用することができる。すなわち、公知のタンパク質のアミノ酸配列において、1若しくは数個の位置での1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入又は付加等を含む配列を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。保存的バリアント等については、前記のキシラナーゼ及びそれをコードする遺伝子について記載したのと同様である。 When breeding the above-mentioned L-amino acid-producing bacterium by genetic recombination, the gene used is not limited to the gene having the genetic information described above or a gene having a known sequence, but a conservative variant, that is, an encoded protein As long as the function of the gene is not impaired, a gene having a conservative mutation such as a homologue or artificially modified gene of the gene can also be used. That is, it may be a gene encoding a protein having a sequence including substitution, deletion, insertion or addition of one or several amino acids at one or several positions in the amino acid sequence of a known protein. Conservative variants and the like are the same as described for the xylanase and the gene encoding it.
<5−2>目的物質の製造における微生物の培養
本発明の方法により製造された糖液又はその分画物(以下、併せて「糖」と記載することがある。)を炭素源として、目的物質生産能を有する微生物を培養し、培地又は微生物細胞から目的物質を採取する。
炭素源として上記糖を用いること以外は、通常の発酵法と同様の方法を用いることができる。
<5-2> Cultivation of microorganisms in the production of the target substance The sugar solution produced by the method of the present invention or a fraction thereof (hereinafter sometimes referred to as “sugar”) as a carbon source is used for the purpose. A microorganism having a substance-producing ability is cultured, and a target substance is collected from a medium or a microorganism cell.
A method similar to a normal fermentation method can be used except that the sugar is used as a carbon source.
本発明の方法は、回分培養(batch culture)、流加培養(Fed-batch culture)、連続培養法(continuous culture)のいずれも用いることができ、本発明により得られる糖は、初発培地に含まれていてもよいし、流加培地に含まれていてもよいし、これらの両方に含まれていてもよい。 The method of the present invention can use any of batch culture, fed-batch culture, and continuous culture, and the sugar obtained by the present invention is contained in the initial medium. It may be contained in the feed medium or in both of them.
流加培養とは、培養容器に培地を連続的または間欠的に流加し、培養終了時までその培地を容器から抜き取らない培養方法をいう。また連続培養とは、培養容器に培地を連続的または間欠的に流加するとともに容器から培地(通常、流加する培地と等量)を抜き取る方法をいう。また、初発培地とは、流加培養または連続培養において流加培地を流加させる前の回分培養(batch培養)に用いる培地(培養開始時の培地)のことを意味し、流加培地とは流加培養または連続培養を行う際に発酵槽に供給する培地を意味する。また、回分培養(batch培養)とは、一回毎に新たな培地を用意し、そこへ株を植えて収穫まで培地を加えない方法を意味する。 Fed-batch culture refers to a culture method in which a medium is fed continuously or intermittently into a culture container and the medium is not removed from the container until the end of the culture. Continuous culture refers to a method in which a medium is fed continuously or intermittently into a culture container and the medium (usually equivalent to the medium to be fed) is extracted from the container. The initial medium means a medium (medium at the start of the culture) used for batch culture (batch culture) before feeding the fed-batch medium in fed-batch culture or continuous culture. It means a medium supplied to a fermenter when fed-batch culture or continuous culture is performed. In addition, batch culture (batch culture) means a method in which a new medium is prepared every time, a strain is planted there, and no medium is added until harvest.
糖は、目的物質を製造するのに適した濃度であればどのような濃度で用いてもかまわない。培地中の糖濃度としては、好ましくは0.05w/v%〜50w/v%程度、より好ましくは0.1w/v%〜40w/v%程度、特に好ましくは0.2w/v%〜20w/v%程度培地に含有させる。本発明の方法により製造される糖は、単独で用いることも出来るし、他の方法で得られたグルコース、あるいは、フラクトース、スクロース、廃糖蜜、澱粉加水分解物などの他の炭素源と組み合わせて用いることも出来る。この場合、本発明の方法により得られる糖と他の炭素源は任意の比率で混合することが可能である。他の炭素源として好ましいのは、フラクトース、スクロース、ラクトース、ガラクトース、廃糖蜜、澱粉加水分解物や、他のバイオマスの加水分解により得られた糖液などの糖類、エタノール、グリセロールなどのアルコール類、フマール酸、クエン酸、コハク酸等の有機酸類である。 The sugar may be used at any concentration that is suitable for producing the target substance. The sugar concentration in the medium is preferably about 0.05 w / v% to 50 w / v%, more preferably about 0.1 w / v% to 40 w / v%, particularly preferably 0.2 w / v% to 20 w / v%. To be included in the medium. The sugar produced by the method of the present invention can be used alone or in combination with other carbon sources such as glucose obtained by other methods or fructose, sucrose, molasses, starch hydrolysate, etc. It can also be used. In this case, the sugar obtained by the method of the present invention and the other carbon source can be mixed at an arbitrary ratio. Preferred as other carbon sources are fructose, sucrose, lactose, galactose, molasses, starch hydrolysates, sugars such as sugar liquid obtained by hydrolysis of other biomass, alcohols such as ethanol and glycerol, Organic acids such as fumaric acid, citric acid and succinic acid.
使用する培地は、炭素源として本発明の方法により得られる糖を用いる以外は、微生物を用いたL−アミノ酸の発酵生産において従来より用いられてきた培地を用いることができる。すなわち、炭素源に加えて、窒素源、無機イオン及び必要に応じその他の有機成分を含有する通常の培地を用いることができる。ここで、窒素源としては、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、ウレア等の無機アンモニウム塩または硝酸塩、大豆加水分解物などの有機窒素、アンモニアガス、アンモニア水等を用いることができる。また、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、麦芽エキス、コーンスティープリカー、大豆加水分解物等も利用できる。培地中にこれらの窒素源が1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含んでいてもよい。これらの窒素源は、初発培地にも流加培地にも用いることができる。また、初発培地、流加培地とも、同じ窒素源を用いてもよいし、流加培地の窒素源を初発培地と異なるものを使用してもよい。 As the medium to be used, a medium conventionally used in the fermentation production of L-amino acids using microorganisms can be used except that the sugar obtained by the method of the present invention is used as a carbon source. That is, in addition to a carbon source, a normal medium containing a nitrogen source, inorganic ions, and other organic components as required can be used. Here, as the nitrogen source, inorganic ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, ammonium acetate, and urea, or organic nitrogen such as nitrate and soybean hydrolysate, ammonia gas, aqueous ammonia, and the like can be used. Further, peptone, yeast extract, meat extract, malt extract, corn steep liquor, soybean hydrolyzate and the like can also be used. Only 1 type of these nitrogen sources may be contained in the culture medium, and it may contain 2 or more types. These nitrogen sources can be used for both the initial medium and the fed-batch medium. In addition, the same nitrogen source may be used for both the initial culture medium and the feed medium, or a different nitrogen source from the initial culture medium may be used.
培地には、炭素源、窒素源の他にリン酸源、硫黄源が含まれていることが好ましい。リン酸源としては、リン酸2水素カリウム、リン酸水素2カリウム、ピロリン酸などのリン酸ポリマー等が利用出来る。また、硫黄源とは、硫黄原子を含んでいるものであればいずれでもよいが、硫酸塩、チオ硫酸塩、亜硫酸塩等の硫酸塩、システイン、シスチン、グルタチオン等の含硫アミノ酸が望ましく、なかでも硫酸アンモニウムが望ましい。 The medium preferably contains a phosphate source and a sulfur source in addition to a carbon source and a nitrogen source. As the phosphoric acid source, phosphoric acid polymers such as potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate and pyrophosphoric acid can be used. The sulfur source may be any one containing sulfur atoms, but sulfates such as sulfates, thiosulfates and sulfites, and sulfur-containing amino acids such as cysteine, cystine and glutathione are desirable. However, ammonium sulfate is desirable.
また、培地には、上記成分の他に、増殖促進因子(増殖促進効果を持つ栄養素)が含まれていてもよい。増殖促進因子とは、微量金属類、アミノ酸、ビタミン、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る。微量金属類としては、鉄、マンガン、マグネシウム、カルシウム等が挙げられ、ビタミンとしては、ビタミンB1、ビタミンB2、ビタミンB6、ニコチン酸、ニコチン酸アミド、ビタミンB12等が挙げられる。これらの増殖促進因子は初発培地に含まれていてもよいし、流加培地に含まれていてもよい。 In addition to the above components, the medium may contain a growth promoting factor (a nutrient having a growth promoting effect). As the growth-promoting factor, trace metals, amino acids, vitamins, nucleic acids, peptone, casamino acid, yeast extract, soybean protein degradation products and the like containing these can be used. Examples of trace metals include iron, manganese, magnesium, calcium and the like, and examples of vitamins include vitamin B1, vitamin B2, vitamin B6, nicotinic acid, nicotinamide, and vitamin B12. These growth promoting factors may be contained in the initial culture medium or in the fed-batch medium.
また、培地には、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。特に本発明に用いることができるL−リジン生産菌は、後述のようにL−リジン生合成経路が強化されており、L−リジン分解能が弱化されているものが多いので、L−スレオニン、L−ホモセリン、L−イソロイシン、L−メチオニンから選ばれる1種又は2種以上を添加することが望ましい。初発培地と流加培地は、培地組成が同じであってもよく、異なっていてもよい。また、初発培地と流加培地は、硫黄濃度が同じであってもよく、異なっていてもよい。さらには、流加培地の流加が多段階で行われる場合、各々の流加培地の組成は同じであってもよく、異なっていてもよい。 In addition, when using an auxotrophic mutant that requires an amino acid or the like for growth, the medium is preferably supplemented with the required nutrients. In particular, L-lysine-producing bacteria that can be used in the present invention have many L-lysine biosynthetic pathways as described later, and many have weakened L-lysine resolution. -It is desirable to add 1 type (s) or 2 or more types chosen from homoserine, L-isoleucine, and L-methionine. The initial medium and fed-batch medium may have the same or different medium composition. The initial culture medium and the fed-batch medium may have the same or different sulfur concentration. Furthermore, when the feeding of the feeding medium is performed in multiple stages, the composition of each feeding medium may be the same or different.
なお、本発明で用いる培地は、炭素源、窒素源、及び必要に応じてその他の成分を含む培地であれば、天然培地、合成培地のいずれでもよい。 In addition, as long as the culture medium used by this invention is a culture medium containing a carbon source, a nitrogen source, and another component as needed, any of a natural culture medium and a synthetic culture medium may be sufficient.
培養は好気的条件下で1〜7日間実施するのがよく、培養温度は20℃〜45℃、好ましくは24℃〜45℃、特に好ましくは33〜42℃で培養することが好ましい。培養は通気培養が好ましく、酸素濃度は、飽和濃度に対して5〜50%に、望ましくは10%程度に調節して行うことが好ましい。また、培養中のpHは5〜9が好ましい。尚、pH調整には無機あるいは有機の酸性あるいはアルカリ性物質、例えば炭酸カルシウム、アンモニアガス、アンモニア水等を使用することができる。 Cultivation is preferably carried out for 1 to 7 days under aerobic conditions, and the culture temperature is preferably 20 ° C to 45 ° C, preferably 24 ° C to 45 ° C, particularly preferably 33 to 42 ° C. The culture is preferably aeration culture, and the oxygen concentration is preferably adjusted to 5 to 50%, desirably about 10% with respect to the saturation concentration. Further, the pH during the culture is preferably 5-9. For adjusting the pH, inorganic or organic acidic or alkaline substances such as calcium carbonate, ammonia gas, aqueous ammonia and the like can be used.
上記のような条件下で、好ましくは10時間〜120時間程度培養することにより、培養液中に著量の目的物質が蓄積される。 By culturing preferably for about 10 to 120 hours under the above conditions, a significant amount of the target substance is accumulated in the culture solution.
また、L−リジン等の塩基性アミノ酸を製造する際には、培養中のpHが6.5〜9.0、培養終了時の培地のpHが7.2〜9.0となるように制御し、発酵中の発酵槽内圧力が正となるように制御する、あるいは、炭酸ガスもしくは炭酸ガスを含む混合ガスを培地に供給して、培地中の重炭酸イオン及び/又は炭酸イオンが少なくとも2g/L以上存在する培養期があるようにし、前記重炭酸イオン及び/又は炭酸イオンを塩基性アミノ酸を主とするカチオンのカウンタイオンとする方法で発酵し、目的の塩基性アミノ酸を回収する方法で製造を行ってもよい(特開2002-65287、US2002-0025564A、EP1813677A)。 Moreover, when producing basic amino acids such as L-lysine, the pH during the cultivation is controlled to 6.5 to 9.0, and the pH of the medium at the end of the cultivation is set to 7.2 to 9.0. Control the pressure to be positive, or supply carbon dioxide or a mixed gas containing carbon dioxide to the medium, and there is a culture period in which bicarbonate ions and / or carbonate ions in the medium are present at least 2 g / L or more. In addition, fermentation may be performed by a method in which the bicarbonate ion and / or carbonate ion is used as a counter ion of a cation mainly composed of a basic amino acid, and production may be performed by a method of recovering the target basic amino acid (special feature). Open 2002-65287, US2002-0025564A, EP1813677A).
また、L−グルタミン酸発酵においては、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, in L-glutamic acid fermentation, it can also culture | cultivate, making L-glutamic acid precipitate in a culture medium using the liquid medium adjusted to the conditions which L-glutamic acid precipitates. Examples of conditions under which L-glutamic acid precipitates 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. (European Patent Application Publication No. 1078989)
培養液からの目的物質の回収は通常イオン交換樹脂法、沈殿法その他の公知の方法を組み合わせることにより実施できる。なお、菌体内に目的物質が蓄積する場合には、例えば菌体を超音波などにより破砕し、遠心分離によって菌体を除去して得られる上清からイオン交換樹脂法などによって、目的物質を回収することができる。目的物質がアミノ酸又は核酸の場合は、回収される目的物質は、フリー体であっても、硫酸塩、塩酸塩、炭酸塩、アンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩を含む塩であってもよい。 Recovery of the target substance from the culture solution can usually be carried out by combining ion exchange resin method, precipitation method and other known methods. When the target substance accumulates in the microbial cells, the target substance is recovered from the supernatant obtained by crushing the microbial bodies with, for example, ultrasonic waves and removing the microbial cells by centrifugation, for example, by an ion exchange resin method. can do. When the target substance is an amino acid or a nucleic acid, the target substance to be recovered may be a free form or a salt containing a sulfate, hydrochloride, carbonate, ammonium salt, sodium salt, or potassium salt.
また、本発明において採取される目的物質は、目的物質以外に微生物菌体、培地成分、水分、及び微生物の代謝副産物を含んでいてもよい。採取された目的物質の純度は、50%以上、好ましくは85%以上、特に好ましくは95%以上である (US5,431,933, JP1214636B,
US4,956,471, US4,777,051, US4946654, US5,840358, US6,238,714, US2005/0025878)。
In addition, the target substance collected in the present invention may contain microbial cells, medium components, moisture, and microbial metabolic byproducts in addition to the target substance. The purity of the collected target substance is 50% or more, preferably 85% or more, particularly preferably 95% or more (US5,431,933, JP1214636B,
US4,956,471, US4,777,051, US4946654, US5,840358, US6,238,714, US2005 / 0025878).
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこの実施例により限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, the technical scope of this invention is not limited by this Example.
〔実施例1〕メタゲノムクローニングによるキシラナーゼ遺伝子の単離
(1)DNAの単離
種子島の畜産農家が作製したサトウキビバガスを主体とした堆肥を採集した。このバガス堆肥は、サトウキビバガスと牛糞便を混合し、数ヶ月間発酵させたものである。堆肥は屋外のコンクリート床で適宜作製されており、発酵期間が異なるいくつかのバガス堆肥があった。発酵期間の異なるいくつかのバガス堆肥における、バガスの分解状況を目視で観察したところ、発酵期間約6ヶ月のバガス堆肥では、目視ではバガス片が確認できないほどバガスの分解が進んでいたことから、このバガス堆肥をメタゲノムライブラリー構築のための遺伝子源として採取した。
[Example 1] Isolation of xylanase gene by metagenomic cloning (1) DNA isolation Compost mainly composed of sugarcane bagasse produced by a livestock farmer in Tanegashima was collected. This bagasse compost is a mixture of sugarcane bagasse and cow dung and fermented for several months. Compost was made as appropriate on an outdoor concrete floor, and there were several bagasse composts with different fermentation periods. In bagasse compost having a fermentation period of about 6 months, the decomposition of bagasse progressed so much that no bagasse pieces could be visually confirmed. This bagasse compost was collected as a gene source for constructing a metagenomic library.
グラム陰性菌としてE. coli W3110株、グラム陽性菌としてラクトバチルス・ムリヌス(Lactobacillus murinus)ラット盲腸由来分離株、酵母としてサッカロマイセス・カールスベルゲンシス(Saccharomyces carlsbergensis)CBS1513株、糸状菌としてアスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)JCM2261株の菌体及びバガス堆肥を用いて、DNA抽出方法の検討を行った。DNA抽出方法としては、Blood & Cell culture DNA Midi kit (QIAGEN)、又は、UltraClean Mega Soil DNA Isolation Kit(MO BIO Laboratories。UltraCleanは同社の商標)を用いた方法、及び凍結融解法を検討した。
前記キットを用いたDNA抽出は、各々のキットに添付されたプロトコールに従って行った。但し、UltraClean Mega Soil DNA Isolation Kitを用いた場合は、ビーズ破砕処理前に500μlの100mg/ml塩化リゾチーム溶液(ナカライテスク株式会社)及び220μlの3mg/ml
N-アセチルムラミダーゼ(Mutanolysin from Streptomyces globisporus ATCC 21553 (Sigma-Aldrich Co.))溶液を添加し、37℃で30分間の溶菌前処理を行った以外は、プロトコールに従ってDNA抽出を行った。また、プロトコールには、溶菌操作時に激しく攪拌する手法とゆっくり震盪する手法が記載されていたため、どちらの手法も検討した。
E. coli W3110 as Gram-negative bacteria, Lactobacillus murinus rat cecum-derived isolate as Gram-positive bacteria, Saccharomyces carlsbergensis CBS1513 strain as yeast, Aspergillus niger as filamentous fungus niger) JCM2261 strain cells and bagasse compost were used to study DNA extraction methods. As a DNA extraction method, a method using Blood & Cell culture DNA Midi kit (QIAGEN) or UltraClean Mega Soil DNA Isolation Kit (MO BIO Laboratories, UltraClean is a trademark of the company) and a freeze-thaw method were examined.
DNA extraction using the kits was performed according to the protocol attached to each kit. However, when using the UltraClean Mega Soil DNA Isolation Kit, 500 μl of 100 mg / ml lysozyme chloride solution (Nacalai Tesque) and 220 μl of 3 mg / ml before bead crushing treatment
DNA extraction was performed according to the protocol except that N-acetylmuramidase (Mutanolysin from Streptomyces globisporus ATCC 21553 (Sigma-Aldrich Co.)) solution was added and lysis pretreatment was performed at 37 ° C. for 30 minutes. In addition, the protocol described a method of stirring vigorously during the lysis operation and a method of shaking slowly, so both methods were examined.
凍結融解法は以下の方法で行った。菌体またはサンプルのTEバッファー(10mM Tris-HCl, 1mM EDTA, pH8.0)懸濁液に塩化リゾチーム(ナカライテスク)及びドデシル硫酸ナトリウムをそれぞれ終濃度5mg/ml及び50mg/mlとなるように添加して37℃で1時間反応させた後、反応液の入ったプラスチックチューブを-80℃フリーザーであらかじめ冷却しておいたエタノールに浸して-80℃フリーザー中に30分間置き、その後65℃に設定したウォーターバスに30分間浸すことによる凍結融解を3回繰り返した。凍結融解後、プロテアーゼK(QIAGEN)を終濃度1mg/mlとなるように添加し、60℃で1時間反応させた。その後、反応液と等量のTE飽和フェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール(25:24:1)を添加し、30分間ゆっくりと混合した後に、遠心(6000×g、20分)して上清を回収する操作を3回繰り返した。続いて、回収した上清と等量のクロロホルム・イソアミルアルコール(24:1)を添加し、20分間ゆっくりと混合した後に、遠心(6000×g、20分)して上清を回収した。回収した上清に終濃度0.3Mとなるように酢酸ナトリウム(ナカライテスク)溶液を添加し、上清の2.5倍量のあらかじめ冷却したエタノールを添加してゆっくり混合した後に、遠心(9400×g、30分)上清を除去して、DNA沈殿物を回収した。回収したDNAにあらかじめ冷却しておいた70%エタノールを添加し、よく混合した後に、遠心(9400×g、30分)して上清を除去して、DNA沈殿物を洗浄した。沈殿物を室温で風乾後にTE溶液に溶解させた。抽出した全DNA溶液をパルスフィールドゲル電気泳動に供し、泳動終了後に20kbp近辺のDNA断片を含むゲルを切り出した。パルスフィールドゲル電気泳動には、CHEF-DR III System (Bio-Rad Laboratories, Inc.)を使用し、1%アガロースゲル(Lonza Rockland, Inc.、Seakem GTG agarose)を用い、0.5×TBEバッファー中で、バッファー温度14℃、Angle 120°、Switch time 1-30秒、Voltage 6V/cmの条件で電気泳動を行った。 The freeze-thaw method was performed by the following method. Add lysozyme chloride (Nacalai Tesque) and sodium dodecyl sulfate to suspension of bacterial cells or sample in TE buffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8.0) to final concentrations of 5 mg / ml and 50 mg / ml, respectively. Then, after reacting at 37 ° C for 1 hour, the plastic tube containing the reaction solution is immersed in ethanol that has been cooled in a -80 ° C freezer and placed in the -80 ° C freezer for 30 minutes, and then set to 65 ° C. Freezing and thawing by immersing in a water bath for 30 minutes was repeated three times. After freeze-thawing, protease K (QIAGEN) was added to a final concentration of 1 mg / ml and reacted at 60 ° C. for 1 hour. Then add the same amount of TE-saturated phenol: chloroform: isoamyl alcohol (25: 24: 1) as the reaction solution, mix gently for 30 minutes, and then centrifuge (6000 × g, 20 minutes) to collect the supernatant. This operation was repeated three times. Subsequently, an equal volume of chloroform / isoamyl alcohol (24: 1) to the recovered supernatant was added, and after gently mixing for 20 minutes, the supernatant was recovered by centrifugation (6000 × g, 20 minutes). Add sodium acetate (Nacalai Tesque) solution to the collected supernatant to a final concentration of 0.3M, add 2.5 times the amount of pre-cooled ethanol and mix gently, then centrifuge (9400 × g, 30 minutes) The supernatant was removed and the DNA precipitate was collected. 70% ethanol that had been cooled in advance was added to the collected DNA and mixed well, then centrifuged (9400 × g, 30 minutes) to remove the supernatant, and the DNA precipitate was washed. The precipitate was air-dried at room temperature and then dissolved in TE solution. The extracted total DNA solution was subjected to pulse field gel electrophoresis, and after completion of the electrophoresis, a gel containing a DNA fragment in the vicinity of 20 kbp was cut out. For pulse field gel electrophoresis, CHEF-DR III System (Bio-Rad Laboratories, Inc.) is used, 1% agarose gel (Lonza Rockland, Inc., Seakem GTG agarose) is used in 0.5 × TBE buffer. Electrophoresis was performed under the conditions of a buffer temperature of 14 ° C., an angle of 120 °, a switch time of 1-30 seconds, and a voltage of 6 V / cm.
Blood & Cell culture DNA Midi kitによるDNA抽出は、他の手法と比較してDNA抽出効率が低かった。また、凍結融解法ではグラム陰性菌が他の微生物と比較して著しくDNA抽出効率が高く、サンプルに存在する微生物のDNAを偏りなく抽出することが困難であると判断した。UltraClean Mega Soil DNA Isolation Kitを使用した場合には、微生物種によるDNA抽出効果のばらつきは比較的小さく、グラム陰性菌を除く他の微生物種及びバガス堆肥からのDNA抽出効率は凍結融解法とほぼ同等であった。また、バガス堆肥からのDNA抽出において、溶菌操作時に激しく攪拌した場合には、抽出したDNAが断片化し、好ましいサイズのDNA断片(20-40kbp)が得られなかったが、ゆっくり震盪した場合には、抽出したDNAに断片化は認められず、好ましいサイズのDNA断片が得られたため、この方法をDNA抽出法として用いることとした。メタゲノムライブラリー構築のため、バガス堆肥10g からUltraClean Mega Soil DNA Isolation Kitを用い、前述の方法でDNAを抽出することにより、8mlのDNA抽出液を得た。DNA抽出液に0.32ml 5M NaCl溶液及び16.6ml エタノールを添加してエタノール沈殿を行い、風乾後に0.2mlの10mM TEバッファー(pH8.0)に再溶解することでDNAの濃縮を行い、-20℃で保存した。 DNA extraction using the Blood & Cell culture DNA Midi kit had lower DNA extraction efficiency than other methods. In addition, it was determined that the Gram-negative bacterium had significantly higher DNA extraction efficiency than the other microorganisms in the freeze-thaw method, and it was difficult to extract the microbial DNA present in the sample without bias. When using the UltraClean Mega Soil DNA Isolation Kit, the variability of DNA extraction effects by microbial species is relatively small, and the efficiency of DNA extraction from other microbial species excluding Gram-negative bacteria and bagasse compost is almost the same as the freeze-thaw method Met. In addition, in DNA extraction from bagasse compost, when the mixture was vigorously stirred during the lysis operation, the extracted DNA was fragmented and the preferred size DNA fragment (20-40 kbp) was not obtained. Since the extracted DNA was not fragmented and a DNA fragment of a preferred size was obtained, this method was used as the DNA extraction method. To construct a metagenomic library, 8 ml of DNA extract was obtained by extracting DNA from 10 g of bagasse compost using the UltraClean Mega Soil DNA Isolation Kit as described above. Add 0.32ml 5M NaCl solution and 16.6ml ethanol to the DNA extract, perform ethanol precipitation, air-dry and then re-dissolve in 0.2ml 10mM TE buffer (pH 8.0) to concentrate the DNA at -20 ℃ Saved with.
(2)DNAの精製及びDNAライブラリーの構築
バガスコンポストから抽出したDNA溶液中に混入していると推測される酵素反応阻害物質の影響を検討するため、16s rRNA遺伝子のコンセンサス配列プライマーセット(JCM 27f [配列番号28]、及びJCM 1492R [配列番号29])を用いたPCR反応(96℃ 10秒、[96℃ 30秒、50℃ 30秒、72℃ 2分]を30サイクル、72℃ 5分30秒)を行った。PCR反応にはExTaq DNAポリメラーゼ(TAKARA)を用い、H2O 22.9μl、 10×バッファー 3μl、 dNTPs 2.4μl、 ExTaq DNA ポリメラーゼ 0.2μl、 20pmol/μlの各プライマー 0.5μl、 鋳型DNA溶液 0.5μl、 総量30 μlとなる反応液組成でPCR反応を行った。PCR反応の結果、16S rRNA遺伝子のPCR産物は得られなかったことから、混入している酵素反応阻害物質がライブラリー構築にも影響することが懸念された。そこでDNAライブラリー構築の操作における種々の酵素反応阻害物質を除去することを目的として、DNAの電気泳動と泳動後ゲルからのDNA回収を行った。バガス堆肥から単離した全DNA溶液をパルスフィールドゲル電気泳動に供し、泳動終了後に20kbp近辺のDNA断片を含むゲルを切り出した。パルスフィールドゲル電気泳動には、CHEF-DR III System (Bio-Rad Laboratories, Inc.)を使用し、1% アガロースゲル(Lonza Rockland, Inc.、Seakem GTG agarose)を用い、0.5×TBEバッファー中で、バッファー温度14℃、Angle 120°、Switch time 1-30秒、Voltage 6V/cmの条件で電気移動を行った。
(2) Purification of DNA and construction of a DNA library In order to investigate the effects of enzyme reaction inhibitors that are presumed to be mixed in DNA solution extracted from bagasse compost, a consensus sequence primer set (JCM 27f [SEQ ID NO: 28] and JCM 1492R [SEQ ID NO: 29]) PCR reaction (96 ° C. 10 seconds, [96 ° C. 30 seconds, 50 ° C. 30 seconds, 72 ° C. 2 minutes] 30 cycles, 72 ° C. 5 Minutes 30 seconds). ExTaq DNA polymerase (TAKARA) was used for PCR reaction, H 2 O 22.9 μl, 10 × buffer 3 μl, dNTPs 2.4 μl, ExTaq DNA polymerase 0.2 μl, 20 pmol / μl primer 0.5 μl, template DNA solution 0.5 μl, total amount PCR reaction was performed with a reaction solution composition of 30 μl. As a result of the PCR reaction, no PCR product of 16S rRNA gene was obtained, so there was concern that the enzyme reaction inhibitor contained in the PCR would affect the library construction. Therefore, for the purpose of removing various enzyme reaction inhibitors in the operation of DNA library construction, DNA was electrophoresed and DNA was recovered from the gel after electrophoresis. The total DNA solution isolated from bagasse compost was subjected to pulse field gel electrophoresis, and a gel containing a DNA fragment in the vicinity of 20 kbp was cut out after completion of the electrophoresis. For pulse field gel electrophoresis, CHEF-DR III System (Bio-Rad Laboratories, Inc.) is used, 1% agarose gel (Lonza Rockland, Inc., Seakem GTG agarose) is used in 0.5 × TBE buffer. Electrotransfer was performed under the conditions of a buffer temperature of 14 ° C., an angle of 120 °, a switch time of 1-30 seconds, and a voltage of 6 V / cm.
切り出したゲル片を、20ml 0.25×TBEバッファーを満たした透析チューブ(フナコシ株式会社、スペクトラ/ポア CE 透析用チューブ)に入れ、0.25×TBEバッファーを満たしたミニゲル電気泳動槽中で電圧をかけることで、ゲルから透析膜内の0.25×TBEバッファー中にDNA断片を回収した。DNA断片を含む0.25×TBEバッファーを回収し、20ml フェノール・クロロホルム溶液[TE飽和フェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール=25:24:1]を添加し30分間ゆっくり浸透した後、遠心(9400×g、20分)して上清を回収した。回収した上清に20ml クロロホルム溶液[クロロホルム:イソアミルアルコール=24:1]を添加して、30分間ゆっくり浸透した後、遠心(9400×g、20分)して、再度上清を回収した。回収した上清に1.9ml 3M酢酸ナトリウムと15.2mlのイソプロパノールを添加してアルコール沈殿を行い、DNA断片を回収した。回収したDNAを鋳型として、前記と同様の方法により16s rRNA遺伝子のPCRを行った結果、増幅産物が得られ、酵素反応阻害物質の除去を確認した。回収したDNAを鋳型として、CopyControl Fosmid Library Production Kit(EPICENTRE Biotechnologies。CopyControlは同社の商標)を用い、キットに付属のプロトコールに従って、回収したDNA断片のバガス堆肥DNAライブラリーを構築し、終濃度20%グリセロール溶液として-80℃で保存した。 Put the excised gel piece into a dialysis tube (Funakoshi Co., Ltd., Spectra / Pore CE dialysis tube) filled with 20 ml of 0.25 × TBE buffer, and apply voltage in a minigel electrophoresis tank filled with 0.25 × TBE buffer. The DNA fragment was recovered from the gel in 0.25 × TBE buffer in the dialysis membrane. Collect 0.25 × TBE buffer containing DNA fragments, add 20 ml phenol / chloroform solution [TE saturated phenol: chloroform: isoamyl alcohol = 25: 24: 1] and infiltrate slowly for 30 minutes, then centrifuge (9400 × g, 20 And the supernatant was collected. A 20 ml chloroform solution [chloroform: isoamyl alcohol = 24: 1] was added to the collected supernatant, slowly permeated for 30 minutes, and then centrifuged (9400 × g, 20 minutes), and the supernatant was collected again. To the collected supernatant, 1.9 ml of 3M sodium acetate and 15.2 ml of isopropanol were added to perform alcohol precipitation, and the DNA fragment was collected. PCR was performed on the 16s rRNA gene using the recovered DNA as a template by the same method as described above. As a result, an amplification product was obtained, and removal of the enzyme reaction inhibitor was confirmed. Using the recovered DNA as a template, the CopyControl Fosmid Library Production Kit (EPICENTRE Biotechnologies. CopyControl is a trademark of the company) is used to construct a bagasse compost DNA library of the recovered DNA fragments according to the protocol attached to the kit. Stored as a glycerol solution at -80 ° C.
(3)発現スクリーニング
キシランの分解活性を指標に目的遺伝子のスクリーニングを行った。上記のバガス堆肥DNAライブラリーを有するE. coliを、12.5μg/mlのクロラムフェニコールを添加したLB寒天培地(tryptone 10.0 g/L、Bacto-yeast extract 5.0 g/L、NaCl 10.0g /L、寒天20g/L)(以下、「LBcm寒天培地」と記載する)に塗布し、37℃で一晩培養した後、出現したコロニーをナイロンメンブレン(Amersham、Hybribond-N+ membrane)を使って、0.6%キシラン(Sigma-Aldrich Co.)含有のLBcm寒天培地にコピーし、37℃で一晩培養した。コロニーが出現したことを確認した後、寒天培地に300μlの10倍希釈したInduction solution(CopyControlTM Fosmid Library Production Kitに含まれる)を添加し、再度37℃で1週間培養を行いながら、寒天培地上のキシラン分解によるハロー形成の有無を観察し、ハロー形成を確認できたコロニーから順次釣菌を行った。釣菌したE. coliクローンは純化後に、0.6%キシラン含有のLBcm寒天培地におけるハロー形成を確認した。
(3) Expression screening Screening of target genes was performed using xylan degradation activity as an index. E. coli having the above bagasse compost DNA library was added to LB agar medium (tryptone 10.0 g / L, Bacto-yeast extract 5.0 g / L, NaCl 10.0 g / L, supplemented with 12.5 μg / ml chloramphenicol. , Agar 20 g / L) (hereinafter referred to as “LBcm agar medium”), and after overnight culture at 37 ° C., the emerged colonies were 0.6 μm using a nylon membrane (Amersham, Hybribond-N + membrane). The LBcm agar medium containing% xylan (Sigma-Aldrich Co.) was copied and cultured overnight at 37 ° C. After confirming the appearance of colonies, add 300 μl of 10-fold diluted Induction solution (included in CopyControl ™ Fosmid Library Production Kit) to the agar medium, and again incubate at 37 ° C for 1 week. The presence or absence of halo formation by xylan decomposition was observed, and the fungus was sequentially used from the colonies where halo formation was confirmed. The purified E. coli clones were confirmed to form halos on LBcm agar medium containing 0.6% xylan after purification.
(4)キシラナーゼ遺伝子の特定
キシラン分解活性を発揮するバガス堆肥フォスミドを有するE. coli株から、QIAGEN Plasmid Kit (QIAGEN GmbH)を用いてフォスミドベクターを抽出した。抽出したフォスミドベクターを、BamHI、HindIII、KpnI、SalI、又は、Sau3AI(タカラバイオ株式会社)により、それぞれの酵素に付属のプロトコールに従って消化した後に、消化断片をpUC18ベクター(タカラバイオ株式会社)にサブクローニングし、0.6%キシラン及び100μg/mlアンピシリンを含有するLB寒天培地で、キシラン分解を示すE. coliクローンをスクリーニングした。キシラン分解を示すクローンからプラスミドを調製し、全塩基配列決定をタカラバイオ株式会社に委託した。決定した全塩基配列情報から、Genetyx version 6.1.2(GENETYX CORPORATION)によりオープンリーディングフレーム(ORF)を見出し、アミノ酸配列に翻訳した後に、タンパク質データベースによる相同性検索を行うことにより、キシラナーゼをコードすると推定される8種類の塩基配列(配列番号19、21、及び23を含む)を決定した。これらの翻訳アミノ酸配列と一致する既知アミノ酸配列は存在せず、新規のキシラナーゼ遺伝子配列であると考えられた。これら翻訳アミノ酸配列間の相同性、及びこれらのアミノ酸配列と既知配列との相同性(%)を表1に示す。
キシラナーゼをコードすると推定される8種類の塩基配列をXyn10-1、Xyn10-2、Xyn11-1(配列番号19)、Xyn11-2(配列番号21)、Xyn11-3、Xyn11-4、Xyn11-5(配列番号23)、Xyn11-6と命名した。Xyn11-1、Xyn11-2、及びXyn11-5のキシラナーゼを発現するクローンE. coli JM109/Xyn11-1、E. coli JM109/Xyn11-2、及びE. coli JM109/Xyn11-5は、各々AJ110764、AJ110765、及びAJ110769と命名された。AJ110764及びAJ110765は平成22年1月29日に、AJ110769は平成22年3月11日に、独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター)(〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に寄託され、各々受託番号FERM P-21897、FERM P-21898、及びFERM P-21939が付与され、2011年1月25日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、各々FERM BP-11325、FERM BP-11326、及びFERM BP-11327の受託番号が付与されている。 Eight kinds of base sequences presumed to encode xylanase are Xyn10-1, Xyn10-2, Xyn11-1 (SEQ ID NO: 19), Xyn11-2 (SEQ ID NO: 21), Xyn11-3, Xyn11-4, and Xyn11-5. (SEQ ID NO: 23), named Xyn11-6. Clones E. coli JM109 / Xyn11-1, E. coli JM109 / Xyn11-2, and E. coli JM109 / Xyn11-5 expressing xylanases of Xyn11-1, Xyn11-2, and Xyn11-5 are AJ110764, They were named AJ110765 and AJ110769. AJ110764 and AJ110765 on January 29, 2010, AJ110769 on March 11, 2010, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Depositary Center (Higashi 1-chome, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, 305-8566, Japan) No. 1 1 Central No. 6), each with the deposit numbers FERM P-21897, FERM P-21898, and FERM P-21939, transferred to the international deposit under the Budapest Treaty on 25 January 2011, The accession numbers of FERM BP-11325, FERM BP-11326, and FERM BP-11327 are assigned respectively.
(5)キシラナーゼ遺伝子の大腸菌TAクローニング
上記のように決定したキシラナーゼ遺伝子配列に基づき、当該ORFのDNA領域を増幅するDNAプライマーを作製し、サブクローンDNAの希釈液をテンプレートとしてKOD-plus-ver.2(TOYOBO CO., LTD.)の標準プロトコールに従ってPCRを行った。Xyn11-1(配列番号19)、Xyn11-2(配列番号21)、及びXyn11-5(配列番号23)のDNA領域を増幅するDNAプライマーを配列番号1〜6に記載する。PCR産物はアガロースゲル電気泳動を行い、予想される分子量のバンドを切り出し、QIAEX II Gel Extraction Kit(QIAGEN GmbH) の標準プロトコールに従って精製した。TaKaRa Ex Taq(タカラバイオ株式会社)を用い、精製したPCR産物にdA付加し、pGEM-T Easy vector(Promega Corporation)の標準プロトコールに従い、T4ライゲースによるライゲーションを行った。ライゲーション反応は4℃で16時間とした。得られたライゲーション混液5μLを用い、Competent high JM109(TOYOBO CO., LTD.)を常法に従い形質転換した。得られた形質転換体を純化し、0.6%キシランと50μg/mlのアンピシリンを含有するLB寒天培地上でのハロー形成を検討したところ、Xyn11-3及びXyn11-6を除く6つのORFをクローニングした形質転換体でハロー形成を確認した。Xyn11-3及びXyn11-6を見出したサブクローンDNA断片には、他のキシラナーゼをコードすると予想されるORFも存在しているため、サブクローンが示すハロー形成はXyn11-3及びXyn11-6ではなくこれらの別のORFによるものと考えられた。そのため、Xyn11-3及びXyn11-6は大腸菌では発現または機能できない遺伝子と考えられた。
(5) Escherichia coli TA cloning of the xylanase gene Based on the xylanase gene sequence determined as described above, a DNA primer for amplifying the DNA region of the ORF is prepared, and the diluted solution of the subclone DNA is used as a template for KOD-plus-ver. PCR was performed according to the standard protocol of 2 (TOYOBO CO., LTD.). DNA primers that amplify the DNA regions of Xyn11-1 (SEQ ID NO: 19), Xyn11-2 (SEQ ID NO: 21), and Xyn11-5 (SEQ ID NO: 23) are described in SEQ ID NOs: 1-6. The PCR product was subjected to agarose gel electrophoresis, and a band of the expected molecular weight was cut out and purified according to the standard protocol of QIAEX II Gel Extraction Kit (QIAGEN GmbH). Using TaKaRa Ex Taq (Takara Bio Inc.), dA was added to the purified PCR product, and ligation with T4 ligase was performed according to the standard protocol of pGEM-T Easy vector (Promega Corporation). The ligation reaction was 16 hours at 4 ° C. Competent high JM109 (TOYOBO CO., LTD.) Was transformed according to a conventional method using 5 μL of the obtained ligation mixture. The resulting transformants were purified and examined for halo formation on LB agar medium containing 0.6% xylan and 50 μg / ml ampicillin. Six ORFs except Xyn11-3 and Xyn11-6 were cloned. Halo formation was confirmed in the transformant. The subclone DNA fragments that found Xyn11-3 and Xyn11-6 also contain ORFs that are expected to encode other xylanases, so the halo formation of the subclones is not Xyn11-3 and Xyn11-6. It was thought to be due to these different ORFs. Therefore, Xyn11-3 and Xyn11-6 were considered to be genes that cannot be expressed or functioned in E. coli.
(6)Corynebacterium glutamicumによる発現系構築
上記の各キシラナーゼ遺伝子を発現させるための宿主としては、C. glutamicumを選択した。C. glutamicumのタンパク質分泌系の特徴として、もともと分泌しているタンパク質がほとんど無く、発現させた異種タンパク質が高純度で培地中に蓄積する点が挙げられる。タンパク質分泌経路は、細胞外でタンパク質がフォールディングされるGeneral secretion pathway (Sec系)(WO01/23591参照)と、細胞内でタンパク質がフォールディングされて分泌されるTwin-arginine translocation pathway (Tat系) (WO2005/103278参照)が知られ、目的遺伝子によってどちらの系が上手く働くかは異なるため、両方の分泌系を構築した。
(6) Expression system construction by Corynebacterium glutamicum C. glutamicum was selected as a host for expressing each of the above xylanase genes. A characteristic of the protein secretion system of C. glutamicum is that there is almost no secreted protein and the expressed heterologous protein accumulates in the medium with high purity. The protein secretion pathway includes the general secretion pathway (Sec system) in which proteins are folded outside the cell (see WO01 / 23591) and the twin-arginine translocation pathway (Tat system) in which proteins are folded and secreted in the cell (WO2005). / 103278) is known, and since which system works well depending on the target gene, both secretion systems were constructed.
各キシラナーゼのアミノ酸配列をSignalP 3.0 (http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)へ入力し、シグナルペプチド予測を行った。すると、Xyn11-5(配列番号24)のN末端アミノ酸残基から55番目と56番目のアミノ酸残基の間で切断されることが予想されたため、56番目のアミノ酸残基以降をコリネ型細菌での発現ベクターにあるSec系およびTat系シグナルペプチドに連結させるように、各々のDNA断片を連結した。Xyn11-1(配列番号20)、Xyn11-2(配列番号22)はシグナル配列が予想されなかったため、1番目のアミノ酸残基以降をSec系およびTat系シグナルペプチドに連結させた。他のキシラナーゼでは、Xyn10-1、Xyn10-2、Xyn11-4及びXyn11-6でXyn11-5と同様にシグナル配列が予測されたため、切断部位以降の配列をSec系およびTat系シグナルペプチドに連結させた。 The amino acid sequence of each xylanase was input to SignalP 3.0 (http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/), and signal peptide prediction was performed. As a result, it was predicted that the 55th and 56th amino acid residues were cleaved from the N-terminal amino acid residue of Xyn11-5 (SEQ ID NO: 24). Each DNA fragment was ligated so as to be ligated to the Sec and Tat signal peptides in the expression vector. Since Xyn11-1 (SEQ ID NO: 20) and Xyn11-2 (SEQ ID NO: 22) were not expected to have a signal sequence, the first amino acid residue and after were linked to Sec and Tat signal peptides. In other xylanases, signal sequences were predicted in Xyn10-1, Xyn10-2, Xyn11-4 and Xyn11-6 in the same manner as Xyn11-5, so the sequence after the cleavage site was linked to the Sec and Tat signal peptides. It was.
Sec系の発現宿主としては、C. glutamicum YDK010株を用いた。当該株はC. glutamicum変異株であるYSr株の細胞表層タンパク質(PS2)をコードする遺伝子の破壊株である(国際公開パンフレットWO01/23591記載)。一方、Tat系の発現宿主としては、C. glutamicum
WDK010株を用いた。当該株はC. glutamicum 2256株(ATCC 13869)由来の細胞表層タンパク質(PS2)遺伝子破壊株である。
C. glutamicum YDK010 strain was used as an expression host for the Sec system. The strain is a disrupted strain of the gene encoding a cell surface protein of YS r strain is C. glutamicum mutant (PS2) (International Publication Pamphlet WO01 / twenty-three thousand five hundred ninety-one described). On the other hand, as an expression host of the Tat system, C. glutamicum
WDK010 strain was used. This strain is a cell surface protein (PS2) gene disruption strain derived from C. glutamicum 2256 strain (ATCC 13869).
WDK010は以下の工程で構築された。
WO02/081694記載のC. glutamicum(Brevibacterium lactofermentum)AJ12036株からゲノムDNAを抽出した。AJ12036株は、C. glutamicum 2256株から、もともと存在するプラスミドpAM330を脱落させた株である。このAJ12036株のゲノムDNAを鋳型として、プライマーYSrpsL5(5'-AGGTCAGTGGCGAGTTTCTT-3')(配列番号26)とプライマーYSrpsL3(5'-GGTAGGTAGCGCCACCAACA-3')(配列番号27)を用いてPCR増幅を行い、PS2をコードする遺伝子の一部を含む1 kbpの断片を得た。PCRの条件は以下の通りである。
WDK010 was built by the following process.
Genomic DNA was extracted from C. glutamicum (Brevibacterium lactofermentum) AJ12036 strain described in WO02 / 081694. The AJ12036 strain is a strain obtained by removing the originally present plasmid pAM330 from the C. glutamicum 2256 strain. Using the genomic DNA of this AJ12036 strain as a template, PCR amplification was performed using primer YSrpsL5 (5'-AGGTCAGTGGCGAGTTTCTT-3 ') (SEQ ID NO: 26) and primer YSrpsL3 (5'-GGTAGGTAGCGCCACCAACA-3') (SEQ ID NO: 27) A 1 kbp fragment containing a part of the gene encoding PS2 was obtained. PCR conditions are as follows.
Pyrobest DNA ポリメラーゼ (TAKARA) を使用。
H2O 37.8 μl, PCR バッファー5 μl, dNTPs 4 μl, Pyrobest DNA ポリメラーゼ 0.2 μl, 10 μMの各プライマー1 μl, 100 ng/μl DNA (鋳型) 1 μl, 総量50 μl
<PCR 反応条件>
Cycle 1 (x1) 98℃; 5 分間
Cycle 2 (x30) 98℃; 10 秒間, 57℃; 0.5 分間, 72℃; 1 分間
Pyrobest DNA polymerase (TAKARA) is used.
H 2 O 37.8 μl,
<PCR reaction conditions>
Cycle 1 (x1) 98 ° C; 5 minutes
Cycle 2 (x30) 98 ℃; 10 seconds, 57 ℃; 0.5 minutes, 72 ℃; 1 minute
このDNA断片とC. glutamicum ATCC13869株を用いて、WO02/081694の実施例9に記載されている方法と同様にして遺伝子置換株を作製した。得られた遺伝子置換株が100 mg/Lストレプトマイシンを含むCM2G寒天培地で生育する事を確認した。更にこの遺伝子置換株を用いて、WO02/081694の実施例9に記載されている方法と同様にして細胞表層タンパク質(PS2)遺伝子完全破壊株を作成し、本菌株をWDK010株と命名した。 Using this DNA fragment and the C. glutamicum ATCC13869 strain, a gene replacement strain was prepared in the same manner as described in Example 9 of WO02 / 081694. It was confirmed that the obtained gene-substituted strain grew on a CM2G agar medium containing 100 mg / L streptomycin. Further, using this gene replacement strain, a cell surface protein (PS2) gene complete disruption strain was prepared in the same manner as described in Example 9 of WO02 / 081694, and this strain was named WDK010 strain.
発現プラスミドの構築はApp. Env. Micro., 2003, 69, 358-366に記載されている方法に従った。Sec系については、App. Env. Micro., 2003, 69, 358-366記載のプラスミドpPSPTG1を鋳型として、CspBプロモーターおよびシグナルペプチド(SlpAシグナル, Corynebacterium ammoniagenes由来)をコードする領域をPCR増幅するためのDNAプライマー(配列番号7、8)を設計した。Tat系については、Appl Microbiol Biotechnol., 2008, 78:67-74 記載のプラスミドpPTPPGを鋳型として、CspBプロモーターおよびシグナルペプチド(TorAシグナル, Escherichia coli由来)をコードする領域をPCR増幅するプライマー(配列番号7、9)を設計した。なお、Sec系での発現系、Tat系での発現系ともに、その増幅DNA断片でのプロモーター配列の上流にBamHIサイトを付与した。 The expression plasmid was constructed according to the method described in App. Env. Micro., 2003, 69, 358-366. For the Sec system, the plasmid pPSPTG1 described in App. Env. Micro., 2003, 69, 358-366 is used as a template for PCR amplification of the region encoding the CspB promoter and signal peptide (SlpA signal, derived from Corynebacterium ammoniagenes). DNA primers (SEQ ID NOs: 7, 8) were designed. For the Tat system, using the plasmid pPTPPG described in Appl Microbiol Biotechnol., 2008, 78: 67-74 as a template, a primer for PCR amplification of the region encoding the CspB promoter and signal peptide (TorA signal, derived from Escherichia coli) (SEQ ID NO: 7, 9) designed. In both the Sec expression system and the Tat expression system, a BamHI site was added upstream of the promoter sequence in the amplified DNA fragment.
各キシラナーゼ遺伝子のDNA断片については、前述の当該TAクローンより抽出したプラスミドを鋳型としてXyn11-1(配列番号19)、Xyn11-2(配列番号21)は1番目のアミノ酸残基、Xyn11-5(配列番号23)は56番目のアミノ酸残基から、ストップコドンの1つ前のアミノ酸残基までを増幅するプライマー(配列番号10〜18)を用いたPCRによって取得した。その際、Sec系及びTat系のシグナル配列と相同性を持つ20塩基をプライマーの5'末端に付与し、また、各ストップコドンの下流にXbaIサイトを付与するようにプライマーを設計した。他のキシラナーゼ遺伝子に関しても、シグナル配列が予測されなかったXyn11-3に関しては一番目のアミノ酸、予測されたXyn10-1、Xyn10-2、Xyn11-4及びXyn11-6に関しては切断部位以下のアミノ酸から、ストップコドンの一つ前のアミノ酸までを増幅するプライマーを設計した。 Regarding the DNA fragment of each xylanase gene, Xyn11-1 (SEQ ID NO: 19) and Xyn11-2 (SEQ ID NO: 21) are the first amino acid residue, Xyn11-5 (SEQ ID NO: 19), using the plasmid extracted from the above TA clone as a template. SEQ ID NO: 23) was obtained by PCR using a primer (SEQ ID NOs: 10 to 18) that amplifies from the 56th amino acid residue to the amino acid residue immediately before the stop codon. At that time, primers were designed so that 20 bases having homology with Sec and Tat signal sequences were added to the 5 ′ end of the primer, and an XbaI site was added downstream of each stop codon. As for other xylanase genes, the first amino acid is related to Xyn11-3 for which no signal sequence was predicted, and the amino acids below the cleavage site for predicted Xyn10-1, Xyn10-2, Xyn11-4 and Xyn11-6. Primers that amplify up to the amino acid before the stop codon were designed.
各キシラナーゼ遺伝子のDNA断片については、前述の当該TAクローンより抽出したプラスミドを鋳型としてXyn11-1(配列番号19)、Xyn11-2(配列番号21)は1番目のアミノ酸残基、Xyn11-5(配列番号23)は56番目のアミノ酸残基から、ストップコドンの1つ前のアミノ酸残基までを増幅するプライマー(配列番号10〜18)を用いたPCRによって取得した。その際、Sec系及びTat系のシグナル配列と相同性を持つ20塩基をプライマーの5'末端に付与し、また、各ストップコドンの下流にXbaIサイトを付与するようにプライマーを設計した。 Regarding the DNA fragment of each xylanase gene, Xyn11-1 (SEQ ID NO: 19) and Xyn11-2 (SEQ ID NO: 21) are the first amino acid residue, Xyn11-5 (SEQ ID NO: 19), using the plasmid extracted from the above TA clone as a template. SEQ ID NO: 23) was obtained by PCR using a primer (SEQ ID NOs: 10 to 18) that amplifies from the 56th amino acid residue to the amino acid residue immediately before the stop codon. At that time, primers were designed so that 20 bases having homology with Sec and Tat signal sequences were added to the 5 ′ end of the primer, and an XbaI site was added downstream of each stop codon.
PCRは、KOD-plus-ver.2(TOYOBO CO., LTD.)の標準プロトコールに従い行った。プロモーターおよびシグナルペプチドのPCR産物は、AMpure(ベックマン・コールター株式会社)の標準プロトコールに従って精製した。PCR産物はアガロースゲル電気泳動を行い、予想される分子量のバンドを切り出し、QIAEX II Gel Extraction Kit(QIAGEN GmbH) の標準プロトコールに従って精製した。
次に、プロモーター及びシグナルペプチドのPCR産物と取得キシラナーゼ遺伝子のPCR産物を1:1(体積比)で混合したものを鋳型とし、プロモーター配列に対応するプライマー(配列番号7)およびストップコドンに対応するプライマー(配列番号16[Xyn11-1(配列番号19)に対応], 配列番号17[Xyn11-2(配列番号21)に対応], 配列番号18[Xyn11-5(配列番号23)に対応]など)を用いたクロスオーバーPCRを行った。これにより、プロモーター、シグナル配列、及びキシラナーゼをコードするDNA断片が増幅された。
PCR was performed according to the standard protocol of KOD-plus-ver.2 (TOYOBO CO., LTD.). The PCR product of the promoter and signal peptide was purified according to the standard protocol of AMpure (Beckman Coulter, Inc.). The PCR product was subjected to agarose gel electrophoresis, and a band of the expected molecular weight was cut out and purified according to the standard protocol of QIAEX II Gel Extraction Kit (QIAGEN GmbH).
Next, the PCR product of the promoter and signal peptide and the PCR product of the obtained xylanase gene mixed at 1: 1 (volume ratio) as a template, the primer corresponding to the promoter sequence (SEQ ID NO: 7) and the stop codon Primer (SEQ ID NO: 16 [corresponds to Xyn11-1 (SEQ ID NO: 19)], SEQ ID NO: 17 [corresponds to Xyn11-2 (SEQ ID NO: 21)], SEQ ID NO: 18 [corresponds to Xyn11-5 (SEQ ID NO: 23)], etc. ) Was used for crossover PCR. Thereby, the DNA fragment encoding the promoter, the signal sequence, and the xylanase was amplified.
このクロスオーバーPCR産物を制限酵素BamHIおよびXbaIにて消化した後、アガロースゲル電気泳動を行い、目的とする分子量のDNAバンドを切り出し、QIAEX II Gel Extraction
Kit(QIAGEN GmbH) の標準プロトコールに従って精製した。これらのDNA断片を、特開平9-322774(EP0841395)記載のCorynebacterium-E. coliシャトルベクターであるpPK4のBamHI-XbaI部位に挿入してSec系及びTat系の取得キシラナーゼ分泌発現プラスミドを得た。これらのプラスミドを、Sec系はYDK010株へ、また、Tat系はWDK010株へエレクトロポレーション法により導入し、25mg/lのカナマイシンを含むCM2G寒天培地(酵母エキストラクト10g、トリプトン10g、グルコース5g、NaCl 5g、寒天 15g、水で1LにしてpH7.2に調整)で生育した菌株を選択した。
This crossover PCR product is digested with restriction enzymes BamHI and XbaI, then agarose gel electrophoresis is performed, a DNA band of the desired molecular weight is excised, and QIAEX II Gel Extraction
Purified according to the standard protocol of Kit (QIAGEN GmbH). These DNA fragments were inserted into the BamHI-XbaI site of pPK4, a Corynebacterium-E. Coli shuttle vector described in JP-A-9-322774 (EP0841395), to obtain Sec and Tat obtained xylanase secretion expression plasmids. These plasmids were introduced into the YDK010 strain by the Sec system and the WDK010 strain by the electroporation method, and the CM2G agar medium containing 25 mg / l kanamycin (yeast extract 10 g, tryptone 10 g, glucose 5 g, A strain was selected that grew on 5 g NaCl, 15 g agar, adjusted to pH 7.2 with 1 L water.
選択した菌株をCM2G液体培地(酵母エキストラクト10g、トリプトン10g、グルコース5g、NaCl 5g、水で1LにしてpH7.2に調整)に植菌し、30℃で一晩前培養した。MMTG液体培地(グルコース 120g、硫酸マグネシウム七水和物 3g、硫酸アンモニウム 30g、リン酸二水素カリウム 1.5g、硫酸鉄七水和物 0.03g、硫酸マンガン四水和物 0.03g、チアミン塩酸塩 0.45mg、ビオチン 0.45mg、DL-メチオニン 0.15g、炭酸カルシウム 50g、水で1LにしてpH7.0に調整)に25mg/lのカナマイシンを添加し、大型試験管に4mlを張り込んで前培養液を5%(v/v)の割合で接種し、30℃で72時間培養した。
培養終了後の培養上清をキシラン含有アガロースプレートに滴下し、ハローを形成することでキシラン分解活性を確認したところ、(5)に記載した大腸菌クローンで活性が確認できなかったXyn11-3及びXyn11-6では、コリネ型細菌発現系でも活性が確認できなかった。また、大腸菌クローンでは活性が確認できたXyn10-2でも、コリネ型細菌発現系での活性が確認できなかった。活性を確認したXyn11-1(配列番号19)、Xyn11-2(配列番号21)、Xyn11-5(配列番号23)、Xyn10-1、及びXyn11-4は、同培養上清をSDS-PAGEに供し、予想される分子量の位置にタンパク質の発現があることを確認した。酵素活性やタンパク質発現量より、Xyn11-1はTat系、Xyn11-2、Xyn11-5、Xyn10-1、及びXyn11-4はSec系を選択した。
The selected strain was inoculated into CM2G liquid medium (yeast extract 10 g, tryptone 10 g, glucose 5 g, NaCl 5 g, adjusted to pH 7.2 with 1 L with water and adjusted to pH 7.2), and pre-cultured overnight at 30 ° C. MMTG liquid medium (glucose 120g, magnesium sulfate heptahydrate 3g, ammonium sulfate 30g, potassium dihydrogen phosphate 1.5g, iron sulfate heptahydrate 0.03g, manganese sulfate tetrahydrate 0.03g, thiamine hydrochloride 0.45mg, Biotin 0.45mg, DL-methionine 0.15g, calcium carbonate 50g, 1L with water and adjusted to pH 7.0) 25mg / l kanamycin is added, 4ml is put into a large test tube, and 5% of the pre-culture solution is added. Inoculated at a rate of (v / v) and cultured at 30 ° C. for 72 hours.
The culture supernatant after completion of the culture was dropped onto a xylan-containing agarose plate and halo was formed to confirm xylan decomposition activity. As a result, Xyn11-3 and Xyn11 whose activity could not be confirmed with the E. coli clone described in (5) In the case of -6, the activity could not be confirmed even in the coryneform bacterium expression system. Even in the case of Xyn10-2, whose activity was confirmed in the E. coli clone, the activity in the coryneform bacterial expression system could not be confirmed. Xyn11-1 (SEQ ID NO: 19), Xyn11-2 (SEQ ID NO: 21), Xyn11-5 (SEQ ID NO: 23), Xyn10-1, and Xyn11-4 whose activity was confirmed were analyzed on SDS-PAGE. It was confirmed that there was protein expression at the expected molecular weight. From the enzyme activity and protein expression level, Xyn11-1 selected the Tat system, and Xyn11-2, Xyn11-5, Xyn10-1, and Xyn11-4 selected the Sec system.
〔実施例2〕キシラナーゼによるバガスの糖化
各キシラナーゼのサトウキビバガスの糖化を助ける働きを評価するため、以下のバガス糖化能向上効果試験を行った。
バガスは種子島より入手し、更にバガス粉砕は、以下の条件で行った。
[Example 2] Saccharification of bagasse with xylanase In order to evaluate the action of each xylanase to assist saccharification of sugarcane bagasse, the following effect test for improving the saccharification ability of bagasse was conducted.
Bagasse was obtained from Tanegashima, and bagasse pulverization was performed under the following conditions.
乾燥:天日乾燥
粉砕委託先:(株)奈良機械製作所
粉砕機:奈良式自由粉砕機M−4型
粉砕条件:回転速度=5500/min, スクリーン:ダイヤスクリーン0.9mm
篩がけ:目開き0.15mmと0.355mmの篩を用い、0.15-0.355mmのバガスを回収し、試験に用いた。
Drying: Sun drying Grinding contractor: Nara Machinery Co., Ltd. Grinding machine: Nara type free crusher M-4 type Grinding condition: Rotational speed = 5500 / min, Screen: Dia screen 0.9mm
Sieveing: 0.15 mm and 0.355 mm mesh sieves were used, and 0.15-0.355 mm bagasse was collected and used for the test.
実施例1に記載した方法で調製したC. glutamicum培養上清を、10kDaカットアウトの限外ろ過膜Vivaspin 20(Sartorium Stedim Biotech GmbH)を用いて10倍濃縮し、50mM酢酸ナトリウムバッファー(pH5.0)に置換した。ポジティブコントロールとして、 Novozymes biomass kit(Novozymes A/S社)に含まれるキシラナーゼ製剤 NS50030(Xyn30)及びNS50014(Xyn14)を、一方、ネガティブコントロールとして、50mM酢酸ナトリウムバッファー(pH5.0)、及びpPK4を導入したYDK010の培養上清を、それぞれ評価に用いた。なお、サンプルはN=3で評価を行った。 C. glutamicum culture supernatant prepared by the method described in Example 1 was concentrated 10-fold using a 10 kDa cut-out ultrafiltration membrane Vivaspin 20 (Sartorium Stedim Biotech GmbH), and 50 mM sodium acetate buffer (pH 5.0). ). As positive controls, xylanase preparations NS50030 (Xyn30) and NS50014 (Xyn14) included in Novozymes biomass kit (Novozymes A / S) were introduced, while 50 mM sodium acetate buffer (pH 5.0) and pPK4 were introduced as negative controls. The YDK010 culture supernatant was used for evaluation. The sample was evaluated at N = 3.
各サンプルのタンパク質量をProtein Assay CBB Solution(ナカライテスク社)の標準プロトコールに従って定量した。また、ImageJ (http://rsb.info.nih.gov/ij/) を用い、SDS-PAGEの画像において目的バンドが総タンパク質に占める割合を算出し、酵素濃度の算出に用いた。セルラーゼミックスとして、0.143g/ml Celluclast(Novozymes A/S社)、及び0.033g/ml Novozyme188(Novozymes A/S社)、抗生物質として5mg/ml Geneticineを50mM酢酸ナトリウムバッファー(pH5.0)に溶解させ調製した。 The amount of protein in each sample was quantified according to the standard protocol of Protein Assay CBB Solution (Nacalai Tesque). In addition, using ImageJ (http://rsb.info.nih.gov/ij/), the ratio of the target band to the total protein in the SDS-PAGE image was calculated and used to calculate the enzyme concentration. 0.143g / ml Celluclast (Novozymes A / S) and 0.033g / ml Novozyme188 (Novozymes A / S) as cellulase mix and 5mg / ml Geneticine as antibiotics dissolved in 50mM sodium acetate buffer (pH5.0) Prepared.
ブチルゴム栓付きガラスバイアルに、0.1g乾燥バガスと4mlの50mM酢酸ナトリウムバッファー(pH5.0)もしくは 50mMリン酸バッファー(pH8.0)を添加し、121℃で20分オートクレーブ滅菌したものに、φ0.22のPESフィルターMILLEX GP(Millipore)を用いて滅菌した0.5ml のセルラーゼミックス液、及び、0.5mlの試験サンプルを添加し、50℃でゆっくり振とうしながら4日間糖化反応を行った。酵素量は5mLの反応系あたり65mg〜150mgとなるよう調製した。反応終了後に、反応液の遠心(14000rpm、10min)上清を回収し、バイオテックアナライザーAS310(サクラエスアイ株式会社)によってグルコース濃度を測定した。全ての試験区にバガスを入れない反応系をおき、そのグルコース量をブランクとして差し引いた値をバガス由来の遊離グルコース量とし、バガス含有グルコース量に対する遊離グルコース量の割合を糖化率として求めた。なお、50mMリン酸バッファー(pH8.0)を添加した場合、サンプルの最終pHは7付近となるため、pH7.0条件下でのバガス糖化試験とした。 To a glass vial with a butyl rubber stopper, 0.1 g dry bagasse and 4 ml of 50 mM sodium acetate buffer (pH 5.0) or 50 mM phosphate buffer (pH 8.0) were added, and autoclaved at 121 ° C for 20 minutes. 0.5 ml of cellulase mix solution sterilized using 22 PES filters MILLEX GP (Millipore) and 0.5 ml of the test sample were added, and saccharification reaction was carried out for 4 days while gently shaking at 50 ° C. The enzyme amount was adjusted to 65 mg to 150 mg per 5 mL reaction system. After completion of the reaction, the supernatant of the reaction solution was collected by centrifugation (14000 rpm, 10 min), and the glucose concentration was measured by Biotech Analyzer AS310 (Sakura Seye Co., Ltd.). A reaction system in which bagasse was not added was placed in all test sections, and the value obtained by subtracting the amount of glucose as a blank was used as the amount of free glucose derived from bagasse, and the ratio of the amount of free glucose to the amount of glucose containing bagasse was determined as the saccharification rate. In addition, when 50 mM phosphate buffer (pH 8.0) was added, the final pH of the sample was around 7, so the bagasse saccharification test was performed under pH 7.0 conditions.
キシラナーゼ非添加区(50mM酢酸ナトリウムバッファー(図中「NC」と記載))での糖化反応の結果、産生したグルコース濃度を基準にした。そして、この時の糖化率を1とした場合の各サンプルの糖化率の相対比を算出し、それらを平均化したものを、図1(pH5)及び図2(pH7)に示す。なお、NS50014(Xyn14)(図中「X14」と記載)添加とNS50030(Xyn30)(図中「X30」と記載)添加の場合は3回分の試験データの平均であるため、N=9であり、Xyn11-1、Xyn11-2、Xyn11-5(各々図中「X11-1」、「X11-2」、「X11-5」と記載)の添加では2回分の試験データの平均であるため、N=6である。また、標準偏差をエラーバーで示した。
その結果、pH7の条件では、本発明のキシラナーゼの添加はいずれも市販のキシラナーゼ添加よりも高い糖化率を示し、セルラーゼの糖化反応を助ける効果が明瞭であった。また、pH5の条件においては、pH7の場合よりも小さいものの、その糖化を促進する傾向にあることが判明した。他のキシラナーゼ(Xyn10-1、及びXyn11-4)に関しても同様の試験を行ったが、いずれも市販のキシラナーゼと有意な差は認められなかった。
The concentration of glucose produced as a result of the saccharification reaction in the xylanase-free group (50 mM sodium acetate buffer (denoted as “NC” in the figure)) was used as a reference. And the relative ratio of the saccharification rate of each sample when the saccharification rate at this time is set to 1, and those averaged are shown in FIG. 1 (pH 5) and FIG. 2 (pH 7). When NS50014 (Xyn14) (denoted as “X14” in the figure) and NS50030 (Xyn30) (denoted as “X30” in the figure) are added, the average of the test data for three times, N = 9 , Xyn11-1, Xyn11-2, Xyn11-5 (each indicated as "X11-1", "X11-2", "X11-5" in the figure) is the average of the test data for two times, N = 6. The standard deviation is indicated by an error bar.
As a result, under the condition of pH 7, the addition of the xylanase of the present invention showed a higher saccharification rate than the addition of the commercially available xylanase, and the effect of assisting the saccharification reaction of cellulase was clear. Further, it was found that the
〔実施例3〕キシラナーゼの酵素学的特性評価
各キシラナーゼの酵素学的特性を評価するため、以下の試験を行った。
(1)最適反応pH
樺材由来のキシラン(Xylan from Birchwood、Sigma社)とクエン酸-リン酸バッファー(pH 3.5-8.0、pH0.5刻み)により、1%(w/v)基質溶液を作製し、オートクレーブ処理によりキシランを溶液中でよく分散させた。
[Example 3] Evaluation of enzymatic properties of xylanase In order to evaluate the enzymatic properties of each xylanase, the following tests were conducted.
(1) Optimum reaction pH
A 1% (w / v) substrate solution was prepared from xylan from birch (Xylan from Birchwood, Sigma) and citrate-phosphate buffer (pH 3.5-8.0, pH 0.5 increments), and xylan was autoclaved. Was well dispersed in the solution.
酵素液としては、実施例1に記載した方法で調製したC. glutamicum培養上清を、10kDaカットアウトの限外ろ過膜Vivaspin 20(Sartorium Stedim Biotech GmbH)を用いて10倍濃縮し、50mM酢酸ナトリウムバッファー(pH5.0)に置換したものを用いた。 As an enzyme solution, C. glutamicum culture supernatant prepared by the method described in Example 1 was concentrated 10 times using a 10 kDa cut-out ultrafiltration membrane Vivaspin 20 (Sartorium Stedim Biotech GmbH), and 50 mM sodium acetate. The one substituted with buffer (pH 5.0) was used.
酵素反応はBerrinらの方法(Protein Expression and Purification, 19, 179-187, 2000)に従い、1% 基質溶液180μLと酵素液20μLをマイクロプレート内で混合し、サーマルサイクラーを用いて50℃で5分間反応させた。なお、各pHにつき1酵素あたりN=3で反応を行った。反応後の溶液を50μL取り、1% DNS溶液100μLと混合し、95℃で5分間反応させた。なお、1% DNS溶液とは、1%ジニトロサリチル酸、0.05%亜硫酸ナトリウム、1%水酸化ナトリウム、20%酒石酸ナトリウムカリウムで構成される溶液を指し、このDNS溶液は還元糖量測定において一般的に用いられる。 Enzymatic reaction was carried out according to the method of Berrin et al. (Protein Expression and Purification, 19, 179-187, 2000). Mixing 180μL of 1% substrate solution and 20μL of enzyme solution in a microplate and using a thermal cycler at 50 ℃ for 5 minutes Reacted. The reaction was performed at N = 3 per enzyme for each pH. 50 μL of the solution after the reaction was taken, mixed with 100 μL of 1% DNS solution, and reacted at 95 ° C. for 5 minutes. The 1% DNS solution refers to a solution composed of 1% dinitrosalicylic acid, 0.05% sodium sulfite, 1% sodium hydroxide, 20% potassium sodium tartrate, and this DNS solution is generally used for reducing sugar content. Used.
反応液の吸光度(540nm)を測定し、キシロース溶液で作成した検量線より、生成されたキシロオリゴ糖量を算出した。事前の検証により、酵素液に含まれる糖は検出されなかったが、基質液には特に酸性域において酸加水分解産物と思われる還元糖が検出された。そこで、すべてのpHの基質に対し、酵素液の代わりに蒸留水を加えたブランクを作成し、基質液由来のバックグラウンドの糖を差し引いた値を生成糖量とした。最大の生成糖量を示したサンプルを1とした際の各pHでの生成糖量を比活性として求めた。 The absorbance (540 nm) of the reaction solution was measured, and the amount of produced xylooligosaccharide was calculated from a calibration curve prepared with a xylose solution. As a result of prior verification, no saccharide contained in the enzyme solution was detected, but a reducing sugar that was considered to be an acid hydrolysis product was detected particularly in the acidic region in the substrate solution. Therefore, blanks were prepared by adding distilled water instead of the enzyme solution to all pH substrates, and the value obtained by subtracting the background sugar derived from the substrate solution was used as the amount of produced sugar. The amount of sugar produced at each pH when the sample showing the maximum amount of sugar produced was taken as 1 was determined as specific activity.
至適反応pHのグラフを図3に示した。各新規キシラナーゼは、いずれも似た至適pHパターンを示し、至適pHは7.0付近であった。一方、市販キシラナーゼXyn14 (Novozymes社, NS50014)は至適pHが6.5付近であった。 A graph of the optimum reaction pH is shown in FIG. Each new xylanase showed a similar optimum pH pattern, and the optimum pH was around 7.0. On the other hand, the optimum pH of commercially available xylanase Xyn14 (Novozymes, NS50014) was around 6.5.
(2)最適反応温度
Xylan from Birchwood (Sigma社)とクエン酸−リン酸バッファー(pH 7.0)を用いて、1%(w/v)基質溶液を作成し、オートクレーブ処理によりキシランを溶液中でよく分散させた。酵素液は前項に記載した方法で調製した。酵素反応は前項に記載した方法に準じて、1% 基質溶液90μLと適宜蒸留水で希釈した酵素液10 μLをマイクロプレート内で混合し、サーマルサイクラーを用いて35〜85℃(5℃刻み)で5分間反応させた。なお、各温度につき1酵素あたりN=3(コントロールとした市販酵素Xyn14のみN=2)で反応を行った。反応後の溶液を50 μL取り、DNS溶液100μLと混合し、95℃で5分間の呈色反応をさせ、反応液の吸光度(540nm)を測定した。すべての温度サンプルに対し、酵素液の代わりに蒸留水を加えたブランクを作成し、基質液由来のバックグラウンドの値を差し引いた値を生成糖量とした。最大の生成糖量を示したサンプルを1とした際の各温度での生成糖量を比活性として示した。
至適反応温度のグラフを図4に示した。Xyn11-1は65℃、Xyn11-2及び市販酵素Xyn14は70℃、Xyn11-5は75℃にて最も高い活性を示した。
(2) Optimal reaction temperature
A 1% (w / v) substrate solution was prepared using Xylan from Birchwood (Sigma) and citrate-phosphate buffer (pH 7.0), and xylan was well dispersed in the solution by autoclaving. The enzyme solution was prepared by the method described in the previous section. Enzymatic reaction is performed according to the method described in the previous section. 90 μL of 1% substrate solution and 10 μL of enzyme solution diluted appropriately with distilled water are mixed in a microplate, and 35 to 85 ° C (in 5 ° C increments) using a thermal cycler. For 5 minutes. The reaction was performed at N = 3 per enzyme for each temperature (N = 2 only for the commercially available enzyme Xyn14 as a control). 50 μL of the solution after the reaction was taken and mixed with 100 μL of the DNS solution, color reaction was carried out at 95 ° C. for 5 minutes, and the absorbance (540 nm) of the reaction solution was measured. Blanks were prepared by adding distilled water instead of the enzyme solution for all temperature samples, and the value obtained by subtracting the background value derived from the substrate solution was used as the amount of sugar produced. The amount of sugar produced at each temperature when the sample showing the maximum amount of sugar produced was taken as 1 was shown as the specific activity.
A graph of the optimum reaction temperature is shown in FIG. Xyn11-1 showed the highest activity at 65 ° C, Xyn11-2 and the commercially available enzyme Xyn14 at 70 ° C, and Xyn11-5 at 75 ° C.
(3)短時間での温度安定性
前項に記載した方法で調製した酵素液をクエン酸−リン酸バッファー(pH 7.0)で希釈し、pHが7であることを確認した。酵素液を50〜75℃(5℃刻み)で10分間反応させたものを熱処理酵素とした。1% 基質溶液90μL(pH7.0)と、熱処理酵素液又は非熱処理酵素液10 μLをマイクロプレート内で混合し、サーマルサイクラーを用いて50 ℃で5分間反応させた。なお、各熱処理温度につき1酵素あたりN=3で反応を行った。反応後の溶液を50 μL取り、DNS溶液100μLと混合し、95℃で5分間の呈色反応をさせ、反応液の吸光度(540nm)を測定した。すべての温度サンプルに対し、酵素液の代わりに希釈に用いたバッファーを加えたブランクを作成し、基質液由来のバックグラウンドの値を差し引いた値を生成糖量とした。非熱処理酵素液を加えたサンプルの平均値を1とした際の各熱処理温度での生成糖量を比活性として示した。市販酵素Xyn14は35, 50, 70, 80℃で検討を行った。
短時間での温度安定性のグラフを図5に示した。新規酵素Xyn11-2と市販酵素Xyn14はほぼ同様の活性プロファイルを示した。一方、Xyn11-5は高温にて処理しても比較的高い活性を保持し、75℃で10分間処理しても78%の活性を保持した。
(3) Temperature stability in a short time The enzyme solution prepared by the method described in the previous section was diluted with citrate-phosphate buffer (pH 7.0), and it was confirmed that the pH was 7. The enzyme solution was reacted at 50 to 75 ° C. (in increments of 5 ° C.) for 10 minutes to obtain a heat-treated enzyme. 90 μL of 1% substrate solution (pH 7.0) and 10 μL of heat-treated enzyme solution or non-heat-treated enzyme solution were mixed in a microplate and reacted at 50 ° C. for 5 minutes using a thermal cycler. The reaction was performed at N = 3 per enzyme for each heat treatment temperature. 50 μL of the solution after the reaction was taken and mixed with 100 μL of the DNS solution, color reaction was carried out at 95 ° C. for 5 minutes, and the absorbance (540 nm) of the reaction solution was measured. For all temperature samples, a blank was prepared by adding the buffer used for dilution instead of the enzyme solution, and the value obtained by subtracting the background value derived from the substrate solution was defined as the amount of produced sugar. The amount of sugar produced at each heat treatment temperature when the average value of the sample to which the non-heat treatment enzyme solution was added was assumed to be 1 as the specific activity. The commercial enzyme Xyn14 was examined at 35, 50, 70, and 80 ° C.
A graph of temperature stability in a short time is shown in FIG. The new enzyme Xyn11-2 and the commercially available enzyme Xyn14 showed almost the same activity profile. On the other hand, Xyn11-5 retained a relatively high activity even when treated at high temperature, and retained 78% activity even when treated at 75 ° C. for 10 minutes.
(4)長時間での温度安定性
バガスの糖化反応は50℃で4日間かけて行う長時間反応であるため、より長い時間の熱処理に対する温度安定性を検討した。前項に記載した方法において、酵素液の熱処理時間を10分間から16時間に延長し、その他の条件は前項と同様にして試験を行った。比熱処理酵素液を加えたサンプルの平均値を1とした際の各熱処理温度での生成糖量を比活性として示した。
(4) Long-term temperature stability Since the saccharification reaction of bagasse is a long-time reaction performed at 50 ° C for 4 days, the temperature stability against heat treatment for a longer time was examined. In the method described in the previous section, the heat treatment time of the enzyme solution was extended from 10 minutes to 16 hours, and the other conditions were tested in the same manner as in the previous section. The amount of sugar produced at each heat treatment temperature when the average value of the sample to which the specific heat treatment enzyme solution was added was taken as 1 was shown as the specific activity.
長時間での温度安定性を図6に示した。50℃にて16時間処理しても新規酵素は86−97%の活性を保持したのに対し、市販酵素は69%まで活性が低下した。特にXyn11-5は高温にて処理しても比較的高い活性を保持し、70℃で16時間処理しても61%の活性を保持した。50℃の16時間処理において新規キシラナーゼが市販酵素Xyn14よりも活性を高く保持したことは、実施例2に示したバガス糖化能向上効果の結果を支持する。バガスを糖化する工程は長時間反応であるため、新規酵素の温度安定性が長時間にわたり高く維持されることは産業上有効な性質である。 The temperature stability over a long time is shown in FIG. Even after treatment at 50 ° C. for 16 hours, the novel enzyme retained 86-97% activity, whereas the commercially available enzyme decreased to 69%. In particular, Xyn11-5 retained a relatively high activity even when treated at a high temperature, and retained 61% activity even when treated at 70 ° C. for 16 hours. The fact that the novel xylanase retained higher activity than the commercially available enzyme Xyn14 in the treatment at 50 ° C. for 16 hours supports the result of the bagasse saccharification ability improving effect shown in Example 2. Since the process of saccharifying bagasse is a long-time reaction, it is an industrially effective property that the temperature stability of the new enzyme is maintained high for a long time.
Claims (19)
(A)配列番号20、22、もしくは25のアミノ酸配列、又は、配列番号24の少なくとも56位〜455位からなるアミノ酸配列を有し、かつキシラナーゼ活性を有するタンパク質、
(B)配列番号20、22、もしくは25のアミノ酸配列、又は配列番号24の少なくとも56位〜455位からな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、挿入又は付加されたアミノ酸配列を有し、かつキシラナーゼ活性を有するタンパク質。 DNA encoding the following protein (A) or (B):
(A) a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 25 or an amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24 and having xylanase activity;
(B) an amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 25, or an amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24, wherein one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added A protein having a sequence and having xylanase activity.
(a)配列番号19もしくは21の塩基配列、又は配列番号23の少なくとも166位〜1368位からなる塩基配列を有するDNA、
(b)配列番号19もしくは21の塩基配列、又は配列番号23の少なくとも166位〜1368位からなる塩基配列と90%以上の相同性を有し、かつ、キシラナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA。 The DNA according to claim 1, which is the following DNA (a) or (b):
(A) a DNA having a base sequence of SEQ ID NO: 19 or 21, or a base sequence consisting of at least positions 166 to 1368 of SEQ ID NO: 23;
(B) DNA encoding a protein having 90% or more homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 19 or 21, or the nucleotide sequence consisting of at least positions 166 to 1368 of SEQ ID NO: 23 and having xylanase activity.
(A)配列番号20、22、もしくは25のアミノ酸配列、又は配列番号24の少なくとも56位〜455位からなるアミノ酸配列を有し、かつキシラナーゼ活性を有するタンパク質、
(B)配列番号20、22、もしくは25のアミノ酸配列、又は配列番号24の少なくとも56位〜455位からな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、挿入又は付加されたアミノ酸配列を有し、かつキシラナーゼ活性を有するタンパク質。 The following protein (A) or (B):
(A) a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 25, or an amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24 and having xylanase activity;
(B) an amino acid sequence of SEQ ID NO: 20, 22, or 25, or an amino acid sequence consisting of at least positions 56 to 455 of SEQ ID NO: 24, wherein one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added A protein having a sequence and having xylanase activity.
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