JP6325862B2 - Recombinant cells and method for producing cyclic monoterpenes - Google Patents

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本発明は、一酸化炭素等の特定のC1化合物から環式モノテルペンを生産可能な組換え細胞、及び当該組換え細胞を用いる環式モノテルペンの生産方法に関する。   The present invention relates to a recombinant cell capable of producing a cyclic monoterpene from a specific C1 compound such as carbon monoxide, and a method for producing a cyclic monoterpene using the recombinant cell.

モノテルペン(Monoterpene)は、ジメチルアリル二リン酸(DMAPP)とイソペンテニル二リン酸(IPP)とが縮合したゲラニル二リン酸(GPP)を生合成前駆体とする、炭素10個を持つイソプレン則に従う化合物の総称である。モノテルペンは、現在900種類以上のものが知られている。   Monoterpene is a 10-carbon isoprene rule with geranyl diphosphate (GPP), which is a condensate of dimethylallyl diphosphate (DMAPP) and isopentenyl diphosphate (IPP), as a biosynthetic precursor. Is a generic term for compounds according to Currently, over 900 types of monoterpenes are known.

環式モノテルペンはバラや柑橘類のような芳香を持ち、香水などにも多用されている。例えば、リモネン(Limonene)はレモンなど柑橘類に含まれる香気成分であり、溶剤や接着剤原料などとしても利用されている。また、メントールは爽やかな芳香を持ち、菓子や医薬品に清涼剤として用いられている。一方、樹脂産業では、β−ピネン(β-Pinene)、α−ピネン(α-Pinene)、リモネン、α−フェランドレン(α-Phellandrene)等が、接着剤や透明樹脂等のモノマー原料として検討されている(非特許文献1)。   Cyclic monoterpenes have fragrances such as roses and citrus fruits and are often used in perfumes. For example, limonene is an aroma component contained in citrus fruits such as lemon, and is also used as a solvent and an adhesive raw material. Menthol has a refreshing fragrance and is used as a refreshing agent in confectionery and pharmaceuticals. On the other hand, in the resin industry, β-pinene (α-Pinene), α-pinene (α-Pinene), limonene, α-ferrondrene (α-Phellandrene) and the like have been studied as raw materials for monomers such as adhesives and transparent resins. (Non-Patent Document 1).

合成ガス(Synthesis gas, Syngas)は、廃棄物、天然ガス、及び石炭から高温・高圧下で金属触媒の作用によって効率よく得られる、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素を主成分とする混合ガスである。合成ガスを起点とする金属触媒によるC1ケミストリーの分野では、メタノール、ギ酸、ホルムアルデヒド等の液状の化学品を安価かつ大量に生産するプロセスが開発されている。   Synthesis gas (Syngas) is a mixed gas composed mainly of carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen, which is efficiently obtained from waste, natural gas, and coal by the action of a metal catalyst at high temperature and high pressure. It is. In the field of C1 chemistry using a metal catalyst starting from synthesis gas, a process has been developed for producing liquid chemicals such as methanol, formic acid and formaldehyde at low cost and in large quantities.

そして、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素は、廃棄物由来の合成ガスや工場排ガス、天然ガス、または石炭由来の合成ガスに含まれており、ほぼ永久的に利用可能である。しかしながら、合成ガスをはじめとするC1炭素源とした、微生物による化学品生産の例は、極めて少ないのが現状である。現在のところ、開発が進んでいるのは、合成ガスからのエタノール、2,3−ブタンジオール等の生産のみである。特に、組換え体による合成ガス資化性物の利用に関する報告は少ない。特許文献1には、大腸菌の組換え体によるイソプロパノールの生産技術が開示されている。この技術では、大腸菌に複数のCO代謝酵素遺伝子を導入して合成ガス資化能を付与し、合成ガスからイソプロパノールを生産している。しかし、この技術は環式モノテルペンを生産するものではない。また、本来合成ガス資化性微生物が保有するCO代謝酵素遺伝子群を大腸菌で効率良く機能的に発現させることは難しく、さらに大腸菌のCO耐性も低いこと等から、CO代謝を有する組換え大腸菌を用いる系は、目的物質の高い生産性が期待できない。   Carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen are contained in synthesis gas derived from waste, factory exhaust gas, natural gas, or coal-derived synthesis gas, and can be used almost permanently. However, there are very few examples of chemical production by microorganisms using C1 carbon sources such as synthesis gas. At present, development is progressing only in the production of ethanol, 2,3-butanediol and the like from synthesis gas. In particular, there are few reports on the use of synthetic gas assimilation materials by recombinants. Patent Document 1 discloses a technique for producing isopropanol using a recombinant Escherichia coli. In this technique, a plurality of CO metabolizing enzyme genes are introduced into Escherichia coli to impart syngas assimilation ability, and isopropanol is produced from syngas. However, this technology does not produce cyclic monoterpenes. In addition, it is difficult to efficiently and efficiently express the CO metabolizing enzyme gene group originally possessed by a syngas-utilizing microorganism in E. coli, and the recombinant E. coli having CO metabolism is selected because of its low CO tolerance. The system used cannot be expected to have high productivity of the target substance.

環式モノテルペンの一種であるβ−フェランドレン(β-Phellandrene)は、新たなポリマー材料としての用途が期待されている。β−フェランドレンは、α−フェランドレンに比べてより高分子量のポリマーを得る可能性がある。しかし、合成化学的手法によってβ−フェランドレンを得る場合には、その異性体であるα−フェランドレンの生成が避けられず、またこれらの異性体の分離は極めて困難である(非特許文献2)。そのため、高純度のβ−フェランドレンを得ることは難しく、このことがβ−フェランドレンのポリマー物性等を調べることを困難にしている。   Β-Phellandrene, which is a kind of cyclic monoterpene, is expected to be used as a new polymer material. β-Ferlandolene may give a higher molecular weight polymer than α-Ferlandolene. However, when β-ferrandolene is obtained by a synthetic chemical method, formation of α-ferrandolene, which is an isomer, is unavoidable, and separation of these isomers is extremely difficult (Non-patent Document 2). ). For this reason, it is difficult to obtain high-purity β-ferrandolene, which makes it difficult to examine the polymer physical properties of β-ferrandolene.

一方、β−フェランドレンの生合成経路としては、ゲラニル二リン酸(GPP)合成酵素又はネリル二リン酸(NPP)合成酵素の作用によって、イソペンテニル二リン酸(IPP)からゲラニル二リン酸(GPP)又はネリル二リン酸(NPP)が生合成される。続いて、β−フェランドレン合成酵素の作用により、GPP又はNPPからβ−フェランドレンが生合成される。そして、トマトとラベンダーにおいて、β−フェランドレン合成酵素が見出されている(非特許文献3,4)。   On the other hand, the biosynthetic pathway of β-ferrandrene includes geranyl diphosphate (IPP) to geranyl diphosphate (IPP) by the action of geranyl diphosphate (GPP) synthase or neryl diphosphate (NPP) synthase. GPP) or neryl diphosphate (NPP) is biosynthesized. Subsequently, β-ferrandolene is biosynthesized from GPP or NPP by the action of β-ferrandolene synthase. And tomato and lavender, β-ferrandrene synthase has been found (Non-patent Documents 3 and 4).

特許文献2には、環式テルペンシンターゼ(環式テルペン合成酵素)をコードする核酸が導入されたC1代謝宿主細胞の形質転換体を用いて、モノテルペンを製造する方法について記載されている。その実施例として、メチロモナス属細菌の形質転換体を用いてリモネンを製造した実験例が記載されている。β−フェランドレン合成酵素に関する言及もあるが、β−フェランドレン合成酵素とその遺伝子の具体例や取得方法、さらにβ−フェランドレンを生産できる形質転換体の具体的構成や構築方法については示されていない。また、この技術は、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素又は、廃棄物由来の合成ガスや工場排ガス、天然ガス、または石炭由来の合成ガスを炭素源として用いるものではない。   Patent Document 2 describes a method for producing a monoterpene using a transformant of a C1 metabolic host cell into which a nucleic acid encoding a cyclic terpene synthase (cyclic terpene synthase) has been introduced. As an example, an experimental example in which limonene was produced using a transformant of the genus Methylomonas was described. There is also a reference to β-ferrandolene synthase, but specific examples and methods for obtaining β-ferrandolene synthase and its gene, as well as specific configurations and construction methods for transformants capable of producing β-ferrandolene are shown. Not. In addition, this technique does not use carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen or waste-derived synthesis gas, factory exhaust gas, natural gas, or coal-derived synthesis gas as a carbon source.

特許文献3にはC1代謝宿主細胞の形質転換体を用いたテルペンの生産方法に関して記載されており、セスキテルペンの一種のファルネセン生産の実施例がある。しかし、C1代謝宿主細胞を用いた環式モノテルペンの実用的な生産方法は示されていない。   Patent Document 3 describes a method for producing a terpene using a transformant of C1 metabolic host cells, and there is an example of producing a kind of farnesene of sesquiterpene. However, no practical production method of cyclic monoterpenes using C1 metabolic host cells has been shown.

特表2011−509691号公報Special table 2011-509691 gazette 特表2005−500805号公報Special table 2005-500805 gazette 国際公開第2013/180584号International Publication No. 2013/180584

Satou K., et al., Green Chemistry 2006, 8, 878-882Satou K., et al., Green Chemistry 2006, 8, 878-882 Mori K., Tetrahedron: Asymmetry 2006, 17, 2133-2142Mori K., Tetrahedron: Asymmetry 2006, 17, 2133-2142 Demissie, Z. A., et al.,, Planta. 2011, 233, 685-96.Demissie, Z.A., et al., Planta. 2011, 233, 685-96. Schilmiller, A. L., et al., Proc Natl Acad Sci U S A., 2009, 106, 10865-70.Schilmiller, A. L., et al., Proc Natl Acad Sci U S A., 2009, 106, 10865-70.

上記現状に鑑み、本発明は、合成ガスなどのC1炭素源から、環式モノテルペンを大量に取得するための一連の技術を提供することを目的とする。   In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a series of techniques for obtaining a large amount of cyclic monoterpene from a C1 carbon source such as synthesis gas.

上記した課題を解決するための1つの様相は、環式モノテルペンを生産可能な組換え細胞であって、非メバロン酸経路によるイソペンテニル二リン酸合成能を有する宿主細胞、又はメチルテトラヒドロ葉酸、一酸化炭素、及びCoAからアセチルCoAを合成する機能を有する宿主細胞に、ゲラニル二リン酸合成酵素をコードする核酸及びネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸からなる群より選ばれた少なくとも1つの核酸と、環式モノテルペン合成酵素をコードする核酸とが導入されてなるものであり、これらの核酸が前記宿主細胞内で発現し、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物から環式モノテルペンを生産可能である組換え細胞である。 The above-mentioned one aspect for solving the problem, a cyclic monoterpene possible production recombinant cells, host cells having isopentenyl diphosphate synthesis ability of non-mevalonate pathway, or methyl tetrahydrofolate, At least one selected from the group consisting of a nucleic acid encoding geranyl diphosphate synthase and a nucleic acid encoding neryl diphosphate synthase in a host cell having a function of synthesizing acetyl CoA from carbon monoxide and CoA A nucleic acid and a nucleic acid encoding a cyclic monoterpene synthase are introduced. These nucleic acids are expressed in the host cell, and are at least one selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide. Recombinant cells capable of producing cyclic monoterpenes from two C1 compounds.

様相は環式モノテルペンを生産可能な組換え細胞に係るものである。本様相の組換え細胞は、「非メバロン酸経路によるイソペンテニル二リン酸(IPP)合成能」又は「メチルテトラヒドロ葉酸、一酸化炭素、及びCoAからアセチルCoAを合成する機能」を有する細胞を宿主細胞とする。そして、当該宿主細胞に「ゲラニル二リン酸(GPP)合成酵素をコードする核酸及びネリル二リン酸(NPP)合成酵素をコードする核酸からなる群より選ばれた少なくとも1つの核酸」と、「環式モノテルペン合成酵素をコードする核酸」とが導入されてなるもので、かつこれらの核酸が宿主細胞内で発現する。
すなわち、本様相の組換え細胞では、GPP合成酵素及び/又はNPP合成酵素の発現能と環式モノテルペン合成酵素の発現能とが、宿主細胞に対して新たに付加又は増強されている。
様相の組換え細胞によれば、前記したC1化合物からイソペンテニル二リン酸(IPP)が合成される。そして、細胞内で発現されたGPP合成酵素の作用によってIPPからGPPが合成され、及び/又は、細胞内で発現されたNPP合成酵素の作用によってIPPからNPPが合成される。さらに、細胞内で発現された環式モノテルペン合成酵素の作用によって、GPP及び/又はNPPから環式モノテルペンが合成される。その結果、本発明の組換え細胞を培養することにより、環式モノテルペンを大量に生産することができる。
This aspect concerns recombinant cells capable of producing cyclic monoterpenes. The recombinant cell of this aspect is a host cell having “the ability to synthesize isopentenyl diphosphate (IPP) by the non-mevalonate pathway” or “the ability to synthesize acetyl CoA from methyltetrahydrofolate, carbon monoxide, and CoA”. Let it be a cell. Then, the host cell contains “at least one nucleic acid selected from the group consisting of a nucleic acid encoding a geranyl diphosphate (GPP) synthase and a nucleic acid encoding a neryl diphosphate (NPP) synthase”, "Nucleic acid encoding monoterpene synthase" is introduced, and these nucleic acids are expressed in host cells.
That is, in the recombinant cell of this aspect , the expression ability of GPP synthase and / or NPP synthase and the expression ability of cyclic monoterpene synthase are newly added or enhanced to the host cell.
According to the recombinant cell of this aspect , isopentenyl diphosphate (IPP) is synthesized from the aforementioned C1 compound. Then, GPP is synthesized from IPP by the action of GPP synthase expressed in the cell, and / or NPP is synthesized from IPP by the action of NPP synthase expressed in the cell. Furthermore, cyclic monoterpenes are synthesized from GPP and / or NPP by the action of cyclic monoterpene synthase expressed in cells. As a result, a large amount of cyclic monoterpene can be produced by culturing the recombinant cells of the present invention.

環式モノテルペンとは、六員環等の環状構造を含むモノテルペンを指し、リモネン、α−ピネン、β−ピネン、α−フェランドレン、β−フェランドレン、メントール、チモール、カルバクロール、カレン、サビネン、カンフェン、ツジェン、カンフル、ボルネオール、シネオール等を含む。   The cyclic monoterpene refers to a monoterpene containing a cyclic structure such as a six-membered ring, and includes limonene, α-pinene, β-pinene, α-ferrandolene, β-ferrandolene, menthol, thymol, carvacrol, caren, Including sabinene, camphene, tsugen, camphor, borneol, cineole.

イソプレノイドの生合成経路はメバロン酸経路(MVA経路ともいう)と非メバロン酸経路(MEP経路ともいう)に大別される。非メバロン酸経路は、グリセルアルデヒド3−リン酸とピルビン酸から、最終的にイソペンテニル二リン酸(IPP)又はジメチルアリル二リン酸(DMAPP)を生成する経路である。本様相の一態様に係る宿主細胞は、非メバロン酸経路によるイソペンテニル二リン酸合成能を有するものである。
また本様相の別の態様に係る宿主細胞である「メチルテトラヒドロ葉酸、一酸化炭素、及びCoAからアセチルCoAを合成する機能」を有する細胞としては、図1に示すアセチルCoA経路(Wood-Ljungdahl pathway)及びメタノール経路(Methanol pathway)を有する嫌気性微生物が例示される。
The biosynthetic pathway of isoprenoids is broadly divided into a mevalonate pathway (also referred to as MVA pathway) and a non-mevalonate pathway (also referred to as MEP pathway). The non-mevalonic acid pathway is a pathway for finally producing isopentenyl diphosphate (IPP) or dimethylallyl diphosphate (DMAPP) from glyceraldehyde 3-phosphate and pyruvic acid. The host cell according to one embodiment of this aspect has an ability to synthesize isopentenyl diphosphate through a non-mevalonate pathway.
In addition, as a cell having a “function of synthesizing acetyl CoA from methyltetrahydrofolate, carbon monoxide, and CoA” which is a host cell according to another embodiment of this aspect, the acetyl CoA pathway (Wood-Ljungdahl pathway shown in FIG. And anaerobic microorganisms having a methanol pathway.

好ましくは、一酸化炭素脱水素酵素を有するものである。   Preferably, it has carbon monoxide dehydrogenase.

一酸化炭素脱水素酵素(例えば、EC 1.2.99.2/1.2.7.4)(一酸化炭素デヒドロゲナーゼ、CO dehydrogenase、CODH)は、一酸化炭素と水から二酸化炭素とプロトンを生成させる作用、及びその逆反応である、二酸化炭素とプロトンから一酸化炭素と水を生成させる作用、を有する。一酸化炭素脱水素酵素は、アセチルCoA経路(図1)で作用する酵素の1つである。   Carbon monoxide dehydrogenase (eg, EC 1.2.99.2/1.2.7.4) (CO dehydrogenase, CODH) is a process that converts carbon monoxide and protons from carbon monoxide and water. It has a function of generating carbon monoxide and water from carbon dioxide and protons, and the reverse reaction. Carbon monoxide dehydrogenase is one of the enzymes that acts in the acetyl-CoA pathway (FIG. 1).

好ましくは、前記宿主細胞は、Clostridium属細菌又はMoorella属細菌である。 Preferably, said host cell, Ru Clostridium bacteria or Moorella bacteria der.

好ましくは、前記宿主細胞は、Clostridium ljungdahlii又はClostridium autoethanogenumである。   Preferably, the host cell is Clostridium ljungdahlii or Clostridium autoethanogenum.

好ましくは、一酸化炭素を主成分とするガス、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、二酸化炭素と水素とを主成分とするガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを主成分とするガスから環式モノテルペンを生産可能である。   Preferably, a gas mainly containing carbon monoxide, a gas mainly containing carbon monoxide and hydrogen, a gas mainly containing carbon dioxide and hydrogen, or carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen are mainly used. Cyclic monoterpenes can be produced from the constituent gases.

好ましくは、ゲラニル二リン酸合成酵素をコードする核酸は、下記(a)、(b)又は(c)のタンパク質をコードするものである。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつゲラニル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質、
(c)配列番号2で表されるアミノ酸配列と60%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつゲラニル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質。
Preferably, the nucleic acid encoding geranyl diphosphate synthase encodes the following protein (a), (b) or (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having the activity of geranyl diphosphate synthase,
(C) a protein having an amino acid sequence having 60% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having the activity of geranyl diphosphate synthase.

好ましくは、ネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸は、下記(d)、(e)又は(f)のタンパク質をコードするものである。
(d)配列番号4で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(e)配列番号4で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質、
(f)配列番号4で表されるアミノ酸配列と60%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質。
Preferably, the nucleic acid encoding neryl diphosphate synthase encodes the following protein (d), (e) or (f).
(D) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4,
(E) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase,
(F) A protein having an amino acid sequence having 60% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase.

好ましくは、イソペンテニル二リン酸の合成経路で作用する少なくとも1つの酵素をコードする核酸がさらに導入され、当該核酸が宿主細胞内で発現する。   Preferably, a nucleic acid encoding at least one enzyme acting in the isopentenyl diphosphate synthesis pathway is further introduced, and the nucleic acid is expressed in the host cell.

かかる構成により、GPP合成酵素やNPP合成酵素の基質となるIPPが効率的に供給される。   With this configuration, IPP serving as a substrate for GPP synthase or NPP synthase is efficiently supplied.

好ましくは、前記環式モノテルペン合成酵素はβ−フェランドレン合成酵素であり、環式モノテルペンとしてβ−フェランドレン、4−カレン、又はリモネンを生産可能である。   Preferably, the cyclic monoterpene synthase is β-ferrandolene synthase, and β-ferrandolene, 4-carene, or limonene can be produced as the cyclic monoterpene.

この好ましい様相によれば、細胞内で発現されたβ−フェランドレン合成酵素の作用によって、GPP及び/又はNPPからβ−フェランドレン、4−カレン、又はリモネンが合成される。その結果、本発明の組換え細胞を培養することにより、β−フェランドレン、4−カレン、又はリモネンを大量に生産することができる。   According to this preferred aspect, β-ferrandolene, 4-carene, or limonene is synthesized from GPP and / or NPP by the action of β-ferrandolene synthase expressed in cells. As a result, by culturing the recombinant cell of the present invention, β-ferrandrene, 4-carene, or limonene can be produced in large quantities.

好ましくは、少なくともネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸が導入されたものである。   Preferably, at least a nucleic acid encoding neryl diphosphate synthase has been introduced.

好ましくは、β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸は、下記(g)、(h)又は(i)のタンパク質をコードするものである。
(g)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(h)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質、
(i)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列と60%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質。
Preferably, the nucleic acid encoding β-ferrandrene synthase encodes the following protein (g), (h) or (i).
(G) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8,
(H) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having the activity of β-ferrandrene synthase,
(I) A protein having an amino acid sequence having 60% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having β-ferrandrene synthase activity.

好ましくは、メバロン酸経路で作用する酵素群をコードする核酸がさらに導入され、メバロン酸経路によるイソペンテニル二リン酸合成能をさらに有する。   Preferably, a nucleic acid encoding an enzyme group that acts in the mevalonate pathway is further introduced, and further has an ability to synthesize isopentenyl diphosphate by the mevalonate pathway.

かかる構成により、GPP合成酵素やNPP合成酵素の基質となるIPPが、メバロン酸経路と非メバロン酸経路の両方から合成され、IPPの供給が効率的に行われる。その結果、本発明の組換え細胞は、環式モノテルペンの生産能がさらに高いものとなる。   With this configuration, IPP serving as a substrate for GPP synthase or NPP synthase is synthesized from both the mevalonate pathway and the non-mevalonate pathway, and IPP is efficiently supplied. As a result, the recombinant cell of the present invention has a higher ability to produce cyclic monoterpenes.

好ましくは、前記メバロン酸経路は、酵母、原核生物、又は放線菌のメバロン酸経路である。   Preferably, the mevalonate pathway is a yeast, prokaryotic, or actinomycete mevalonate pathway.

好ましくは、非メバロン酸経路で作用する少なくとも1つの酵素をコードする核酸がさらに導入され、当該核酸が宿主細胞内で発現する。   Preferably, a nucleic acid encoding at least one enzyme acting in the non-mevalonate pathway is further introduced and the nucleic acid is expressed in the host cell.

かかる構成により、非メバロン酸経路によるIPP合成能が増強される。その結果、本発明の組換え細胞は、環式モノテルペンの生産能がさらに高いものとなる。   With this configuration, the ability to synthesize IPP through the non-mevalonate pathway is enhanced. As a result, the recombinant cell of the present invention has a higher ability to produce cyclic monoterpenes.

好ましくは、前記非メバロン酸経路は、宿主細胞以外の非メバロン酸経路である。   Preferably, the non-mevalonate pathway is a non-mevalonate pathway other than a host cell.

好ましくは、宿主細胞に導入された核酸は、宿主細胞のゲノムに組み込まれている。   Preferably, the nucleic acid introduced into the host cell is integrated into the genome of the host cell.

好ましくは、宿主細胞に導入された核酸は、プラスミドに組み込まれている。   Preferably, the nucleic acid introduced into the host cell is incorporated into a plasmid.

好ましくは、組換え細胞の湿潤菌体1gあたり10mg以上の環式モノテルペンを生産可能である。   Preferably, 10 mg or more of cyclic monoterpene can be produced per 1 g of wet cells of recombinant cells.

好ましくは、組換え細胞の湿潤菌体1gあたり10mg以上のβ−フェランドレンを生産可能である。   Preferably, 10 mg or more of β-ferrandrene can be produced per 1 g of wet cells of recombinant cells.

好ましくは、組換え細胞の湿潤菌体1gあたり6mg以上の4−カレンを生産可能である。   Preferably, 6 mg or more of 4-carene can be produced per 1 g of wet cells of recombinant cells.

好ましくは、組換え細胞の湿潤菌体1gあたり2mg以上のリモネンを生産可能である。   Preferably, 2 mg or more of limonene can be produced per 1 g of wet cells of recombinant cells.

の様相は、上記した組換え細胞を、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を炭素源として用いて培養し、当該組換え細胞に環式モノテルペンを生産させる環式モノテルペンの生産方法である。 In another aspect, the above-described recombinant cells are cultured using at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide as a carbon source, and cyclic monoterpenes are produced in the recombinant cells. This is a production method of a cyclic monoterpene to be produced.

様相は、環式モノテルペンの生産方法に係るものである。本様相では、上記した組換え細胞を、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を炭素源として培養することにより、当該組換え細胞に環式モノテルペンを生産させる。本様相によれば、例えば、一酸化炭素や二酸化炭素を含む合成ガスから環式モノテルペンを生産することができる。 This aspect relates to a method for producing a cyclic monoterpene. In this aspect , by culturing the above-described recombinant cell using at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide as a carbon source, the recombinant cell can produce a cyclic monoterpene. . According to this aspect , for example, a cyclic monoterpene can be produced from a synthesis gas containing carbon monoxide and carbon dioxide.

の様相は、上記した組換え細胞に、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を接触させ、当該組換え細胞に前記C1化合物から環式モノテルペンを生産させる環式モノテルペンの生産方法である。 In another aspect, the above-described recombinant cell is contacted with at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide, and the recombinant cell is caused to produce a cyclic monoterpene from the C1 compound. This is a production method for cyclic monoterpenes.

様相では、上記した組換え細胞に、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を接触させ、当該C1化合物から環式モノテルペンを生産させる。本様相によっても、例えば、一酸化炭素や二酸化炭素を含む合成ガスから環式モノテルペンを生産することができる。 In this aspect , the above-described recombinant cell is contacted with at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide, and a cyclic monoterpene is produced from the C1 compound. Also according to this aspect , for example, a cyclic monoterpene can be produced from a synthesis gas containing carbon monoxide and carbon dioxide.

好ましくは、一酸化炭素を主成分とするガス、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、二酸化炭素と水素とを主成分とするガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを主成分とするガスを、前記組換え細胞に提供する。   Preferably, a gas mainly containing carbon monoxide, a gas mainly containing carbon monoxide and hydrogen, a gas mainly containing carbon dioxide and hydrogen, or carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen are mainly used. The component gas is provided to the recombinant cell.

「組換え細胞にガスを提供する」とは、炭素源等としてガスを組換え細胞に与える、あるいは、組換え細胞にガスを接触させる、という意味である。   “Providing gas to a recombinant cell” means giving gas to the recombinant cell as a carbon source or the like, or bringing the gas into contact with the recombinant cell.

好ましくは、さらに、ギ酸又はメタノールを前記組換え細胞に提供する。   Preferably, formic acid or methanol is further provided to the recombinant cell.

「組換え細胞にガスとメタノールを提供する」とは、炭素源等としてガスとメタノールを組換え細胞に与える、あるいは、組換え細胞にガスとメタノールを接触させる、という意味である。ギ酸についても同様である。   “Providing gas and methanol to a recombinant cell” means that gas and methanol are supplied to the recombinant cell as a carbon source or the like, or the gas and methanol are brought into contact with the recombinant cell. The same applies to formic acid.

好ましくは、組換え細胞は、Clostridium属細菌又はMoorella属細菌を宿主細胞とするものである。   Preferably, the recombinant cell is a host cell made of Clostridium bacteria or Moorella bacteria.

好ましくは、前記環式モノテルペン合成酵素はβ−フェランドレン合成酵素であり、環式モノテルペンとしてβ−フェランドレン、4−カレン、又はリモネンを生産させる。   Preferably, the cyclic monoterpene synthase is β-ferrandolene synthase, and β-ferrandolene, 4-carene, or limonene is produced as the cyclic monoterpene.

好ましくは、組換え細胞の湿潤菌体1gあたり10mg以上の環式モノテルペンを生産させる。   Preferably, 10 mg or more of cyclic monoterpene is produced per 1 g of wet cells of recombinant cells.

好ましくは、組換え細胞の湿潤菌体1gあたり10mg以上のβ−フェランドレンを生産させる。   Preferably, 10 mg or more of β-ferrandrene is produced per 1 g of wet cells of the recombinant cells.

好ましくは、組換え細胞の湿潤菌体1gあたり6mg以上の4−カレンを生産させる。   Preferably, 6 mg or more of 4-carene is produced per 1 g of wet cells of recombinant cells.

好ましくは、組換え細胞の湿潤菌体1gあたり2mg以上のリモネンを生産させる。   Preferably, 2 mg or more of limonene is produced per 1 g of wet cells of the recombinant cells.

好ましくは、組換え細胞の細胞外に放出された環式モノテルペンを回収する。   Preferably, the cyclic monoterpene released outside the recombinant cell is recovered.

好ましくは、組換え細胞の培養系の気相から環式モノテルペンを回収する。   Preferably, the cyclic monoterpene is recovered from the gas phase of the recombinant cell culture system.

二酸化炭素に代えて、重炭酸塩を用いてもよい。   Bicarbonate may be used instead of carbon dioxide.

請求項1に記載の発明は、環式モノテルペンを生産可能なClostridium属細菌の組換え細胞であって、導入された核酸として、ゲラニル二リン酸合成酵素をコードする核酸及びネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸からなる群より選ばれた少なくとも1つの核酸と、β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸とを有し、これらの核酸が前記組換え細胞内で発現し、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物から環式モノテルペンとしてβ−フェランドレンを生産可能である組換え細胞である。The invention according to claim 1 is a recombinant cell of a Clostridium genus bacterium capable of producing a cyclic monoterpene, wherein a nucleic acid encoding geranyl diphosphate synthase and neryl diphosphate synthesis are introduced as the introduced nucleic acid. At least one nucleic acid selected from the group consisting of nucleic acids encoding enzymes, and nucleic acids encoding β-ferrandrene synthase, these nucleic acids being expressed in the recombinant cell, carbon monoxide and A recombinant cell capable of producing β-ferrandrene as a cyclic monoterpene from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon dioxide.

請求項2に記載の発明は、前記Clostridium属細菌は、Clostridium ljungdahliiである請求項1に記載の組換え細胞である。The invention according to claim 2 is the recombinant cell according to claim 1, wherein the Clostridium genus bacterium is Clostridium ljungdahlii.

請求項3に記載の発明は、一酸化炭素を主成分とするガス、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、二酸化炭素と水素とを主成分とするガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを主成分とするガスから前記環式モノテルペンを生産可能である請求項1又は2に記載の組換え細胞である。The invention according to claim 3 is a gas mainly composed of carbon monoxide, a gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen, a gas mainly composed of carbon dioxide and hydrogen, or carbon monoxide and carbon dioxide. The recombinant cell according to claim 1 or 2, wherein the cyclic monoterpene can be produced from a gas mainly composed of carbon and hydrogen.

請求項4に記載の発明は、ゲラニル二リン酸合成酵素をコードする核酸は、下記(a)、(b)又は(c)のタンパク質をコードするものである請求項1〜3のいずれかに記載の組換え細胞である。In the invention described in claim 4, the nucleic acid encoding geranyl diphosphate synthase encodes the following protein (a), (b) or (c): The described recombinant cell.
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつゲラニル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質、(B) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having the activity of geranyl diphosphate synthase,
(c)配列番号2で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を有し、かつゲラニル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質。(C) A protein having an amino acid sequence showing 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having the activity of geranyl diphosphate synthase.

請求項5に記載の発明は、ネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸は、下記(d)、(e)又は(f)のタンパク質をコードするものである請求項1〜4のいずれかに記載の組換え細胞である。The invention according to claim 5 is the nucleic acid encoding neryl diphosphate synthase encoding the following protein (d), (e) or (f): The described recombinant cell.
(d)配列番号4で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、(D) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4,
(e)配列番号4で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質、(E) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase,
(f)配列番号4で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を有し、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質。(F) A protein having an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase.

請求項6に記載の発明は、β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸は、下記(g)、(h)又は(i)のタンパク質をコードするものである請求項1〜5のいずれかに記載の組換え細胞である。In the invention described in claim 6, the nucleic acid encoding β-ferrandrene synthase encodes the following protein (g), (h) or (i): The described recombinant cell.
(g)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、(G) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8,
(h)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質、(H) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having the activity of β-ferrandrene synthase,
(i)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を有し、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質。(I) A protein having an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having β-ferrandrene synthase activity.

請求項7に記載の発明は、前記核酸は、組換え細胞のゲノムに組み込まれている請求項1〜6のいずれかに記載の組換え細胞である。The invention according to claim 7 is the recombinant cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the nucleic acid is integrated into the genome of the recombinant cell.

請求項8に記載の発明は、前記核酸は、プラスミドに組み込まれている請求項1〜6のいずれかに記載の組換え細胞である。The invention according to claim 8 is the recombinant cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the nucleic acid is incorporated in a plasmid.

請求項9に記載の発明は、環式モノテルペンを生産可能なClostridium属細菌の組換え細胞であって、導入された核酸として、ネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸と、β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸とを有し、これらの核酸が前記組換え細胞内で発現し、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物から環式モノテルペンとしてβ−フェランドレン、4−カレン、又はリモネンを生産可能である組換え細胞である。The invention according to claim 9 is a recombinant cell of Clostridium genus bacteria capable of producing a cyclic monoterpene, wherein the introduced nucleic acid includes a nucleic acid encoding neryl diphosphate synthase, and β-ferrandolene. A nucleic acid encoding a synthase, these nucleic acids are expressed in the recombinant cell, and β- as a cyclic monoterpene from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide. Recombinant cells capable of producing ferrandlene, 4-carene, or limonene.

請求項10に記載の発明は、前記Clostridium属細菌は、Clostridium ljungdahliiである請求項9に記載の組換え細胞である。The invention according to claim 10 is the recombinant cell according to claim 9, wherein the Clostridium genus bacterium is Clostridium ljungdahlii.

請求項11に記載の発明は、一酸化炭素を主成分とするガス、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、二酸化炭素と水素とを主成分とするガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを主成分とするガスから前記環式モノテルペンを生産可能である請求項9又は10に記載の組換え細胞である。The invention according to claim 11 is a gas mainly composed of carbon monoxide, a gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen, a gas mainly composed of carbon dioxide and hydrogen, or carbon monoxide and carbon dioxide. The recombinant cell according to claim 9 or 10, wherein the cyclic monoterpene can be produced from a gas mainly composed of carbon and hydrogen.

請求項12に記載の発明は、ネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸は、下記(d)、(e)又は(f)のタンパク質をコードするものである請求項9〜11のいずれかに記載の組換え細胞である。
(d)配列番号4で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(e)配列番号4で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質、
(f)配列番号4で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を有し、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質
In the invention described in claim 12, the nucleic acid encoding neryl diphosphate synthase encodes the following protein (d), (e) or (f): The described recombinant cell.
(D) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4,
(E) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase,
(F) A protein having an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase .

請求項13に記載の発明は、β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸は、下記(g)、(h)又は(i)のタンパク質をコードするものである請求項9〜12のいずれかに記載の組換え細胞である。The invention according to claim 13 is the nucleic acid encoding β-ferrandolene synthase encoding the following protein (g), (h) or (i): The described recombinant cell.
(g)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、(G) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8,
(h)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質、(H) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having the activity of β-ferrandrene synthase,
(i)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を有し、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質。(I) A protein having an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having β-ferrandrene synthase activity.

請求項14に記載の発明は、前記核酸は、組換え細胞のゲノムに組み込まれている請求項9〜13のいずれかに記載の組換え細胞である。The invention according to claim 14 is the recombinant cell according to any one of claims 9 to 13, wherein the nucleic acid is integrated in the genome of the recombinant cell.

請求項15に記載の発明は、前記核酸は、プラスミドに組み込まれている請求項9〜13のいずれかに記載の組換え細胞である。The invention according to claim 15 is the recombinant cell according to any one of claims 9 to 13, wherein the nucleic acid is incorporated in a plasmid.

請求項16に記載の発明は、請求項1〜8のいずれかに記載の組換え細胞を、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を炭素源として用いて培養し、当該組換え細胞に環式モノテルペンとしてβ−フェランドレンを生産させる環式モノテルペンの生産方法である。The invention according to claim 16 is a culture of the recombinant cell according to any one of claims 1 to 8 using at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide as a carbon source. And a method for producing a cyclic monoterpene, wherein the recombinant cell produces β-ferrandrene as a cyclic monoterpene.

請求項17に記載の発明は、請求項1〜8のいずれかに記載の組換え細胞に、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を接触させ、当該組換え細胞に前記C1化合物から環式モノテルペンとしてβ−フェランドレンを生産させる環式モノテルペンの生産方法である。The invention according to claim 17 contacts the recombinant cell according to any one of claims 1 to 8 with at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide. It is a method for producing a cyclic monoterpene, wherein β-ferrandrene is produced as a cyclic monoterpene from the C1 compound in a cell.

請求項18に記載の発明は、一酸化炭素を主成分とするガス、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、二酸化炭素と水素とを主成分とするガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを主成分とするガスを、前記組換え細胞に提供する請求項16又は17に記載の環式モノテルペンの生産方法である。The invention according to claim 18 is a gas mainly composed of carbon monoxide, a gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen, a gas mainly composed of carbon dioxide and hydrogen, or carbon monoxide and carbon dioxide. The method for producing a cyclic monoterpene according to claim 16 or 17, wherein a gas mainly composed of carbon and hydrogen is provided to the recombinant cell.

請求項19に記載の発明は、請求項9〜15のいずれかに記載の組換え細胞を、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を炭素源として用いて培養し、当該組換え細胞に環式モノテルペンとしてβ−フェランドレン、4−カレン、又はリモネンを生産させる環式モノテルペンの生産方法である。The invention according to claim 19 is a culture of the recombinant cell according to any one of claims 9 to 15 using at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide as a carbon source. And producing the cyclic monoterpene by causing the recombinant cell to produce β-ferrandrene, 4-carene, or limonene as the cyclic monoterpene.

請求項20に記載の発明は、請求項9〜15のいずれかに記載の組換え細胞に、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を接触させ、当該組換え細胞に前記C1化合物から環式モノテルペンとしてβ−フェランドレン、4−カレン、又はリモネンを生産させる環式モノテルペンの生産方法である。The invention according to claim 20 contacts the recombinant cell according to any one of claims 9 to 15 with at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide. It is a method for producing a cyclic monoterpene by causing a cell to produce β-ferrandrene, 4-carene, or limonene as a cyclic monoterpene from the C1 compound.

請求項21に記載の発明は、一酸化炭素を主成分とするガス、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、二酸化炭素と水素とを主成分とするガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを主成分とするガスを、前記組換え細胞に提供する請求項19又は20に記載の環式モノテルペンの生産方法である。The invention according to claim 21 is a gas mainly composed of carbon monoxide, a gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen, a gas mainly composed of carbon dioxide and hydrogen, or carbon monoxide and carbon dioxide. 21. The method for producing a cyclic monoterpene according to claim 19 or 20, wherein a gas mainly composed of carbon and hydrogen is provided to the recombinant cell.

請求項22に記載の発明は、組換え細胞の細胞外に放出された環式モノテルペンを回収する請求項16〜21のいずれかに記載の環式モノテルペンの生産方法である。The invention according to claim 22 is the method for producing a cyclic monoterpene according to any one of claims 16 to 21, wherein the cyclic monoterpene released to the outside of the recombinant cell is recovered.

請求項23に記載の発明は、組換え細胞の培養系の気相から環式モノテルペンを回収する請求項16〜22のいずれかに記載の環式モノテルペンの生産方法である。The invention according to claim 23 is the method for producing a cyclic monoterpene according to any one of claims 16 to 22, wherein the cyclic monoterpene is recovered from the gas phase of the recombinant cell culture system.

本発明によれば、環式モノテルペンを高純度かつ大量に生産することができる。   According to the present invention, cyclic monoterpenes can be produced in high purity and in large quantities.

アセチルCoA経路とメタノール経路を表す説明図である。It is explanatory drawing showing an acetyl CoA path | route and a methanol path | route.

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明において「遺伝子」という用語は、全て「核酸」あるいは「DNA」という用語に置き換えることができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the present invention, the term “gene” can be replaced by the term “nucleic acid” or “DNA”.

本発明の組換え細胞は、環式モノテルペンを生産可能なものである。本発明の組換え細胞は、非メバロン酸経路によるイソペンテニル二リン酸合成能を有する宿主細胞、又はメチルテトラヒドロ葉酸、一酸化炭素、及びCoAからアセチルCoAを合成する機能を有する宿主細胞に、ゲラニル二リン酸合成酵素をコードする核酸及びネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸からなる群より選ばれた少なくとも1つの核酸と、環式モノテルペン合成酵素をコードする核酸とが導入されてなり、これらの核酸が前記宿主細胞内で発現し、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物から環式モノテルペンを生産可能なものである。   The recombinant cell of the present invention can produce a cyclic monoterpene. The recombinant cell of the present invention can be used as a host cell having the ability to synthesize isopentenyl diphosphate by a non-mevalonate pathway or a host cell having a function of synthesizing acetyl CoA from methyltetrahydrofolate, carbon monoxide, and CoA. At least one nucleic acid selected from the group consisting of a nucleic acid encoding a diphosphate synthase and a nucleic acid encoding a neryl diphosphate synthase, and a nucleic acid encoding a cyclic monoterpene synthase, These nucleic acids are expressed in the host cell and can produce a cyclic monoterpene from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide.

まず、宿主細胞について説明する。本発明の組換え細胞における宿主細胞は、「非メバロン酸経路によるIPP合成能を有する宿主細胞」又は「メチルテトラヒドロ葉酸、一酸化炭素、及びCoAからアセチルCoAを合成する機能を有する宿主細胞」である。   First, the host cell will be described. The host cell in the recombinant cell of the present invention is “a host cell having the ability to synthesize IPP by the non-mevalonate pathway” or “a host cell having a function of synthesizing acetyl CoA from methyltetrahydrofolate, carbon monoxide, and CoA”. is there.

上述したように、一般に、IPPの合成経路はメバロン酸経路(MVA経路)と非メバロン酸経路(MEP経路)の2つに大別される。メバロン酸経路は真核生物が備えているものであり、アセチルCoAを出発物質としている。メバロン酸経路で作用する酵素としては、上流から順に、アセチルCoAアセチルトランスフェラーゼ、HMG−CoAシンターゼ、HMG−CoAレダクターゼ、メバロン酸キナーゼ、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼが挙げられる。   As described above, generally, the synthesis route of IPP is roughly divided into two types, a mevalonate pathway (MVA pathway) and a non-mevalonate pathway (MEP pathway). The mevalonate pathway is provided by eukaryotes and starts from acetyl CoA. Enzymes acting in the mevalonate pathway include, in order from the upstream, acetyl CoA acetyltransferase, HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase, mevalonate kinase, 5-phosphomevalonate kinase, diphosphomevalonate decarboxylase, isopentenyl diphosphate isomerase Is mentioned.

一方、非メバロン酸経路は原核生物や葉緑体・色素体が備えているものであり、グリセルアルデヒド3−リン酸とピルビン酸を出発物質としている。非メバロン酸経路で作用する酵素としては、上流から順に、DOXPシンターゼ、DOXPレダクトイソメラーゼ、4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリトリトールシンターゼ、4−ジホスホヂチジル−2−C−メチル−D−エリトリトールキナーゼ、2−C−メチル−D−エリトリトール−2,4−シクロ二リン酸シンターゼ、HMB−PPシンターゼ、HMB−PPレダクターゼ、が挙げられる。
そして本発明の一態様では、「非メバロン酸経路によるIPP合成能を有する宿主細胞」を用いる。
On the other hand, the non-mevalonic acid pathway is provided in prokaryotes, chloroplasts, and plastids, and starts from glyceraldehyde 3-phosphate and pyruvic acid. The enzymes that act in the non-mevalonate pathway include DOXP synthase, DOXP reductoisomerase, 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol synthase, 4-diphosphoditidyl-2-C-methyl-D- in order from the upstream. Examples include erythritol kinase, 2-C-methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphate synthase, HMB-PP synthase, and HMB-PP reductase.
In one embodiment of the present invention, “a host cell having the ability to synthesize IPP through a non-mevalonate pathway” is used.

一方、「メチルテトラヒドロ葉酸、一酸化炭素、及びCoAからアセチルCoAを合成する機能」を有する宿主細胞については、メチルテトラヒドロ葉酸([CH3]−THF)、一酸化炭素(CO)、及びCoAからアセチルCoAを合成する経路は、例えば、図1に示すアセチルCoA経路(Wood-Ljungdahl pathway)とメタノール経路(Methanol pathway)に含まれている。 On the other hand, for host cells having “a function of synthesizing acetyl CoA from methyltetrahydrofolate, carbon monoxide, and CoA”, methyltetrahydrofolate ([CH 3 ] -THF), carbon monoxide (CO), and CoA are used. The pathway for synthesizing acetyl CoA is, for example, included in the acetyl CoA pathway (Wood-Ljungdahl pathway) and the methanol pathway (Methanol pathway) shown in FIG.

図1に示すように、アセチルCoA経路では、二酸化炭素(CO2)が2つの経路で別々に、一酸化炭素(CO)とメチルカチオン源に還元される。そして、これら2つの炭素源を基質としてCoA(図1ではHSCoAと表記)のチオール基がアセチル化され、1分子のアセチルCoAが合成される。アセチルCoA経路では、アセチルCoAシンターゼ(Acetyl-CoA synthase、ACS)、メチルトランスフェラーゼ(Methyltransferase)、一酸化炭素脱水素酵素(CODH)、ギ酸デヒドロゲナーゼ(Formate dehydrogenase、FDH)、等の酵素が作用している。なお、ホルミルテトラヒドロ葉酸([CHO]−THF)から[CH3]−THFに至る経路は、メチルブランチ(Methyl branch)と呼ばれる。
一方、メタノール経路は、メタノールをホルムアルデヒド(HCHO)、さらにギ酸(HCOOH)に変換する経路と、メタノールから[CH3]−THFを誘導する経路を含んでいる。
すなわち、メチルテトラヒドロ葉酸([CH3]−THF)、一酸化炭素(CO)、及びCoAからアセチルCoAを合成する経路は、アセチルCoA経路とメタノール経路とで共通している。
As shown in FIG. 1, in the acetyl CoA pathway, carbon dioxide (CO 2 ) is reduced separately to carbon monoxide (CO) and a methyl cation source in two pathways. Then, using these two carbon sources as substrates, the thiol group of CoA (indicated as HSCoA in FIG. 1) is acetylated to synthesize one molecule of acetyl CoA. In the acetyl-CoA pathway, enzymes such as acetyl-CoA synthase (ACS), methyltransferase, carbon monoxide dehydrogenase (CODH), formate dehydrogenase (Formate dehydrogenase, FDH) are acting. . Note that the path from formyl tetrahydrofolate ([CHO] -THF) to the [CH 3] -THF is called methyl branch (Methyl branch).
On the other hand, the methanol pathway includes a pathway for converting methanol into formaldehyde (HCHO) and further formic acid (HCOOH) and a pathway for deriving [CH 3 ] -THF from methanol.
That is, the route for synthesizing acetyl CoA from methyltetrahydrofolate ([CH 3 ] -THF), carbon monoxide (CO), and CoA is common to the acetyl CoA route and the methanol route.

好ましい実施形態では、組換え細胞が一酸化炭素脱水素酵素(CODH)を有する。詳細には、主に一酸化炭素代謝、すなわち一酸化炭素脱水素酵素の働きにより、一酸化炭素と水から二酸化炭素とプロトンを発生する機能によって生育する細胞が好ましい。アセチルCoA経路とメタノール経路を有する嫌気性微生物は、一酸化炭素脱水素酵素(CODH)を有している。   In a preferred embodiment, the recombinant cell has carbon monoxide dehydrogenase (CODH). Specifically, a cell that grows mainly by carbon monoxide metabolism, that is, by the function of carbon monoxide dehydrogenase to generate carbon dioxide and protons from carbon monoxide and water is preferable. Anaerobic microorganisms having an acetyl-CoA pathway and a methanol pathway have carbon monoxide dehydrogenase (CODH).

当該嫌気性微生物として、Clostridium ljungdahlii、Clostridium autoethanogenum、Clostridium carboxidivorans、Clostridium ragsdalei(Kopke M. et al., Appl. Environ. Microbiol. 2011, 77(15), 5467-5475)、Moorella thermoacetica(Clostridium thermoaceticumと同じ) (Pierce EG. Et al., Environ. Microbiol. 2008, 10, 2550-2573)、Acetobacterium woodii(Dilling S. et al., Appl. Environ. Microbiol. 2007, 73(11), 3630-3636)等のClostridium属細菌、Moorella属細菌、又はAcetobacterium属細菌が代表例として挙げられる。特に、Clostridium属細菌は、宿主−ベクター系や培養方法が確立しており、本発明における宿主細胞として好適である。
上記5種のClostridium属細菌、Moorella属細菌、又はAcetobacterium属細菌は、合成ガス資化性微生物の代表例として知られている。
The anaerobic microorganisms include Clostridium ljungdahlii, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium ragsdalei (Kopke M. et al., Appl. Environ. Microbiol. 2011, 77 (15), 5467-5475), Moorella thermoacetica (same as Clostridium thermoaceticum (Pierce EG. Et al., Environ. Microbiol. 2008, 10, 2550-2573), Acetobacterium woodii (Dilling S. et al., Appl. Environ. Microbiol. 2007, 73 (11), 3630-3636), etc. Typical examples include Clostridium bacteria, Moorella bacteria, or Acetobacterium bacteria. In particular, Clostridium bacteria have established host-vector systems and culture methods and are suitable as host cells in the present invention.
The above five Clostridium bacteria, Moorella bacteria, or Acetobacterium bacteria are known as representative examples of syngas-utilizing microorganisms.

Clostridium属細菌、Moorella属細菌、及びAcetobacterium属細菌以外では、Carboxydocella sporoducens sp. Nov. (Slepova TV. et al., Inter. J. Sys. Evol. Microbiol. 2006, 56, 797-800)、Rhodopseudomonas gelatinosa(Uffen RL, J. Bacteriol. 1983, 155(3), 956-965)、Eubacterium limosum (Roh H. et al., J. Bacteriol. 2011, 193(1), 307-308),Butyribacterium methylotrophicum (Lynd, LH. Et al., J. Bacteriol. 1983, 153(3), 1415-1423)等の細菌を宿主細胞として用いることができる。   Other than Clostridium, Moorella, and Acetobacterium, Carboxydocella sporoducens sp. Nov. (Slepova TV. Et al., Inter. J. Sys. Evol. Microbiol. 2006, 56, 797-800), Rhodopseudomonas gelatinosa (Uffen RL, J. Bacteriol. 1983, 155 (3), 956-965), Eubacterium limosum (Roh H. et al., J. Bacteriol. 2011, 193 (1), 307-308), Butyribacterium methylotrophicum (Lynd , LH. Et al., J. Bacteriol. 1983, 153 (3), 1415-1423) can be used as host cells.

なお、上記した細菌の増殖及びCODH活性は全て酸素感受性であるが、酸素非感受性のCODHも知られている。例えば、Oligotropha carboxidovorans (Schubel, U. et al., J. Bacteriol., 1995, 2197-2203)、Bradyrhizobium japonicum (Lorite MJ. Et al., Appl. Environ. Microbiol., 2000, 66(5), 1871-1876)を始め、その他のバクテリア種には酸素非感受性のCODHが存在する(King GM et al., Appl. Environ. Microbiol. 2003, 69 (12), 7257-7265)。好気性水素酸化細菌であるRalsotonia属菌にも酸素非感受性のCODHが存在する (NCBI Gene ID: 4249199, 8019399)。
このように、CODHを有する細菌は広く存在しており、その中から本発明で用いる宿主細胞を適宜選択することができる。例えば、CO、CO/H2(COとH2を主成分とするガス)、もしくはCO/CO2/H2(COとCO2とH2を主成分とするガス)を唯一の炭素源かつエネルギー源とした選択培地を用い、嫌気、微好気、もしくは好気的条件で、宿主細胞として利用できるCODHを有する細菌を分離することができる。
The above-mentioned bacterial growth and CODH activity are all oxygen-sensitive, but oxygen-insensitive CODH is also known. For example, Oligotropha carboxidovorans (Schubel, U. et al., J. Bacteriol., 1995, 2197-2203), Bradyrhizobium japonicum (Lorite MJ. Et al., Appl. Environ. Microbiol., 2000, 66 (5), 1871 In other bacterial species, oxygen-insensitive CODH exists (King GM et al., Appl. Environ. Microbiol. 2003, 69 (12), 7257-7265). There is also oxygen-insensitive CODH in the genus Ralsotonia, which is an aerobic hydrogen-oxidizing bacterium (NCBI Gene ID: 4249199, 8019399).
As described above, bacteria having CODH exist widely, and a host cell used in the present invention can be appropriately selected from them. For example, CO, CO / H 2 (a gas containing CO and H 2 as main components), or CO / CO 2 / H 2 (a gas containing CO, CO 2 and H 2 as main components) is the only carbon source and Using a selective medium as an energy source, bacteria having CODH that can be used as host cells can be isolated under anaerobic, microaerobic, or aerobic conditions.

次に、GPP合成酵素、NPP合成酵素、及び環式モノテルペン合成酵素、並びにこれらの酵素をコードする核酸について説明する。   Next, GPP synthase, NPP synthase, cyclic monoterpene synthase, and nucleic acids encoding these enzymes will be described.

GPP合成酵素としては、組換え細胞内でその酵素活性を発揮できるものであれば特に限定はない。GPP合成酵素をコードする核酸(遺伝子)についても同様であり、組換え細胞内で正常に転写・翻訳されるものであれば特に限定はない。
NPP合成酵素、環式モノテルペン合成酵素、及びこれらをコードする核酸についても同様である。
The GPP synthase is not particularly limited as long as it can exhibit the enzyme activity in a recombinant cell. The same applies to the nucleic acid (gene) encoding GPP synthase as long as it is normally transcribed and translated in a recombinant cell.
The same applies to NPP synthase, cyclic monoterpene synthase, and nucleic acids encoding them.

GPP合成酵素の具体例としては、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)由来のもの(GenBank Accession No.: Y17376/At2g34630; Bouvier, F., et al., Plant J,. 2000, 24, 241-52.)、結核菌(Mycobacterium tuberculosis)由来のもの;(GenBank Accession No.: NP_215504; Mann, F. M., et al., FEBS Lett., 2011, 585, 549-54.)、等が挙げられる。
配列番号1に上記シロイヌナズナ由来GPP合成酵素をコードする核酸(DNA)の塩基配列と対応のアミノ酸配列、配列番号2にアミノ酸配列のみを示す。配列番号1で表される塩基配列を有するDNAは、GPP合成酵素をコードする核酸の一例となる。
Specific examples of GPP synthase include those derived from Arabidopsis thaliana (GenBank Accession No .: Y17376 / At2g34630; Bouvier, F., et al., Plant J ,. 2000, 24, 241-52.), Those derived from Mycobacterium tuberculosis; (GenBank Accession No .: NP — 215504; Mann, FM, et al., FEBS Lett., 2011, 585, 549-54.), And the like.
SEQ ID NO: 1 shows the amino acid sequence corresponding to the nucleotide sequence of the nucleic acid (DNA) encoding the Arabidopsis thaliana-derived GPP synthase, and SEQ ID NO: 2 shows only the amino acid sequence. DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 is an example of a nucleic acid encoding GPP synthase.

さらに、GPP合成酵素をコードする核酸には、少なくとも、下記(a)、(b)又は(c)のタンパク質をコードする核酸が含まれる。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつゲラニル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質、
(c)配列番号2で表されるアミノ酸配列と60%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつゲラニル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質。
なお(c)におけるアミノ酸配列の相同性については、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上である。
Furthermore, the nucleic acid encoding the GPP synthase includes at least a nucleic acid encoding the following protein (a), (b), or (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having the activity of geranyl diphosphate synthase,
(C) a protein having an amino acid sequence having 60% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having the activity of geranyl diphosphate synthase.
The homology of the amino acid sequence in (c) is more preferably 80% or more, further preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.

NPP合成酵素の具体例としては、トマト(Solanum lycopersicum)由来のもの(GenBank Accession No.: FJ797956)、等が挙げられる。
配列番号3に上記トマト由来NPP合成酵素をコードする核酸(DNA)の塩基配列と対応のアミノ酸配列、配列番号4にアミノ酸配列のみを示す。配列番号3で表される塩基配列を有するDNAは、NPP合成酵素をコードする核酸の一例となる。
Specific examples of NPP synthase include those derived from tomato (Solanum lycopersicum) (GenBank Accession No .: FJ797956).
SEQ ID NO: 3 shows the amino acid sequence corresponding to the base sequence of the nucleic acid (DNA) encoding the tomato-derived NPP synthetase, and SEQ ID NO: 4 shows only the amino acid sequence. The DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 is an example of a nucleic acid encoding NPP synthase.

さらに、NPP合成酵素をコードする核酸には、少なくとも、下記(d)、(e)又は(f)のタンパク質をコードする核酸が含まれる。
(d)配列番号4で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(e)配列番号4で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質、
(f)配列番号4で表されるアミノ酸配列と60%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質。
なお(f)におけるアミノ酸配列の相同性については、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上である。
Furthermore, the nucleic acid encoding NPP synthase includes at least a nucleic acid encoding the following protein (d), (e), or (f).
(D) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4,
(E) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase,
(F) A protein having an amino acid sequence having 60% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase.
The amino acid sequence homology in (f) is more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.

本発明の組換え細胞において、「ゲラニル二リン酸(GPP)合成酵素をコードする核酸」と「ネリル二リン酸(NPP)合成酵素をコードする核酸」については、いずれか一方の核酸のみが導入されたものでもよいし、両方の核酸が導入されたものでもよい。   In the recombinant cell of the present invention, only one nucleic acid is introduced for “nucleic acid encoding geranyl diphosphate (GPP) synthase” and “nucleic acid encoding neryl diphosphate (NPP) synthase”. May have been introduced, or both nucleic acids may be introduced.

環式モノテルペン合成酵素の例としては、β−フェランドレン合成酵素が挙げられる。β−フェランドレン合成酵素の作用により、GPP及び/又はNPPからβ−フェランドレンが合成される。また、副産物として4−カレンやリモネンも合成され得る。   An example of a cyclic monoterpene synthase is β-ferrandrene synthase. By the action of β-ferrandolene synthase, β-ferrandolene is synthesized from GPP and / or NPP. Also, 4-carene and limonene can be synthesized as by-products.

β−フェランドレン合成酵素及びそれをコードする核酸の具体例としては、トマト(Solanum lycopersicum)由来のもの(GenBank Accession No.: FJ797957; Schilmiller, A. L., et al., Proc Natl Acad Sci U S A., 2009, 106, 10865-70.)、ラベンダー(Lavandula angustifolia)由来のもの(GenBank Accession No.: HQ404305; Demissie, Z. A., et al., Planta, 2011,. 233, 685-96)、等が挙げられる。
配列番号5に上記トマト由来β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸(DNA)の塩基配列と対応のアミノ酸配列、配列番号6にアミノ酸配列のみを示す。
配列番号7に上記ラベンダー由来のβ−フェランドレン合成酵素をコードする核酸(DNA)の塩基配列と対応のアミノ酸配列、配列番号8にアミノ酸配列のみを示す。
配列番号5又は配列番号7で表される塩基配列を有するDNAは、β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸の一例となる。
Specific examples of β-ferrandrene synthase and nucleic acid encoding the same include those derived from tomato (Solanum lycopersicum) (GenBank Accession No .: FJ797957; Schilmiller, AL, et al., Proc Natl Acad Sci US A., 2009, 106, 10865-70.), Lavender (Lavandula angustifolia) (GenBank Accession No .: HQ404305; Demissie, ZA, et al., Planta, 2011 ,. 233, 685-96), etc. .
SEQ ID NO: 5 shows the amino acid sequence corresponding to the base sequence of the nucleic acid (DNA) encoding the tomato-derived β-ferrandrene synthase, and SEQ ID NO: 6 shows only the amino acid sequence.
SEQ ID NO: 7 shows the amino acid sequence corresponding to the base sequence of the nucleic acid (DNA) encoding the lavender-derived β-ferrandrene synthase, and SEQ ID NO: 8 shows only the amino acid sequence.
The DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 5 or SEQ ID NO: 7 is an example of a nucleic acid encoding β-ferrandrene synthase.

さらに、β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸には、少なくとも、下記(g)、(h)又は(i)のタンパク質をコードする核酸が含まれる。
(g)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(h)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質、
(i)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列と60%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質。
なお(i)におけるアミノ酸配列の相同性については、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上である。
Furthermore, the nucleic acid encoding β-ferrandrene synthase includes at least a nucleic acid encoding the following protein (g), (h) or (i).
(G) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8,
(H) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having the activity of β-ferrandrene synthase,
(I) A protein having an amino acid sequence having 60% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having β-ferrandrene synthase activity.
The homology of the amino acid sequence in (i) is more preferably 80% or more, further preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.

本発明の組換え細胞においては、GPP合成酵素、NPP合成酵素、環式モノテルペン合成酵素をコードする各核酸に加えて、他の核酸がさらに導入されていてもよい。1つの実施形態では、メバロン酸経路で作用する酵素群をコードする核酸がさらに導入され、メバロン酸経路によるIPP合成能をさらに有する。かかる構成によれば、メバロン酸経路と非メバロン酸経路の両方からIPPが合成されるので、IPP合成能が増強され、結果として環式モノテルペンの生産がより効率的に行われる。   In the recombinant cell of the present invention, other nucleic acids may be further introduced in addition to the nucleic acids encoding GPP synthase, NPP synthase, and cyclic monoterpene synthase. In one embodiment, a nucleic acid encoding an enzyme group that acts in the mevalonate pathway is further introduced, and further has an ability to synthesize IPP through the mevalonate pathway. According to this configuration, since IPP is synthesized from both the mevalonate pathway and the non-mevalonate pathway, the ability to synthesize IPP is enhanced, and as a result, production of cyclic monoterpenes is performed more efficiently.

上述したように、メバロン酸経路で作用する酵素群としては、アセチルCoAアセチルトランスフェラーゼ、HMG−CoAシンターゼ、HMG−CoAレダクターゼ、メバロン酸キナーゼ、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼが挙げられる。このうち、例えば、HMG−CoAシンターゼ、HMG−CoAレダクターゼ、メバロン酸キナーゼ、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ、及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼからなる酵素群が宿主細胞内で発現するように、導入する核酸を選択すればよい。これらの核酸についても、宿主細胞で転写されやすいコドンに改変したものを採用することができる。   As described above, enzymes acting in the mevalonate pathway include acetyl CoA acetyltransferase, HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase, mevalonate kinase, 5-phosphomevalonate kinase, diphosphomevalonate decarboxylase, isopentenyl dilin Acid isomerase is mentioned. Among these, for example, an enzyme group consisting of HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase, mevalonate kinase, 5-phosphomevalonate kinase, diphosphomevalonate decarboxylase, and isopentenyl diphosphate isomerase is expressed in the host cell. The nucleic acid to be introduced may be selected. These nucleic acids can also be modified into codons that are easily transcribed in the host cell.

なお、メバロン酸経路は全ての真核生物が保有しているが、原核生物でも見出されている。原核生物でメバロン酸経路を有するものとしては、放線菌では、Streptomyces sp. Strain CL190 (Takagi M. et al., J. Bacteriol. 2000, 182 (15), 4153-7)、Streptomyces griseolosporeus MF730-N6 (Hamano Y. et al., Biosci. Biotechnol. Biochem. 2001, 65(7), 1627-35)が挙げられる。
細菌では、Lactobacillus helvecticus (Smeds A et al., DNA seq. 2001, 12(3), 187-190)、Corynebacterium amycolatum、Mycobacterium marinum、Bacillus coagulans、Enterococcus faecalis、Streptococuss agalactiae、Myxococcus xanthus等が挙げられる(Lombard J. et al., Mol. Biol. Evol. 2010, 28(1), 87-99)。
アーキアでは、Aeropyrum属、Sulfolobus属、Desulfurococcus属、Thermoproteus属、Halobacterium属、Methanococcus属、Thermococcus属、Pyrococcus属、Methanopyrus属、Thermoplasma属等が挙げられる(Lombard J. et al., Mol. Biol. Evol. 2010, 28(1), 87-99)。
The mevalonate pathway is possessed by all eukaryotes, but has also been found in prokaryotes. Prokaryotes that have a mevalonate pathway include Streptomyces sp. Strain CL190 (Takagi M. et al., J. Bacteriol. 2000, 182 (15), 4153-7), Streptomyces griseolosporeus MF730-N6 (Hamano Y. et al., Biosci. Biotechnol. Biochem. 2001, 65 (7), 1627-35).
Examples of bacteria include Lactobacillus helvecticus (Smeds A et al., DNA seq. 2001, 12 (3), 187-190), Corynebacterium amycolatum, Mycobacterium marinum, Bacillus coagulans, Enterococcus faecalis, Streptococuss agalactiae, Myxococcus xanthus, etc. J. et al., Mol. Biol. Evol. 2010, 28 (1), 87-99).
In the archaea, Aeropyrum genus, Sulfolobus genus, Desulfurococcus genus, Thermoproteus genus, Halobacterium genus, Methanococcus genus, Thermococcus genus, Pyrococcus genus, Methanopyrus genus, Thermoplasma genus, etc. (Lombard J. et al., Mol. Biol. Evol. 2010, 28 (1), 87-99).

上記メバロン酸経路で作用する酵素群の由来としては特に限定はないが、酵母のメバロン酸経路で作用する酵素群が好ましい。その他、放線菌のメバロン酸経路で作用する酵素群も好ましく採用される。   The origin of the enzyme group acting in the mevalonate pathway is not particularly limited, but the enzyme group acting in the mevalonate pathway of yeast is preferable. In addition, enzymes that act in the mevalonate pathway of actinomycetes are also preferably employed.

別の実施形態では、非メバロン酸経路で作用する少なくとも1つの酵素をコードする核酸がさらに導入され、当該核酸が宿主細胞内で発現する。本実施形態においても、IPP合成能が増強され、結果として環式モノテルペンの生産がより効率的に行われる。導入される当該核酸は1種のみでもよいし、2種以上でもよい。
上述したように、非メバロン酸経路で作用する酵素としては、DOXPシンターゼ、DOXPレダクトイソメラーゼ、4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリトリトールシンターゼ、4−ジホスホヂチジル−2−C−メチル−D−エリトリトールキナーゼ、2−C−メチル−D−エリトリトール−2,4−シクロ二リン酸シンターゼ、HMB−PPシンターゼ、HMB−PPレダクターゼ、が挙げられる。例えば、これらの酵素群から1又は2以上の酵素を選択し、当該酵素をコードする核酸を宿主細胞に導入すればよい。
また、非メバロン酸経路で作用する酵素は、宿主細胞以外の由来であることが好ましい。かかる構成により、反応生成物による反応抑制を避けることができる。
これらの核酸についても、宿主細胞で転写されやすいコドンに改変したものを採用することができる。
In another embodiment, a nucleic acid encoding at least one enzyme that acts in the non-mevalonate pathway is further introduced and the nucleic acid is expressed in the host cell. Also in the present embodiment, the ability to synthesize IPP is enhanced, and as a result, production of cyclic monoterpenes is performed more efficiently. The nucleic acid to be introduced may be only one kind or two or more kinds.
As mentioned above, enzymes that act in the non-mevalonate pathway include DOXP synthase, DOXP reductoisomerase, 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol synthase, 4-diphosphoditidyl-2-C-methyl-D. -Erythritol kinase, 2-C-methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphate synthase, HMB-PP synthase, HMB-PP reductase. For example, one or more enzymes may be selected from these enzyme groups and a nucleic acid encoding the enzyme may be introduced into the host cell.
In addition, the enzyme that acts in the non-mevalonate pathway is preferably derived from sources other than the host cell. With this configuration, reaction suppression due to the reaction product can be avoided.
These nucleic acids can also be modified into codons that are easily transcribed in the host cell.

メバロン酸経路あるいは非メバロン酸経路で作用するこれらの酵素については、天然に存在するものの他、各酵素の改変体でもよい。例えば、各酵素のアミノ酸置換変異体や、各酵素の部分断片であって同様の酵素活性を有するポリペプチドでもよい。   These enzymes acting in the mevalonate pathway or the non-mevalonate pathway may be naturally occurring or a modified form of each enzyme. For example, it may be an amino acid substitution mutant of each enzyme or a polypeptide that is a partial fragment of each enzyme and has the same enzyme activity.

宿主細胞に核酸を導入する方法としては特に限定はなく、宿主細胞の種類等によって適宜選択すればよい。例えば、宿主細胞に導入可能でかつ組み込まれた核酸を発現可能なベクターを用いることができる。
例えば、宿主細胞が細菌等の原核生物の場合には、当該ベクターとして、宿主細胞において自立複製可能ないしは染色体中への組み込みが可能で、挿入された上記核酸(DNA)を転写できる位置にプロモーターを含有しているものを用いることができる。例えば、当該ベクターを用いて、プロモーター、リボソーム結合配列、上記核酸(DNA)、および転写終結配列からなる一連の構成を宿主細胞内で構築することが好ましい。
The method for introducing a nucleic acid into a host cell is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the type of the host cell. For example, a vector that can be introduced into a host cell and can express an integrated nucleic acid can be used.
For example, when the host cell is a prokaryotic organism such as a bacterium, the vector is a promoter that can replicate autonomously in the host cell or can be integrated into a chromosome and can transcribe the inserted nucleic acid (DNA). What is contained can be used. For example, it is preferable to construct a series of components comprising a promoter, a ribosome binding sequence, the nucleic acid (DNA), and a transcription termination sequence in the host cell using the vector.

宿主細胞がClostridium属細菌(Moorella属細菌のような近縁種を含む)の場合には、Clostridium属細菌と大腸菌とのシャトルベクターpIMP1(Mermelstein LD et al., Bio/technology 1992, 10, 190-195)を用いることができる。本シャトルベクターは、pUC9 (ATCC 37252)とBacillus subtilisから分離されたpIM13 (Projan SJ et al., J. Bacteriol. 1987, 169 (11), 5131-5139)との融合ベクターであり、Clostridium属細菌内でも安定的に保持される。Clostridium属細菌と大腸菌とのシャトルベクターの他の例としては、pSOS95(GenBank: AY187686.1)が挙げられる。   When the host cell is a Clostridium bacterium (including closely related species such as the Moorella bacterium), the shuttle vector pIMP1 (Mermelstein LD et al., Bio / technology 1992, 10, 190-) 195) can be used. This shuttle vector is a fusion vector of pUC9 (ATCC 37252) and pIM13 (Projan SJ et al., J. Bacteriol. 1987, 169 (11), 5131-5139) isolated from Bacillus subtilis. It is held stably even within. Another example of a shuttle vector between Clostridium bacteria and E. coli is pSOS95 (GenBank: AY187686.1).

なお、Clostridium属細菌への遺伝子導入には、通常、エレクトロポレーション法が使用されるが、遺伝子導入直後の導入された外来プラスミドは制限酵素Cac824I等による分解を受けやすく極めて不安定である。そのため、Bacillus subtilis ファージΦ3T1由来メチルトランスフェラーゼ遺伝子が保持されたpAN1 (Mermelstein LD et al., Apply. Environ. Microbiol. 1993, 59(4), 1077-1081)を保有する大腸菌、例えばER2275株等で、pIMP1に由来するベクターを一旦増幅し、メチル化処理を行ってから、これを大腸菌から回収しエレクトロポレーションによる形質転換に使用することが好ましい。なお最近では、Cac824I遺伝子が欠損したClostridium acetobuthylicumが開発されており、メチル化処理されていないベクターも安定的に可能である(Dong H. et al., PLoS ONE 2010, 5 (2), e9038)。また、大腸菌BL21株の改良株であるNEB expressを用いてベクターを増幅して、メチル化されていないベクターを効率よく導入する手法が知られている(Leang C. et al.,Appl Environ Microbiol. 2013 79(4), 1102-9)。   In general, electroporation is used for gene introduction into Clostridium bacteria, but the introduced foreign plasmid immediately after gene introduction is susceptible to degradation by the restriction enzyme Cac824I or the like and is extremely unstable. Therefore, E. coli carrying pAN1 (Mermelstein LD et al., Apply. Environ. Microbiol. 1993, 59 (4), 1077-1081) carrying the Bacillus subtilis phage Φ3T1-derived methyltransferase gene, such as ER2275 strain, It is preferable that the vector derived from pIMP1 is once amplified and methylated and then recovered from E. coli and used for transformation by electroporation. Recently, Clostridium acetobuthylicum lacking the Cac824I gene has been developed, and non-methylated vectors are also possible stably (Dong H. et al., PLoS ONE 2010, 5 (2), e9038) . In addition, a technique is known in which NEB express, an improved strain of E. coli BL21 strain, is used to amplify a vector and efficiently introduce an unmethylated vector (Leang C. et al., Appl Environ Microbiol. 2013 79 (4), 1102-9).

Clostridium属細菌における異種遺伝子発現のプロモーターとしては、例えばthl (thiolase)プロモーター(Perret S et al., J. Bacteriol. 2004, 186(1), 253-257)、Dha (glycerol dehydratase)プロモーター(Raynaud C. et al., PNAS 2003, 100(9), 5010-5015)、ptb (phosphotransbutyrylase)プロモーター (Desai RP et al., Appl. Environ. Microbiol. 1999, 65(3), 936-945)、adc (acetoacetate decarboxylase)プロモーター(Lee J et al., Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78 (5), 1416-1423)等がある。ただし、本発明ではこれらに限定されることなく、宿主細胞等に見出される様々な代謝系のオペロンに使用されているプロモーター領域の配列が使用可能である。   Examples of promoters for heterologous gene expression in Clostridium bacteria include thl (thiolase) promoter (Perret S et al., J. Bacteriol. 2004, 186 (1), 253-257), Dha (glycerol dehydratase) promoter (Raynaud C et al., PNAS 2003, 100 (9), 5010-5015), ptb (phosphotransbutyrylase) promoter (Desai RP et al., Appl. Environ. Microbiol. 1999, 65 (3), 936-945), adc ( acetoacetate decarboxylase) promoter (Lee J et al., Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78 (5), 1416-1423). However, the present invention is not limited thereto, and promoter region sequences used in various metabolic operons found in host cells and the like can be used.

またベクターを用いて複数種の遺伝子を宿主細胞に導入する場合、各遺伝子を1つのベクターに組み込んでもよいし、別々のベクターに組み込んでもよい。さらに1つのベクターに複数の遺伝子を組み込む場合には、各遺伝子を共通のプロモーターの下で発現させてもよいし、別々のプロモーターの下で発現させてもよい。複数種の遺伝子を導入する例としては、GPP合成酵素、NPP合成酵素、環式モノテルペン合成酵素をコードする各核酸に加えて、上記したアセチルCoA経路やメタノール経路で作用する酵素をコードする遺伝子を導入する態様が挙げられる。   In addition, when a plurality of types of genes are introduced into a host cell using a vector, each gene may be incorporated into one vector or may be incorporated into separate vectors. Further, when a plurality of genes are incorporated into one vector, each gene may be expressed under a common promoter or may be expressed under different promoters. Examples of introducing multiple types of genes include, in addition to nucleic acids encoding GPP synthase, NPP synthase, and cyclic monoterpene synthase, genes encoding enzymes that act in the above acetyl-CoA pathway and methanol pathway The mode which introduce | transduces is mentioned.

以上のように、本発明で使用できる既知のベクターを示したが、プロモーター、ターミネーター等の転写制御、複製領域等に関わる領域を、目的に応じて改変することができる。改変方法としては各宿主細胞、もしくはその近縁種における天然の他の遺伝子配列に変更してもよく、また人工の遺伝子配列に変更してもよい。   As described above, known vectors that can be used in the present invention have been shown. However, regions related to transcription control such as promoters and terminators, replication regions, and the like can be modified according to the purpose. As a modification method, it may be changed to another natural gene sequence in each host cell or its related species, or may be changed to an artificial gene sequence.

また、以上の遺伝子導入による改変に加え、突然変異、ゲノムシャッフリング等の変異手法をも組み合わせることで、宿主細胞での導入遺伝子の発現量、宿主細胞の環式モノテルペンの排出機能、特定の環式モノテルペン耐性、等を向上させることにより、環式モノテルペンの生産性をさらに向上させることが可能となる。   Moreover, in addition to the above-described modification by gene transfer, by combining mutation methods such as mutation and genome shuffling, the expression level of the transgene in the host cell, the excretion function of the cyclic monoterpene in the host cell, the specific ring The productivity of cyclic monoterpenes can be further improved by improving the resistance to the monoterpenes.

すなわち、本発明においては、外来遺伝子を宿主細胞のゲノムに組み込んでもよいし、プラスミドに組み込んでもよい。   That is, in the present invention, the foreign gene may be incorporated into the genome of the host cell or may be incorporated into a plasmid.

1つの好ましい実施形態では、組換え細胞が、少なくとも400mMの環式モノテルペンに対する耐性を有する。かかる構成により、環式モノテルペンの高生産が可能となる。このような特性を有する組換え細胞は、例えば、適宜の変異処理を宿主細胞に施して目的の特性を有する宿主細胞を選抜し、その宿主細胞を用いることにより得ることができる。   In one preferred embodiment, the recombinant cells are resistant to at least 400 mM cyclic monoterpenes. Such a configuration enables high production of cyclic monoterpenes. A recombinant cell having such characteristics can be obtained, for example, by subjecting a host cell to appropriate mutation treatment, selecting a host cell having the desired characteristics, and using the host cell.

本発明の環式モノテルペンの生産方法の1つの様相では、上記した組換え細胞を、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を炭素源として用いて培養し、当該組換え細胞に環式モノテルペンを生産させる。炭素原として用いるこれらのC1化合物については、1つのみを用いてもよいし、2つ以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらのC1化合物は、主たる炭素原として用いることが好ましく、唯一の炭素原であることがより好ましい。
また、エネルギー源として水素(H2)を同時に提供することが好ましい。
In one aspect of the cyclic monoterpene production method of the present invention, the above-described recombinant cell is cultured using at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide as a carbon source, The recombinant cell is made to produce a cyclic monoterpene. About these C1 compounds used as a carbon source, only one may be used and it may be used in combination of 2 or more. Moreover, it is preferable to use these C1 compounds as a main carbon source, and it is more preferable that it is the only carbon source.
In addition, it is preferable to simultaneously provide hydrogen (H 2 ) as an energy source.

本発明の組換え細胞を培養する方法としては特に限定はなく、宿主細胞の種類等に応じて適宜行うことができる。組換え細胞がClostridium属細菌(偏性嫌気性、絶対嫌気性)の場合には、例えば、生育に必要な無機塩類及び、合成ガスからなる栄養条件で培養する。好ましくは0.2〜0.3MPa(絶対圧)程度の加圧状態で培養する。さらには、初期増殖及び到達細胞密度を良好にするためには、ビタミン、酵母エキス、コーンスティープリカー、バクトトリプトン等の有機物を少量加えてよい。   The method for culturing the recombinant cell of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately performed according to the type of the host cell. When the recombinant cell is a Clostridium genus bacterium (obligate anaerobic or absolute anaerobic), for example, it is cultured under nutrient conditions consisting of inorganic salts necessary for growth and synthetic gas. The culture is preferably performed under a pressurized state of about 0.2 to 0.3 MPa (absolute pressure). Furthermore, a small amount of organic substances such as vitamins, yeast extract, corn steep liquor, and bacto tryptone may be added to improve the initial growth and the reached cell density.

なお、組換え細胞が好気性や通性嫌気性の場合には、例えば、液体培地を用いた通気・撹拌培養を行うことができる。   When the recombinant cell is aerobic or facultative anaerobic, for example, aeration and agitation culture using a liquid medium can be performed.

本発明の環式モノテルペンの生産方法の別の様相では、上記した組換え細胞に、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を接触させ、当該組換え細胞に前記C1化合物から環式モノテルペンを生産させる。すなわち、細胞分裂(細胞増殖)を伴うか否かにかかわらず、組換え細胞に前記したC1化合物を接触させて、環式モノテルペンを生産させることができる。例えば、固定化した組換え細胞に前記したC1化合物を連続的に供給し、環式モノテルペンを連続的に生産させることができる。
本様相においても、これらのC1化合物については、1つのみを用いてもよいし、2つ以上を組み合わせて用いてもよい。また、エネルギー源として水素(H2)を同時に接触させることが好ましい。
In another aspect of the production method of the cyclic monoterpene of the present invention, the above-described recombinant cell is contacted with at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide, and the recombinant cell is contacted. A cyclic monoterpene is produced from the C1 compound. That is, regardless of whether cell division (cell proliferation) is involved or not, a cyclic monoterpene can be produced by contacting the aforementioned C1 compound with a recombinant cell. For example, the above-described C1 compound can be continuously supplied to immobilized recombinant cells to continuously produce cyclic monoterpenes.
Also in this aspect, about these C1 compounds, only one may be used and it may be used in combination of 2 or more. Further, it is preferable to simultaneously contact hydrogen (H 2 ) as an energy source.

好ましい実施形態では、一酸化炭素を主成分とするガス、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、二酸化炭素と水素とを主成分とするガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを主成分とするガスを、前記組換え細胞に提供する。すなわち、これらのガスを炭素源として用いて組換え細胞を培養したり、あるいは、これらのガスを組換え細胞に接触させて、ガス中の一酸化炭素又は二酸化炭素から環式モノテルペンを生産させる。この場合も、水素はエネルギー源として使用される。   In a preferred embodiment, a gas mainly composed of carbon monoxide, a gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen, a gas mainly composed of carbon dioxide and hydrogen, or carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen. Is provided to the recombinant cells. That is, recombinant cells are cultured using these gases as a carbon source, or cyclic monoterpenes are produced from carbon monoxide or carbon dioxide in the gases by contacting these gases with the recombinant cells. . Again, hydrogen is used as an energy source.

これらのC1化合物に加えて、さらにギ酸又はメタノールを前記組換え細胞に提供してもよい。すなわち、ギ酸又はメタノールとこれらのガスとを炭素源として用いて組換え細胞を培養したり、あるいは、ギ酸又はメタノールとこれらのガスとを組換え細胞に接触させる。ギ酸又はメタノールを添加することにより、培養効率及び環式モノテルペン生産の効率化が図られる。提供の態様としては、例えば、組み換え細胞に対して、ギ酸又はメタノールとこれらのガスを同時に提供することが挙げられる。   In addition to these C1 compounds, formic acid or methanol may also be provided to the recombinant cells. That is, recombinant cells are cultured using formic acid or methanol and these gases as a carbon source, or formic acid or methanol and these gases are contacted with the recombinant cells. By adding formic acid or methanol, the culture efficiency and the efficiency of cyclic monoterpene production can be improved. As an aspect of provision, for example, formic acid or methanol and these gases are simultaneously provided to recombinant cells.

好ましい実施形態では、前記環式モノテルペン合成酵素はβ−フェランドレン合成酵素であり、環式モノテルペンとしてβ−フェランドレン、4−カレン、又はリモネンを生産させる。すなわち前述したように、β−フェランドレン合成酵素の作用により、GPP及び/又はNPPからβ−フェランドレンが合成され、また副産物として4−カレンやリモネンも合成され得る。   In a preferred embodiment, the cyclic monoterpene synthase is β-ferrandolene synthase, and β-ferrandolene, 4-carene, or limonene is produced as the cyclic monoterpene. That is, as described above, β-ferrandolene is synthesized from GPP and / or NPP by the action of β-ferrandrene synthase, and 4-carene and limonene can be synthesized as by-products.

本発明の組換え細胞を培養することにより、環式モノテルペンを大量に生産することができる。環式モノテルペンの生産能力としては、湿潤菌体1gあたり環式モノテルペン10mg以上の生産量が実現可能である。例えば、組換え細胞の湿潤菌体1gあたり、10mg以上のβ−フェランドレン、6mg以上の4−カレン、2mg以上のリモネンを生産することができる。なお、本発明の組換え細胞を培養してβ−フェランドレンを生産する場合には、合成化学的手法で生産する場合と異なり、α−フェランドレンの混入は実質的に起こらない。   By culturing the recombinant cells of the present invention, cyclic monoterpenes can be produced in large quantities. As the production capacity of the cyclic monoterpene, a production amount of 10 mg or more of the cyclic monoterpene per 1 g of wet cells can be realized. For example, 10 mg or more of β-ferrandrene, 6 mg or more of 4-carene, and 2 mg or more of limonene can be produced per 1 g of wet cells of recombinant cells. In the case of producing β-ferrandolene by culturing the recombinant cell of the present invention, unlike the case of producing by synthetic chemical methods, the contamination of α-ferrandrene does not substantially occur.

生産された環式モノテルペンは、細胞内に蓄積されるか、細胞外に放出される。例えば、上述したClostridium属細菌又はMoorella属細菌を宿主細胞とした組換え細胞を用い、細胞外に放出された環式モノテルペンを回収し、蒸留等によって単離精製することにより、純化された環式モノテルペンを取得することができる。   The produced cyclic monoterpene is accumulated intracellularly or released extracellularly. For example, using a recombinant cell having the above-mentioned Clostridium genus or Moorella genus as a host cell, the cyclic monoterpene released outside the cell is recovered, and purified and purified by distillation or the like. Formula monoterpenes can be obtained.

組換え細胞の培養物から環式モノテルペンを単離・精製する方法としては、例えば、培養液(培養上清)をペンタン等の適切な溶媒で抽出し、さらに逆相クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー等のクロマトグラフィーによって高純度に精製することできる。細胞外に放出された環式モノテルペンの多くは、気相にも蒸発するため、コールドトラップ等でこれらを液化し、回収することも可能である。   Examples of methods for isolating and purifying cyclic monoterpenes from recombinant cell cultures include, for example, extracting a culture solution (culture supernatant) with an appropriate solvent such as pentane, and further using reverse-phase chromatography and gas chromatography. Etc., and can be purified to a high purity by chromatography. Since many of the cyclic monoterpenes released to the outside of the cell also evaporate in the gas phase, they can be liquefied and recovered with a cold trap or the like.

なお、二酸化炭素に代えて重炭酸塩を用いることができる場合がある。すなわち、Clostridium属細菌及びその近縁種は、炭酸脱水素酵素(Carbonic anhydrase, CA)(EC 4.2.1.1: H2O+CO2 ⇔ HCO3 -+H+)を有することが知られており(Braus-Stromeyer SA et al., J. Bacteriol. 1997, 179(22), 7197-7200)、CO2源として、HCO3 -源となるNaHCO3等の重炭酸塩を用いることができる。 In some cases, bicarbonate may be used instead of carbon dioxide. That is, Clostridium bacteria and related species are known to have carbonic anhydrase (CA) (EC 4.2.1.1: H 2 O + CO 2 ⇔HCO 3 + H + ). (Braus-Stromeyer SA et al., J. Bacteriol. 1997, 179 (22), 7197-7200), a bicarbonate such as NaHCO 3 serving as an HCO 3 source can be used as the CO 2 source.

ここで、宿主細胞がアセチルCoA経路とメタノール経路(図1)を有している場合において、組換え細胞に提供され得る一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、及びメタノールの組み合わせについて説明する。   Here, a combination of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, and methanol that can be provided to a recombinant cell when the host cell has an acetyl CoA pathway and a methanol pathway (FIG. 1) will be described.

アセチルCoA経路によるアセチルCoA合成では、メチルトランスフェラーゼ(Methyltransferase)、コリノイド鉄−硫黄タンパク質(Corrinoid iron-sulfur protein、CoFeS−P)、アセチルCoAシンターゼ(Acetyl-CoA synthase、ACS)、及びCODHの作用による、CoA、メチルテトラヒドロ葉酸(methyltetrahydrofolate、[CH3]−THF)、及びCOからのアセチルCoAの合成過程が必須である(Ragsdale SW et al., B.B.R.C. 2008, 1784(12), 1873-1898)。 In the synthesis of acetyl CoA by the acetyl CoA pathway, the action of methyltransferase, corrinoid iron-sulfur protein (CoFeS-P), acetyl CoA synthase (ACS), and CODH, CoA, methyl tetrahydrofolate is essential (methyltetrahydrofolate, [CH 3] -THF ), and the synthesis process of acetyl CoA from CO (Ragsdale SW et al., BBRC 2008, 1784 (12), 1873-1898).

一方、Butyribacterium methylotrophicumの培養において、炭素源としてCOやCO2以外にギ酸やメタノールを添加することは、CO代謝すなわち、アセチルCoA経路のメチルブランチ(Methyl branch)におけるテトラヒドロ葉酸(tetrahydrofolate、THF)含量、及び、CO代謝で必要とされるCODH、ギ酸デヒドロゲナーゼ(formate dehydrogenase、FDH)及びヒドロゲナーゼ(hydrogenase)の活性を増大させることが知られている(Kerby R. et al., J. Bacteriol. 1987, 169(12), 5605-5609)。Eubacterium limosum等においても、嫌気条件下CO2及びメタノールを炭素源とした場合でも、高い増殖を得ることが示されている(Genthner BRS. et al., Appl. Environ. Microbiol., 1987, 53(3), 471-476)。 On the other hand, in the culture of Butyribacterium methylotrophicum, addition of formic acid or methanol in addition to CO or CO 2 as a carbon source means CO metabolism, that is, tetrahydrofolate (THF) content in the methyl branch of the acetyl CoA pathway, It is also known to increase the activities of CODH, formate dehydrogenase (FDH) and hydrogenase required for CO metabolism (Kerby R. et al., J. Bacteriol. 1987, 169). (12), 5605-5609). Eubacterium limosum and the like have also been shown to obtain high growth even when CO 2 and methanol are used as carbon sources under anaerobic conditions (Genthner BRS. Et al., Appl. Environ. Microbiol., 1987, 53 ( 3), 471-476).

これらのメタノールの合成ガス資化性微生物へ影響、及びMoorella thermoacetica(Clostridium thermoaceticum)及びClostridium ljungdahlii等のゲノム解析(Pierce E. et al., Environ. Microbiol. 2008, 10(10), 2550-2573; Durre P. et al., PNAS 2010, 107(29), 13087-13092)の結果から、これらの微生物種では、図1に示されるようなメタノール経路(methanol pathway)がアセチルCoA経路(Wood-Ljungdahl pathway)にメチル基のドナーとして関与することが説明できる。   Effects of these methanol on syngas-utilizing microorganisms and genome analysis of Moorella thermoacetica (Clostridium thermoaceticum) and Clostridium ljungdahlii (Pierce E. et al., Environ. Microbiol. 2008, 10 (10), 2550-2573; From the results of Durre P. et al., PNAS 2010, 107 (29), 13087-13092), in these microbial species, the methanol pathway as shown in FIG. 1 is the acetyl-CoA pathway (Wood-Ljungdahl). It can be explained that it participates as a methyl group donor in pathway).

また実際に、いくつかのClostridium属菌ではギ酸デヒドロゲナーゼ(FDH)(EC 1.2.1.2/1.2.1.43:Formate+NAD(P)+ ⇔ CO2+NAD(P)H)の正方向の活性(FormateからのCO2形成)が確認されている(Liu CL et al., J. Bacteriol. 1984, 159(1), 375-380; Keamy JJ et al., J. Bacteriol. 1972, 109(1), 152-161)。このことから、これらの株ではCO2やCOが欠乏状態にある場合、部分的にメタノール(CH3OH)やギ酸(HCOOH)からCO2の生成方向の反応が働くことができる(図1)。このことは、前述したCH3OHを加えることによる、ギ酸ヒドロゲナーゼ(formatede hydrogenase)活性、及びCODHの活性増大の現象 (Kerby R et al., J. Bateriol. 1987, 169(12), 5605-5609)からも説明できる。すなわち、ギ酸(HCOOH)もしくはメタノール(CH3OH)を唯一の炭素源としても増殖可能である。 The fact, positive several Clostridium The genus formate dehydrogenase (FDH) (EC 1.2.1.2/1.2.1.43:Formate+NAD(P) +CO 2 + NAD (P) H) Directional activity (CO 2 formation from Formate) has been confirmed (Liu CL et al., J. Bacteriol. 1984, 159 (1), 375-380; Keamy JJ et al., J. Bacteriol. 1972, 109 (1), 152-161). Therefore, in these strains, when CO 2 or CO is in a deficient state, a reaction in the direction of CO 2 production can partially work from methanol (CH 3 OH) or formic acid (HCOOH) (FIG. 1). . This is due to the phenomenon of increased formate hydrogenase activity and CODH activity by adding CH 3 OH as described above (Kerby R et al., J. Bateriol. 1987, 169 (12), 5605-5609. ) Can also be explained. That is, it can grow even if formic acid (HCOOH) or methanol (CH 3 OH) is the only carbon source.

宿主細胞が、元々、ギ酸デヒドロゲナーゼの正方向の活性を有しない株であっても、変異導入、外来遺伝子導入、もしくはゲノムシャッフリングのような遺伝子改変によって、正方向の活性を付与させればよい。   Even if the host cell is originally a strain having no forward activity of formate dehydrogenase, the forward activity may be imparted by genetic modification such as mutagenesis, foreign gene introduction, or genome shuffling.

以上のことから、宿主細胞がアセチルCoA経路とメタノール経路を有している場合には、以下のガスや液体を用いて、環式モノテルペンを生産することができる。
・CO
・CO2
・CO/H2
・CO2/H2
・CO/CO2/H2
・CO/HCOOH
・CO2/HCOOH
・CO/CH3OH
・CO2/CH3OH
・CO/H2/HCOOH
・CO2/H2/HCOOH
・CO/H2/CH3OH
・CO2/H2/CH3OH
・CO/CO2/H2/HCOOH
・CO/CO2/H2/CH3OH
・CH3OH/H2
・HCOOH/H2
・CH3OH
・HCOOH
From the above, when the host cell has an acetyl CoA pathway and a methanol pathway, cyclic monoterpenes can be produced using the following gases and liquids.
・ CO
・ CO 2
・ CO / H 2
・ CO 2 / H 2
・ CO / CO 2 / H 2
・ CO / HCOOH
・ CO 2 / HCOOH
・ CO / CH 3 OH
・ CO 2 / CH 3 OH
・ CO / H 2 / HCOOH
・ CO 2 / H 2 / HCOOH
・ CO / H 2 / CH 3 OH
・ CO 2 / H 2 / CH 3 OH
・ CO / CO 2 / H 2 / HCOOH
· CO / CO 2 / H 2 / CH 3 OH
・ CH 3 OH / H 2
・ HCOOH / H 2
・ CH 3 OH
・ HCOOH

なお、本発明の組換え細胞について、環式モノテルペンの生産を目的とせず、専ら細胞を増やす目的で培養する場合には、一酸化炭素や二酸化炭素を炭素源として用いる必要はない。例えば糖類やグリセリンといった他の炭素源を用いて、組換え細胞を培養すればよい。   When the recombinant cells of the present invention are cultured not for the purpose of producing cyclic monoterpenes but exclusively for the purpose of increasing the number of cells, it is not necessary to use carbon monoxide or carbon dioxide as a carbon source. For example, the recombinant cells may be cultured using other carbon sources such as sugars and glycerin.

以下、実施例をもって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited only to an Example.

本実施例では、環式モノテルペンの一種であるβ−フェランドレンを、合成ガス資化細菌の一種であるClostridium ljungdahliiの組換え細胞によって生産した。   In this example, β-ferrandrene, a type of cyclic monoterpene, was produced by recombinant cells of Clostridium ljungdahlii, a type of syngas-utilizing bacterium.

(1)各種ベクターの構築
β−フェランドレン合成酵素遺伝子を含む遺伝子クラスターとして、配列番号9(3125bp)と配列番号10(3611bp)で表される人工合成遺伝子をそれぞれ構築した。配列番号9、10はいずれもトマト由来β−フェランドレン合成酵素遺伝子(GenBank Accession No.: FJ797957)の改変配列とT7ターミネーターを含み、さらに、両末端にBamHIとXhoIの認識配列を含む。また、配列番号9はトマト由来NPP合成酵素遺伝子(GenBank Accession No.: FJ797956)の改変配列を含む。一方、配列番号10は、シロイヌナズナ由来GPP合成酵素遺伝子(配列番号5、GenBank Accession No: Y17376)を含む。
(1) Construction of various vectors Artificial synthetic genes represented by SEQ ID NO: 9 (3125 bp) and SEQ ID NO: 10 (3611 bp) were respectively constructed as gene clusters containing a β-ferrandrene synthase gene. SEQ ID NOs: 9 and 10 each contain a modified sequence of a tomato-derived β-ferrandolene synthase gene (GenBank Accession No .: FJ797957) and a T7 terminator, and further include BamHI and XhoI recognition sequences at both ends. SEQ ID NO: 9 contains a modified sequence of a tomato-derived NPP synthase gene (GenBank Accession No .: FJ797956). On the other hand, SEQ ID NO: 10 contains an Arabidopsis thaliana-derived GPP synthase gene (SEQ ID NO: 5, GenBank Accession No: Y17376).

Clostridium/E. coliシャトルベクターpSOS95(GenBank: AY187686.1)のBamHI/EheIサイトに配列番号11の人工合成DNA(120bp)をクローニングし、pSOS-MSとした。さらに、pSOS-MSのBamHI/XhoIサイトに、配列番号9の人工合成遺伝子をBamHI/XhoIで制限酵素処理した遺伝子断片をクローニングし、pSOS-PHS-NPPとした。また同様にpSOS-MSのBamHI/XhoIサイトに配列番号10の人工合成遺伝子をクローニングしたものをpSOS-PHS-GPPとした。pSOS-PHS-NPP、pSOS-PHS-GPPはpSOS95と同様にシャトルベクターとして機能する。これらのクローニングの際にはNEB express(New England Biolabs社)を用いた。   The artificially synthesized DNA (120 bp) of SEQ ID NO: 11 was cloned into the BamHI / EheI site of Clostridium / E. Coli shuttle vector pSOS95 (GenBank: AY187686.1) to obtain pSOS-MS. Further, a gene fragment obtained by restriction treatment of the artificially synthesized gene of SEQ ID NO: 9 with BamHI / XhoI was cloned into the BamHI / XhoI site of pSOS-MS to obtain pSOS-PHS-NPP. Similarly, pSOS-PHS-GPP was obtained by cloning the artificially synthesized gene of SEQ ID NO: 10 at the BamHI / XhoI site of pSOS-MS. pSOS-PHS-NPP and pSOS-PHS-GPP function as a shuttle vector in the same manner as pSOS95. NEB express (New England Biolabs) was used for the cloning.

(2)β−フェランドレン生産能を有する組換え体の作製
上記(1)で作製したpSOS-PHS-NPPとpSOS-PHS-GPPを、それぞれエレクトロポレーションにてClostridium ljungdahlii(DSM13528/ATCC55383)に導入し、組換え体を取得した。コントロールとして、pSOS-MSを同様にしてClostridium ljungdahlii(DSM13528/ATCC55383)に導入し、組換え体を取得した。エレクトロポレーションは、Appl. Environ. Microbiol. 2013, 79(4):1102-9で推奨されている方法によって行った。
(2) Production of recombinants capable of producing β-ferrandrene The pSOS-PHS-NPP and pSOS-PHS-GPP produced in (1) above were each electroporated into Clostridium ljungdahlii (DSM13528 / ATCC55383). The recombinant was obtained after introduction. As a control, pSOS-MS was similarly introduced into Clostridium ljungdahlii (DSM13528 / ATCC55383) to obtain a recombinant. Electroporation was performed by the method recommended in Appl. Environ. Microbiol. 2013, 79 (4): 1102-9.

(3)β−フェランドレン生産
上記(2)で取得したpSOS-PHS-NPPとpSOS-PHS-GPPの各組換え体を、それぞれ37℃、嫌気条件下で培養した。培地として、4μg/mLクラリスロマイシンを含有するATCC medium 1754 PETC培地(ただし、フルクトース非含有)を用いた。27mL容の密閉可能なヘッドスペースバイアル容器に10mLの培地を仕込み、CO/CO2/H2=33/33/34%(体積比)の混合ガスを0.25MPa(絶対圧)のガス圧で充填し、アルミキャップで密封した後、振とう培養した。OD600が0.9に到達した時点で培養を終了し、気相をガスクロマトグラフィー(島津GCMS-QP2010 Ultra)にて分析したところ、それぞれβ−フェランドレンが検出された。またpSOS-PHS-NPP組換え体からは、pSOS-PHS-GPP組換え体の培地の2〜6倍程度のβ−フェランドレンが検出された。また、pSOS-PHS-NPPにおいてβ−フェランドレンに加えて、環式モノテルペンである4−カレンが、β−フェランドレンの約60%、リモネンが、約20%検出された。
一方、pSOS-MSベクターのみを導入したコントロールの組換え体では、β−フェランドレンは検出できなかった。
(3) β-Ferrandren Production Each recombinant of pSOS-PHS-NPP and pSOS-PHS-GPP obtained in (2) above was cultured at 37 ° C. under anaerobic conditions. As the medium, ATCC medium 1754 PETC medium (containing no fructose) containing 4 μg / mL clarithromycin was used. 10 mL of medium is charged in a 27 mL sealable headspace vial container, and a mixed gas of CO / CO 2 / H 2 = 33/33/34% (volume ratio) is used at a gas pressure of 0.25 MPa (absolute pressure) After filling and sealing with an aluminum cap, shaking culture was performed. When OD600 reached 0.9, the culture was terminated, and the gas phase was analyzed by gas chromatography (Shimadzu GCMS-QP2010 Ultra). As a result, β-ferrandrene was detected. In addition, β-ferrandrene was detected from the pSOS-PHS-NPP recombinant about 2 to 6 times the culture medium of the pSOS-PHS-GPP recombinant. Further, in pSOS-PHS-NPP, in addition to β-ferrandrene, about 60% of β-ferrandolene and about 20% of limonene were detected as cyclic monoterpene 4-carene.
On the other hand, β-ferrandrene could not be detected in the control recombinant into which only the pSOS-MS vector was introduced.

以上のことから、トマト由来NPP合成酵素遺伝子、あるいはシロイヌナズナ由来GPP合成酵素遺伝子とトマト由来β−フェランドレン合成酵素遺伝子を導入したClostridium ljungdahliiの組換え体を、炭素源としてCO、CO2を用いて培養することにより、β−フェランドレンを生産できることが示された。さらにトマト由来NPP合成酵素遺伝子と、トマト由来β−フェランドレン合成酵素遺伝子を組み合わせることで、効率よくβ−フェランドレン生産がなされることが示された。 From the above, a tomato-derived NPP synthase gene, or a recombinant Clostridium ljungdahlii into which an Arabidopsis thaliana-derived GPP synthase gene and a tomato-derived β-ferrandrene synthase gene were introduced, using CO and CO 2 as carbon sources. It was shown that β-ferrandrene can be produced by culturing. Furthermore, it was shown that β-ferrandolene was efficiently produced by combining a tomato-derived NPP synthase gene and a tomato-derived β-ferrandrene synthase gene.

Claims (23)

環式モノテルペンを生産可能なClostridium属細菌の組換え細胞であって、
導入された核酸として、ゲラニル二リン酸合成酵素をコードする核酸及びネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸からなる群より選ばれた少なくとも1つの核酸と、β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸とを有し
これらの核酸が前記組換え細胞内で発現し、
一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物から環式モノテルペンとしてβ−フェランドレンを生産可能である組換え細胞。
A recombinant cell of Clostridium bacteria capable of producing a cyclic monoterpene,
As introduced nucleic acid, and at least one nucleic acid selected from the group consisting of nucleic acids encoding nucleic acid and neryl diphosphate synthase encoding the geranyl diphosphate synthase, nucleic acids encoding a β- phellandrene synthase And
These nucleic acids are expressed in the recombinant cells,
A recombinant cell capable of producing β -ferrandrene as a cyclic monoterpene from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide.
前記Clostridium属細菌は、Clostridium ljungdahliiである請求項に記載の組換え細胞。 The Clostridium genus bacterium, a recombinant cell of claim 1 which is Clostridium ljungdahli i. 一酸化炭素を主成分とするガス、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、二酸化炭素と水素とを主成分とするガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを主成分とするガスから前記環式モノテルペンを生産可能である請求項1又は2に記載の組換え細胞。 Gas composed mainly of carbon monoxide, gas composed mainly of carbon monoxide and hydrogen, gas composed mainly of carbon dioxide and hydrogen, or composed mainly of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen. the recombinant cell according to claim 1 or 2 from a gas can be produced said cyclic monoterpenes. ゲラニル二リン酸合成酵素をコードする核酸は、下記(a)、(b)又は(c)のタンパク質をコードするものである請求項1〜のいずれかに記載の組換え細胞。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつゲラニル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質、
(c)配列番号2で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を有し、かつゲラニル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質。
The recombinant cell according to any one of claims 1 to 3 , wherein the nucleic acid encoding geranyl diphosphate synthase encodes the following protein (a), (b), or (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having the activity of geranyl diphosphate synthase,
(C) A protein having an amino acid sequence having 90 % or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having the activity of geranyl diphosphate synthase.
ネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸は、下記(d)、(e)又は(f)のタンパク質をコードするものである請求項1〜のいずれかに記載の組換え細胞。
(d)配列番号4で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(e)配列番号4で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質、
(f)配列番号4で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を有し、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質。
The recombinant cell according to any one of claims 1 to 4 , wherein the nucleic acid encoding neryl diphosphate synthase encodes the following protein (d), (e) or (f).
(D) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4,
(E) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase,
(F) A protein having an amino acid sequence having 90 % or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase.
β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸は、下記(g)、(h)又は(i)のタンパク質をコードするものである請求項1〜5のいずれかに記載の組換え細胞。
(g)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(h)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質、
(i)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を有し、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質。
The recombinant cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the nucleic acid encoding β-ferrandrene synthase encodes the following protein (g), (h) or (i).
(G) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8,
(H) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having the activity of β-ferrandrene synthase,
(I) A protein having an amino acid sequence having 90 % or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having a β-ferrandrene synthase activity.
前記核酸は、組換え細胞のゲノムに組み込まれている請求項1〜のいずれかに記載の組換え細胞。 The recombinant cell according to any one of claims 1 to 6 , wherein the nucleic acid is integrated into the genome of the recombinant cell. 前記核酸は、プラスミドに組み込まれている請求項1〜のいずれかに記載の組換え細胞。 The recombinant cell according to any one of claims 1 to 6 , wherein the nucleic acid is incorporated into a plasmid. 環式モノテルペンを生産可能なClostridium属細菌の組換え細胞であって、A recombinant cell of Clostridium bacteria capable of producing a cyclic monoterpene,
導入された核酸として、ネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸と、β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸とを有し、The introduced nucleic acid has a nucleic acid encoding neryl diphosphate synthase and a nucleic acid encoding β-ferrandrene synthase,
これらの核酸が前記組換え細胞内で発現し、These nucleic acids are expressed in the recombinant cells,
一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物から環式モノテルペンとしてβ−フェランドレン、4−カレン、又はリモネンを生産可能である組換え細胞。A recombinant cell capable of producing β-ferrandrene, 4-carene, or limonene as a cyclic monoterpene from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide.
前記Clostridium属細菌は、Clostridium ljungdahliiである請求項9に記載の組換え細胞。The recombinant cell according to claim 9, wherein the Clostridium bacterium is Clostridium ljungdahlii. 一酸化炭素を主成分とするガス、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、二酸化炭素と水素とを主成分とするガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを主成分とするガスから前記環式モノテルペンを生産可能である請求項9又は10に記載の組換え細胞。Gas composed mainly of carbon monoxide, gas composed mainly of carbon monoxide and hydrogen, gas composed mainly of carbon dioxide and hydrogen, or composed mainly of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen. The recombinant cell according to claim 9 or 10, wherein the cyclic monoterpene can be produced from gas. ネリル二リン酸合成酵素をコードする核酸は、下記(d)、(e)又は(f)のタンパク質をコードするものである請求項9〜11のいずれかに記載の組換え細胞。
(d)配列番号4で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(e)配列番号4で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質、
(f)配列番号4で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を有し、かつネリル二リン酸合成酵素の活性を有するタンパク質
The recombinant cell according to any one of claims 9 to 11, wherein the nucleic acid encoding neryl diphosphate synthase encodes the following protein (d), (e) or (f).
(D) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4,
(E) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase,
(F) A protein having an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the activity of neryl diphosphate synthase .
β−フェランドレン合成酵素をコードする核酸は、下記(g)、(h)又は(i)のタンパク質をコードするものである請求項9〜12のいずれかに記載の組換え細胞。The recombinant cell according to any one of claims 9 to 12, wherein the nucleic acid encoding β-ferrandrene synthase encodes the following protein (g), (h) or (i).
(g)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、(G) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8,
(h)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質、(H) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having the activity of β-ferrandrene synthase,
(i)配列番号6又は8で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を有し、かつβ−フェランドレン合成酵素の活性を有するタンパク質。(I) A protein having an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 or 8, and having β-ferrandrene synthase activity.
前記核酸は、組換え細胞のゲノムに組み込まれている請求項9〜13のいずれかに記載の組換え細胞。The recombinant cell according to any one of claims 9 to 13, wherein the nucleic acid is integrated into the genome of the recombinant cell. 前記核酸は、プラスミドに組み込まれている請求項9〜13のいずれかに記載の組換え細胞。The recombinant cell according to any one of claims 9 to 13, wherein the nucleic acid is incorporated into a plasmid. 請求項1〜のいずれかに記載の組換え細胞を、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を炭素源として用いて培養し、当該組換え細胞に環式モノテルペンとしてβ−フェランドレンを生産させる環式モノテルペンの生産方法。 A recombinant cell according to any one of claims 1 to 8 is cultured using at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide as a carbon source, and the recombinant cell is cyclic. A method for producing a cyclic monoterpene , wherein β-ferrandolene is produced as a monoterpene. 請求項1〜のいずれかに記載の組換え細胞に、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を接触させ、当該組換え細胞に前記C1化合物から環式モノテルペンとしてβ−フェランドレンを生産させる環式モノテルペンの生産方法。 The recombinant cell according to any one of claims 1 to 8 is contacted with at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide, and the recombinant cell is converted into a cyclic monocycle from the C1 compound. A method for producing a cyclic monoterpene in which β-ferrandolene is produced as a terpene. 一酸化炭素を主成分とするガス、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、二酸化炭素と水素とを主成分とするガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを主成分とするガスを、前記組換え細胞に提供する請求項16又は17に記載の環式モノテルペンの生産方法。 Gas composed mainly of carbon monoxide, gas composed mainly of carbon monoxide and hydrogen, gas composed mainly of carbon dioxide and hydrogen, or composed mainly of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen. The method for producing a cyclic monoterpene according to claim 16 or 17 , wherein gas is provided to the recombinant cell. 請求項9〜15のいずれかに記載の組換え細胞を、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を炭素源として用いて培養し、当該組換え細胞に環式モノテルペンとしてβ−フェランドレン、4−カレン、又はリモネンを生産させる環式モノテルペンの生産方法。The recombinant cell according to any one of claims 9 to 15 is cultured using at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide as a carbon source, and the recombinant cell is cyclic. A method for producing a cyclic monoterpene, wherein β-ferlandol, 4-carene, or limonene is produced as a monoterpene. 請求項9〜15のいずれかに記載の組換え細胞に、一酸化炭素及び二酸化炭素からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を接触させ、当該組換え細胞に前記C1化合物から環式モノテルペンとしてβ−フェランドレン、4−カレン、又はリモネンを生産させる環式モノテルペンの生産方法。16. The recombinant cell according to any one of claims 9 to 15 is contacted with at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide and carbon dioxide. A method for producing a cyclic monoterpene, wherein β-ferrandrene, 4-carene, or limonene is produced as a terpene. 一酸化炭素を主成分とするガス、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、二酸化炭素と水素とを主成分とするガス、又は一酸化炭素と二酸化炭素と水素とを主成分とするガスを、前記組換え細胞に提供する請求項19又は20に記載の環式モノテルペンの生産方法。Gas composed mainly of carbon monoxide, gas composed mainly of carbon monoxide and hydrogen, gas composed mainly of carbon dioxide and hydrogen, or composed mainly of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen. The method for producing a cyclic monoterpene according to claim 19 or 20, wherein gas is provided to the recombinant cells. 組換え細胞の細胞外に放出された環式モノテルペンを回収する請求項1621のいずれかに記載の環式モノテルペンの生産方法。 The method for producing a cyclic monoterpene according to any one of claims 16 to 21 , wherein the cyclic monoterpene released to the outside of the recombinant cell is recovered. 組換え細胞の培養系の気相から環式モノテルペンを回収する請求項1622のいずれかに記載の環式モノテルペンの生産方法。 The method for producing a cyclic monoterpene according to any one of claims 16 to 22 , wherein the cyclic monoterpene is recovered from a gas phase of a culture system of recombinant cells.
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