ES2291568T3 - Procedimiento para producir una sustancia diana por fermentacion utilizando una cepa bacteriana que carece del gen arca. - Google Patents

Procedimiento para producir una sustancia diana por fermentacion utilizando una cepa bacteriana que carece del gen arca. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para producir una sustancia diana seleccionada de entre el grupo constituido por L-lisina, L-treonina, L-isoleucina, ácido L-glutámico, L-glutamina, L-arginina, L-homoserina y ácido succínico, que comprende el cultivo de una gamma-proteobacteria en un medio bajo condiciones aeróbicas para producir y acumular la sustancia diana en el medio o las células, y recuperar la sustancia diana a partir del medio o de las células, en el que la gamma-proteobacteria que presenta la capacidad de producir la sustancia diana es modificada, de manera que la producción de la proteína ArcA es reducida o eliminada, y en el que la proteína ArcA es la siguiente (A) o (AB): (A) una proteína que presenta la secuencia aminoácida de SEC ID nº 32; (B) una proteína que presenta la secuencia aminoácida de SEC ID nº 32, que comprende la sustitución, deleción, inserción o adición de 1 a 20 aminoácidos y que mejora la capacidad de la gamma-protobacteria de producir la sustancia diana cuando la producción de la proteína es reducida o eliminada en la gamma-proteobacteria comparada con una cepa de tipo salvaje o una cepa no modificada.

Description

Procedimiento para producir una sustancia diana por fermentación utilizando una cepa bacteriana que carece del gen ArcA.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una técnica utilizada en la industria de la fermentación, más exactamente, a un procedimiento para producir eficientemente una sustancia diana tal como los L-aminoácidos por fermentación utilizando un microorganismo.
Descripción de la técnica relacionada
Las células bacterianas han modificado sus vías metabólicas, sus vías respiratorias, etc, para adaptarse a diversos entornos. En el metabolismo energético, el Arc (control de la respiración aeróbica) y el Fnr (reducción del fumarato nitrato) se conocen como sistemas de control que juegan importantes funciones. Éstas consisten en proteínas reguladoras globales que se encuentran universalmente en E. coli y en otras especies análogas. El primero es codificado por el gen arcA que se encuentra en la posición de 0 minutos del cromosoma de E. coli, el otro está codificado por el gen fnr que se encuentra en la posición de 29 minutos del cromosoma de E. coli, y los dos adaptan la célula a un entorno, controlando muchos factores en condiciones anaeróbicas. Además, se ha dilucidado que la proteína ArcA y la proteína Fnr son factores de transcripción, y controlan positiva o negativamente la expresión de un gen diana en el cromosoma de E. coli bajo condiciones anaeróbicas, uniéndose directamente a una región promotora del gen diana (S. Iuchi et al., Cell, 66, 5-7 (1991)).
Recientemente, los perfiles de expresión de cepas en las que los genes que codifican los reguladores globales tales como la proteína ArcA y la proteína Fnr derivadas de E. coli, se ven afectados y se recogen en una base de datos utilizando técnicas de microselección del ADN y abiertas al público (http://www.genome.ad.jp/dbget-bin/get_htext?Exp_DB+-n+Bget-bin/get_htext?Exp_DB+-n+B).
Además, se sabe que la proteína ArcA controla negativamente la expresión de los genes del ciclo del ácido tricarboxílico (S. Iuchi et al., Cell, 66, 5-7 (1991)), y la expresión de los genes del ciclo del ácido cítrico aumenta en la cepa ArcA afectada en la base de datos. Por otra parte, se sabe que la proteína Fnr controla positivamente la expresión génica de la vía respiratoria que funciona bajo condiciones anaeróbicas.
Como para los perfiles de la expresión en las cepas afectadas por los factores globales, puede hacerse referencia a la cepa afectada por dam como una cepa en la que la expresión génica para TCA aumenta como la cepa afectada por arcA (H. Mori, Nara Institute of Science and Technology, anuncio oral en el simposio "Green Biotechnology of Genome Age", 2001, organizado por la Japan Bioindustry Association, Resource Biotransformation Study Group).
La proteína Dam es una metilasa para los factores de modificación que están implicados en los sistemas de modificación de la restricción intracelular, y es codificada por el gen dam que se encuentra en la posición de 76 minutos del cromosoma de E. coli (Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 87 (23), 9454-9458 (1990)).
No se ha informado además sobre la mejoría en la producción de la sustancia mediante el control de la expresión de los factores globales tales como los genes ArcA, fnr y dam.
COTTER P A ET AL. (FEMS MICROBIOLOGY LETTERS, vol 91, nº 1, 1992, páginas 31-36, XP008024029 ISSN: 0378-1097) muestra cepas de E. coli en las que el gen arcA ha sido afectado por un cassette de resistencia a la kanamicina.
IUCHI ET AL. (PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES, vol 85, nº 6, 1988, páginas 1888-1892, XP008024028 1988 ISSN: 0027-8424) proporciona cepas de E. coli que albergan una deleción en una región cromosómica que comprende el gen ArcA (conocido asimismo como gen teñido).
NYSTROM THOHAS ET AL (EMBO J. vol 15, nº 13, 1996, páginas 3219-3228, XP008024026 ISSN: 0261-4189) da a conocer una cepa de E. coli en la que el locus ArcA se ha visto afectado por la secuencia de Tn10 (véase la página 3226, columna a la izquierda, segundo párrafo completo).
WO0102544 (Dervent WPI Resumen 2001-138133), da a conocer procedimientos para la producción del ácido L-glutámico a partir de las corinebacterias aumentando en dichas células la actividad de la succinato deshidrogenasa.
WO0102546 (Dervent WPI Resumen 2001-138135), da a conocer procedimientos para la producción de L-lisina a partir de las corinebacterias aumentando en dichas células la actividad de la malato deshidrogenasa.
Descripción de la invención
Un objetivo de la presente invención consiste en mejorar la eficiencia de la producción de una sustancia útil mediante la fermentación, utilizando una \gamma-proteobacteria tal como la Escherichia.
Los inventores de la presente invención llevaron a cabo varias investigaciones para alcanzar el objetivo mencionado anteriormente, y descubrieron que la producción de sustancia por una \gamma-proteobacteria podía mejorarse modificando un gen que codifica una proteína reguladora que existe de modo universal en las \gamma-proteobacterias. Es decir, descubrieron que la capacidad de producir una sustancia diana podía mejorarse alterando el gen arcA en una \gamma-proteobacteria, lo cual cumplía con la presente invención.
Es decir, la presente invención proporciona lo siguiente:
(1) Un procedimiento para producir una sustancia diana seleccionada de entre el grupo constituido por L-lisina, L-treonina, L-isoleucina, ácido L-glutámico, L-glutamina, L-arginina, L-homoserina y ácido succínico, que comprende el cultivo de una \gamma-proteobacteria en un medio bajo condiciones aeróbicas para producir y acumular la sustancia diana en el medio o las células, y recuperar la sustancia diana a partir del medio o de las células, en el que la \gamma-proteobacteria posee la capacidad de producir la sustancia diana y de modificarla, de forma que la producción de la proteína ArcA se reduzca o se elimine, y en el que la proteína ArcA es la siguiente (A) o (B):
(A)
una proteína que tenga la secuencia aminoácida de SEC ID nº 32;
(B)
una proteína que tenga la secuencia aminoácida de SEC ID nº 32, que incluya la sustitución, deleción, inserción o adición de 1 a 20 aminoácidos y que mejore la capacidad de la \gamma-proteobacteria para producir la sustancia diana, cuando la producción de la proteína se reduce o se elimina en la \gamma-proteobacteria, comparada con una cepa de tipo salvaje o una cepa no modificada.
(2) El procedimiento según el punto (1) anterior, en el que la proteína ArcA que se define en (B), es una proteína que posee un 90% o más de homología con la secuencia aminoácida de SEC ID nº 32 y que mejora la capacidad de la \gamma-proteobacteria para producir la sustancia diana cuando la producción de la proteína se reduce o se elimina en la \gamma-proteobacteria, comparada con una cepa de tipo salvaje o no modificada.
(3) El procedimiento según el punto (1) o (2) anterior, en el que la producción de la proteína ArcA se reduce o se elimina mediante la alteración de un gen arcA en un cromosoma, y en el que el gen arcA es ADN que se define como (a) o (b) a continuación:
(a)
ADN que contiene la secuencia nucleótida de los nucleótidos 101 a 817 de SEC ID nº: 31;
(b)
ADN capaz de hidridizarse con la secuencia nucleótida de los nucleótidos 101 a 817 de SEC ID nº: 31 o una sonda que puede obtenerse a partir de la secuencia nucleótida bajo condiciones de rigurosidad y que codifica una proteína que mejora una capacidad de la \gamma-proteobacteria para producir la sustancia diana, cuando la producción de la proteína se reduce o se elimina, comparada con una cepa de tipo salvaje o no modificada, en la que dichas condiciones de rigurosidad son 1 x SSC, SDS al 0,1%, a 60ºC.
(4) El procedimiento según cualquiera de los puntos (1) a (3) anteriores, en el que dicha \gamma-proteobacteria es una bacteria que pertenece al género Escherichia o Pantoea.
Según el procedimiento de la presente invención, cuando una sustancia útil tal como los L-aminoácidos es producida utilizando una \gamma-proteobacteria, la eficiencia de la producción puede mejorarse.
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Breve explicación de los dibujos
La Fig. 1 muestra los patrones de acumulación en WC196, WC196\DeltaarcA, WC196\Deltadam y WC196\Deltafnr.
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Explicación detallada de la invención
En adelante, la presente invención será explicada detalladamente.
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<1>\gamma-Proteobacteria utilizada en el procedimiento de la presente invención
La \gamma-proteobacteria utilizada para la presente invención no está limitada particularmente, siempre que sea un microorganismo que pertenezca a \gamma-proteobacterias tales como los géneros Escherichia, Enterobacter, Pantoea, Klebsiella, Serratia, Erwinia, Salmonella o Morganella, y posea la capacidad de producir una sustancia diana. Específicamente, pueden utilizarse los microorganismos clasificados en las \gamma-proteobacterias según la taxononomía que se utiliza en la base de datos de la NCBI (National Center for Biotechnology Information) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/htbin-post/Taxonomy/wgetorg?mode=Tree&id=1236&lvl=3&keep=l&srchmode=1&unlock).
Ejemplos de bacterias que pertenecen al género Escherichia incluyen E. coli, etc, etc. Ejemplos de bacterias que pertenecen al género Enterobacter incluyen Enterobacter agglomerans y Enterobacter aerogenes.
Existen algunas especies de Enterobacter agglomerans que se han vuelto a reclasificarlo recientemente en Pantoea agglomerans, Pantoea ananatis o Pantoea stewartii agglomerans, basándose en el análisis de la secuencia nucleótida de 16S rARN, etc, etc. En el procedimiento de la presente invención, la bacteria puede pertenecer a cualquiera de los géneros Enterobacter o Pantoea, siempre que esté clasificada en las \gamma-proteobacterias y posea el gen arcA.
Cuando E. coli se cultiva utilizando técnicas de ingeniería genética, pueden utilizarse la cepa K12 de E. coli y sus derivados. Además, cuando Pantoea ananatis se cultiva utilizando técnicas de ingeniería genética, Pantoea ananatis pueden utilizarse las cepas AJ13355 (FERM BP-6614). AJ13356 (FERM BP-6615) y AJ13601 (FERM BP-7207), y sus derivados. Aunque las cepas mencionadas anteriormente se identificaron como Enterobacter agglomerans cuando se aislaron, estas cepas se han vuelto a clasificar en Pantoea ananatis basándose en el análisis de la secuencia nucleótida del 16S rARN, etc, tal como se ha descrito anteriormente.
La \gamma-proteobacteria que se utiliza en el procedimiento de la presente invención es cualquiera de las bacterias mencionadas anteriormente, y es una bacteria que posee una capacidad para producir una sustancia diana. La "capacidad de producir una sustancia diana" se refiere a una capacidad de producir y acumular la sustancia diana en células o en un medio en grado tal que, cuando la bacteria de la presente invención se cultiva en el medio, la sustancia diana puede recuperarse a partir de las células o del medio.
La sustancia diana que va a producirse según la presente invención es L-lisina, L_treonina, L-isoleucina, ácido L-glutámico, L-glutamina y L-arginina.
Como \gamma-proteobacterias productoras de L-lisina pueden ponerse como ejemplos mutantes que muestran resistencia a un análogo de la L-lisina. Este análogo de la L-lisina es una sustancia que inhibe el crecimiento de la cepa productora del L-aminoácido, pero esta inhibición es abolida parcial o totalmente cuando la L-lisina coexiste en un medio. Ejemplos de análogos de la L-lisina incluyen oxalisina, hidroxamato lisina, S-(2-aminoetil)-L-cisteína (AEC), \gamma-metillisina, \alpha-clorocaprolactam, y así sucesivamente. Los mutantes que presentan resistencia a estos análogos de la lisina pueden obtener sometiendo a las \gamma-proteobacterias a un tratamiento convencional de mutagénesis artificial. Ejemplos específicos de cepas bacterianas que se utilizan para producir L-lisina, incluyen la E. coli AJ11442 (FERM BP-1543, NRRL B-12185; haciendo referencia a la publicación de patente japonesa abierta al público (Kokai) nº 56-18596 y a la patente US nº 4.346.170), y la E. coli VL611. En estos microorganismos, la retroinhibición de la aspartoquinasa por la L-lisina está desensibilizada.
Además de lo expuesto anteriormente, puede hacerse referencia, por ejemplo, las bacterias que producen L-treonina que se describen a continuación, porque la inhibición de la aspartoquinasa por la L-lisina está asimismo eliminada generalmente en las bacterias productoras de L-treonina.
En los ejemplos que se describen a continuación, la cepa WC196 se utilizó como una bacteria de E. coli productora de L-lisina. Esta cepa bacteriana se cultivó transmitiendo la resistencia a AEC a la cepa W3110 derivada de E. coli K-12. Esta cepa se denominó E. coli AJ13069, y se depositó en el National Institute of Bioscience and Human-Technology, Agency of Industrial Science and Technology (actualmente, la compañía administrativa independiente International Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, código postal: 305-8566, Chuo Dai, 1-1 Higashi 1-Chome, Tsukuba-shi, Ibaraki-ken, Japón) el día 6 de diciembre de 1994, que se registró con el número FERM P-14690. Entonces, se transfirió a un depósito internacional según las previsiones del tratado de Budapest el 29 de septiembre de 1995, con el número de registro FERM BP-5252 (referencia a la Publicación de Patente internacional WO96/17930).
Ejemplos de las \gamma-proteobacterias productoras de L-treonina incluyen E. coli VKPM B-3996 (RIA 1867, referencia a la patente US nº 5.175.107) y la cepa MG442 (referencia a Gusyatiner et al., Genetika (en ruso), 14, págs 947-956, 1978).
Ejemplos de los microorganismos pertenecientes a las \gamma-proteobacterias y que presentan capacidad para la producción de ácido L-glutámico, incluyen, por ejemplo, microorganismos deficientes en la actividad \alpha-cetoglutarato deshidrogenasa o que presentan una actividad \alpha-cetoglutarato deshidrogenasa reducida. Las bacterias que pertenecen al género Escherichia, deficiente en la actividad \alpha-cetoglutarato deshidrogenasa o que poseen una actividad reducida de ésta, y los procedimientos para obtenerlas, se describen en la publicación de las patentes japonesas abiertas al público (Kokai) nº 5-244970 y nº 7-203980. Específicamente, pueden mencionarse las cepas siguientes:
E. coli W3110sucA::KM^{r}
E. coli AJ12624 (FERM BP-3853)
E. coli AJ12628 (FERM BP-3854)
E. coli AJ12949 (FERM BP-4881)
E. coli W3110sucA:KM^{r} es una cepa obtenida interrumpiendo el gen de la \alpha-cetoglutarato deshidrogenasa (al que se hará referencia en adelante como el gen sucA) de E. coli W3110, y es una cepa completamente deficiente en la \alpha-cetoglutarato deshidrogenasa.
Los microorganismos que pertenecen a las \gamma-proteobacterias y que son deficientes en la actividad de la \alpha-cetoglutarato deshidrogenasa o que muestran una actividad reducida de ésta, así como los procedimientos para obtenerlas, se describen en la publicación de las patentes japonesas abiertas al público (Kokai) nºs 5-244970 y 7-203980.
Ejemplos de \gamma-proteobacterias productoras de L-arginina incluyen E. coli en la que se ha introducido el gen argA (publicación de la patente japonesa abierta al público 57-5693) y la cepa 237 de E. coli (patente rusa nº 200117677) o similares.
Ejemplos de \gamma-proteobacterias productoras de L-isoleucina incluyen E. coli KX141 (VKPM B-4781, referencia a la publicación de la patente europea abierta al público nº 519.113).
Ejemplos de bacterias Escherichia productoras de L-homoserina incluyen la cepa NZ10, que es una cepa que experimenta reversión Leu^{+} de la cepa C600 (referencia a la Appleyard R.K., Genetics, 39, págs 440-452, 1954).
Como \gamma-proteobacterias que producen ácido succínico se conocen ejemplos que utilizan E. coli (Wang X., et al., Appl. Biochem. Biotech., 70-72, 919-928 (1998)).
Además, las bacterias que pertenecen al género Escherichia que tienen capacidad productora de L-aminoácidos, pueden cultivarse asimismo introduciendo ADN que tenga información genética que esté implicada en la biosíntesis de los L-aminoácidos y que potencie esta capacidad empleando una técnica de recombinación genética. Por ejemplo, como para las bacterias que producen L-lisina, ejemplos de genes que pueden introducirse incluyen, por ejemplo, genes que codifican enzimas de la vía biosintética de la L-lisina, tales como la fosfoenolpiruvato carboxilasa, aspartoquinasa, dihidrodipicolinato sintetasa, dihidrodipicolinato reductasa, succinildiaminopimelato transaminasa y succinildiaminopimelato deaciclasa. En el caso de un gen una enzima que experimente retroinhibición por el ácido L-aspártico o por la L-lisina, tal como la fosfoenolpiruvato carboxilasa o la aspartoquinasa y la dihidropicolinato sintetasa, es deseable utilizar un gen mutante que codifique una enzima en la que se elimine dicha inhibición.
Además, como para las bacterias que producen ácido L-glutámico, ejemplos de genes que pueden introducirse incluyen los de la glutamato deshidrogenasa, glutamina sintetasa, glutamato sintasa, isocitrato deshidrogenasa, aconitato hidratasa, citrato sintasa, fosfoenolpiruvatocarboxilasa, piruvato deshidrogenasa, piruvato quinasa, fosfoenolpiruvato sintasa, enolasa, fosfogliceromutasa, fosfogliceratoquinasa, gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, triosa fosfato isomerasa, fructosa bis-fosfato aldolasa, fosfofructoquinasa y glucosa fosfato isomerasa.
Además, una actividad de una enzima que cataliza una reacción para producir un compuesto distinto al L-aminoácido diana, (dicho compuesto) se bifurca a partir de la vía biosintética del L-aminoácido, puede aminorarse o hacerse deficiente. Por ejemplo, ejemplos de dicha enzima que cataliza una reacción para producir un compuesto distinto a la L-lisina, el cual compuesto se bifurca a partir de la vía biosintética de la L-lisina, incluye la homoserina deshidrogenasa (referencia a la publicación de patente internacional WO95/23864). Además, ejemplos de una enzima que cataliza una reacción para producir un compuesto distinto al ácido L-glutámico, bifurcándose dicho compuesto a partir de la vía biosintética del ácido L-glutámico, incluye la \alpha-cetoglutarato deshidrogenasa, la isocitrato liasa, fosfato acetiltransferasa, acetato quinasa, acetohidroxi ácido sintasa, acetolactato sintasa, formato acetiltransferasa, lactato deshidrogenasa, glutamato descarboxilasa y 1-pirofosfato deshidrogenasa.
En el cultivo de las \gamma-proteobacterias que tienen tal capacidad de producir dicha sustancia diana, tal como se ha mencionado anteriormente, para introducir un gen en las \gamma-proteobacterias para potenciar su capacidad, puede utilizarse un procedimiento en el que un vector con capacidad de replicación autónoma, en una célula de \gamma-proteobacteria, se une al gen para producir ADN recombinante, transformándose con él la \gamma-proteobacteria. Además, es posible asimismo incorporar un gen diana al cromosoma huésped mediante un procedimiento que utiliza la transducción, el transposón (Berg, D.E. y Berg, C.M., Bio/Technol. 1, pág 417, 1983), el fago Mu, (publicación de patente japonesa abierta al público (Kokai) nº 2-109985), o la recombinación homóloga (Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Lab., 1972). Además, el gen diana puede introducirse asimismo mediante el procedimiento que consiste en interrumpir un gen utilizando un ADN lineal producido mediante PCR (Kirill A., Datsenko et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97 (12), 6640-6645 (2000)).
Ejemplos de las \gamma-proteobacterias cultivadas mediante técnicas del ADN recombinante tal como se describen anteriormente, incluyen, por ejemplo, las bacterias que pertenecen al género Escherichia que muestran una potenciación de las actividades de la dihidrodipicolinato sintasa, que poseen una mutación que elimina la retroinhibición por la L-lisina, la aspartoquinasa y la dihidropicolinato reductasa, de las cuales la retroinhibición por la L-lisina es desensibilizada, y que tienen la capacidad de producir L-lisina (patente US: nº 6.040.160, y bacterias que pertenecen al género Enterobacter (el género Pantoea), que muestran la potenciación de la actividad de la citrato sintasa, de la fosfoenolpiruvato carboxilasa o de la glutamato deshidrogenasa, y que poseen capacidad productora de ácido L-glutámico (EP 0 952 221 A2, EP 0 999 282 A2, EP 1 078 989 A2).
La \gamma-protobacteria que se utiliza para la presente invención es una bacteria que tiene la capacidad de producir la sustancia diana mencionada anteriormente, y que se modifica de tal forma que la proteína ArcA no funciona normalmente en una célula. La expresión "que se modifica de tal forma que la proteína ArcA no funciona normalmente en una célula" significa que se modifica de manera que la función de la proteína ArcA será eliminada completamente, o que la función se reducirá cuando se compare con una cepa no modificada de la bacteria Escherichia, tal como una cepa salvaje. El estado en el que la proteína ArcA no funciona normalmente puede ser, por ejemplo, una estado en el que transcripción o la traducción del gen arcA está inhibida, y por tanto, el producto del gen, la proteína ArcA, no se produce, o su producción está reducida, o un estado en el que la proteína ArcA producida, muta, y por tanto, la función apropiada de la proteína ArcA está reducida o es eliminada. Ejemplos de la \gamma-proteobacteria en la que la proteína ArcA no funciona normalmente, incluyen, típicamente, una cepa que muestra una alteración génica, en la que el gen arcA en el cromosoma está alterado mediante una técnica de recombinación genética, y una cepa mutante, en la que una secuencia reguladora de la expresión o una región codificante del gen arcA en el cromosoma, muestra una mutación, y por tanto, la proteína funcional ArcA ya no se produce.
Ejemplos de la proteína ArcA contenida en una cepa salvaje o cepa no modificada utilizada para el cultivo de la bacteria utilizada en el procedimiento de la presente invención, incluyen, por ejemplo, una proteína que tiene la secuencia aminoácida de SEC ID nº:32. Además, ejemplos del gen arcA incluyen, por ejemplo, ADN que posee la secuencia nucleótida de SEC ID nº:31. Además, el gen puede poseer la secuencia en la que cualquier codon es reemplazado con otro codon equivalente. En la presente invención, el término "ADN que codifica una proteína" se refiere a que cuando el ADN es bicatenario, cualquiera de las cadenas codifica una proteína.
Además, la proteína ArcA contenida en la cepa salvaje o cepa no modificada, no se limita a una proteína de tipo salvaje, y puede contener sustituciones, deleciones, inserciones o adiciones de uno a 20 residuos aminoácidos, de manera que la proteína tenga la actividad de la proteína ArcA.
La "actividad de la proteína ArcA" mencionada anteriormente, es una actividad que mejora la capacidad de producir una sustancia diana cuando la proteína no funciona normalmente, comparada con la situación en la que la proteína funciona con normalidad. En otras palabras, la actividad de la proteína ArcA significa que una \gamma-proteobacteria modificada de forma que la proteína no funcione normalmente, produzca y acumule una cantidad más grande de la sustancia diana en un medio, cuando se compara con una cepa no modificada de la \gamma-proteobacteria tal como una cepa salvaje. Ejemplos de cepas salvajes de E. coli incluyen, por ejemplo, la cepa K12 y su derivada tal como la cepa E. coli MG1655 (ATCC nº 47076), y la cepa W3110 (ATCC nº 27325). Además, ejemplos de cepa no modificada de Pantoea ananatis (Enterobacter agglomerans) incluyen las cepas AJ13355 (FERM BP-6614). AJ13356 (FERM BP-6615) y AJ13601 (FERM BP-7207).
Las sustitución, deleción, inserción, adición o inversión mencionadas anteriormente de los residuos aminoácidos incluyen mutaciones que tienen lugar de modo natural o variaciones debidas a la diferencia en los individuos, especies o en la cepa del microorganismo que contiene la proteína ArcA.
Ejemplos de dichos mutantes o variantes del gen arcA tal como se ha mencionado anteriormente, incluyen ADN que es capaz de hibridizarse con una secuencia nucleótida que comprende la secuencia de los nucleótidos nº 101 a 817 en SEC ID nº: 31, o una sonda que puede ser producida a partir de la secuencia nucleótida bajo condiciones rigurosas y que codifica una proteína que posee una actividad similar a la de ArcA. "La condiciones de rigurosidad" que se utilizan en la presente memoria consisten en condiciones bajo las cuales se forma un híbrido denominado específico, y no se forma un híbrido no específico. Las condiciones rigurosas son en las que los ADNs se hibridizan entre ellos a concentraciones salinas que corresponden a una situación ordinaria de lavado en la hibridización Southern, es decir, 1 x SSC, SDS al 0,1%, preferentemente 0,1 x SSC, SDS al 0,1%, a 60ºC.
Como sonda, puede utilizarse asimismo una secuencia parcial de la secuencia nucleótida de SEC ID nº: 31. Dicha sonda puede prepararse mediante PCR utilizando oligonucleótidos producidos basándose en la secuencia nucleótida de SEC ID nº 31 como cebadores y un ejemplo de ADN que contiene la secuencia nucleótida de SEC ID nº:31, y en un fragmento de ADN como matriz, que contiene la secuencia nucleótida de SEC ID nº:31 como matriz. Cuando un fragmento de ADN que tiene una longitud de alrededor de 300 pares de bases se utiliza como sonda, las condiciones del lavado para la hibridización, pueden consistir en 50ºC, 2 x SSC y SDS al 0,1%.
Los términos gen arcA y proteína ArcA que se utilizan en adelante, no se limitan a los que tiene la secuencia nucleótida o aminoácida que se muestra en SEC ID nº:31 ó 32 sino que incluyen sus mutantes o sus homólogos. Como un ejemplo de homólogo, la secuencia nucleótida del gen arcA y la secuencia aminoácida de ArcA de Pantoea ananatis se muestran en las SEC ID nº 19 y 20.
La bacteria que se utiliza en el procedimiento de la presente invención, es una bacteria modificada, de manera que la proteína ArcA no funciona con normalidad, estando alterado específicamente, por ejemplo, el gen arcA de la \gamma-proteobacteria. Dicha bacteria puede obtenerse mediante, por ejemplo, la sustitución de un gen arcA que no funciona normalmente (al que se hace referencia asimismo en adelante como "gen arcA alterado") por el gen arcA en el cromosoma mediante recombinación homóloga, utilizando una técnica de recombinación genética (Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1972): Matsuyuama, S. and Mizushima, S., J. Bacteriol., 162, 1196 (1985)).
El mecanismo de la recombinación homóloga tiene lugar de la manera siguiente. Cuando un plásmido o similar que porta una secuencia que muestra una homología con una secuencia cromosómica, se introduce en la célula bacteriana correspondiente, tiene lugar con una cierta frecuencia la recombinación en el sitio de la secuencia homóloga, y por tanto, el plásmido que se ha introducido como un todo, se integra en el cromosoma. Entonces, provocando otra vez la recombinación en el sitio de la secuencia homóloga en el cromosoma, el plásmido puede eliminarse otra vez del cromosoma. Sin embargo, dependiendo de la posición a la cual se provoca la recombinación, el gen que se ha alterado puede permanecer en el cromosoma, mientras que el gen normal original puede ser eliminado del cromosoma conjuntamente con el plásmido. Seleccionando dicha cepa bacteriana, se puede obtener una cepa bacteriana en la que el gen normal arcA sea reemplazado con el gen arcA alterado.
Dicha técnica de alteración génica que se basa en la recombinación homóloga, ya ha sido establecida, y por tanto, puede utilizarse un procedimiento que utilice un ADN lineal, o uno que utilice un plásmido sensible a la temperatura o similares. El gen arcA puede interrumpirse asimismo utilizando un plásmido que contenga el gen arcA inserto con un gen marcador tal como un gen de resistencia medicamentosa, y que no pueda replicarse en una célula microbiana diana. Es decir, en un transformante que se haya transformado con dicho plásmido, y, por tanto, haya adquirido resistencia a un medicamento, el gen marcador se integra en el ADN cromosómico. Es probable que este gen marcador se haya integrado mediante recombinación homóloga del gen arcA que se encuentra a ambos lados del marcador, con estos genes en el cromosoma, y por tanto puede seleccionarse eficientemente una cepa con el gen alterado.
Ejemplos de plásmidos térmicamente sensibles que funcionan en la bacteria Escherichia incluyen pMAN997 (publicación de patente internacional WO99/03988), pHSG415 y pHSG422 (Hashimoto-Gotoh, T. et al, Gene, 16, 227-235 (1981).
Específicamente, puede obtenerse un gen arcA alterado que se utilice para la alteración génica por deleción de una cierta región del gen arcA mediante digestión con el enzima o enzimas de restricción y la reunión, mediante inserción de otro fragmento de ADN (gen marcador, etc) en el gen arcA, o introduciendo sustituciones, deleciones, inserciones, adiciones o inversiones de uno o más nucleótidos en una secuencia nucleótida de la región codificante del gen arcA, de su región promotora mediante mutagénesis puntual (Kramer, W. y Frits, H,J., Methods in Enzymology, 154, 350 (1987)) o mediante tratamiento con un reactivo químico, tal como hiposulfito sódico e hidroxilamina (Shortle, D. y Nathans, D., Proc. Natl. Acad, Sci., USA. 75, 270 (1978), de forma que la actividad del represor codificado se reduzca o elimine, o la transcipción del gen arcA se reduzca o se elimine. Entre estos procedimientos, se prefiere, en vista de su fiabilidad y estabilidad, un procedimiento que utiliza la deleción de una cierta región del gen arcA mediante digestión con una enzima de restricción y la reunión, o mediante la inserción de otro fragmento de ADN en el gen arcA.
La secuencia del gen arcA es conocida per se, y por tanto, el gen arcA puede obtenerse fácilmente mediante el procedimiento PCR o el de hibridización basado en la secuencia. Es suficiente que el gen arcA que se utiliza para la alteración génica muestre una homología de tal grado que pueda llevarse a cabo la recombinación homóloga con el gen arcA contenido en la bacteria diana. Específicamente, es suficiente que la homología sea habitualmente del 70% o superior, preferentemente del 80% o superior, más preferentemente del 90% o superior.
La alteración del gen diana puede confirmarse analizando el gen en el cromosoma utilizando la transferencia Southern o el procedimiento PCR.
Los procedimientos para obtener varios genes, hibridizaciones, PCR, preparación del ADN plasmídico, digestión y unión del ADN, transformación, etc, que se utilizan en la presente invención, se describen en Sambrook, J., Fritsch, E.F., Maniatis, T., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1.21 (1989).
Además, puede obtenerse una cepa mutante en la que la proteína funcional ArcA ya no se produzca, sometiendo una \gamma-proteobacteria a irradiación ultravioleta o tratándola con un agente mutante que se utilice para el tratamiento mutante habitual, tal como la N-metil-N'-nitrosoguanidina (NTG) o el ácido nítrico.
Cultivando un microorganismo de una \gamma-proteobacteria que muestre la capacidad para producir una sustancia diana y modificándolo de forma que la proteína ArcA no funcione normalmente lo cual puede obtenerse tal como se ha descrito anteriormente, en un medio para producir y acumular la sustancia diana en él o en las células, puede producirse la sustancia diana recuperándola a partir de éstos. Según la presente invención, la eficiencia de la producción de la sustancia diana puede mejorarse utilizando una \gamma-proteobacteria que posea las características mencionadas anteriormente. Se estima que el gen arcA se expresa en una cepa salvaje de una \gamma-proteobacteria relacionada con el gen arcA durante el cultivo, e inhibe la expresión de los genes implicados en el ciclo TCA, mientras que en una cepa en la que la proteína ArcA no funciona normalmente, dicha inhibición de la expresión para los genes del ciclo TCA se elimina, y por tanto, puede obtenerse el efecto anterior.
El medio que se utiliza en la presente invención puede consistir en un medio ordinario que contenga una fuente de carbono, fuente de nitrógeno, iones inorgánicos, y otros componentes orgánicos que se necesiten. Como fuente de carbono,pueden utilizarse sacáridos tales como glucosa, sacarosa, lactosa, galactosa, fructosa, arabinosa, maltosa, xilosa, trehalosa, ribosa e hidrolizado de almidón, alcoholes tales como glicerol, manitol y sorbitol, y ácidos orgánicos tales como ácido glucónico, ácido fumárico, ácido cítrico y ácido succínico. Como fuente de nitrógeno, pueden utilizarse sales inorgánicas de amonio tales como sulfato amónico, cloruro amónico y fosfato amónico, nitrógeno orgánico tal como hidrolizado de proteína de soja, gas amoníaco y amoníaco acuoso. Como nutrientes orgánicos en cantidades traza, es deseable añadir al medio, en cantidades apropiadas, sustancias que son necesarias, como vitamina B_{1}, ácidos nucleicos tales como adenina o ARN o extracto de levadura o similares. Otras sustancias distintas a las mencionadas anteriormente, fosfato potásico, sulfato magnésico, iones de hierro, iones de manganeso y similares, se añaden en pequeñas cantidades cuando se requiere.
El cultivo puede realizarse bajo condiciones bien conocidas que se utilizan convencionalmente, dependiendo de la cepa bacteria que se emplee. Por ejemplo, el cultivo se lleva a cabo preferentemente bajo condiciones aeróbicas durante 16-72 horas. La temperatura del cultivo se controla preferentemente entre 30 y 45ºC, y el pH está entre 4,5 y 8. Para el ajuste del pH, pueden utilizarse sustancias inorgánicas u orgánicas, ácidas o alcalinas, así como gas amoníaco.
Para la recuperación de la sustancia diana a partir del medio o de las células, no es necesario ningún procedimiento especial en la presente invención. Es decir, puede realizarse combinando técnicas bien conocidas convencionalmente, tales como los procedimientos que utilizan resinas de intercambio, precipitación y otras técnicas, dependiendo del tipo de la sustancia diana. Además, la sustancia diana acumulada en las células puede recuperarse, después de la fragmentación de las células física o enzimática, a partir del extracto celular o de la fracción de las membranas, dependiendo de la sustancia diana. Además, dependiendo también de la sustancia diana, las células que contienen la sustancia diana, pueden asimismo utilizarse, pues constituyen catalizadores microbianos.
Ejemplos
En adelante, la presente invención se explicará con mayor detalle haciendo referencia a los ejemplos siguientes
Ejemplo 1 Alteración de los genes arcA, dam y fnr de E. coli
La secuencia nucleótida completa del ADN genómico de E. coli, cepa K-12 se ha dilucidado ya (Blattner F.R., Plunkett G., Bloch C.A. et al., Science, 227, 1453-1474 (1997): ftp://ftp.genetics.wisc.edu/pub/sequence/ecolim52.
seq.gz). Basándose en las secuencias nucleótidas conocidas de los genes arcA, dam y fnr, se obtuvieron cepas con genes alterados para cada uno de los arcA, dam y fnr.
En el procedimiento siguiente, se utilizó el Sistema -Genomic-tip (producido por QIAGEN) para la extracción del ADN genómico.
(1) Alteración del gen arcA de E. coli
Los cebadores se sintetizaron basándose en la secuencia nucleótida que se ha informado de arcA, y los fragmentos N y C terminales del gen arcA se amplificaron mediante el procedimiento PCR utilizando el ADN genómico de la cepa MG1655 de E. coli como matriz. Para la PCR se utilizó la Pyrobest ADN polimerasa (producida por Takara Shuzo), y la PCR se llevó a cabo según las instrucciones acompañantes. Los cebadores 1 y 2 se utilizaron como los empleados por PCR para amplificar el fragmento N-terminal, y los cebadores 3 y 4 se utilizaron como los empleados por PCR para amplificar el fragmento C-terminal. El cebador 1 se diseñó para contener un sitio HindIII, y el cebador 4 se diseñó para contener un sitio XbaI.
Cebador 1: cccaagcttaaagccctttacttagctta (secuencia complementaria a los nucléotidos números 5842 a 5501 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000510 de GenBank. a la que se le añadieron ccc y el sitio HindIII en el extremo 5', SEC ID nº:1)
Cebador 2: tccgcgccatctgtcgcttc (secuencia de los nucléotidos números 4851 a 4870 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000510 de GenBank, SEC ID nº:2)
Cebador 3: gaagcgacagatggcgcggaaaagctacaagttcaatggt (secuencia complementaria a los nucléotidos números 4541 a 4560 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000510 de GenBank a la que se le añadió en el extremo 5' una secuencia complementaria a los nucleótidos números 4851 a 4870 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000510 de GenBank, SEC ID nº:3)
Cebador 4: gggtctagaggttgaaaaataaaaacggc (secuencia de los nucléotidos números 4188 a 4207 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000510 de GenBank a la que se le añadió con ggg y el sitio XbaI en el extremo 5', SEC ID nº:4)
Después de PCR, se purificó cada uno de los fragmentos amplificados del ADN, utilizando el equipo de purificación PCR QIA quick (fabricado por QIAGEN). El procedimiento PCR de entrecruzamiento (A.J. Link, D. Phillips, G.M. Church, Journal of Bacteriology, 179, 6228-6237 (1997), se utilizó con el fragmento purificado N-terminal y el fragmento C-terminal del ADN y los cebadores 1 y 4 para obtener un fragmento del arcA alterado. El fragmento purificado del ADN se sometió a digestión con HindIII y XbaI (fabricados por Takara Shuzo), y se sometió a tratamiento con fenol/cloroformo y precipitación etanólica. Este fragmento se unió a un plásmido pMAN997 termosensible (publicación de patente internacional WO99/03988) y se sometió asimismo a digestión con HindIII y XbaI utilizando el equipo Ver.2 de unión del ADN (fabricado por Takara Shuzo).
Las células competentes JM109 (producidas por Takara Shuzo) se transformaron con esta solución de unión y se aplicaron a una placa de agar LB que contenía 25 \mug/ml de ampicilina (fabricada por Sigma) (placa LB + ampicilina). Después de que las células se cultivaron a 30ºC durante un día, las colonias en crecimiento se cultivaron en tubos de ensayo a 30ºC en medio LB que contenía 25 \mug/ml de ampicilina, extrayéndose los plásmidos utilizando un extractor automático de plásmidos PI-50 (fabricado por Kurabo Industries). Los plásmidos obtenidos se sometieron a digestión con HindIII y XbaI y se sometieron a electroforesis en gel de agarosa, designándose el plásmido insertado con el fragmento diana como plásmido pMAN_\DeltaarcA para la alteración arcA. El pMAN997 mencionado anteriormente es un plásmido obtenido intercambiando fragmentos VspI-HindIII de pMAN031 S.(Matsuyama y S.Mizushima, J. Bacteriol., 162,1196 (1985) y pUC19 (producido por Takara Shuzo).
La cepa WC196 de E. coli se transformó con el plásmido pMAN_\DeltaarcA según el procedimiento de C.T. Chung et al., y se seleccionaron las colonias sobre una placa que contenía LB + ampicilina a 30ºC. Los clones seleccionados se cultivaron por la noche a 30ºC como un cultivo líquido, diluyéndose entonces el caldo de cultivo hasta una concentración de 10^{-3} y se sembró en una placa de LB + ampicilina, seleccionándose las colonias a 42ºC. Los clones seleccionados se aplicaron sobre una placa de LB + ampicilina y se cultivaron a 30ºC, suspendiéndose entonces 1/8 de las células de la placa en 2ml de medio LB, y cultivándose a 42ºC durante 4-5 horas con agitación. El caldo de cultivo se diluyó hasta una concentración de 10^{-5} y se aplicó sobre una placa LB, y varios cientos de colonias de entre las obtenidas, se inocularon en una placa LB y en una placa LB + ampicilina para confirmar el crecimiento y de esta forma seleccionar las cepas sensibles a la ampicilina. La PCR de las colonias se llevó a cabo para varias cepas sensibles a la ampicilina, para confirmar la deleción del gen arcA. De esta manera, se obtuvo una cepa WC196\DeltaarcA, cepa con el arcA alterado, derivada de E. coli WC196.
(2) Alteración del gen dam de E. coli
Se obtuvo una cepa con el gen dam alterado a partir de WC196, de la misma manera que en (1).
Los cebadores se sintetizaron basándose en la secuencia nucleótida de la que se ha informado del gen dam y los fragmentos N y C terminales del gen dam se amplificaron mediante el procedimiento PCR utilizando el ADN genómico de la cepa MG1655 de E. coli como matriz. Los cebadores 5 y 6 se utilizaron como los empleados por PCR para amplificar el fragmento N-terminal, y los cebadores 7 y 8 se utilizaron como los empleados por PCR para amplificar el fragmento C-terminal. El cebador 5 se diseñó para contener un sitio HindIII, y el cebador 8 se diseñó para contener un sitio XbaI.
Cebador 5: cccaagcttccgtggtatgtcctggtttc (secuencia complementaria a los nucléotidos números 5150 a 5169 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000414 de GenBank. a la que se añadieron ccc y el sitio HindIII en el extrmo 5', SEC ID nº:5)
Cebador 6: agactgatcaggtcgctatt (secuencia de los nucléotidos números 4741 a 4760 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000414 de GenBank, SEC ID nº:6)
Cebador 7: aatagcgacctgatcagtctgccttatgcaccgctgtctg (secuencia complementaria a los nucléotidos números 4361 a 4380 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000414 de GenBank. a la que se le añadió en el extremo 5' una secuencia complementaria a los nucleótidos números 4741 a 4760 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000414 de GenBank, SEC ID nº:7)
Cebador 8: gggtctagacgtcagattgggaacatagt (secuencia de los nucléotidos números 3931 a 3950 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000414 de GenBank. a la que se le añadió con ggg y el sitio XbaI en el extremo 5', SEC ID nº:8)
Después de PCR, se purificó cada uno de los fragmentos amplificados del ADN, utilizando el equipo de purificación PCR QIA quick (fabricado por QIAGEN). El procedimiento PCR de entrecruzamiento se utilizó con el fragmento purificado N-terminal y el fragmento C-terminal del ADN y los cebadores 5 y 8 para obtener un fragmento dam del tipo deficiente. El procedimiento que se siguió a continuación se llevó a cabo de la misma forma que en (1), para obtener una cepa WC196\Deltadam con dam alterado.
(3) Alteración del gen fnr de E. coli
Se obtuvo una cepa con el gen fnr alterado a partir de WC196, de la misma forma que en (1).
Los cebadores se sintetizaron basándose en la secuencia nucleótida de la que se ha informado del gen fnr y los fragmentos N y C terminales del gen fnr se amplificaron mediante el procedimiento PCR utilizando el ADN genómico de la cepa MG1655 de E. coli como matriz.
Los cebadores 9 y 10 se utilizaron como los empleados por PCR para amplificar el fragmento N-terminal, y los cebadores 11 y 12 se utilizaron como los empleados por PCR para amplificar el fragmento C-terminal. El cebador 9 se diseñó para contener un sitio HindIII, y el cebador 12 se diseñó para contener un sitio XbaI. Se obtuvo una cepa con el gen fnr alterado a partir de WC196, de la misma forma que en (1).
Cebador 9: cccaagcttgcaattgggccgtcctggcg (secuencia complementaria a los nucléotidos números 7981 a 8000 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000231 de GenBank. a la que se le añadieron ccc y el sitio HindIII en el extremo 5', SEC ID nº:9)
Cebador 10: tcaagctgatcaagctcagt (secuencia de los nucléotidos números 7501 a 7520 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000231 de GenBank, SEC ID nº:10)
Cebador 11: caggagttgatcagcttgagaaaaatgccgaggaagctc (secuencia complementaria a los nucléotidos números 7121 a 7140 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000231 de GenBank. a la que se añadió en el extremo 5' una secuencia complementaria a los nucleótidos números 7501 a 7520 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000231 de GenBank, SEC ID nº:11)
Cebador 12: gggtctagattggtcgtcctggttaggat (secuencia de los nucléotidos números 6671 a 6690 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000231 de GenBank. a la que se añadió con ggg y el sitio XbaI en el extremo 5', SEC ID nº:12)
Después de PCR, se purificó cada uno de los fragmentos amplificados del ADN, utilizando el equipo de purificación PCR QIAquick (fabricado por QIAGEN). El procedimiento PCR de entrecruzamiento se utilizó con el fragmento purificado N-terminal y el fragmento C-terminal del ADN y los cebadores 9 y 12 para obtener un fragmento dam del tipo deficiente. El procedimiento que se siguió a continuación se llevó a cabo de la misma forma que en (1), para obtener una cepa WC196\Deltafnr con fnr alterado.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 2 Efecto de la alteración de arcA sobre la producción de L-lisina en la cepa de E. coli
La cepa del gen alterado arcA la cepa WC196\DeltaarcA, la cepa del gen alterado dam, WC19\Deltadam, la cepa del gen alterado fnr, WC196\Deltafnr, y su cepa parental, WC196, se cultivaron, midiéndose su producción de L-lisina.
A continuación se muestran los medios, procedimientos de cultivo y procedimiento analítico.
\vskip1.000000\baselineskip
Medio base: medio E-100
\quad
Concentración final
Glucosa
10 g/l (esterilizado separadamente)
NH_{4}Cl
20 mM
NaHPO_{4}
40 mM
KH_{2}PO_{4}
30 mM
CaCl_{2}
0,01 mM
FeSO_{4}
0,01 mM
MnSO_{4}
0,01 mM
ácido cítrico
5 mM
clorhidrato de tiamina
2 mM (esterilizado separadamente)
casaminoácidos
2,5 g/l (esterilizado separadamente)
MES-NaOH (pH 6,8)
50 mM (esterilizado separadamente)
\vskip1.000000\baselineskip
Procedimiento de cultivo Cultivo de refresco
Se inocularon bacterias que estaban almacenadas
Medio agar LB (se añadieron medicamentos si era necesario), 37ºC, 24 horas
\newpage
Cultivo de siembra
Las bacterias que experimentaron el cultivo de refresco se inocularon en el medio LB en un volumen de 2 ml.
Medio LB (se añadieron medicamentos si eran necesarios), 37ºC, durante la noche.
\vskip1.000000\baselineskip
Cultivo principal
Se inocularon 1/16 de las bacterias presentes en las placas del cultivo de siembra.
Medio E-100 (los medicamentos se añadieron si eran necesarios), 37ºC, 20 ml en un matraz Sagaguchi de 500 ml de volumen.
\vskip1.000000\baselineskip
Procedimiento de análisis
Se tomaron muestras del caldo de cultivo en un volumen de 500 \mul a lo largo del tiempo, midiéndose la concentración de glucosa y la acumulación de L-lisina en el caldo de cultivo. La concentración de glucosa y la acumulación de L-lisina se midieron en el sobrenadante del caldo de cultivo obtenido después de centrifugación a 15.000 rpm durante 5 minutos, diluido hasta una concentración apropiada con agua, utilizando el Analizador Biotech (Sakura Seiki). Los resultados se muestran en la Fig 1.
Como resultado, se observó que la cepa del gen alterado fnr mostraba una acumulación de L-lisina equivalente a la de la cepa de control, y que la cepa del gen alterado dam exhibía una acumulación reducida, cuando se comparaba con la cepa de control. Por otra parte, se reconoció que la acumulación de L-lisina de la cepa con el gen alterado arcA, experimentó una mejoría cuando se comparó con la cepa de control.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 3 Efecto de la alteración de arcA sobre la producción de ácido L-glutámico en la cepa de E. coli
Ya que en el Ejemplo 2 se observó el efecto de mejora en la acumulación de la L-lisina utilizando la alteración del gen arcA, en este ejemplo se examinó el efecto del gen arcA sobre la fermentación del ácido L-glutámico.
Para confirmar el efecto de la deficiencia del gen arcA sobre la producción del ácido L-glutámico en E. coli MG1655, se construyeron la cepa deficiente sucA (MG1655\DeltasucA) derivada de E. coli MG1655 y la cepa doblemente deficiente arcA y sucA derivada de E. coli MG1655 (MG1655\DeltasucA\DeltaarcA).
(1) Alteración del gen sucA de E. coli
Se obtuvo una cepa con el gen sucA alterado a partir de MG1655, de la misma forma que en el Ejemplo 1.
Los cebadores se sintetizaron basándose en la secuencia nucleótida que se ha informado del gen sucA y los fragmentos N y C terminales del gen sucA se amplificaron mediante el procedimiento PCR utilizando el ADN genómico de la cepa MG1655 de E. coli como matriz.
Los cebadores 13 y 14 se utilizaron como los empleados por PCR para amplificar el fragmento N-terminal, y los cebadores 15 y 16 se utilizaron como los empleados por PCR para amplificar el fragmento C-terminal. El cebador 13 se diseñó para contener un sitio HindIII, y el cebador 16 se diseñó para contener un sitio XbaI. Se obtuvo una cepa con el gen sucA alterado a partir de MG1655, de la misma forma que en (1).
Cebador 13: cccaagcttctgcccctgacactaagaca (secuencia de los nucléotidos números 10721 a 10740 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000175 de GenBank. a la que se añadieron ccc y el sitio HindIII en el extremo 5', SEC ID nº:13)
Cebador 14: cgaggtaacgttcaagacct (secuencia complementaria a los nucléotidos números 11501 a 11520 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000175 de GenBank, SEC ID nº:14)
Cebador 15: aggtcttgaacgttacctcgatccataacgggcagggcgc (secuencia de los nucléotidos números 12801 a 12820 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000175 de GenBank. a la que se añadió en el extremo 5' una secuencia de los nucleótidos números 10501 a 11520 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000175 de GenBank, SEC ID nº:15)
Cebador 16: gggtctagaccactttgtcagtttcgatt (secuencia complementaria a los nucléotidos números 13801 a 13820 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000175 de GenBank. a la que se añadió con ggg y el sitio XbaI en el extremo 5', SEC ID nº:16)
Después de PCR, se purificó cada uno de los fragmentos amplificados del ADN, utilizando el equipo de purificación PCR QIAquick (fabricado por QIAGEN). El procedimiento PCR de entrecruzamiento se utilizó con el fragmento purificado N-terminal y el fragmento C-terminal del ADN y los cebadores 13 y 16 para obtener un fragmento sucA del tipo deficiente. El procedimiento que se siguió a continuación se llevó a cabo de la misma forma que en (1), para obtener una cepa MG1655\DeltasucA con sucA alterada.
(2) Preparación de la cepa de E. coli doblemente deficiente en los genes arcA y sucA
De la misma forma que en el Ejemplo 1, el gen arcA de MG1655\DeltasucA fue sometido a una alteración para preparar una cepa doblemente deficiente arcA y sucA (MG1655\DeltasucA\DeltaarcA).
De manera similar, se produjeron la cepa doblemente deficiente sucA y dam (MG1655\DeltasucA\Deltadam) y la cepa doblemente deficiente suca y fnr (MG1655\DeltasucA\Deltafnr).
Para examinar el efecto de la alteración del gen arcA sobre la fermentación del ácido L-glutámico, se cultivaron las cepas doblemente deficientes para los genes, (MG1655\DeltasucA\DeltaarcA) y (MG1655\DeltasucA\Deltadam) y (MG1655\DeltasucA\Delta
fnr), así como la cepa deficiente en el gen sucA, (MG1655\DeltasucA), como control, midiéndose las cantidades de producción del ácido L-glutámico.
A continuación se muestran los medios, procedimientos de cultivo y el procedimiento analítico.
\vskip1.000000\baselineskip
Medio base: medio MS
\quad
Concentración final
Glucosa
40 g/l (esterilizado separadamente)
MgSO_{4}\cdot7H_{2}O
1 g/l (esterilizado separadamente)
(NH)_{42}SO_{4}
16 g/l
KH_{2}PO_{4}
1 g/l
Extracto de levadura
2 g/l
FeSO_{4}
0,01 g/l
MnSO_{4}
0,01 g/l
CaCO_{3}
30 g/l (esterilizado separadamente)
\vskip1.000000\baselineskip
Procedimiento de cultivo Cultivo de refresco
Se inocularon bacterias que estaban almacenadas
Medio agar LB (se añadieron medicamentos si era necesario), 37ºC, 24 horas
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Cultivo de siembra en tubo de ensayo
Las bacterias que experimentaron el cultivo de refresco se inocularon.
Medio LB líquido (se añadieron medicamentos si eran necesarios), 37ºC, 16 horas.
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Cultivo principal
Se inoculó el 10% del medio líquido para el cultivo de siembra.
Medio líquido MS (los medicamentos se añadieron si eran necesarios), 37ºC, 20 ml en un matraz Sakaguchi de 500 ml de volumen.
Procedimiento de análisis
Se tomaron muestras del caldo de cultivo en un volumen de 500 \mul a lo largo del tiempo, midiéndose la concentración de glucosa y la acumulación de ácido L-glutámico en el caldo de cultivo. La concentración de glucosa y la acumulación del ácido L-glutámico se midieron en el sobrenadante del caldo de cultivo obtenido después de centrifugación a 15000 rpm durante 5 minutos, diluido hasta una concentración apropiada con agua, utilizando el Analizador Biotec (Sakura Seiki). La acumulación del ácido L-glutámico y el rendimiento en el lugar donde el sacárido se agotó se muestran en la Tabla 1.
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TABLA 1 Acumulación del ácido L-glutámico y rendimiento de la cepa alterada en sucA y en arcA
1
Como resultado, tanto la acumulación como el rendimiento del ácido glutámico fueron ligeramente inferiores en la cepa con los genes alterados sucA y dam comparada con el control, y fueron comparables a los del control en la cepa con los genes alterados fnr y sucA. Por otra parte, se reconoció que tanto la acumulación como el rendimiento del ácido L-glutámico mejoraron en la cepa con los genes alterados fnr y sucA, cuando se compararon con la cepa de control.
Ejemplo 4 Alteración del gen arcA de Pantoea ananatis <1> Adquisición del gen arcA de Pantoea ananatis (1) Construcción de Pantoea ananatis que produce ácido glutámico bajo condiciones de un pH bajo
ArcA es un regulador global que se presenta universalmente en E. coli y en otras especies relacionadas. Utilizando una bacteria que pertenece al género Pantoea, Pantoea ananatis AJ13601, que está relacionada con E. coli, se obtuvo el gen arcA de Pantoea ananatis basado en una secuencia nucleótida conocida de E. coli arcA. La cepa AJ13601 se obtuvo de la manera siguiente (referencia a la patente EP 1 078 989 A2). La cepa AJ13355 se aisló a partir del suelo en Iwata-shi, Shizuoka, Japón, como una cepa que podía crecer bajo un pH bajo, en un medio que contenía ácido L-glutámico y una fuente de carbono. A partir de la cepa AJ13355, se seleccionó la cepa SC17 como un mutante que producía menos mucosidad y que mostraba un buen crecimiento. La cepa SC17sucA, en la que la \alpha-cetoglutarato deshidrogenasa (\alphaKGDH) está alterada, se construyó a partir de la cepa SC17. En la cepa SC17 se introdujeron el plásmido pSTVCB que contenía un gen de la citrato sintasa (gltA) derivado de Brevibacterium lactofermentum (pSTVCB), y el plásmido RSFCPG que contenía gltA, el gen de la fosfoenolpiruvato carboxilasa (ppc) y el gen de la glutamato deshidrogenasa (gdhA). A partir de los transformantes obtenidos, se seleccionó la cepa AJ13601 como una cepa que presenta un aumento en la resistencia a las concentraciones altas del ácido L-glutámico bajo situaciones de pH bajo. La cepa AJ13601 se ha depositado en el National Institute of Bioscience and Human-Technology, Agency of Industrial Science and Technology (actualmente, la compañía administrativa independiente International Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, código postal: 305-5466, Chuo Dai-6, 1-1 Higashi 1-Chome, Tsukuba-shi, Ibaraki-ken, Japón) el día 18 de agosto de 1999, que se registró con el número FERM P-17516 y entonces, se transfirió a un depósito internacional según las previsiones del tratado de Budapest el 6 de julio de 2000, con el número de registro FERM BP-7207 (referencia a la publicación de patente EP 1 078 989 A2).
(2) Adquisición del gen arcA de Pantoea ananatis AJ13601
El ADN genómico de Pantoea ananatis AJ13601 se extrajo utilizando el Sistema QIAGEN-Genomic-tip (producido por QIAGEN). Utilizando el ADN genómico como matriz y los siguientes oligonucleótidos como cebadores, se obtuvo un fragmento de ADN de 759 pares de bases que contenía el ORF del gen arcA. Para PCR, se utilizó Pyrobest ADN Polimerasa (producida por Takara Shuzo), y el PCR se llevó a cabo según las instrucciones adjuntas. Los cebadores 17 y 18 se utilizaron como cebadores PCR para amplificación. El cebador 17 se diseñó para contener un sitio EcoRI, y el cebador 18 se diseñó para contener un sitio SphI, respectivamente.
Cebador 17: cccgaattccctgtttcgatttagttggc (secuencia complementaria a los nucléotidos números 4980-4999 de la secuencia nucleótida del Registro nº AE000510 de GenBank, a la que se añade el sitio EcoRI en el extremo 5': SEC ID nº:17)
Cebador 18: cccgcatgcgattaatcttccagatcacc (secuencia de los nucléotidos números 4245-4264 de Registro nº
AE000510 de GenBank. a la que se añadió en el extremo 5' un sitio SphI: SEC ID nº:18)
El fragmento obtenido de ADN se insertó en el vector pSTV29 de clonación (producido por Takara Shuzo) en dirección hacia adelante como dirección de transcripción por el gen lacZ utilizando los sitios EcoRI y SphI diseñados en los cebadores para obtener pSTV29_EaarcA. La secuencia nucleótida de la secuencia clonada se muestra en SEC ID nº:19. La secuencia aminoácida deducida codificada por el ORF se muestra en SEC ID nº 20. El ORF obtenido muestra una identidad del 81,2% en la secuencia nucleótida y alrededor del 92,1% en la secuencia minoácida con respecto al gen arcA de E. coli. De este modo, el ORF se considera que codifica ArcA de Pantoea ananatis.
<2> Alteración del gen arcA de Pantoea ananatis
La cepa G106S de Pantoea ananatis se utilizó para construir la cepa de Pantoea ananatis con el gen alterado arcA. Entre los dos plásmidos RSFCPG y pSTVCB, albergados por la cepa AJ13601, la cepa G106S alberga sólo a RSFCPG, suprimiéndose pSTVCB. La cepa con el gen alterado arcA se construyó a partir de la cepa G106S. Entonces, pSTVCB se introdujo en la cepa obtenida con el gen alterado para dar lugar a la cepa de AJ13601 con el gen alterado arcA. El procedimiento se explicará con mayor detalle a continuación.
(1) Construcción de un plásmido para llevar a cabo la transferencia por conjugación con la finalidad de conseguir la alteración del gen arcA
La utilización del cultivo convencional mediante recombinación cromosómica con un plásmido termosensible no es fácil en un procedimiento de recombinación para Pantoea ananatis, debido a las características de Pantoea ananatis que difícilmente puede crecer a 42ºC. Por tanto, en este experimento se utilizó una técnica de recombinación cromosómica utilizando una transferencia por conjugación. Para el procedimiento de transferencia por conjugación, es necesario construir un plásmido que no contenga un origen de replicación (ori) de Pantoea ananatis es decir, un plásmido que no pueda dar lugar a la replicación de Pantoea ananatis. Así, la región oriR6K y mobRP4 se amplificó mediante PCR, utilizando los cebadores 21 y 22, y un plásmido para la transferencia Tn5, pUT (miniTn5-Cm (Lorenzo V., et al., Journal of Bacteriology, 172, 6568 (1990); Herrero M., et al., Journal of Bacteriology, 172, 6557-(1990) como matriz. Además, un fragmento que contenía un sitio de multiclonación y el gen de la resistencia al cloramfenicol se amplificó mediante PCR utilizando los inidicadores 23 y 24, y pHSG399 como matriz. Cada uno de los fragmentos amilificados obtenidos se sometió a digestión con BglII (fabricado por Takara Shuzo), y los fragmentos se unieron con el Equipo de Unión del ADN ver.2 (fabricado por Takara Shuzo).
Entonces, la cepa S17-1 \lambdapir de E. coli (R.Simon., et al., BIO/TECHNOLOGY NOVIEMBRE 1983, 784-791 (1983), se transformó con la mezcla de unión, y se aplicó sobre una placa de agar LB que contenía 30 \mug/ml de cloramfenicol. Después de cultivo durante un día a 37ºC, aparecieron colonias que se cultivaron en tubos de ensayo a 37ºC en medio LB, que contenía 30 \mug/ml de cloramfenicol. Los plásmidos se obtuvieron a partir de cada uno de los cultivos, utilizando un Equipo QIAprep de columna Mini Spin (fabricado por QiAGEN). Los plásmidos obtenidos se sometieron a digestión con BglII, y un plásmido que poseía un único sitio de reconocimiento BglII se designó como el plásmido para la transferencia por conjugación, pUT399Cm.
Cebador 21: tcatagatcttttagattgatttatggtgc (SEC ID nº: 21)
Cebador 22: ccacagatctaattcccatgtcagccgtta (SEC ID nº: 22)
Cebador 23: ataaagatctgtgtccctgttgataccggg (SEC ID nº: 23)
Cebador 24: ggggagatcttgcaaggcgattaagttggg (SEC ID nº: 24)
\vskip1.000000\baselineskip
Entonces, se introdujo un gen de resistencia a la kanamicina en pUT399Cm y se suprimió el gen de resistencia al cloramfenicol del plásmido según el procedimiento que sigue. El gen de resistencia a la kanamicina se amplificó mediante PCR utilizando los cebadores 25 y 26, y pMW 219 (fabricado por Nippon Gene) como matriz. Para PCR, se utilizó la Pyrobest ADN Polimerasa (fabricado por Takara Shuzo), y dicha PCR se llevó a cabo según las instrucciones adjuntas. Cada uno de los cebadores 25 y 26 se añadió con el sitio BglII en el extremo 5'. El fragmento obtenido de ADN, y pUT399, se sometieron a digestión con BglII (fabricado por Takara Shuzo) y se unieron con el Equipo de unión del ADN ver.2 (fabricado por Takara Shuzo). Entonces, la cepa S17-1\lambdapir de E. coli (R.Simon., et al., BIO/TECHNOLOGY NOVIEMBRE 1983, 784-791 (1983), se transformó con la mezcla de unión, y se aplicó sobre una placa de agar LB que contenía 25 \mug/ml de kanamicina (placa de LB + kanamicina). Después de cultivo durante un día a 37ºC, aparecieron colonias que se cultivaron en tubos de ensayo a 37ºC con medio LB, que contenía 25 \mug/ml de kanamicina. Los plásmidos se obtuvieron a partir de cada uno de los cultivos, utilizando un Equipo QIAprep de columna Mini Spin (fabricado por QiAGEN). Los plásmidos obtenidos se sometieron a digestión con BglII, y a electroforesis en gel de agarosa, y el plásmido insertado con el fragmento diana, se designó como el plásmido pUT399CmKm.
Cebador 25: cccagatctagttttcgccccgaagaacg (SEC ID nº:25)
Cebador 26: cccagatctccagagtcccgctcagaaga (SEC ID nº 26)
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Entonces, el gen de resistencia al cloramfenicol se suprimió del pUT399CmKm tal como se describe a continuación. pUT399CmKm se sometió a digestión con HindIII (fabricado por Takara Shuzo) y se unió con el Equipo de Unión de ADN ver.2 (fabricado por Takara Shuzo). La cepa S17-1\lambdapir de E. coli (R.Simon., et al., BIO/
TECHNOLOGY NOVIEMBRE 1983, 784-791 (1983), se transformó con la mezcla de unión, y se aplicó sobre una placa de agar LB que contenía 25 \mug/ml de kanamicina (placa de LB + kanamicina). Después de cultivo durante un día a 37ºC, aparecieron colonias que se cultivaron en la placa de LB agar que contenía 25 \mug/ml de kanamicina y en la placa de agar que contenía 30 \mug/ml de cloramfenicol (fabricada por Sigma) a 37ºC y una cepa que era sensible al cloramfenicol. La cepa se cultivó en medio LB que contenía 25 \mug/ml de kanamicina durante un día a 37ºC y el plásmido se obtuvo a partir del cultivo utilizando el Equipo QIAprep de columna Mini Spin (fabricado por QiAGEN). Los plásmidos obtenidos se denominaron pUT399km.
Los cebadores se prepararon basándose en la secuencia nucleótida del gen arcA obtenido en el <1> anterior, y los fragmentos N y C terminales del gen arcA se amplificaron utilizando los cebadores y pSTVV29_EaarcA como matriz. Para la PCR se utilizó la Pyrobest ADN polimerasa (fabricada por Takara Shuzo), y la PCR se llevó a cabo según las instrucciones acompañantes. Los cebadores 27 y 28 se utilizaron como los empleados por PCR para amplificar el fragmento N-terminal, y los cebadores 29 y 30 se utilizaron como los empleados por PCR para amplificar el fragmento C-terminal. El cebador 27 se diseñó para contener un sitio EcoRI, y el cebador 30 se diseñó para contener un sitio SphI, respectivamente.
Cebador 27: cccgaattcgcgaccgatggtgcagagat (SEC ID nº 27)
Cebador 28: aaggcaaattcatggtgcgc (SEC ID nº: 28)
Cebador 29: gcgcaccatgaatttgccttacccaatgaagagctgcgcc (SEC ID nº: 29)
Cebador 30: cccgcatgcaccttcgccgtgaatggtgg (SEC ID nº: 30)
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Después de PCR, se purificó cada uno de los fragmentos amplificados del ADN, utilizando el equipo de purificación PCR QIAquick (fabricado por QIAGEN). El procedimiento PCR de entrecruzamiento (A.J. Link, D. Philips, GM. Church, Journal of Bacteriology, 179, 6228-6237 (1997)) se utilizó con el fragmento purificado N-terminal y el fragmento C-terminal del ADN y los cebadores 27 y 30 para obtener un fragmento arcA alterado.
El fragmento purificado del ADN se sometió a digestión con EcoRI y SphI fabricados por Takara Shuzo), y se sometió a tratamiento con fenol/cloroformo y precipitación etanólica. Este fragmento se unió a un plásmido pUT399Km que se sometió asimismo a digestión con EcoRI y SphI utilizando el equipo Ver.2 de unión del ADN (fabricado por Takara Shuzo). La cepa S17-1\lambdapir de E. coli (R. Simon., et al., BIO/TECHNOLOGY NOVIEMBRE 1983, 784-791 (1983), se transformó con la mezcla de unión, y se aplicó sobre una placa de agar LB que contenía 25 \mug/ml de kanamicina. Después de cultivo durante un día a 37ºC, aparecieron colonias que se cultivaron en medio LB que contenía 25 \mug/ml de kanamicina en tubos de ensayo a 37ºC. Los plásmidos se obtuvieron a partir de cada uno de los cultivos, utilizando un Equipo QIAprep de columna Mini Spin (fabricado por QiAGEN). Los plásmidos obtenidos se sometieron a digestión con EcoI y SphI y se sometieron a electroforesis en gel de agarosa El plásmido inserto con el fragmento diana se denominó como plásmido pUT399Km_\DeltaarcA para la alteración de arcA.
(2) Alteración del gen arcA de Pantoea ananatis mediante transferencia de conjugación
Se llevó a cabo la alteración génica utilizando el procedimiento de recombinación homóloga con el pUT399Km_
\DeltaarcA anteriormente mencionado. La cepa G106S se utilizó como una cepa donadora del plásmido El rastreo se llevó a cabo con un medio que comprendía 5g/l de glucosa (fabricado por Junsei Kagaku), 5 g/l de extracto de levadura (fabricado por Difco), 10 g/l de Triptófano-peptona (Difco), 10 g/l de NaCl (Junsei Kagaku), 6 g /l de Na_{2}HPO_{4}, 3 g/l de KH_{2}PO_{4}, 1g/l de NH_{4}Cl y 1,5 g/l de CaCl_{2}.2H_{2}O (al que se hará referencia en adelante como "medio LBG-M9), al que se le añadieron 25 \mug/ml de tetraciclina, 25 \mug/ml de kanamicina y agar (al que se hará referencia en adelante como placa "LBG-M9+Tet+Km) Sobre el medio de agar, la cepa G106S, a la cual se incorporó pUT399Km_\DeltaarcA en su cromosoma, puede seleccionarse como una cepa de recombinación única, es decir, la cepa con el gen arcA alterado, ya que el plásmido derivado de pUT399 no puede replicarse en Pantoea ananatis tal como se ha descrito anteriormente. La cepa S17-1\lambdapir de E. coli (R.Simon., et al., BIO/TECHNOLOGY NOVIEMBRE 1983, 784-791 (1983), se transformó con, pUT399Km_\DeltaarcA y se aplicó sobre una placa de agar LB que contenía 25 \mug/ml de kanamicina. Después del cultivo, el transformante obtenido, E. coli S17-1\lambdapir/pUT399Km_\DeltaarcA, se cultivó en medio LBG-M9 que contenía 25 \mug/ml de tetraciclina durante un día a 34ºC Cada uno de los medios de cultivo se centrifugó y respectivamente se obtuvieron células que se suspendieron en 50 \mul de medio LB. 25 \mugl de cada suspensión se mezclaron y cultivaron en medio LBG-M9 agar durante una hora a temperatura ambiente. A continuación, el cultivo se continuó durante 3 horas a 34ºC para provocar la transferencia por conjugación. Entonces, las células cultivadas diluidas hasta concentraciones de 10^{-1}, 10^{-2} ó 10^{-3} , se aplicaron a la placa LBG-M9+Tet+Km, seleccionándose las cepas resistentes a la tetraciclina y a la kanamicina. Se llevó a cabo la PCR colonial para algunas cepas entre las seleccionadas para confirmar la deleción del gen arcA. De este modo, se obtuvo la cepa con el gen arcA alterado derivada de G106S, G106S\DeltaarcA.
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(3) Introducción de pSTVCB en G106S\DeltaarcA y producción de ácido L-glutámico
La cepa G106S\DeltaarcA se transformó con pSTVCB. El transformante obtenido G106S\DeltaarcA/pSTVCB es equivalente a la cepa con el gen alterado arcA del AJ13601 (AJ13601\DeltaarcA) mencionado anteriormente. La cepa G106S\DeltaarcA/
pSTVCB y la cepa AJ13601 como control, se cultivaron, y se midieron las cantidades que produjeron de ácido L-glutámico, respectivamente.
A continuación se muestran los medios, procedimientos de cultivo y el procedimiento analítico.
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Medio de evaluación para el ácido L-glutámico
\quad
Concentración final
Sacarosa
30 g/l (esterilizado separadamente)
MgSO_{4 \cdot}7H_{2}O
0,5 g/l (esterilizado separadamente)
(NH_{4})_{2}SO_{4}
20 g/l
KH_{2}PO_{4}
2 g/l
Extracto de levadura
2 g/l
FeSO_{4}
0,02 g/l
MnSO_{4}
0,02 g/l
Lisina
0,2 g/l
Metionina
0,2 g/l
Diaminopimelato
0,2 g/l
pH
7,0 (KOH)
CaCO_{3}
20 g/l (esterilizado separadamente)
\vskip1.000000\baselineskip
Procedimiento de cultivo Cultivo de siembra en tubo de ensayo
Se inocularon bacterias que estaban almacenadas
Medio agar LBG-M9 (se añadieron medicamentos si era necesario), 34ºC, 24 horas
\vskip1.000000\baselineskip
Cultivo de siembra en tubo de ensayo
Las bacterias que experimentaron el cultivo de refresco se inocularon.
Medio LB líquido (se añadieron medicamentos si eran necesarios), 37ºC, 16 horas.
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Cultivo principal
Se inocularon tres asas de platino del cultivo de siembra.
Medio base (se añadieron medicamentos si eran necesarios), 34ºC, 24 horas.
5 ml por tubo de ensayo.
\vskip1.000000\baselineskip
Procedimiento de análisis
Se tomaron muestras del caldo de cultivo en un volumen de 400 \mul a lo largo del tiempo, midiéndose la concentración de sacarosa y la acumulación de ácido L-glutámico en el caldo de cultivo. La concentración de sacarosa y la acumulación del ácido L-glutámico se midieron en el sobrenadante del caldo de cultivo obtenido después de centrifugación a 15.000 rpm durante 5 minutos, que se diluyó hasta una concentración apropiada con agua, utilizando el Analizador Biotech (Sakura Seiki). La acumulación del ácido L-glutámico y el rendimiento en el lugar en el que el sacárido se agotó se muestran en la Tabla 2.
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TABLA 2 Acumulación del ácido L-glutámico y rendimiento de la cepa alterada en arcA
2
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Como resultado, se reconoció que tanto la acumulación como el rendimiento del ácido glutámico mejoraron en la cepa con el gen alterado arcA cuando se compararon con la cepa de control.
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Ejemplo 5 Efecto de la alteración de arcA sobre la producción de L-arginina en la cepa de E. coli
En el Ejemplo anterior 2, se reconoció que tanto la acumulación como el rendimiento del ácido L-glutámico mejoraron en la cepa con los genes arcA y sucA alterados, cuando se comparó con la de control, la cepa alterada sucA.
Entonces, se investigó el efecto sobre la producción de L-arginina utilizando ácido glutámico como substrato. Se utilizó la cepa 237 de E. coli como cepa productora de L-arginina. La cepa 237 se depositó en el Russian National Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) el 10 de abril de 2000, con el número de registro de VKPM B-7925, y entonces, el depósito se transfirió al depósito internacional bajo las provisiones del Tratado de Budapest el 18 de mayo de 2001.
\vskip1.000000\baselineskip
(1) Construcción de la cepa con el gen alterado arcA de la cepa 237 de E. coli
Se alteró un gen arcA de la cepa 237 para preparar una cepa con el gen arcA alterado, 237\DeltaarcA, de la misma manera que en el Ejemplo 1.
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(2) Producción de L-arginina
Para evaluar el efecto de la alteración del gen arcA sobre la fermentación de la L-arginina, se cultivaron 237\DeltaarcA, cepa con el gen arcA alterado de 237, y la cepa 237 como control, midiéndose las cantidades de la producción de L-arginina.
A continuación se muestran los medios, procedimientos de cultivo y el procedimiento analítico.
\newpage
Medio de evaluación para la L-arginina
\quad
Concentración final
Glucosa
60 g/l (esterilizado separadamente)
MgSO_{4}\cdot7H_{2}O
1 g/l (esterilizado separadamente)
(NH_{4})_{2}SO_{4}
25 g/l
KH_{2}PO_{4}
2 g/l
Extracto de levadura
5 g/l
Tiamina
0,1 mg/l
pH
7,2
CaCO_{3}
25 g/l (esterilizado separadamente)
\vskip1.000000\baselineskip
Procedimiento de cultivo Cultivo de siembra en tubo de ensayo
Se inocularon bacterias que estaban almacenadas
Medio agar LB (se añadieron medicamentos si era necesario), 32ºC, 24 horas
\vskip1.000000\baselineskip
Cultivo principal
Se inoculó un asa de platino del cultivo de siembra.
Medio de evaluación para la arginina (se añadieron medicamentos si eran necesarios), 32ºC, 3 días
2 ml por tubo de ensayo.
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Procedimiento de análisis
Se tomaron muestras del caldo de cultivo en un volumen de 500 \mul a lo largo del tiempo, midiéndose la concentración de glucosa y la acumulación de L-arginina en el caldo de cultivo. La concentración de glucosa y la acumulación de L-arginina se midieron en el sobrenadante del caldo de cultivo obtenido después de centrifugación a 15.000 rpm durante 5 minutos, que se diluyó hasta una concentración apropiada con agua, utilizando el Analizador Biotech (Sakura Seiki) y el Analizador de Aminoácidos L-8500 (HITACHI Keisokuki service). La acumulación de L-arginina y el rendimiento en el lugar en el que el sacárido se agotó se muestran en la Tabla 3.
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TABLA 3 Acumulación de L-arginina y rendimiento de la cepa alterada arcA
3
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Se reconoció que tanto la acumulación como el rendimiento de la L-arginina mejoraron en la cepa con el gen alterado arcA cuando se compararon con la cepa de control.
<110> Ajinomoto Co., Inc.
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\vskip0.400000\baselineskip
<120> Procedimiento para producir una sustancia diana por fermentación utilizando una cepa bacteriana que carece del gen ArcA
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<130> EP-A-63215
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<150> JP 2002-203764
\vskip0.400000\baselineskip
<151> 2002-07-12
\vskip1.000000\baselineskip
<1600> 32
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<170> PatentIn Ver. 2.0
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 1
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 29
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen arcA de E. coli
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 1
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
cccaagctta aagcccttta cttagctta
\hfill
29
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 2
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<211> 20
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen arcA de E. coli
\vskip1.000000\baselineskip
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<400> 2
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
tccgcgccat ctgtcgcttc
\hfill
20
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 3
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<211> 40
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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\vskip0.400000\baselineskip
<220>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para secuenciar el gen arcA de E. coli
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<400> 3
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\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
gaagcgacag atggcgcgga aaagctacaa gttcaatggt
\hfill
40
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 4
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<211> 29
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para secuenciar el gen arcA de E. coli
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gggtctagag gttgaaaaat aaaaacggc
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<210> 5
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<211> 29
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen dam de E. coli
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cccaagcttc cgtggtatgt cctggtttc
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29
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen dam de E. coli
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agactgatca ggtcgctatt
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para secuenciar el gen dam de E. coli
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen dam de E. coli
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gggtctagac gtcagattgg gaacatagt
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen fnr de E. coli
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen fnr de E. coli
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tcaagctgat caagctcatg
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen fnr de E. coli
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caggagttga tcagcttgag aaaaatgccg aggaacgtc
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen fnr de E. coli
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gggtctagat tggtcgtcct ggttaggat
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<211> 29
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen sucA de E. coli
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cccaagcttc tgcccctgac actaagaca
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen sucA de E. coli
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cgaggtaacg ttcaagacct
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen sucA de E. coli
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aggtcttgaa cgttacctcg atccataacg ggcagggcgc
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen sucA de E. coli
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gggtctagac cactttgtca gtttcgatt
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen arcA Pantoea ananatis
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cccgaattcc ctgtttcgat ttagttggc
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<211> 29
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen arcA Pantoea ananatis
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<400> 18
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cccgcatgcg attaatcttc cagatcacc
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29
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\vskip0.400000\baselineskip
<210> 19
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 759
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Pantoea ananatis
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\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> CDS
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<222> (41)..(757)
\newpage
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<400> 19
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4
5
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<210> 20
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 238
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<212> PRT
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<213> Pantoea ananalis
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6
7
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<210> 21
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 30
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen ori6K y mobRP4
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 21
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
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tcatagatct tttagattga tttatggtgc
\hfill
30
\vskip1.000000\baselineskip
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<210> 22
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 30
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen ori6K y mobRP4
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<400> 22
\vskip1.000000\baselineskip
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ccacagatct aattcccatg tcagccgtta
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30
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<210> 23
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 30
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen de resistencia al cloramfenicol
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 23
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
ataaagatct gtgtccctgt tgataccggg
\hfill
30
\vskip1.000000\baselineskip
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<210> 24
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 30
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen de resistencia al cloramfenicol
\vskip1.000000\baselineskip
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<400> 24
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
ggggagatct tgcaaggcga ttaagttggg
\hfill
30
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 29
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<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen de resistencia a la kanamicina
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 25
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
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cccagatcta gttttcgccc cgaagaacg
\hfill
29
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\vskip0.400000\baselineskip
<211> 29
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<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen de resistencia a la kanamicina
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 26
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
cccagatctc cagagtcccg ctcagaaga
\hfill
29
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<210> 27
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<211> 29
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
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<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen arcA Pantoea ananatis
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 27
\vskip1.000000\baselineskip
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\hskip-.1em\dddseqskip
cccgaattcg cgaccgatgg tgcagagat
\hfill
29
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 28
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 20
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen arcA Pantoea ananatis
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 28
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
aaggcaaatt catggtgcgc
\hfill
20
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 29
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 29
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen arcA Pantoea ananatis
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 29
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
gcgcaccatg aatttgcctt acccaatgaa gagcgtcgcc
\hfill
40
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 30
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 29
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Secuencia artificial
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Descripción de secuencia artificial: cebador para amplificar el gen arcA Pantoea ananatis
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 30
\vskip1.000000\baselineskip
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\hskip-.1em\dddseqskip
cccgcatgca ccttcgccgt gaatggtgg
\hfill
29
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 31
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 927
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Escherichia coli
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> CDS
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (101)..(817)
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 31
\vskip1.000000\baselineskip
8
9
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 32
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 238
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Escherichia coli
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 32
\vskip1.000000\baselineskip
10
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Claims (4)

1. Procedimiento para producir una sustancia diana seleccionada de entre el grupo constituido por L-lisina, L-treonina, L-isoleucina, ácido L-glutámico, L-glutamina, L-arginina, L-homoserina y ácido succínico, que comprende el cultivo de una \gamma-proteobacteria en un medio bajo condiciones aeróbicas para producir y acumular la sustancia diana en el medio o las células, y recuperar la sustancia diana a partir del medio o de las células, en el que la \gamma-proteobacteria que presenta la capacidad de producir la sustancia diana es modificada, de manera que la producción de la proteína ArcA es reducida o eliminada, y en el que la proteína ArcA es la siguiente (A) o (AB):
(A) una proteína que presenta la secuencia aminoácida de SEC ID nº 32;
(B) una proteína que presenta la secuencia aminoácida de SEC ID nº 32, que comprende la sustitución, deleción, inserción o adición de 1 a 20 aminoácidos y que mejora la capacidad de la \gamma-protobacteria de producir la sustancia diana cuando la producción de la proteína es reducida o eliminada en la \gamma-proteobacteria comparada con una cepa de tipo salvaje o una cepa no modificada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la proteína ArcA que se define en (B), es una proteína que presenta un 90% o más de homología con la secuencia aminoácida de SEC ID nº 32 y que mejora la capacidad de la \gamma-proteobacteria para producir la sustancia diana cuando la producción de la proteína es reducida o eliminada en la \gamma-proteobacteria comparada con una cepa de tipo salvaje o no modificada.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que la producción de la proteína ArcA es reducida o eliminada mediante la alteración de un gen arcA en un cromosoma, y en el que el gen arcA es de ADN definido en (a) o (b) a continuación:
(a) ADN que contiene la secuencia nucleótida de los nucleótidos números 101 a 817 de la SEC ID nº 31;
(b) ADN que puede hidridizarse con la secuencia nucleótida de los nucleótidos números 101 a 817 de la SEC ID nº: 31 o una sonda que puede obtenerse a partir de la secuencia nucleótida bajo condiciones de rigurosidad y que codifica una proteína que mejora la capacidad de la \gamma-proteobacteria de producir la sustancia diana cuando la producción de la proteína es reducida o eliminada, comparada con una cepa de tipo salvaje o no modificada, en la que dichas condiciones son 1 x SSC, SDS al 0,1%, a 60ºC.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 anteriores, en el que dicha \gamma-proteobacteria es una bacteria que pertenece al género Escherichia o Pantoea.
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