ES2314076T3 - Bacterias corineformes que producen los compuestos quimicos ii. - Google Patents

Bacterias corineformes que producen los compuestos quimicos ii. Download PDF

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Abstract

Bacterias corineformes con alta estabilidad que producen un L-aminoácido seleccionado a partir del grupo que consiste de L-lisina, L-metionina, L-treonina y L-valina donde estas bacterias comprenden al menos dos copias de un gen donde dichas copias están presentes en el sitio natural en dicha bacteria en rearreglo tandem y pertenecen a los genes requeridos para la producción de dichos L-aminoácidos y donde dichos genes son seleccionados del grupo que consiste de: a) para la producción de L-lisina: uno o más de los genes seleccionados a partir del grupo que consiste de (Ver secuencia) b) para la producción de L-metionina: uno o más de los genes seleccionados a partir del grupo que consiste de (Ver secuencia) c) para la producción de L-treonina: uno o más de los genes seleccionados a partir del grupo que consiste de (Ver secuencia) d) para la producción de L-valina: uno o más de los genes seleccionados a partir del grupo que consiste de (Ver secuencia) donde dichas bacterias son obtenidas por transformación usando vectores que no se replican en bacterias corineformes y que portan dos copias de dichos genes en rearreglo tandem, y donde de 0 a 24 residuos de nucleótidos de secuencias del vector usado permanecen en los flancos de dichos genes.

Description

Bacterias corineformes que producen los compuestos químicos II.
Arte anterior
Los compuestos químicos, los cuales significan, en particular, L-aminoácidos, vitaminas, nucleósidos y nucleótidos y D-aminoácidos, son usados en la medicina humana, en la industria farmacéutica, en cosméticos, en la industria de productos alimenticios y en la nutrición animal.
Numerosos L-aminoácidos son preparados por fermentación a partir de cepas de bacterias corineformes, en particular Corynebacterium glutamicum. Debido a su gran importancia, se emprenden trabajos constantemente para mejorar los procesos de preparación. Las mejoras a los procesos pueden relacionarse con las medidas de fermentación, tales como, por ejemplo, agitación y suministro de oxígeno, o la composición de los medios de nutrición, tales como, por ejemplo, la concentración de azúcar durante la fermentación, o la preparación de la forma de producto, por ejemplo, por cromatografía de intercambio iónico, o las propiedades de rendimiento intrínsecas del propio
microorganismo.
Los métodos de mutagénesis, selección y selección de mutantes son usados para mejorar las propiedades de rendimientos de estos microorganismos. Cepas que son resistentes a los antimetabolitos o son autotróficas para metabolitos de importancia regulatoria y que producen compuestos particulares son obtenidas de esta manera.
Los métodos de la técnica de ADN recombinante han sido empleados por algunos años para mejorar la cepa de las cepas de Corynebacterium, amplificando los genes de biosíntesis individual e investigando el efecto en la
producción.
Un método común comprende la amplificación de ciertos genes de biosíntesis en el microorganismo particular por medio de plásmidos replicándose episomalmente. Este procedimiento tiene la desventaja de que durante la fermentación, que en los procesos industrial está en general asociada con numerosas generaciones, los plásmidos se pierden espontáneamente (inestabilidad segregacional).
Schlegel: "Allgemeine Mikrobiologie" 1981, Thieme Verlag, Stuttgart, es un extracto de un libro de texto, que divulga métodos de selección y métodos para detectar diferentes tipos de mutaciones.
Günter Kahl: "The dictionary of gen technology" 2001, Wiley-VCH, Weinheim, proporciona una definición de direccionamiento génico y direccionamiento génico dirigido al sitio.
Otro método comprende duplicar ciertos genes de biosíntesis por medio de plásmidos que no se replican en el microorganismo particular. En este método, el plásmido, que incluye el gen de biosíntesis clonado, es integrado dentro del gen de biosínteis cromosomal del microorganismo (Reinscheid y otros., Applied and Environmental Microbiology 60(1), 126-132 (1994); Jetten y otros., Applied Microbiology and Biotechnology 43 (1):76-82 (1995).
Reinsched divulga un vector y un método para introducir el operon hom-1-thrB de Corynebacterium glutamicum, que codifica una homoserina dehidrogenasa resistente a la inhibición de retroalimentación por L-treonina y homoserina quinasa. Se muestra que algunas copias de dicho operón pueden integrarse en el cromosoma y que con el aumento del número de copias la producción de treonina aumenta. Además, se muestra que el C. glutamicum recombinante es estable para más de 70 generaciones cuando crece en un medio sin kanamicina.
Una desventaja de este método es que la secuencia nucleotídica del plásmido y del gen de resistencia al antibiótico necesario para la selección permanece en el microorganismo. Esto es una desventaja, por ejemplo, para la disposición y utilización de la biomasa. Además, el experto espera que tales cepas sean inestables como resultado de la desintegración por "entrecruzamiento tipo Campbell" en un correspondiente número de generaciones tales como son usuales en las fermentaciones industriales.
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Objeto de la invención
Los inventores tenían el objeto de proveer nuevas medidas para la preparación fermentativa mejorada de L-aminoácidos seleccionados a partir del grupo que consiste de L-lisina, L-metionina, L-treonina y L-valina usando bacterias corineformes.
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Resumen de la invención
La descripción proporciona bacterias corineformes, en particular del género Corynebacterium, que producen uno o más compuestos químicos deseados, caracterizados porque
\newpage
a)
en lugar de una copia singular de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo naturalmente presente en el sitio particular deseado (locus), éstos tienen al menos dos copias de dicho marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo, preferiblemente en rearreglo tandem, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en el sitio particular, y porque éstos
b)
opcionalmente tienen al menos una tercera copia de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo en cuestión en un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presentes en un sitio de gen adicional.
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La invención proporciona microorganismos como es descrito en las reivindicaciones de 1 a 13.
La descripción también proporciona procesos para la preparación de uno o más compuestos químicos, que comprende los siguientes pasos:
a)
fermentación de bacterias corineformes, en particular del género Corinebacterium, que
i)
en lugar de una copia singular de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo naturalmente presente en el sitio particular deseado (locus), tienen al menos dos copias de dicho marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo, preferiblemente en reareglo tandem, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en el sitio particular, y porque éstas
ii)
opcionalmente tienen al menos una tercera copia de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo en un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presentes en el sitio de gen adicional,
\quad
bajo condiciones que permiten la expresión de dichos marcos de lectura abiertos (ORFs), genes o alelos,
b)
concentración del compuesto(s) químico(s) en el caldo de fermentación y/o en las células de la bacteria,
c)
aislamiento del compuesto(s) químico(s), opcionalmente
d)
con constituyentes a partir del caldo de fermentación y/o la biomasa a la extensión de > (mayor que) 0 a 100%.
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La invención proporciona un proceso para la preparación de L-aminoácidos, seleccionados a partir del grupo que consiste de L-lisina, L-metionina, L-treonina y L-valina como es descrito en las reivindicaciones 14 a 16.
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Descripción detallada de la invención
Los compuestos químicos son entendidos, como una definición de aminoácido. Las rutas de biosíntesis de estos compuestos son conocidos y están disponibles en el arte anterior.
Aminoácidos define L-aminoácidos, seleccionados a partir del grupo que consiste de L-treonina, L-valina, L-metionina, L-lisina, y sales de los mismos. L-Lisina es muy particularmente preferida.
Aminoácidos proteinogénicos son entendidos como una definición de los aminoácidos que tienen lugar en las proteínas naturales, es decir en las proteínas de microorganismos, plantas, animales y humanos.
Las bacterias corineformes son, en particular, aquellas del género Corynebacterium. Del género Corynebacterium, son preferidas las especies Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium ammoniagenes y Corynebacterium thermoaminogenes. La información en la clasificación taxonómica de las cepas de este grupo de bacterias será encontrada, entre otros, en Kämpfer y Kroppenstedt (Canadian Journal of Microbiology 42, 989-1005 (1996)) y en US-A-5, 250,434.
\newpage
Las cepas apropiadas de las especies Corynebacterium glutamicum (C. glutamicum) son, en particular, las conocidas cepas tipo-salvaje
1
y mutantes o cepas, tal como son conocidas a partir del arte anterior, producidas más adelante que producen dichos aminoácidos.
Cepas apropiadas de las especies Corynebacterium ammoniagenes (C. ammoniagenes) son, en particular, las conocidas cepas tipo-salvajes
2
y mutantes o cepas, tal como son conocidas a partir del arte anterior, producidas más adelante que producen dichos aminoácidos.
Cepas apropiadas de las especies Corynebacterium thermoaminogenes (C. thermoaminogenes) son, en particular, las conocidas cepas tipo-salvajes
3
y mutantes o cepas, tal como son conocidas a partir del arte anterior, producidas más adelante que producen dichos aminoácidos.
Cepas con la designación "ATCC" pueden ser obtenidas a partir de la Colección Americana de Cultivo Celular (Manassas, VA, USA). Cepas con la designación "FERM" pueden ser obtenidas del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST Tsukuba Central 6, 1-1-1 Higashi, Tsukuba Ibaraki, Japón). Las cepas de Corynebacterium thermoaminogenes mencionadas (FERM BP-1539, FERM BP-1540, FERM BP-1541 y FERM BP-1542) son descritas en US-A 5,250,434.
Marco de lectura abierto (ORF) describe una sección de una secuencia nucleotídica que codifica o puede codificar para una proteína o polipéptido o ácido ribonucleico para el que ninguna función puede ser asignada de acuerdo al arte anterior.
Después de la asignación de una función a la secuencia nucleotídica en cuestión, esta es en general denominada un gen.
Los alelos son en general entendidos que significan formas alternativas de un gen dado. Las formas son distinguidas por diferencias en la secuencia nucleotídica.
En el contexto de la presente invención, endógeno, es decir especie-característica, los genes son preferiblemente usados. Estos se entienden como una definición de los genes o secuencias nucleotídicas de los mismos presentes en la población de una especie, tal como, por ejemplo, Corynebacterium glutamicum.
Una "copia singular de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo naturalmente presente en un sitio particular deseado (locus)" se entiende como una definición de las circunstancias en que en un gen en general naturalmente tiene lugar una (1) copia en la forma de su secuencia nucleotídica en su sitio o sitio de gen en el correspondiente organismo tipo-salvaje o correspondiente organismo parental u organismo de partida. Este sitio es preferiblemente en el cromosoma.
De esta manera, por ejemplo, el gen lysC o un alelo lysC^{FBR} que codifica para una aspartato kinasa resistente a la "retroalimentación" está presente en una copia en el sitio lysC o locus lysC o sitio de gen lysC y está flanqueado por el marco de lectura abierto orfX y el leuA en un lado y por el gen asd en el otro lado.
Aspartatoquinasas resistentes a la "retroalimentación" son entendidas como que significan aspartato quinasas que, comparadas con la forma tipo-salvaje, tienen una baja sensibilidad para la inhibición por mezclas de lisina y treonina o mezclas de AEC (aminoetilcisteína) y treonina o lisina solo o AEC solo. Las cepas que producen L-lisina típicamente contienen tales aspartatoquinasas resistentes o desensibilizadas a la "retroalimentación".
La secuencia nucleotídica del cromosoma de Corynebacterium glutamicum es conocido y puede ser encontrado en la solicitud de patentes EP-A-1108790 y Número de Acceso (Acceso No.) AX114121 del banco de datos de secuencias nucleotídicas de los European Molecular Biologies Laboratories (EMBL, Heildelberg, Alemania y Cambridge, UK). La secuencia nucleotídica de orfX, el gen leuA y el gen asd tienen los Números de Acceso AX120364 (orfX), AX123517 (leuA) y AX123519 (asd).
Bancos de datos adicionales, pueden también ser usados tales como, por ejemplo, aquel del National Center for Biotechnology Information (NCBI, Bethesda, MD, USA) aquel del Swiss Institute of Bioinformatics (Swissprot, Ginebra, Suiza) o aquel de la Proteins Information Resource Database (PIR, Washington, DC, USA).
"Rearreglos tandem" de dos o más copias de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo se refiere a si estos son rearreglados en una fila directamente adyacente en la misma orientación.
"Un sitio de gen adicional" se entiende que significa un segundo sitio de gen, de la secuencia nucleotídica que es diferente de la secuencia de ORF, gen o alelo que ha sido al menos duplicado en el sitio natural. Este sitio de gen adicional, o la secuencia nucleotídica presente en el sitio de gen adicional, está preferiblemente en el cromosoma y es en general no esencial para el crecimiento y para la producción de los compuestos químicos
deseados.
Los mencionados "sitios de gen adicional" incluyen, por supuesto, no solamente las regiones codificantes de los marcos de lectura abiertos o genes mencionados, sino también las regiones o secuencias nucleotídicas que quedan upstream que son responsables para la expresión y regulación, tales como, por ejemplo sitios de unión de ribosoma, promotores, sitios de unión para proteínas reguladoras, sitios de unión para ácidos ribonucleicos reguladores y atenuadores. Estas regiones en general quedan en el rango de 1-800, 1-600, 1-400, 1-200, 1-100 ó 1-50 nucleótidos upstream de la región codificante. De la misma manera, las regiones que quedan downstream, tales como, por ejemplo terminadores de transcripción, son también incluidas. Estas regiones en general quedan en el rango de 1-400, 1-200, 1-100, 1-50 ó 1-25 nucleótidos downstream de la región codificante.
Las regiones intergénicas en el cromosoma, es decir secuencias nucleotídicas sin una función codificante, pueden además ser usadas. Finalmente, profagos o fagos defectuosos contenidos en el cromosoma pueden ser usados para esto.
Un profago se entiende que significa un bacteriófago, en particular el genoma del mismo, donde éste es replicado junto con el genoma del huésped y la formación de partículas infecciosas no tiene lugar. Un fago defectuoso se entiende que significa un profago, en particular el genoma del mismo, que, como resultado de varias mutaciones, ha perdido la habilidad para formar las llamadas partículas infecciosas. Fagos defectuosos son también llamados crípticos. Los profagos y fagos defectuosos están frecuentemente presentes en forma integrada en el cromosoma de su huésped. Además existen detalles en el arte anterior, por ejemplo en el libro de texto por Edward A. Birge (Bacterial and Bacteriophage Genetics 3^{rd} ed., Springer-Verlag, New York, USA, 1994) o en el libro de texto de S. Klaus y otros. (Bakterienviren, Gustav Fischer Verlag, Jena, Alemania, 1992).
Para producir la bacteria corineforme de acuerdo a la invención, la secuencia nucleotídica del gen deseado o alelo, preferiblemente incluyendo la expresión y/o señales de regulación, es aislada, al menos dos copias son rearregladas en una fila, preferiblemente en rearreglo tandem, estas son entonces transferidas en la bacterium corineforme deseada, preferiblemente con la ayuda de vectores que no se replican o se replican solamente en una extensión limitada en la bacteria corineforme, y aquellas bacterias en que dos copias del ORF, genes o alelos son incorporados en un sitio particular deseado en lugar de una copia singular originalmente presente son aisladas, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos permaneciendo en un sitio natural particular (locus).
La expresión y/o señales de regulación mencionadas, tales como, por ejemplo, sitios de unión de ribosoma, promotores, sitios de unión para proteínas reguladoras, sitios de unión para ácidos ribonucleicos reguladores y atenuadores que quedan upstream de la región codificante del ORF, gen o alelo, están en general en un rango de 1-800, 1-600, 1-400, 1-200, 1-100 ó 1-50 nucleótidos upstream de la región codificante. La expresión y/o señales de regulación mencionadas, tales como por ejemplo terminadores de transcripción, que quedan downstream de la región codificante del ORF, gen o alelo, están en general en el rango de 1-400, 1-200, 1-100, 1-50 o 1-25 nucleótidos downstream de la región codificante.
Preferiblemente, también, ningún residuo de secuencia de los vectores usados o ADN especie-foránea, tales como, por ejemplo, sitios de corte de restricción, permanece en los flancos de los ORFs, genes o alelos amplificados de acuerdo a la invención. En cada caso un máximo de 24, preferiblemente un máximo de 12, particularmente preferiblemente un máximo de 6 nucleótidos de tal ADN opcionalmente permanece en los flancos.
Al menos una tercera copia de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo en cuestión es opcionalmente insertado en un sitio de gen adicional, o algunos sitios de genes adicionales, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en un sitio de gen adicional.
Ningún residuo de secuencias de los vectores usados o ADN especie-foránea, tales como, por ejemplo, sitios de cortes de restricción, permanece en un sitio de gen adicional. Un máximo de 24, preferiblemente un máximo de 12, particularmente preferiblemente un máximo de 6 nucleótidos de tal ADN upstream o downstream del ORF, gen o alelo incorporado opcionalmente permanece en un sitio de gen adicional.
De acuerdo con la descripción también se proporciona un proceso para la producción de bacterias corineformes que producen uno o más compuestos químicos, caracterizados porque
a)
la secuencia nucleotídica de un ORF deseado, gen o alelo, preferiblemente que incluye la expresión y/o señales de regulación, es aislado
b)
al menos dos copias de la secuencia nucleotídica del ORF, gen o alelo son rearreglados en una fila preferiblemente en rearreglo tandem
c)
la secuencia nucleotídica obtenida de acuerdo a b) es incorporada en un vector que no se replica o se replica solamente en una extensión limitada en la bacteria corineforme,
d)
la secuencia nucleotídica de acuerdo a b) ó c) es transferida en la bacteria coreniforme, y
e)
son aislados bacterias coreniformes que tienen al menos dos copias de un ORF deseado, gen o alelo en el sitio natural particular deseado en lugar de una copia singular de ORF, gen o alelo originalmente presente, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos permaneciendo en el sitio natural particular (locus), y
f)
al menos una tercera copia de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo en cuestión es opcionalmente introducido en un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos permaneciendo en un sitio de gen adicional.
La invención proporciona un proceso descrito en las reivindicaciones 12 a 16.
Por las medidas de acuerdo a la invención, la productividad de la bacteria corineforme o de los procesos fermentativos para la preparación de compuestos químicos es mejorada con respecto de una o más de las características seleccionadas del grupo consistente de concentración (L-aminoácidos formados, basado en la unidad de volumen), rendimiento (L-aminoácidos formados, basado en la fuente de carbono consumido) y la velocidad de formación de producto (L-aminoácidos formados basados en el tiempo) por al menos 0.5-1% o al menos 1 a 1.5% o al menos 1.5-2.0%.
Las instrucciones sobre los métodos de ingeniería genética convencionales tales como, por ejemplo, aislamiento de ADN cromosomal, ADN plasmídico, manipulación de enzimas de restricción etc., son encontradas en Sambrook y otros (Molecular Cloning- A Laboratory Manual (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press). Las instrucciones sobre la transformación y conjungación en bacterias corineformes son encontradas entre otros, en Thierbach y otros (Applied Microbiology and Biotechnology 29,356-362 (1988)), en Schäfer y otros (Journal of Bacteriology 172, 1663-1666(1990) y Gene 145, 69-73 (1994)) y en Schwarzer y Pühler (Bio/Technology 9, 84-87.
(1991)).
Los vectores que se replican solamente en una extensión limitada son entendidos como que significan vectores plasmídicos que, como una función de las condiciones bajo las que el hospedero o portador es cultivado, se replica o no se replica. De esta manera, ha sido descrito por Nakamura y otros (US-A-6,303,383) un plásmido sensible a la temperatura para bacterias corineformes que pueden replicarse solamente a temperaturas por debajo de
31ºC.
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La descripción también proporciona bacterias corineformes, en particular del género Corynebacterium, que producen L-lisina, caracterizadas porque
a)
en lugar de una copia singular de un marco de lectura abierto (ORF), un gen o alelo de producción de lisina naturalmente presente en un sitio particular deseado (locus), estas tienen al menos dos copias de dicho marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo, preferiblemente en rearreglo tandem, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en un sitio particular, y en eso estos
b)
opcionalmente tiene al menos una tercera copia de dicho marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de L-lisina en un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en un sitio de gen adicional.
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La descripción también proporciona además un proceso para la preparación de L-lisina, que comprende los siguientes pasos:
a)
fermentación de bacterias corineformes, en particular del género Corynebacterium, que
i)
en lugar de una copia singular de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de lisina presente en un sitio particular deseado (locus), tiene al menos dos copias del marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo en cuestión, preferiblemente en rearreglo tandem, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en un sitio particular, y en eso estos
ii)
opcionalmente tiene al menos una tercera copia de dicho marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de L-lisina en cuestión en un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en un sitio de gen adicional.
\quad
bajo condiciones que permiten la expresión de dicho marco de lectura abierto (ORFs), genes o alelos,
b)
concentración de L-lisina en el caldo de fermentación,
c)
aislamiento de la L-lisina a partir del caldo de fermentación, opcionalmente
d)
con constituyentes a partir del caldo de fermentación y/o la biomasa a la extensión de > (mayor que) 0 a 100%.
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Una "copia de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de la producción de L-lisina" será entendido que significa todos los, preferiblemente endógenos, marcos de lectura abiertos, genes o alelos en los que el aumento/sobre-expresión puede tener el efecto de mejorar la producción de L-lisina. El aumento se entiende que significa un aumento en la concentración intracelular o actividad del producto de gen particular, proteína o enzima.
\newpage
Estos incluyen, entre otros, los siguientes genes: 4 Estos son resumidos y explicados en la Tabla 1.
Estos incluyen, en particular, los alelos lysC^{FBR} que codifican para una aspartato quinasa resistente a la "retroalimentación". Varios alelos lysC^{FBR} son resumidos y son explicados en la Tabla 2.
Los siguientes alelos lysC^{FBR} son preferidos: lysC A279T (reemplazamiento de alanina en la posición 279 de la proteína codificada aspartato quinasa, de acuerdo a SEQ ID NO: 2, por treonina), lysC A279V (reemplazamiento de alanina en la posición 279 de la proteína codificada aspartato quinasa, de acuerdo a SEQ ID NO:2 por valina), lysC S301F (reemplazamiento de serina en la posición 301 de la proteína codificada aspartato quinasa, de acuerdo a SEQ ID NO:2 por fenilalanina), lysC T308I (reemplazamiento de treonina en la posición 308 de la proteína codificada aspartato quinasa, de acuerdo a SEQ ID NO:2 por isoleucina), lysC S301Y (reemplazamiento de serina en la posición 308 de la proteína codificada aspartato quinasa, de acuerdo a SEQ ID NO:2 por tirosina),lysC G345D (reemplazamiento de glicina en la posición 345 de la proteína codificada aspartato quinasa, de acuerdo a SEQ ID NO:2 por ácido aspártico), lysC R320G (reemplazamiento de arginina en la posición 320 de la proteína codificada aspartato quinasa, de acuerdo a SEQ ID NO:2 por glicina), lysC T311I (reemplazamiento de treonina en la posición 311 de la proteína codificada aspartato quinasa, de acuerdo a SEQ ID NO:2 por isoleucina), lysC S381F (reemplazamiento de serina en la posición 381 de la proteína codificada aspartato quinasa, de acuerdo a SEQ ID NO:2 por
fenilalanina).
El alelo lysC^{FBR} lysC T311I (reemplazamiento de treonina en la posición 311 de la proteína codificada aspartato quinasa, de acuerdo a SEQ ID NO: 2 por isoleucina), la secuencia nucleotídica que se muestra como SEQ ID NO:3, es particularmente preferida; la secuencia de aminoácidos de la proteína codificada aspartato quinasa codificada se muestra como SEQ ID NO:4.
Los siguientes marcos de lectura abiertos, genes o secuencias nucleotídicas, entre otros, pueden ser usados como el "sitio de gen adicional" que no es esencial para el crecimiento o producción de lisina: aecD, ccpA1, ccpA2, citA, citB, citE, fda, gluA, gluB, gluC, gluD, luxR, luxS, lysR1, lysR2, lysR3, menE, mqo, pck, pgi, poxB, y zwa2, en particular los genes aecD, gluA, gluB, gluC, gluD y pck. Estos son resumidos y explicados en la Tabla 3. Regiones intergénicas en el cromosoma, es decir secuencias nucleotídicas sin una función codificante, pueden además ser usadas. Finalmente, profagos o fagos defectuosos contenidos en el cromosoma pueden ser usados.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 1 Marcos de lectura abierto, genes y alelos de producción de lisina
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TABLA 2 Alelos lysC^{FBR} que codifican para aspartato quinasa resistente a retroalimentación
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11
12
TABLA 3 Sitios de genes adicionales para la integración de marcos de lectura abiertos, genes y alelos de producción de lisina
13
14
15
La descripción como consecuencia también proporciona un proceso para la producción de bacterias corineformes que producen L-lisina, caracterizado porque
a)
la secuencia nucleotídica de un deseado ORF, gen o alelo de producción de lisina, opcionalmente que incluye la expresión y/o regulación de señales, es aislado
b)
al menos dos copias de la secuencia nucleotídica del ORF, gen o alelo de producción de lisina son rearreglados en una fila, preferiblemente en rearreglo tandem
c)
la secuencia nucleotídica obtenida de acuerdo a b) es incorporada en un vector que no se replica o se replica solamente en una extensión limitada en bacterias corineformes,
d)
la secuencia nucleotídica de acuerdo a b) ó c) es transferrida en bacterias corineformes, y
e)
son aisladas bacterias corineformes que tienen al menos dos copias del ORF deseado, gen o alelo de producción de lisina en el sitio natural deseado particular en lugar de la copia singular del ORF, gen o alelo originalmente presente, ninguna secuencia nucleotítica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismo, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos que permanecen en el sitio natural particular (locus), y opcionalmente
f)
al menos una tercera copia de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de lisina en cuestión es introducido a un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos permaneciendo en un sitio de gen adicional.
La descripción también proporciona bacterias corineformes, en particular del género Corynebacterium, que producen L-metionina y/o L-treonina, caracterizadas porque
a)
en lugar de la copia singular de un marco de lectura abierto (ORF), el gen o alelo de producción de metionina o producción de treonina naturalmente presente en el sitio particular deseado (locus), estas tienen al menos dos copias de dicho marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo, preferiblemente en rearreglo tandem, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismo, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presentes en un sitio particular, y en que esos
b)
opcionalmente tiene al menos una tercera copia de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de metionina o producción de treonina mencionada en un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en un sitio de gen adicional.
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La descripción además también proporciona un proceso para la preparación de L-metionina y/o treonina, que comprende los siguientes pasos:
a)
fermentación de bacterias corineformes, en particular del género Corynebacterium, que
i)
en lugar de la copia singular de un marco de lectura abierto (ORF), el gen o alelo de producción de metionina o producción de treonina presente en el sitio particular deseado (locus), tiene al menos dos copias del marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo en cuestión, preferiblemente en reareglo tandem, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en el sitio particular, y
ii)
opcionalmente tiene al menos una tercera copia del marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de metionina o producción de treonina en cuestión en un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en un sitio de gen adicional.
\quad
bajo condiciones que permiten la expresión de dicho marco de lectura abierto (ORFs), genes o alelos,
b)
concentración de L-metionina y/o L-treonina en el caldo de fermentación,
c)
aislamiento de L-metionina y/o L-treonina a partir del caldo de fermentación, opcionalmente
d)
con constituyentes a partir del caldo de fermentación y/o la biomasa a la extensión de > (mayor que) 0 a 100%.
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Una "copia de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de la producción de metionina" será entendido como que significa todos los, preferiblemente endógenos, marcos de lectura abiertos, genes o alelos en los que el aumento/sobre-expresión puede tener el efecto de mejorar la producción de metionina.
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Estos incluye, entre otros, los siguientes genes: 16 160 Estos son resumidos y explicados en la Tabla 4. Estos incluyen, en particular, los alelos lysC^{FBR} que codifican para una aspartato quinasa resistente a la "retroalimentación" (ver Tabla 2) y los alelos hom^{FER} que codifican para una dehidrogenasa homoserina resistente a la "retroalimentación".
\newpage
Al menos la tercera, opcionalmente cuarta o quinta copia del marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de metionina en cuestión puede ser integrado en un sitio adicional. Los siguientes genes, entre otros, pueden ser usados para esto: 161 17 170 Estos son resumidos y explicados en la Tabla 5. Regiones intergénicas en el cromosoma, es decir secuencias nucleotídicas sin una función codificante, pueden además ser usadas. Finalmente, profagos o fagos defectuosos contenidos en el cromosoma pueden ser usados para esto.
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TABLA 4 Marcos de lectura abierto, genes y alelos de producción de metionina
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20
21
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TABLA 5 Sitios de genes adicionales para la integración de marcos de lectura abiertos, genes y alelos de producción de metionina
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24
Una "copia de gen o alelo de producción de treonina" será entendido como que significa todos los, preferiblemente endógenos, genes o alelos en los que el aumento/sobre-expresión puede tener el efecto de mejorar la producción de treonina.
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Estos incluyen, entre otros, los siguientes genes: 25 250 Estos son resumidos y explicados en la Tabla 6. Estos incluyen, en particular, los alelos lysC^{FBR} que codifican para una aspartato quinasa resistente a la "retroalimentación" (ver Tabla 2) y los alelos hom^{FBR} que codifican para una homoserina dehidrogenasa resistente a la "retroalimentación".
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Al menos la tercera, opcionalmente cuarta o quinta copia del gen de producción de treonina en cuestión puede ser integrada en un sitio. Los siguientes marcos de lectura abiertos, genes o secuencia nucleotídicas, entre otras, pueden ser usadas para esto: 26 260 261 Estas son resumidas y explicadas en la Tabla 7. Regiones intergénicas en el cromosoma, es decir secuencias nucleotídicas sin una función codificante, pueden además ser usadas. Finalmente, profagos y fagos defectuosos contenidos en el cromosoma pueden ser usados para esto.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 6 Marcos de lectura abierto, genes y alelos de producción de treonina
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28
29
30
31
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TABLA 7 Sitios de genes adicionales para la integración de marcos de lectura abierto, genes y alelos de producción de treonina
32
33
34
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La descripción como consecuencia también proporciona un proceso para la producción de bacterias corineformes que producen L-metionina y/o L-treonina, caracterizado porque
a)
la secuencia nucleotídica de un deseado ORF, gen o alelo de producción de metionina o producción de treonina, opcionalmente que incluye la expresión y/o regulación de señales, es aislada
b)
al menos dos copias de una secuencia nucleotídica del ORF, gen o alelo de producción de metionina o producción de treonina son rearreglados en fila, preferiblemente en rearreglo tandem
c)
la secuencia nucleotídica obtenida de acuerdo a b) es incorporada en un vector que no se replica o se replica solamente en una extensión limitada en bacterias corineformes,
d)
la secuencia nucleotídica de acuerdo a b) ó c) es transferida a las bacterias corineformes, y
e)
son aisladas bacterias corineformes que tienen al menos dos copias del ORF deseado, gen o alelo de la producción de treonina en el sitio natural deseado particular en lugar de la copia singular del ORF, gen o alelo originalmente presente, ninguna secuencia nucleotítica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos permaneciendo en el sitio natural particular (locus), y opcionalmente
f)
al menos una tercera copia de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de metionina o producción de treonina en cuestión es introducido en un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos permaneciendo en un sitio de gen adicional.
La descripción también proporciona bacterias corineformes, en particular del género Corynebacterium, que producen L-valina, caracterizadas porque
a)
en lugar de la copia singular de un marco de lectura abierto (ORF), el gen o alelo de producción de valina naturalmente presente en el sitio particular deseado (locus), estos tienen al menos dos copias de dicho marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo en cuestión, preferiblemente en reareglo tandem, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en el sitio particular, y porque estas
b)
opcionalmente tienen al menos una tercera copia del marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de valina mencionado en un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en un sitio de gen adicional.
La descripción además también proporciona un proceso para la preparación de L-valina, que comprende los siguientes pasos:
a)
fermentación de bacterias corineformes, en particular del género Corynebacterium, que
i)
en lugar de la copia singular de un marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de valina presente en el sitio particular deseado (locus), tiene al menos dos copias del marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo en cuestión, preferiblemente en reareglo tandem, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en el sitio particular, y
ii)
opcionalmente tiene al menos una tercera copia del marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de valina en cuestión en un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos estando presente en un sitio de gen adicional,
\quad
bajo condiciones que permiten la expresión de dicho marcos de lectura abiertos (ORFs), genes o alelos,
b)
concentración de la L-valina en el caldo de fermentación,
c)
aislamiento de L-valina a partir del caldo de fermentación, opcionalmente
d)
con constituyentes a partir del caldo de fermentación y/o la biomasa a la extensión de > (mayor que) 0 a 100%.
Una "copia de gen de producción de valina" será entendido como que significa todos los, preferiblemente endógenos, genes o alelos en los que el aumento/sobre-expresión puede tener el efecto de mejorar la producción de valina.
Estos incluyen, entre otros, los siguientes genes: 35 350 Estos son resumidos y explicados en la Tabla 8. Estos incluyen, en particular, los alelos ilvBN de acetolactato sintasa que codifica para una valina-resistente.
Al menos la tercera, opcionalmente cuarta o quinta copia del gen de producción de valina en cuestión puede ser integrada en el sitio adicional. Los siguientes genes, entre otros, pueden ser usados para esto: 36 360 Estos son resumidos y explicados en la Tabla 9. Regiones intergénicas en el cromosoma, es decir secuencias nucleotídicas sin una función codificante, pueden además ser usadas. Finalmente, profagos o fagos defectuosos contenidos en el cromosoma pueden ser usados para esto.
TABLA 8 Marcos de lectura abierto, genes y alelos de producción de valina
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39
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TABLA 9 Sitios de genes adicionales para la integración de marcos de lectura abiertos, genes y alelos de producción de valina
40
41
42
La descripción como consecuencia también proporciona un proceso para la producción de bacterias corineformes que producen L-valina, caracterizado porque
a)
la secuencia nucleotídica de un deseado ORF, gen o alelo de producción de valina, opcionalmente que incluye la expresión y/o regulación de señales, es aislada
b)
al menos dos copias de una secuencia nucleotídica del ORF, gen o alelo de producción de valina son rearreglados en fila, preferiblemente en rearreglo tandem
c)
la secuencia nucleotídica obtenida de acuerdo a b) es incorporada en un vector que no se replica o se replica solamente en una extensión limitada en bacterias corineformes,
d)
la secuencia nucleotídica de acuerdo a b) ó c) es transferida a las bacterias corineformes, y
e)
son aisladas bacterias corineformes que tienen al menos dos copias del ORF deseado, gen o alelo de la producción de valina en el sitio natural deseado particular en lugar de la copia singular del ORF, gen o alelo originalmente presente, ninguna secuencia nucleotítica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos permaneciendo en el sitio natural particular (locus), y opcionalmente
f)
al menos una tercera copia del marco de lectura abierto (ORF), gen o alelo de producción de valina en cuestión es introducido en un sitio de gen adicional, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos permaneciendo en un sitio de gen adicional.
Durante el trabajo en la presente invención, fue posible incorporar dos copias, rearregladas en tandem, de un alelo lysC^{FBR} en el sitio del gen LysC de Corynebacterium glutamicum de manera que ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos permanece en el sitio del gen lysC.
Una cepa tal es, por ejemplo, la cepa DMS13992 lysC^{FBR}::lysC^{FBR}.
El plásmido pK18mobsacB2xlysCSma2/1, con la ayuda del cual dos copias de un alelo lysC^{FBR} pueden ser incorporadas en el sitio del gen lysC de Corynebacterium glutamicum, se muestra en la Figura 1.
Durante el trabajo en la presente invención, fue posible incorporar dos copias, rearregladas en tandem, del gen lysE en el sitio del gen LysE de Corynebacterium glutamicum de manera que ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos permaneció en el sitio del gen lysE.
Una cepa tal es, por ejemplo, la cepa ATCC21513_17lysE::lysE.
Un plásmido con la ayuda del cual dos copias de un gen lysE pueden ser incorporadas en el sitio del gen lysE de Corynebacterium glutamicum, se muestra en la Figura 2. Este lleva el nombre pk18mobsacB2xlysESma1/1.
Durante el trabajo en la presente invención, finalmente, fue posible incorporar dos copias, rearregladas en tandem, del gen zwa1 en el sitio del gen zwa1 de Corynebacterium glutamicum de manera que ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la replicación episomal en microorganismos, ninguna secuencia nucleotídica que es capaz de/posibilita la transposición y ninguna secuencia nucleotídica que imparte resistencia a los antibióticos permaneció en el sitio de gen zwa1.
Una cepa tal es, por ejemplo, la cepa ATCC21513_17zwa1::zwa1.
Un plásmido con la ayuda del cual dos copias de un gen zwa1 pueden ser incorporadas en el sitio del gen zwa1 de Corynebacterium glutamicum, se muestra en la Figura 3. Este lleva el nombre pk18mobsacBzwa1zwa1.
Las bacterias corineformes producidas de acuerdo a la invención pueden ser cultivadas continuamente o discontinuamente en el proceso batch (cultivo batch) o en el fed batch (proceso de alimentación) o repetidos procesos fed batch (repetitivos procesos de alimentación) para el propósito de producción de compuestos químicos. Un resumen de métodos de cultivo conocidos es descrito en el libro de texto de Chmiel (Bioprozesstechnik 1. Einführung in die Bioverfahrenstechnik (Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, 1991)) o en el libro de texto de Storhas (Bioreaktoren und periphere Einrichtungen (Vieweg Verlag, Braunschweig/Wiesbaden, 1994)).
El medio de cultivo a ser usado debe reunir los requisitos de las cepas particulares de una manera apropiada. Las descripciones de los medios de los medios de cultivo para varios microorganismos son contenidas en el manual "Manual of Methods for General Bacteriology" de la American Society for Bacteriology (Washington D. C., USA, 1981).
Azúcares y carbohidratos, tales como por ejemplo glucosa, sucrosa, lactosa, fructosa, maltosa, melazas, almidón y celulosa, aceites y grasas, tales por ejemplo aceite de soya, aceite de girasol, aceite de cacahuete y grasa de coco, ácidos grasos, tales como por ejemplo ácido palmítico, ácido esteárico y ácido linoleico, alcoholes tales como glicerol y etanol, y ácidos orgánicos tales como ácido acético o ácido láctico, pueden ser usados como la fuente de carbono. Estas sustancias pueden ser usadas individualmente o como una mezcla.
Compuestos que contienen nitrógeno orgánico, tales como peptonas, extracto de levadura, extracto de carne, extracto de malta, licor de maíz escarpado, harina de frijol de soya y urea, o compuestos inorgánicos, tales como sulfato de amonio, cloruro de amonio, fosfato de amonio, carbonato de amonio y nitrato de amonio, pueden ser usado como la fuente de nitrógeno. Las fuentes de nitrógeno pueden ser usadas individualmente o como una mezcla.
Ácido fosfórico, dihidrógeno fosfato de potasio o hidrógeno fosfato de dipotasio o las correspondientes sales que contienen-sodio pueden ser usadas como fuentes de fósforo. El medio de cultivo debe además comprender sales de metales, tales como por ejemplo sulfato de magnesio o sulfato de hierro, que son necesarias para el crecimiento. Finalmente, sustancias esenciales para el crecimiento, tales como aminoácidos y vitaminas, pueden ser empleadas además de las sustancias anteriormente mencionadas. Precursores apropiados pueden además ser añadidos al medio de cultivo. Las sustancias de partida mencionadas pueden ser añadidas al cultivo en forma de un simple batch, o pueden ser alimentadas durante el cultivo de una manera apropiada.
Compuestos básicos, tales como hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, amoníaco o amoníaco acuoso, o compuestos ácidos, tales como ácido fosfórico o ácido sulfúrico, pueden ser empleados en una manera apropiada para el control de pH del cultivo. Antiespumantes, tales como por ejemplo ésteres de poliglicol de ácidos grasos, pueden ser empleados para el control del desarrollo de espuma. Sustancias apropiadas que tienen una acción selectiva, tales como por ejemplo antibióticos, pueden ser añadidas al medio para mantener la estabilidad de los plásmidos. Para mantener las condiciones aeróbicas, oxígeno o mezclas de gases que contienen oxígeno, tales como por ejemplo aire, son introducidos en el cultivo. La temperatura del cultivo es usualmente 20ºC a 45ºC, y preferiblemente 25ºC a 40ºC. El cultivo es continuado hasta que un máximo del compuesto químico deseado se ha formado. Este objetivo es usualmente alcanzado dentro de 10 horas a 160 horas.
Se ha encontrado que las bacterias corineformes de acuerdo a la invención, en particular las bacterias corineformes que producen L-lisina, tienen una inesperada alta estabilidad. Estas fueron estables por al menos 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, preferiblemente al menos 50-60, 60-70, 70-80 y 80-90 generaciones o ciclos de división celular.
Los siguientes microorganismos han sido depositados:
La cepa de Corynebacterium glutamicum DSM13992lysC^{FBR}::lysC^{FBR} fue depositada en forma de un cultivo puro el 5 de Junio de 2002 bajo el número DSM15036 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania) de acuerdo con el Tratado de Budapest.
El plásmido pK18mobsacB2xlysCSma2/1 fue depositado en forma de un cultivo puro de la cepa E. Coli DH5\alphamcr/
pk18mobsacB2xlysCSma2/1 (= DH5alphamcr/pk18mobsacB2xlysCSma2/1) el 20 de Abril de 2001 bajo el número DSM14244 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania)de acuerdo con el Tratado de Budapest.
La cepa de Corynebacterium glutamicum ATCC21513_17lysE::lysE fue depositada en forma de un cultivo puro el 5 de Junio de 2002 bajo el número DSM15037 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania)de acuerdo con el Tratado de Budapest.
La cepa de Corynebacterium glutamicum ATCC21513_17zwa1::zwa1 fue depositada en forma de un cultivo puro el 5 de Junio de 2002 bajo el número DSM15038 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania)de acuerdo con el Tratado de Budapest.
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Ejemplo 1
Generación de una duplicación tandem del alelo lysC^{FBR} lysC T311I en el cromosoma de Corynebacterium glutamicum 1.1 Construcción del vector tandem pk18mobsacB2xlysCSma2/1
A partir de la cepa DSM13994 de Corynebacterium glutamicum, el ADN cromosomal es aislado por los métodos convencionales (Eikmanns y otros, Microbiology 140:1817-1828 (1994)).
La cepa DSM13994 fue producida por mutagénesis no-dirigida múltiple, selección y selección de mutantes de C. glutamicum ATCC13032. La cepa es resistente al análogo de lisina S-(2-aminoetil)-L-cisteína y tiene una aspartato quinasa resistente a la retroalimentación que es insensible a la inhibición por una mezcla de lisina y treonina (en cada caso 25 mM). La secuencia nucleotídica del alelo lysC^{FBR} se muestra como SEQ ID NO:3. Esto también es llamado lysC T311I en lo siguiente. La secuencia de aminoácido de la proteína aspartato quinasa codificada se muestra como SEQ ID NO:4. Un cultivo puro de esta cepa fue depositado el 16 de Enero de 2001 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania) de acuerdo con el Tratado de
Budapest.
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Con la ayuda de la reacción en cadena de la polimerasa, una sección de ADN que lleva el gen o alelo de lysC es amplificado. En base a la secuencia del gen de lysC conocido por C. glutamicum (Kalinowski y otros, Molecular Microbiology, 5 (5), 1197-1204 (1991); Número de asentamiento X57226), los siguientes oligonucleótidos cebadores fueron seleccionados para el PCR:
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Los cebadores mostrados son sintetizados por MWG Biotech y la reacción de PCR es llevada a cabo por un método estándar de PCR de Innis y otros (PCR Protocols. A Guide to Methods and Applications, 1990, Academic Press). Los cebadores permiten la amplificación de una sección de ADN de aprox. 1.7 kb en longitud, la que lleva el gen o alelo lysC. Los cebadores además contienen la secuencia para un sitio de corte de la endonucleasa de restricción BamHI, que es marcada por paréntesis en la secuencia nucleotídica mostrada anteriormente.
El fragmento de ADN amplificado de aprox. 1.7 kb en longitud que lleva el alelo lysC^{FBR} lysC T311I de la cepa DSM13994 es identificado por electroforesis en un gel de agarosa 0.8%, aislado a partir del gel y purificado por métodos convencionales (Kit de extracción de gel QIAquick, Quiagen, Hilden).
La ligazón del fragmento es entonces llevada a cabo por medio del Kit de Clonación Topo TA (Invitrogen, Leek, Países Bajos Cat. Number K4600-01) en el vector pCRII-TOPO. El lote de ligazón es transformado en la cepa de E. Coli TOP10 (Invitrogen, Leek, Países Bajos). La selección de células que portan plásmidos es hecha colocando en placas el lote de transformación en agar LB que contiene kanamicina (50 mg/l) con X-Gal (5-bromo-4-cloro-3-indolil \beta-D-galactopiranosido, 64 mg/l).
El plásmido es chequeado por medio de cortes de restricción, después del aislamiento del ADN, e identificado en el gel agarosa. El plásmido resultante es llamado pCRIITOPOlysC.
La secuencia nucleotídica del fragmento de ADN amplificado o producto de PCR es determinada por el método de terminación de cadena dideoxy de Sanger y otros (Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 74:5463-5467 (1977)) usando el aparato de secuenciación "ABI Prism 377" de PE Applied Biosystems (Weiterstadt, Alemania). La secuencia de la región codificante del producto de PCR se muestra en SEQ ID NO: 3. La secuencia de aminoácido de la proteína aspartato quinasa asociada se muestra en SEQ ID NO: 4.
La base timina se encuentra en la posición 932 de la secuencia nucleotídica de la región codificante del alelo lysC^{FBR} de la cepa DSM13994 (SEQ ID NO: 3). La base citosina se encuentra en la posición correspondiente del gen tipo-salvaje (SEQ ID NO: 1).
El aminoácido isoleucina se encuentra en la posición 311 de la secuencia de aminoácido de la proteína aspartato quinasa de la cepa DSM13994 (SEQ ID NO: 4). El aminoácido treonina se encuentra en la correspondiente posición de la proteína tipo-salvaje (SEQ ID NO:2).
El alelo lysC, que contiene la base timina en la posición 932 de la región codificante y en consecuencia codifica para una proteína aspartato quinasa que contiene el aminoácido isoleucina en la posición 311 de la secuencia de aminoácido, es llamado el alelo lysC^{FBR} lysC T311I en lo siguiente.
El plásmido pCRIITOPOlysC, que lleva el alelo lysC^{FBR} lysC T311I, fue depositado en forma de un cultivo puro de la cepa E. Coli TOP 10/pCRIITOPOlysC, bajo el número DSM14242 el 20 de Abril de 2001 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ= Colección Alemana de Microorganismos y Cultivos celulares, Braunschweig, Alemania) de acuerdo con el Tratado de Budapest.
El ADN plasmídico fue aislado a partir de la cepa DSM14242, que porta el plásmido pCRIITOPOlysC, y se cortó con la enzima de restricción BamHI (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Alemania), después de la separación en un gel de agarosa (0.8%) el fragmento de ADN que contiene lysC^{FBR} de aprox 1.7 kb de largo es aislado a partir del gel de agarosa con la ayuda del kit de extracción de gel QIAquick (Qiagen, Hilden, Alemania), y los terminales que cuelgan son completados con polimerasa Klenow (Boehringer Mannheim) y empleado para la ligazón con el vector de clonación mobilizable pk18mobsacB descrito por Schäfer y otros, Gene 14,69-73 (1994). Este es cortado de antemano con la enzima de restricción SmaI y desfosforilado con fosfatasa alcalina (Fosfatasa Alcalina, Boehringer Mannheim), mezclado con el fragmento que contiene lysC^{FBR} de aprox. 1.7 kb y la mezcla es tratada con T4 ADN Ligasa (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Alemania).
La cepa E. Coli DH5\alpha (Grant y otros; Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 87 (1990) 4645-4649) es entonces transformada con el lote de ligazón (Hanahan, In. DNA Cloning. A Practical Approach. Vol. 1, ILR-Press, Cold Spring Harbor, New York, 1989). La selección de las células que llevan-plásmidos es hecha colocando en placas del lote de transformación en agar LB (Sambrook y otros, Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2^{nd} Ed., Cold Spring Harbor, New York, 1989), que fue suplementado con 25 mg/l de kanamicina.
El ADN plasmídico es aislado a partir de un transformante con la ayuda del Kit Miniprep Spin QIAprep de Qiagen y chequeado por cortes de restricción con la enzima HindIII y sucesiva electroforesis en gel de agarosa. El plásmido es llamado pk18mobsacB1xlysCSma2.
En un segundo paso, el plásmido pCRII-TOPOlysC es a su vez cortado con la enzima de restricción BamHI (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Alemania), después de la separación en un gel de agarosa (0.8%) el fragmento que contiene lysC^{FBR} de aprox. 1.7 kb fue aislado a partir del gel de agarosa con la ayuda del Kit de extracción de gel QIAquick (Qiagen, Hilden, Alemania) y empleado para la ligazón con el vector pK18mobsacB1xlysCSma2 descrito en este Ejemplo. Esto es cortado de antemano con la enzima de restricción BamHI y desfoforilado con fosfatasa alcalina (Fosfatasa alcalina, Boehringer Mannheim), mezclado con el fragmento que contiene lysC^{FBR} de aprox. 1.7kb y la mezcla es tratada con T4 ADN ligasa (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Alemania).
La cepa de E. Coli DH5\alpha (Grant y otros; Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 87 (1990) 4645-4649) es entonces transformada con el lote de ligazón (Hanahan, In. DNA Cloning. A Practical Approach. Vol. 1, ILR-Press, Cold Spring Harbor, New York, 1989). La selección de las células que portan plásmidos es hecha colocando en placas el lote de transformación en agar LB (Sambrook y otros, Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2^{nd} Ed., Cold Spring Harbor, New York, 1989), que fue suplementado con 25 mg/l de kanamicina.
El ADN plasmídico es aislado a partir de un transformante con la ayuda del Kit Miniprep Spin QIAprep de Qiagen y chequeado por cortes de restricción con la enzima HindIII y sucesiva electroforesis en gel de agarosa. El plásmido es llamado pk18mobsacB2xlysCSma2/1. Un mapa del plásmido se muestra en la Figura 1.
El plásmido pk18mobsacB2xlysCSma2/1 fue depositado en forma de un cultivo puro de la cepa de E. Coli DH5\alphamcr/pk18mobsacB2xlysCSma2/1 (=DH5alphamcr/pk18mobsacB2xlysCSma2/1 el 20 de Abril de 2001 bajo el número DSM14244 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania)de acuerdo con el Tratado de Budapest.
1.2 Generación de una duplicación tandem del alelo lysC^{FBR} lysC T311I en la cepa DSM13992 de C. glutamicum
El vector pk18mobsacB2xlysCSma2/1 mencionado en el Ejemplo 1.1 es transferido por un protocolo modificado de Schäfer y otros, (1990 Journal of Microbiology 172: 1663-1666) a la cepa DSM13992 de C. glutamicum
La cepa DSM13992 de Corynebacterium glutamicum fue producida por mutagénesis no-dirigida, múltiple, selección y selección de mutantes de C. glutamicum ATCC13032. La cepa es resistente al antibiótico streptomicina y fenotípicamente resistente al análogo de lisina S-(2-aminoetil)-L-cisteína. Sin embargo, la cepa tiene una aspartato quinasa tipo-salvaje (ver SEQ ID NO: 1 y 2), que es sensible a la inhibición por una mezcla de lisina y treonina (en cada caso 25 mM). Un cultivo puro de esta cepa fue depositado el 16 de Enero de 2001 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania)de acuerdo con el Tratado de
Budapest.
El vector pk18mobsacB2xlysCSma2/1 no se puede replicar independientemente en DSM13992 y es retenido en la célula solamente si éste se ha integrado en el cromosoma.
La selección de clones con pk18mobsacB2xlysCSma2/1 integrado es llevada a cabo colocando en placas el lote de conjugación en agar LB (Sambrook y otros, Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2^{nd} Ed. Cold Spring Harbor, New York, 1989), que fue suplementado con 15 mg/l de kanamicina y 50 mg/l de ácido nalidíxico. Los clones que han crecido son colocados en placas de agar LB con 25 mg/l kanamicina e incubadas durante 16 horas a 33ºC. Para lograr el corte del plásmido con solamente una copia del gen de lysC, los clones son cultivados en agar LB con 10% de sucrosa, después de la incubación durante 16 horas en medio LB líquido. El plásmido pk18mobsacB contiene una copia del gen sacB, el cual convierte la sucrosa en levan sucrasa, que es tóxica al C. glutamicum.
Solamente aquellos clones en que el pk18mobsacB2xlysCSma2/1 integrado ha sido cortado de nuevo crece por lo tanto en agar LB con sucrosa. Aproximadamente de 40 a 50 colonias son evaluadas para el fenotipo "crecimiento en presencia de sucrosa" y "no crecimiento en presencia de kanamicina". Durante el corte, las dos copias del gen lysc o solamente una puede ser cortada junto con el plásmido.
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Para demostrar que las dos copias de gen lysC han permanecido en el cromosoma, aproximadamente 20 colonias que muestran el fenotipo "crecimiento en la presencia de sucrosa" y "no crecimiento en la presencia de kanamicina" son investigados con la ayuda de la reacción en cadena de la polimerasa por el método estándar de PCR de Innis y otros (PCR Protocols. A Guide to Methods and Applications, 1990, Academic Press). Un fragmento de ADN que porta el gen lysC y regiones que lo rodean es amplificado aquí a partir del ADN cromosomal de las colonias. Los siguientes oligonucleótidos cebadores son seleccionados para la PCR.
44
Los cebadores permiten la amplificación de un fragmento de ADN de aprox. 1.9 kb en tamaño en los clones control con el locus lysC original. En los clones con una segunda copia del gen lysC en el cromosoma en el locus lysC, son amplificados fragmentos de ADN con un tamaño de aprox. 3.6 kb.
Los fragmentos de ADN amplificados son identificados por medio de electroforesis en un gel de agarosa 0.8%. En base de la longitud del fragmento amplificado, una distinción fue hecha entre los clones con una copia de gen lysC cromosomal y clones con dos copias de gen lysC cromosomal.
10 clones con dos copias completas del gen lysC en el cromosoma son investigados con la ayuda del LightCycler de Roche Diagnostic (Mannhein, Alemania) para demostrar si las dos copias son alelos lysC^{FBR} con la mutación lysC T311I o si el lysC original tipo-salvaje está presente junto a un alelo lysC^{FBR} lysC T311I. El LightCycler es un aparato combinado de Termocycler y fluorímetro.
\vskip1.000000\baselineskip
Una sección de ADN de aprox. 500 bp en longitud que contiene el sitio de mutación es amplificado en la primera fase por medio de un PCR (Innis y otros PCR Protocols. A Guide to Methods and Applications, 1990, Academic Press) usando los siguientes oligonucleótidos cebadores.
45
\newpage
En la segunda fase, con dos oligonucleótidos adicionales de diferentes longitudes y marcados con diferentes tintes fluorescentes (Lighter (LC)-Red640 y fluoresceína), que hibridiza en la región del sitio de mutación, la presencia de la mutación es detectada con la ayuda del método de "Transferencia de Energía de Resonancia Fluorescente" (FRET) usando un análisis de curva de fundición (Lay y otros, Clinical Chemistry, 43:2262-2267) (1997)).
46
Los cebadores mostrados para la PCR son sintetizados por MWG Biotech y los oligonucleótidos mostrados para la hibridización son sintetizados por TIB MOLBIOL (Berlín, Alemania).
Un clon que contiene la base timina en la posición 932 de la región codificante de las dos copias de lysC y así tiene dos alelos lysC^{FBR} lysC T311I fue identificado de esta manera.
La cepa fue llamada C. glutamicum DSM13992lysC^{FBR}:: lysC^{FBR}.
La cepa fue depositada como C. glutamicum DSM13992lysC^{FBR}::lysC^{FBR} el 5 de Junio de 2002 bajo el número DSM15036 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania) de acuerdo con el Tratado de Budapest.
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Ejemplo 2
Generación de una duplicación tandem del gen lysE en el cromosoma de Corynebacterium glutamicum 2.1 Construcción del vector tandem pK18mobsacB2xlysESma1/1
El ADN plasmídico fue aislado a partir de la cepa de Escherichia coli DSM12871 (EP-A-1067193), que porta el plásmido pEC7lysE.
El plásmido contiene el gen lysE que codifica para el exportador de lisina. Un cultivo puro de esta cepa fue depositado el 10 de Junio de 1999 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania) de acuerdo con el Tratado de Budapest.
El plásmido pEC71lysE es cortado con la enzima de restricción BamHI (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Alemania, después de la separación en un gel de agarosa (0.8%) el fragmento que contiene lysE de aprox. 1.1 kb es aislado a partir del gel de agarosa con la ayuda del Kit de Extracción de Gel QIAquick (Qiagen, Hilden, Alemania) y los terminales que cuelgan son completados con polimerasa Klenow (Boehringer Mannheim) y empleado para la ligazón con el vector de clonación mobilizable pK18mobsacB descrito por Schäfer y otros, Gene 14, 69-73 (1994). Este es cortado de antemano con la enzima de restricción SmaI y desfoforilado con fosfatasa alcalina (Fosfatasa alcalina, Boehringer Mannheim), mezclado con el fragmento que contiene lysE de aprox. 1.1 kb y la mezcla es tratada con T4 ADN ligasa (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Alemania).
La cepa de E. Coli DH5\alpha (Grant y otros; Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 87 (1990) 4645-4649) es entonces transformada con el lote de ligazón (Hanahan, In. DNA Cloning. A Practical Approach. Vol. 1, ILR-Press, Cold Spring Harbor, New York, 1989). La selección de las células que portan plásmidos es hecha colocando en placas el lote de transformación en agar LB (Sambrook y otros, Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2^{nd} Ed., Cold Spring Harbor, New York, 1989), que fue suplementado con 25 mg/l de kanamicina.
El ADN plasmídico es aislado a partir de un transformante con la ayuda del Kit Miniprep Spin QIAprep de Qiagen y chequeado por cortes de restricción con las enzimas BamHI y EcoRI y sucesiva electroforesis en gel de agarosa. El plásmido es llamado pk18mobsacB1xlysESma1.
En un segundo paso, el plásmido pEC7lysE es a su vez cortado con la enzima de restricción BamHI (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Alemania), después de la separación en un gel de agarosa (0.8%) el fragmento lysE de aprox. 1.1 kb fue aislado a partir del gel de agarosa con la ayuda del Kit de extracción de gel QIAquick (Qiagen, Hilden, Alemania) y empleado para la ligazón con el vector pK18mobsacB1xlysESma1 descrito en este Ejemplo. Este es cortado de antemano con la enzima de restricción BamHI y desfoforilado con fosfatasa alcalina (Fosfatasa alcalina, Boehringer Mannheim), mezclado con el fragmento lysE de aprox. 1.1 kb y la mezcla es tratada con T4 ADN ligasa (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Alemania).
La cepa de E. Coli DH5\alpha (Grant y otros; Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 87 (1990) 4645-4649) es entonces transformada con el lote de ligazón (Hanahan, In. DNA Cloning. A Practical Approach. Vol. 1, ILR-Press, Cold Spring Harbor, New York, 1989). La selección de las células que portan plásmidos es hecha colocando en placas el lote de transformación en agar LB (Sambrook y otros, Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2^{nd} Ed., Cold Spring Harbor, New York, 1989), que fue suplementado con 25 mg/l de kanamicina.
El ADN plasmídico es aislado a partir de un transformante con la ayuda del Kit Miniprep Spin QIAprep de Qiagen y chequeado por cortes de restricción con las enzimas EcoRI y SalI o ScaI y sucesiva electroforesis en gel de agarosa. El plásmido es llamado pk18mobsacB2xlysESma1/1. Un mapa del plásmido se muestra en la Figura 2.
2.2 Generación de una duplicación tandem del gen lysE en la cepa ATCC21513_17 de C. glutamicum
El vector pk18mobsacB2xlysESma1/1 mencionado en el Ejemplo 2.1 es transferido por un protocolo modificado de Schäfer y otros,(1990 Journal of Microbiology 172: 1663-1666) en la cepa ATCC21513_17 de C. glutamicum.
La cepa ATCC21513_17 de Corynebacterium glutamicum fue producida por mutagénesis no-dirigida, múltiple, selección y selección de mutantes de C. glutamicum ATCC21513. La cepa es resistente al análogo de lisina S-(2-aminoetil)-L-cisteína y prototrófica a ambas leucina y homoserina.
El vector no se puede replicar independientemente en ATCC21513_17 y es retenido en la célula solamente si este se ha integrado en el cromosoma.
La selección de clones con pk18mobsacB2xlysESma1/1 integrado es llevada a cabo colocando en placas el lote de conjugación en agar LB (Sambrook y otros, Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2^{nd} Ed. Cold Spring Harbor, New York, 1989), que fue suplementado con 15 mg/l de kanamicina y 50 mg/l ácido nalidíxico. Clones que han crecido son colocados en placas de agar LB con 25 mg/l kanamicina e incubadas durante 16 horas a 33ºC. Para lograr corte del plásmido con solamente una copia del gen de lysE, los clones son cultivados en agar LB con 10% de sucrosa, después de la incubación durante 16 horas en medio LB líquido. El plásmido pk18mobsacB contiene una copia del gen sacB, el cual convierte sucrosa en levan sucrasa, que es tóxica a C. glutamicum.
Solamente aquellos clones en que el pk18mobsacB2xlysESma1/1 integrado ha sido cortado de nuevo crece por lo tanto en agar LB con sucrosa. Aproximadamente de 40 a 50 colonias son evaluadas para el fenotipo "crecimiento en presencia de sucrosa" y "no crecimiento en presencia de kanamicina". Durante el corte, las dos copias del gen lysE o solamente uno puede ser cortado junto con el plásmido.
Para demostrar que las dos copias del gen lysE han permanecido en el cromosoma, aproximadamente 20 colonias que muestran el fenotipo "crecimiento en la presencia de sucrosa" y "no crecimiento en la presencia de kanamicina" son investigados con la ayuda de la reacción en cadena de la polimerasa por el método estándar de PCR de Innis y otros (PCR Protocols. A Guide to Methods and Applications, 1990, Academic Press). Un fragmento de ADN que lleva el gen lysE y regiones que lo rodean es amplificado aquí a partir del ADN cromosomal de las colonias. Los siguientes oligonucleótidos cebadores son seleccionados para la PCR.
47
Los cebadores permiten la amplificación de un fragmento de ADN de aprox. 1.2 kb en tamaño en los clones control con el locus original lysE. En los clones con una segunda copia del gen lysC en el cromosoma en el locus lysE, son amplificados fragmentos de ADN con un tamaño de aprox. 2.3 kb.
Los fragmentos de ADN amplificados son identificados por medio de electroforesis en un gel de agarosa 0.8%. En base a la longitud del fragmento amplificado, una distinción fue hecha entre los clones con una copia de gen lysE cromosomal y clones con dos copias de gen lysE cromosomal. Podría de esta manera ser demostrado que la cepa ATCC21513_17 lleva dos copias completas del gen lysE en el cromosoma.
La cepa fue llamada C. glutamicum ATCC21513_17lysE::lysE.
La cepa fue depositada como C. glutamicum ATCC21513_17lysE::lysE el 5 de Junio de 2002 bajo el número DSM15037 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania)de acuerdo con el Tratado de Budapest.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 3
Generación de una duplicación tandem del gen zwa1 en el cromosoma de Corynebacterium glutamicum 3.1 Construcción del vector tandem pk18mobsacBzwa1zwa1
El ADN plasmídico fue aislado a partir de la cepa de Escherichia coli DSM13115 (EP-A-1111062), que lleva el plásmido pCR2.1zwa1exp.
El plásmido contiene el gen zwa1 que codifica para factor 1 de crecimiento celular. Un cultivo puro de esta cepa fue depositado el 19 de Octubre de 1999 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania) de acuerdo con el Tratado de Budapest.
El plásmido pCR2.1zwa1exp es cortado con la enzima de restricción EcoRI (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Alemania, después de la separación en un gel de agarosa (0.8%) el fragmento zwa1 de 1 kb es aislado a partir del gel de agarosa con la ayuda del Kit de Extracción de Gel QIAquick (Qiagen, Hilden, Alemania y empleado para la ligazón con el vector de clonación mobilizable pK18mobsacB descrito por Schäfer y otros, Gene 14, 69-73 (1994). Este es cortado de antemano con la enzima de restricción EcoRI y desfoforilado con fosfatasa alcalina (Fosfatasa alcalina, Boehringer Mannheim), mezclado con el fragmento zwa1 de 1 kb y la mezcla es tratada con T4 ADN ligasa (Amersham-Pharmacia, Freiburg, Alemania).
La cepa de E. Coli DH5\alpha (Grant y otros; Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 87 (1990) 4645-4649) es entonces transformada con el lote de ligazón (Hanahan, In. DNA Cloning. A Practical Approach. Vol. 1, ILR-Press, Cold Spring Harbor, New York, 1989). La selección de las células que llevan-plásmidos es hecha colocando en placas el lote de transformación en agar LB (Sambrook y otros, Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2^{nd} Ed., Cold Spring Harbor, New York, 1989), que fue suplementado con 25 mg/l de kanamicina.
El ADN plasmídico es aislado a partir de un transformante con la ayuda del Kit Miniprep Spin QIAprep de Qiagen y chequeado por cortes de restricción con las enzimas NheI y EcoRI y sucesiva electroforesis en gel de agarosa. El chequeo de los plásmidos mostró que dos fragmentos de zwa1 fueron clonados simultánemente y en la orientación deseada en el vector de clonación pk18mobsac.
El plásmido es llamado pk18mobsacBzwa1zwa1. Un mapa del plásmido se muestra en la Figura 3.
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3.2 Generación de una duplicación tandem del gen zwa1 en la cepa ATCC21513_17 de C. glutamicum
El vector pk18mobsacBzwa1zwa1 mencionado en el Ejemplo 3.1 es transferido por un protocolo modificado de Schäfer y otros,(1990 Journal of Microbiology 172: 1663-1666) en la cepa ATCC21513_17 de C. glutamicum.
La cepa ATCC21513_17 de Corynebacterium glutamicum fue producida por mutagénesis no-dirigida, múltiple, selección y selección de mutantes de C. glutamicum ATCC21513. La cepa es resistente al análogo de lisina S-(2-aminoetil)-L-cisteína y prototrófica a ambas leucina y homoserina.
El vector no se puede replicar independientemente en ATCC21513_17 y es retenido en la célula solamente si este se ha integrado en el cromosoma.
La selección de clones con pk18mobsacBzwa1zwa1 integrado es llevada a cabo colocando en placas el lote de conjugación en agar LB (Sambrook y otros, Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2^{nd} Ed. Cold Spring Harbor, New York, 1989), que fue suplementado con 15 mg/l de kanamicina y 50 mg/l de ácido nalidíxico. Clones que han crecido son colocados en placas de agar LB con 25 mg/l kanamicina e incubadas durante 16 horas a 33ºC. Para lograr el corte del plásmido con solamente una copia del gen de zwa1, los clones son cultivados en agar LB con 10% de sucrosa, después de la incubación durante 16 horas en medio LB líquido. El plásmido pk18mobsacB contiene una copia del gen sacB, el cual convierte la sucrosa en levan sucrasa, que es tóxica a C. glutamicum.
Solamente aquellos clones en que el pk18mobsacBzwa1zwa1 integrado ha sido cortado de nuevo crece por lo tanto en agar LB con sucrosa. Aproximadamente de 40 a 50 colonias son evaluadas para el fenotipo "crecimiento en la presencia de sucrosa" y "no crecimiento en la presencia de kanamicina". Durante el corte, ambas dos copias del gen zwa1 o solamente una puede ser cortado junto con el plásmido.
Para demostrar que las dos copias de gen zwa1 han permanecido en el cromosoma, aproximadamente 20 colonias que muestran el fenotipo "crecimiento en presencia de sucrosa" y "no crecimiento en presencia de kanamicina" son investigados con la ayuda de la reacción en cadena de la polimerasa por el método estándar de PCR de Innis y otros (PCR Protocols. A Guide to Methods and Applications, 1990, Academic Press). Un fragmento de ADN que lleva el gen zwa1 y regiones que lo rodean es amplificado aquí a partir del ADN cromosomal de las colonias. Los siguientes oligonucleótidos cebadores son seleccionados para la PCR.
48
Los cebadores permiten la amplificación de un fragmento de ADN de aprox. 1.3 kb en el tamaño en los clones control con el locus original zwa1. En los clones con una segunda copia del gen zwa1 en el cromosoma en el locus zwa1, son amplificados fragmentos de ADN con un tamaño de aprox. 2.3 kb.
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Los fragmentos de ADN amplificados son identificados por medio de electroforesis en un gel de agarosa 0.8%. En base de la longitud del fragmento amplificado, una distinción fue hecha entre los clones con una copia de gen zwa1 cromosomal y clones con dos copias de gen zwa1 cromosomal. Podría de esta manera ser demostrado que la cepa ATCC21513_17 lleva dos copias completas del gen zwa1 en el cromosoma.
La cepa fue llamada C. glutamicum ATCC21513_17zwa1::zwa1.
La cepa fue depositada como C. glutamicum ATCC21513_17zwa1::zwa1 el 5 de Junio de 2002 bajo el número DSM15038 en el Deutsche Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ, Braunschweig, Alemania) de acuerdo con el Tratado de Budapest.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 4
Preparación de Lisina
Las cepas de C. glutamicum DSM13992lysC^{FBR}::lysC^{FBR}, ATCC21513_17lysE::lysE y ATCC21513_17zwa1::
zwa1 obtenidas en los Ejemplos de 1 al 3 son cultivadas en un medio nutriente apropiado para la producción de lisina y fue determinado el contenido de lisina en el sobrenadante de cultivo.
Para esto, las cepas son primero incubadas en una placa de agar durante 24 horas a 33ºC. Comenzando a partir de este cultivo de placa de agar, un precultivo es sembrado (10 ml de medio en un frasco cónico de 100 ml). El medio MM es usado como el medio para el precultivo. EL precultivo es incubado durante 24 horas a 33ºC a 240 rpm en una máquina de zarandeo. Un cultivo principal es sembrado a partir de este precultivo tal que la DO inicial (660 nm) del cultivo principal es DO 0.1. El medio MM es también usado para el cultivo principal.
\vskip1.000000\baselineskip
Medio MM
CSL
5 g/l
MOPS
20 g/l
Glucosa (separadamente en autoclave)
50 g/l
\vskip1.000000\baselineskip
Sales:
(NH_{4})_{2}SO_{4}
25 g/L
KH_{2}PO_{4}
0.1 g/l
MgSO_{4 *} 7 H_{2}O
1.0 g/l
CaCl_{2*} 2 H_{2}O
10 mg/l
FeSO_{4 *} 7 H_{2}O
10 mg/l
MnSO_{4 *} H_{2}O
5 mg/l
Biotina (estéril-filtrada)
0.3 mg/l
Tiamina * HCl (estéril-filtrada)
0.2 mg/ml
CaCO_{3}
25 g/l
\global\parskip1.000000\baselineskip
El CSL (licor de maíz escarpado), MOPS (ácido morfolinopropanosulfónico) y la solución de sales son llevados a pH 7 con amonio acuoso y sometidos a autoclave. El sustrato estéril y las soluciones de vitaminas, así como el CaCO_{3} sometido a autoclave o en estado seco, son entonces añadidos.
El cultivo es llevado a cabo en un volumen de 10 ml en un frasco cónico de 100 ml con bafles. El cultivo es llevado a cabo a 33ºC y 80% de humedad atmosférica.
Después de 48 horas, la DO es determinada a una medida de longitud de onda de 660 nm con un Biomek 1000 (Instrumentos Beckmann GMBH, Munich). La cantidad de lisina formada es determinada con un analizador de aminoácidos de Eppendorf-BioTronik (Hamburg, Alemania) por cromatografía de intercambio iónico y derivación post-columna con detección de ninidrina.
El resultado del experimento se muestra en la Tabla 10.
TABLA 10
49
Breve descripción de las figuras
Los números de los pares de base declarados son valores aproximados obtenidos en el contexto de reproducibilidad de medidas.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 1
Mapa del plásmido pK18mobsacB2xlysCSma2/1
Las abreviaturas y designaciones usadas tienen la siguiente definición:
KmR:
Gen de resistencia a kanamicina
HindIII:
Sitio de corte de la enzima de restricción HindIII
BamHI:
Sitio de corte de la enzima de restricción BamHI
lysC:
Alelo lysC^{FBR} lysC T311I
sacB:
gen sacB
RP4mob:
región mob con el origen de replicación para la transferencia (oriT)
oriV:
origen de replicación V
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Figura 2
Mapa del plásmido pk18mobsacB2xlysESma1/1
Las abreviaturas y designaciones usadas tienen la siguiente definición:
KanR:
Gen de resistencia a kanamicina
SalI:
Sitio de corte de la enzima de restricción SalI
BamHI:
Sitio de corte de la enzima de restricción BamHI
EcoRI:
Sitio de corte de la enzima de restricción EcoRI
ScaI:
Sitio de corte de la enzima de restricción ScaI
lysE:
gen lysE
sacB:
gen sacB
RP4mob:
región mob con el origen de replicación para la transferencia (oriT)
oriV:
origen de replicación V
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 3
Mapa del plásmido pk18mobsacBzwa1zwa1
Las abreviaturas y designaciones usadas tienen la siguiente definición:
KanR:
Gen de resistencia a kanamicina
EcoRI:
Sitio de corte de la enzima de restricción EcoRI.
NheI:
Sitio de corte de la enzima de restricción NheI
Zwa1:
gen zwa1
sacB:
gen sacB
RP4mob:
región mob con el origen de replicación para la transferencia (oriT)
Oriv:
Origen de replicación V
\global\parskip0.000000\baselineskip
<110> Degussa AG
\vskip0.400000\baselineskip
<120> Bacterias corineformes que producen compuestos químicos II.
\vskip0.400000\baselineskip
<130> 010303 BT
\vskip0.400000\baselineskip
<160> 14
\vskip0.400000\baselineskip
<170> PatentIn Versión 3.1
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 1
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 1263
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> CDS
<222 (1)..(1263)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> lysC gen tipo-salvaje
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 1
\vskip1.000000\baselineskip
50
51
52
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 2
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 421
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 2
\vskip1.000000\baselineskip
53
54
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 3
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 1263
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> CDS
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(1263)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> alelo lysC-fbr lysC T311I
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 3
55
56
57
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 4
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 421
\vskip0.400000\baselineskip
<212> PRT
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 4
58
59
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 5
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 20
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> Misc_característica
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(20)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador lysCK1
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 5
\hskip1cm
60
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 6
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 20
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> misc_característica
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(20)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador lysCK2
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 6
\hskip1cm
61
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 7
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 20
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> misc_ característica
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(20)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> LC-lysC1-fbr
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 7
\hskip1cm
62
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 8
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 20
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> misc_ característica
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(20)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> LC-lysC2-fbr
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 8
\hskip1cm
63
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 9
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 21
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> misc_ característica
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(21)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> oligonicleótido lysC311-C
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 9
\hskip1cm
64
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 10
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 35
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> misc_ característica
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(35)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> oligonicleótido lysC311-A
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 10
\hskip1cm
65
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 11
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 20
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> misc_ característica
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(20)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador lysEK-1
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 11
\hskip1cm
66
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 12
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 20
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> misc_ característica
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(20)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador lysEK-2
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 12
\hskip1cm
67
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 13
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 20
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> misc_ característica
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(20)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador zwa1-A2
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 13
\hskip1cm
68
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 14
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 20
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Corynebacterium glutamicum
\vskip0.400000\baselineskip
<220>
\vskip0.400000\baselineskip
<221> misc_ característica
\vskip0.400000\baselineskip
<222> (1)..(20)
\vskip0.400000\baselineskip
<223> Cebador zwa1-E1
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 14
\hskip1cm
69

Claims (20)

1. Bacterias corineformes con alta estabilidad que producen un L-aminoácido seleccionado a partir del grupo que consiste de L-lisina, L-metionina, L-treonina y L-valina donde estas bacterias comprenden al menos dos copias de un gen donde dichas copias están presentes en el sitio natural en dicha bacteria en rearreglo tandem y pertenecen a los genes requeridos para la producción de dichos L-aminoácidos y donde dichos genes son seleccionados del grupo que consiste de:
\vskip1.000000\baselineskip
a) para la producción de L-lisina:
uno o más de los genes seleccionados a partir del grupo que consiste de 70
\vskip1.000000\baselineskip
b) para la producción de L-metionina:
uno o más de los genes seleccionados a partir del grupo que consiste de 71
\vskip1.000000\baselineskip
c) para la producción de L-treonina:
uno o más de los genes seleccionados a partir del grupo que consiste de 72
\newpage
d) para la producción de L-valina:
uno o más de los genes seleccionados a partir del grupo que consiste de 73
donde dichas bacterias son obtenidas por transformación usando vectores que no se replican en bacterias corineformes y que portan dos copias de dichos genes en rearreglo tandem, y donde de 0 a 24 residuos de nucleótidos de secuencias del vector usado permanecen en los flancos de dichos genes.
2. Bacterias corineformes de acuerdo a la reivindicación 1, que tienen al menos una tercera copia de dicho gen en un sitio de gen adicional, donde de 0 a 24 nucleótidos de residuos del vector usado permanecen en el flanco de dicha tercera copia.
3. Bacterias corineformes de acuerdo a las reivindicaciones 1 ó 2, donde dichas bacterias son libres de una secuencia nucleotídica en dichos sitios que proporciona resistencia a los antibióticos.
4. Bacterias Corineformes de acuerdo con una o más de las reivindicaciones 1 a 3, que produce L-lisina, que comprende al menos dos copias de un gen seleccionado del grupo de lysC^{FBR}, lysE y zwa1.
5. Bacterias Corineformes de acuerdo con una o más de las reivindicaciones 1 a 4, que produce L-lisina, que comprende al menos dos copias de un gen lysE.
6. Bacterias Corineformes de acuerdo con una o más de las reivindicaciones 1 a a 4, que produce L-lisina, que comprende al menos dos copias de un gen zwa1.
7. Bacterias Corineformes de acuerdo con una o más de las reivindicaciones 1 a 4, que produce L-lisina, donde un alelo lysC^{FBR} es duplicado que codifica para una forma resistente a la retroalimentación de aspartato quinasa.
8. Bacterias Corineformes de acuerdo a la reivindicación 7, donde un alelo lysC^{FBR} es duplicado que codifica para una aspartato quinasa resistente a retroalimentación que contiene uno o más intercambios de aminoácidos en la secuencia de acuerdo a SEQ ID NO: 2, seleccionados del grupo que consiste de A279V, S301F, T308I, S301Y, G345D, R320G, T311I y S381F.
9. Bacterias Corineformes de acuerdo a la reivindicación 7, donde dicha aspartato quinasa resistente a la retroalimentación tiene la secuencia de aminoácido de acuerdo a SEQ ID NO: 4.
10. Bacterias Corineformes de acuerdo a la reivindicación 7, donde dicho alelo lysC^{FBR} tiene la secuencia de aminoácido de acuerdo a SEQ ID NO: 3.
11. Bacterias Corineformes de acuerdo a la reivindicación 1, 9 y 10, que comprende una copia del gen lysC y una copia del alelo lysC^{FBR}, que tiene la secuencia nucleotídica de acuerdo a SEQ ID NO: 3 en rearreglo tandem.
12. Bacterias Corineformes de acuerdo a una o más de las reivindicaciones de 1 a 10, donde la bacteria corineforme pertenece al género Corynebacterium.
13. Bacterias Corineformes de acuerdo a la reivindicación 12, donde dicha bacteria pertenece a la especie de Corynebacterium glutamicum.
14. Proceso para la preparación de un L-aminoácido, seleccionado a partir del grupo que consiste de L-lisina, L-metionina, L-treonina y L-valina que comprende:
a)
fermentación de bacterias corineformes de acuerdo a las reivindicaciones de 1 a 13.
15. Proceso de acuerdo a la reivindicación 14, que comprende:
a)
concentración de dicho L-aminoácido en el caldo de fermentación y/o las células de la bacteria, y
b)
aislamiento de dichos L-aminoácidos a partir del caldo de fermentación.
16. Proceso de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende:
a)
aislamiento de dichos L-aminoácidos a partir de dicho caldo de fermentación con constituyentes del caldo de fermentación y/o la biomasa a la extensión de > 0 a 100%.
17. El plásmido pk18mobsacB2xlysCSma2/1, depositado en forma de un cultivo puro de la cepa E. coli bajo el número DSM14244.
18. La cepa Corynebacterium glutamicum DSM139921lysC^{FBR}::lysC^{FBR} depositada en forma de un cultivo puro bajo el número DSM15036.
19. La cepa Corynebacterium glutamicum ATCC21513_17lysE::lysE depositada en forma de un cultivo puro bajo el número DSM15037.
20. La cepa Corynebacterium glutamicum ATCC21513_17zwa1::zwa1 depositada en forma de un cultivo puro bajo el número DSM15038.
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