ES2553605T3 - Procedimiento para la producción de L-treonina, utilizando cepas de la familia Enterobacteriaceae que contienen un marco de lectura abierto yfiD y/o un gen pflB intensificado - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la producción de L-treonina mediante fermentación de microorganismos recombinantes de la familia Enterobacteriaceae, en el que a) en los microorganismos que ya producen L-treonina se sobre-expresan el ORF yfiD y/o el gen pflB o las secuencias de nucleótidos que codifican los productos génicos, y dichos microorganismos se cultivan en un medio en condiciones en las que la L-treonina está enriquecida en el medio o en las células, y b) la L-treonina se aísla, con lo que opcionalmente constituyentes del caldo de fermentación y/o la biomasa en su totalidad o en porciones permanecen en el producto aislado o se separan por completo.
Description
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estabilidad de los plásmidos pueden añadirse al medio, sustancias adecuadas de acción selectiva, por ejemplo antibióticos. Para mantener las condiciones aerobias, se introducen en el cultivo oxígeno o mezclas de gases que contienen oxígeno, tales como aire, por ejemplo. La temperatura del cultivo cultura es normalmente alrededor de 25 °C a 45 °C y preferiblemente en torno a 30 °C hasta 40 °C. El cultivo se continúa hasta que se haya formado un máximo de L-aminoácidos o, para ser más exactos, de L-treonina. Este objetivo se logra normalmente en el espacio de 10 horas a 160 horas.
El análisis de los L-aminoácidos se puede llevar a cabo mediante cromatografía de intercambio de aniones con subsiguiente derivatización con ninhidrina tal como se describe en Spackman et al. (Analytical Chemistry 30: 11901206 (1958)), o puede tener lugar mediante HPLC de fase inversa tal como se describe en Lindroth et al. (Analytical Chemistry 51: 1167-1174 (1979)).
El procedimiento de acuerdo con la invención sirve preferiblemente para la producción fermentativa de L-treonina.
La presente invención se elucidará con mayor detalle en lo que sigue sobre la base de realizaciones a modo de ejemplo.
Medios mínimos (M9) y medios completos (LB) que se utilizan para Escherichia coli se describen por J. H. Miller (A short course in bacterial genetics (1992), Cold Spring Harbor Laboratory Press). El aislamiento de ADN del plásmido de Escherichia coli y también todas las técnicas relacionadas con la restricción, ligamiento, tratamiento Klenow y tratamiento con fosfatasa alcalina se llevan a cabo de acuerdo con Sambrook et al. (Molecular Cloning – A Laboratory Manual (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press. La transformación de Escherichia coli se lleva a cabo, a menos que se describa de otro modo, de acuerdo con Chung et al. (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 86: 2172-2175 (1989)).
La temperatura de incubación en el transcurso de la producción de cepas y transformantes es 37 ºC.
Ejemplo 1
1. 1 Construcción del plásmido de expresión pTrc99AyfiD
El marco de lectura abierto yfiD de E. coli K12 se amplifica utilizando la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y también oligonucleótidos sintéticos. Partiendo de la secuencia de nucleótidos del marco de lectura abierto yfiD en
E. coli K12, MG1655 (número de acceso AE000344, Blattner et al. (Science 277: 1453-1474 (1997)), se sintetizan cebadores de la PCR (MWG Biotech, Ebersberg, Alemania). Los cebadores contienen secuencias para las enzimas de restricción que están marcadas mediante subrayado en la secuencia de nucleótidos representada más adelante. El cebador yfiD1 contiene el sitio de restricción para XbaI; el cebador yfiD2 contiene el sitio de restricción para HindIII.
El ADN cromosómico de E. coli K12 MG1655 empleado para la PCR se aísla de acuerdo con las instrucciones del fabricante utilizando “Qiagen Genomic-tips 100/G” (QIAGEN, Hilden, Alemania). Un fragmento de ADN con un tamaño de aproximadamente 431 pb se puede amplificar con los cebadores específicos bajo condiciones de PCR estándares (Innis et al. (1990) PCR Protocols. A guide to methods and applications, Academic Press) con Vent-ADNpolimerasa (New England Biolabs, Frankfurt, Alemania) (SEQ ID Nº 3).
El producto de la PCR se restringe con las enzimas de restricción HindIII y XbaI y se examina en un gel de agarosa al 0,8% después de haberse purificado (kit de purificación, QIAGEN, Hilden, Alemania). El vector pTrc99A (Pharmacia Biotech, Uppsala, Suecia) se escinde con las enzimas HindIII y XbaI, y se liga con el fragmento yfiD restringido. La cepa de E. coli XL1-Blue MRF’ (Stratagene, La Jolla, EE.UU.) se transforma con la tanda de ligamiento, y células portadoras de plásmidos se seleccionan en agar LB al que se han añadido 50 μg/ml de ampicilina. La clonación con éxito se puede demostrar después del aislamiento del ADN del plásmido mediante escisión control con las enzimas HindIII/XbaI y HpaI. El plásmido se designa pTrc99AyfiD (Figura 1).
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El resultado del experimento se presenta en la Tabla 1. Tabla 1
- Cepa
- DO (660 nm) L-treonina g/l
- MG442
- 5,6 1,4
- MG442/pTrc99A
- 3,8 1,3
- MG442/pTrc99AyfiD
- 5,5 2,5
2.1 Producción de L-treonina con la cepa MG442/pTrc99ApflB
La cepa de E. coli MG442 productora de L-treonina se describe en la memoria descriptiva de la patente US-A
4.278.765 y se deposita en la Colección Nacional Rusa de Microorganismos Industriales (VKPM, Moscú, Rusia) como CMIM B-1628.
La cepa MG442 se transforma con el plásmido de expresión pTrc99ApflB descrito en el Ejemplo 1.2 y con el vector pTrc99A, y células portadoras de plásmidos se seleccionan en agar LB con 50 μg/ml de ampicilina. De este modo, surgen las cepas MG442/pTrc99ApflB y MG442/pTrc99A. Colonias sencillas seleccionadas se multiplican subsiguientemente de manera adicional en medio mínimo que tiene la siguiente composición: 3,5 g/l de Na2HPO4*2H2O, 1,5 g/l de KH2PO4, 1 g/l de NH4Cl, 0,1 g/l de MgSO4*7H2O, 2 g/l de glucosa, 20 g/l de agar, 50 mg/l de ampicilina. La formación de L-treonina se examina en cultivos en tandas de 10 ml, que están contenidos en matraces Erlenmeyer de 100 ml. Para este fin, 10 ml de medio de pre-cultivo que tiene la siguiente composición: 2 g/l de extracto de levadura, 10 g/l de (NH4)2SO4, 1 g/l de KH2PO4, 0,5 g/l de MgSO4*7H2O, 15 g/l de CaCO3, 20 g/l de glucosa, 50 mg/l de ampicilina, se inoculan e incuban durante 16 horas a 37 ºC y a 180 rpm en una incubadora ESR fabricada por Kühner AG (Birsfelden, Suiza). 250 μl de una vez de este pre-cultivo se inoculan en 10 ml de medio de producción (25 g/l de (NH4)2SO4, 2 g/l de KH2PO4, 1 g/l de MgSO4*7H2O, 0,03 g/l de FeSO4*7H2O, 0,018 g/l de MnSO4*1H2O, 30 g/l de CaCO3, 20 g/l de glucosa, 50 mg/l de ampicilina) y se incuban durante 48 horas a 37 ºC. Con vistas a completar la inducción de la expresión del gen pflB, se añaden 100 mg/l de isopropil-β-Dtiogalactopiranósido (IPTG) en tandas paralelas. La formación de L-treonina por parte de la cepa MG442 inicial se examina de la misma manera, no existiendo, sin embargo, adición alguna de ampicilina al medio. Después de la incubación, se determina la densidad óptica (OD) de la suspensión de cultivo a una longitud de onda de medición de 660 nm con un fotómetro LP2W fabricado por Dr. Lange (Düsseldorf, Alemania).
Subsiguientemente se determina la concentración de L-treonina que se ha formado en el sobrenadante del cultivo filtrado en condiciones estériles con un analizador de aminoácidos fabricado por Eppendorf-BioTronik (Hamburg, Alemania), mediante cromatografía de intercambio de iones y reacción post-columna con detección de ninhidrina.
El resultado del experimento se presenta en la Tabla 2.
Tabla 2
- Cepa
- Aditivos DO (660 nm) L-treonina g/l
- MG442
- - 5,6 1,4
- MG442/pTrc99A
- - 3,8 1,3
- MG442/pTrc99ApflB
- - 5,6 1,9
- MG442/pTrc99ApflB
- IPTG 5,2 2,2
Breve descripción de las Figuras:
Los datos de longitud han de interpretarse como datos aproximados. Las abreviaturas y designaciones que se utilizan tienen el siguiente significado:
- ● Amp:
- gen de resistencia a ampicilina
- ● lacI:
- gen para la proteína represora del promotor trc
- ● Ptrc;
- región del promotor trc, inducible por IPTG
- 12
- ●
- yfiD: región codificadora del marco de lectura abierto yfiD
- ●
- pflB: región codificadora del gen pflB
- ●
- 5S: región de ARNr de 5S
● rrnBT: región del terminador de ARNr 5 Las abreviaturas para las enzimas de restricción tienen el siguiente significado:
- ●
- HindIII: endonucleasa de restricción de Haemophilus influenze Rc
- ●
- HpaI: endonucleasa de restricción de Haemophilus parainfluenzae
- ●
- PauI: endonucleasa de restricción de Paracoccus alcaliphilus
- ●
- XbaI: endonucleasa de restricción de Xanthomonas campestris
10
13
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