FI107342B - Process for producing xylitol from a modified yeast host - Google Patents

Process for producing xylitol from a modified yeast host Download PDF

Info

Publication number
FI107342B
FI107342B FI935957A FI935957A FI107342B FI 107342 B FI107342 B FI 107342B FI 935957 A FI935957 A FI 935957A FI 935957 A FI935957 A FI 935957A FI 107342 B FI107342 B FI 107342B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
xylitol
yeast
xylose
gene
strains
Prior art date
Application number
FI935957A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI935957A (en
FI935957A0 (en
Inventor
Matti Leisola
Juha Apajalahti
Original Assignee
Xyrofin Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FI913197A external-priority patent/FI913197A0/en
Application filed by Xyrofin Oy filed Critical Xyrofin Oy
Priority to FI935957A priority Critical patent/FI107342B/en
Publication of FI935957A publication Critical patent/FI935957A/en
Publication of FI935957A0 publication Critical patent/FI935957A0/en
Application granted granted Critical
Publication of FI107342B publication Critical patent/FI107342B/en

Links

Landscapes

  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

107342107342

Menetelmä ksylitolin tuottamiseksi modifioidusta hii-vai s ännäs täA process for the production of xylitol from modified carbon or the like

Keksinnön ala 5 Keksintö on metaboliamanipuloinnin alalta. Spesi fisesti keksintö koskee menetelmää ksylitolin tuottamiseksi käyttämällä uusia hiivakantoja, joiden ksylitolime-taboliaa on modifioitu. Keksintö koskee edelleen uusia hiivakantoja ja menetelmää tällaisten kantojen tuottami-10 seksi.FIELD OF THE INVENTION The invention is in the field of metabolic manipulation. Specifically, the invention relates to a process for producing xylitol using novel yeast strains having xylitol metabolism modified. The invention further relates to novel yeast strains and to a method for producing such strains.

Keksinnön taustaBackground of the Invention

Ksylitolia valmistetaan tavallisesti menetelmillä, joissa ensin hydrolysoidaan ksylaanipitoinen materiaali ksyloosia sisältävän monosakkaridiseoksen tuottamiseksi. 15 Sitten ksyloosi pelkistetään ksylitoliksi tavallisesti nikkelikatalysaattorin läsnä ollessa. Lukuisia tämäntyyppisiä menetelmiä on kuvattu tämän alan kirjallisuudessa. US-patenttijulkaisut nro 3 784 408, 4 066 711, 4 075 406, 4 008 285 ja 3 586 537 voidaan mainita esimerkkeinä.Xylitol is usually prepared by methods of first hydrolyzing a xylan-containing material to produce a xylose-containing monosaccharide mixture. The xylose is then reduced to xylitol, usually in the presence of a nickel catalyst. Numerous methods of this type are described in the literature of the art. U.S. Patent Nos. 3,784,408, 4,066,711, 4,075,406, 4,008,285, and 3,586,537 may be cited as examples.

20 Kaikki nämä aiemmat menetelmät ovat kuitenkin moni vaiheisia prosesseja, jotka ovat suhteellisen kalliita ja joiden tehokkuus on suhteellisen alhainen. Suurimmat ongelmat liittyvät ksyloosin tehokkaaseen ja täydelliseen erottamiseen muista hydrolyysisivutuotteista. Puhdistus on :: 25 hyvin vaativaa, koska ksyloosin pelkistysreaktiossa käyte tyt katalysaattorit ovat hyvin herkkiä. Lopputuotteen puhtaus toisaalta on hyvin riippuvainen siitä, miten hyvin ksylitoli kyetään erottamaan muista pelkistysreaktiossa muodostuneista tuotteista.However, all of these prior art processes are multi-step processes that are relatively expensive and have relatively low efficiency. The major problems relate to the efficient and complete separation of xylose from other hydrolysis byproducts. Purification is: 25 very demanding because the catalysts used in the xylose reduction reaction are very sensitive. The purity of the final product, on the other hand, is highly dependent on how well xylitol can be distinguished from other products formed in the reduction reaction.

30 Ksylitolin tuottaminen bioteknisellä menetelmällä on erittäin kiinnostavaa, mikäli tällaisella menetelmällä kyetään saamaan hyvin korkealaatuinen tuote kustannuksiltaan verraten edullisella menetelmällä. Kuitenkin ksylitolin tuottamiseksi hiivafermentoinnilla edellä mainittuihin 35 tarkoituksiin on löydettävä hiivakanta, joka ei ole pato- 107342 2 vaatimukset. Edelleen, jotta hiivafermentoinnilla päästäisiin suuriin ksylitolisaantoihin, on oleellista käyt -tää hiivaa, joka kykenee pelkistämään ksyloosin ksyliteliksi. Edullisesti tällainen kanta olisi myös suhteella -5 sen tehoton ksylitolin aineenvaihdunnallisessa edelleer -konvertoinnissa.The production of xylitol by the biotechnological process is of great interest if such a process is capable of obtaining a very high quality product by a relatively inexpensive process. However, in order to produce xylitol by yeast fermentation for the purposes mentioned above, a yeast strain which is not a requirement of the pathogens must be found. Further, in order to achieve high yields of xylitol by yeast fermentation, it is essential to use a yeast that is capable of reducing xylose to xylitol. Preferably, such a strain would also have a ratio of -5 in its ineffective xylitol metabolic edelleer conversion.

Monet hiivakannat tuottavat reduktaasientsyymejc, jotka katalysoivat sokerien pelkistystä vastaaviksi soke-rialkoholeiksi. Monet hiivat kykenevät myös pelkistämään 10 ksyloosia ksylitoliksi ksyloosimetaboliansa ensimmäisenä vaiheena ja useat hiivakannat kykenevät käyttämään ksyloc-siä ainoana hiili- ja energialähteenä. Ksyloosin käytin reaktiotie tai -reitti tutkitulle hiivalle on seuraave: ksylitolia syntetisoidaan ensimmäisessä vaiheessa, jossa 15 ksyloosireduktaasi pelkistää ksyloosin ksylitoliksi. Syl ten ksylitoli metaboloidaan (käytetään) sarjassa toisien n seuraavia vaiheita. Ensiksi ksylitolidehydrogenaasi hapsi-taa ksylitolin ksyluloosiksi, ksyluloosikinaasi (jota kutsutaan myös ksylulokinaasiksi) fosforyloi ksyluloosin ksy-20 luloosi-5-fosfaatiksi ja sitten osa ksyluloosi-5-fosfnatista muutetaan pyruvaatiksi ja etanoliksi useiden välivaiheiden kautta. Saadut päätuotteet ja sivutuotteet väittelevät hiivakannasta ja fermentointiolosuhteista riippuen. Reaktiot eivät ole tiukasti toisiinsa kytkettyjä, : 25 minkä vuoksi jonkin verran ksylitolia muodostuu aina kas vualustaan.Many yeast strains produce reductase enzymes that catalyze the reduction of sugars to the corresponding sugar alcohols. Many yeasts are also capable of reducing 10 xylose to xylitol as a first step in their metabolism of xylose, and many yeast strains are able to use xyloc as the sole source of carbon and energy. The pathway or pathway used by xylose for the yeast studied is as follows: xylitol is synthesized in the first step where xylose reductase reduces xylose to xylitol. Xylitol is then metabolised (used) in a series of the following n steps. First, xylitol dehydrogenase oxidizes xylitol to xylulose, xylulose kinase (also called xylulokinase) phosphorylates xylulose to xy-20-lulose-5-phosphate, and then part of the xylulose-5-phosphnate is converted to pyruvate and ethanols. Depending on the yeast strain and fermentation conditions, the resulting main and by-products will argue. The reactions are not tightly coupled, which is why some xylitol is always formed in the growth medium.

Tämän alan tutkimuksessa on yleensä keskitytty yrityksiin identifioida hiivakantoja, joilla on tehostunut kyky tuottaa etanolia pikemminkin kuin ksylitolia.. 30 Ksylitolin tuottaminen on kuitenkin ksyloosia käyttävien hiivojen suhteellisen yleinen piirre. Esimerkiksi 44 hiivasta viidestä suvusta (Candida, Hansenula, Kluyveromyces, Pichia ja Pachysolen) '42 tuotti jonkin verran ksylitolia kasvualustaan [Barbosa, M.F.S., et ai., J. Industr. Micrc- 107342 3 biol. 3 (1988) 241 - 251; ja Enzyme Microb. Technol. 10 (1988) 66 - 81].Research in this field has generally focused on attempts to identify yeast strains that have an enhanced ability to produce ethanol rather than xylitol. 30 However, xylitol production is a relatively common feature of yeast using xylose. For example, 44 of the 5 yeasts of five genera (Candida, Hansenula, Kluyveromyces, Pichia and Pachysolen) produced some xylitol in the medium [Barbosa, M.F.S., et al., J. Industr. Micrc- 107342 3 Biol. 3: 241-251 (1988); and Enzyme Microb. Technol. 10: 66-81 (1988)].

Tällaisten kantojen käyttöä ksylitolin teolliseen tuotantoon on ehdotettu. Esimerkiksi hiivoja Candida tro-5 picalis, Candida guillermondii ja Candida parapsilosis on ehdotettu käytettäväksi teollisesti (PCT-patenttihakemus-julkaisut PCT/FI90/00015, C^_ tropicalis, PCT/FI91/00011, C. tropicalis, ja PCT/FI87/00162, C_^ guillermondii, ja FR-patenttihakemusjulkaisu 2 641 545, C. parapsilosis). Kaik-10 ki edellä mainitut Candida-kannat ovat kuitenkin mahdollisia patogeenejä, jotka eivät täytä elintarviketeollisuuden vaatimuksia. Barbosa et ai., J. Industr. Microbiol. 3 (1988) 241 - 251, kuvaavat ksylitolin tuottamisen suhteen seulottuja hiivoja. Kuitenkin kannat, joilla saatiin hy-15 väksyttäviä saantoja, ovat myös kaikki mahdollisia patogeenejä. Tämän vuoksi ei ole kuvattu ksylitolin tuottamiseen käyttökelpoisia ei-patogeenisia hiivakantoja, joita voidaan käyttää elintarviketeollisuudessa ja/tai ksylitolin tuottamiseen suuressa mittakaavassa.The use of such strains for the industrial production of xylitol has been proposed. For example, the yeasts Candida tro-5 picalis, Candida guillermondii and Candida parapsilosis have been proposed for industrial use (PCT Patent Application Publication Nos. PCT / FI90 / 00015, Ct-tropicalis, PCT / FI91 / 00011, C. tropicalis, and PCT / FI87 / 00162). , Guillermondii, and U.S. Patent Application No. 2,641,545, C. parapsilosis). However, all the above-mentioned Candida strains are potential pathogens that do not meet the requirements of the food industry. Barbosa et al., J. Industr. Microbiol. 3, 241-251 (1988), describe yeasts screened for xylitol production. However, strains that obtained acceptable yields of hy-15 are also all possible pathogens. Therefore, non-pathogenic yeast strains useful for the production of xylitol, which can be used in the food industry and / or for the large-scale production of xylitol, have not been described.

20 Lisäksi ksylitolin kannattava teollinen tuotanto ksyloosin entsymaattisella konversiolla on mahdollista vain, jos saanto on hyvin suuri. Millään villihiivakannal-la ei kuitenkaan voida päästä tähän. Tutkittaessa erilaisia hiivakantoja optimaalisissa reaktio-olosuhteissa to-25 dettiin, että tietyt Candida tropicalis -kannat tuottivat parhaan ksylitolisaannon. Tämän hiivalajin kannat ovat, kuten edellä mainittiin, kuitenkin mahdollisesti patogeenisiä, minkä vuoksi niitä ei voida käyttää elintarviketeollisuudessa. Elintarviketeollisuudelle hyväksyttä-30 viä lajeja ovat Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis ja Kluyveromyces marxianus. Saccharomyces cerevisiae ei normaalisti ilmennä ksyloosireitin entsyymejä, vaikka Hallborn, J., et ai., Bio/Technology 9 (1991) 1090, kuvaavat Pichia stipitiksen kloonatun ksyloosireduktaasigeenin 35 käyttöä Saccharomyces cerevisiae -kantojen rakentamiseksi, 107342 4 jotka kykenevät muuttamaan ksyloosia ksylitoliksi väitetyn saannon ollessa 95 %.Moreover, profitable industrial production of xylitol by enzymatic conversion of xylose is only possible if the yield is very high. However, no strain of wild yeast can achieve this. Examination of different yeast strains under optimal reaction conditions showed that certain strains of Candida tropicalis produced the best xylitol yield. However, strains of this yeast species, as mentioned above, are potentially pathogenic and therefore cannot be used in the food industry. Acceptable species for the food industry are Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis and Kluyveromyces marxianus. Saccharomyces cerevisiae does not normally express the enzymes of the xylose pathway, although Hallborn, J., et al., Bio / Technology 9 (1991) 1090, describes the use of the Pichia stipitic cloned xylose reductase gene 35 to construct strains of Saccharomyces cerevisiae, which have been transformed. 95%.

On kuvattu mutantteja, joiden ksyloosin käyttö en puutteellista. Julkaisussa Hagedorn,, J., et ai., Curi .Mutants have been described for which the use of xylose is not deficient. In Hagedorn, J., et al., Curi.

5 Genet. 16 (1989) 27 - 33 julkistetaan, että on identifioitu hiivan stipitis mutantteja, jotka eivät kyenneet käyttämään ksyloosia ainoana hiililähteenä ja joilla jol^o ksyloosireduktaasi tai ksylitolidehydrogenaasi oli puut -teellinen. Julkciisussa James, A. P., et ai., Appi. Er -10 viron. Microbiol. 55 (1989) 2871 - 2876 julkistetaan h;.J -van Pachysolen tannophilus mutantteja, jotka eivät kykere metaboloimaan D-ksyloosia. Julkaisussa Stevis, P. E., et ai., Appi. Biochem. Biotechnol. 20 (1989) 327 - 334 julkistetaan hiivaksylulokinaasimutanttien rakentaminen yh-15 distelmä-DNA-tekniikoilla.5 Genet. 16: 27-33 (1989) discloses the identification of yeast stipitis mutants which were unable to use xylose as the sole carbon source and lacking xylose reductase or xylitol dehydrogenase. In James, A. P., et al., Appl. Er -10 Estonian. Microbiol. 55 (1989) 2871 - 2876 discloses H; .J -van Pachysolen tannophilus mutants which are kykere to metabolize D-xylose. Stevis, P.E., et al., Appl. Biochem. Biotechnol. 20: 327-334 (1989) discloses construction of yeast xylulokinase mutants by recombinant DNA techniques.

Hiivoilla Candida utilis ja K1uyveromyees marxiani s on ksyloosin hajottamiselle välttämättömät luonnollisesti indusoituvat entsyymit ksyloosireduktaasi, ksylitolidehyc-rogenaasi ja ksyluloosikinaasi. Yritykset säätää Candle a 20 utilis- ja Kluyveromyces marxianus -hiivojen kemiallista ja fysikaalista ympäristöä ksylitolin saannon nostamiseksi ovat kuitenkin epäonnistuneet.Candida utilis and K1uyveromyees marxiani s are naturally-inducible enzymes xylose reductase, xylitol dehydrogenase and xylulose kinase, which are essential for the degradation of xylose. However, attempts to regulate the chemical and physical environment of Candle a 20 utilis and Kluyveromyces marxianus to increase the yield of xylitol have failed.

Keksinnön yhteenvetoSummary of the Invention

Nyt on havaittu, että hiivojen ksylitolimetabol:<a .: 25 voidaan modifioida, jolloin muodostuu uusia hiivakanto.jc , jotka tuottavat ksylitolia suurin saannoin.It has now been found that the yeast xylitol metabolite: <a.: 25 can be modified to form new yeast strains.jc that produce xylitol in high yield.

Täten keksintö kohdistuu ensiksi uusiin hiivakin töihin, jotka hiivakannat kykenevät ksylitolin synteesiin ksyloosista, mutta joilla yksi tai useampi ksylitolinne :a-30 bolian entsyymi on puutteellinen, jolloin ksylitolia kes-rääntyy kasvualustaan, josta se voidaan ottaa talteen.Thus, the invention firstly relates to new yeast strains which are capable of synthesizing xylitol from xylitol but which lack one or more of the xylitol: a-30 bolus enzyme, whereby xylitol is cleaved to a medium from which it can be harvested.

Keksintö kohdistuu edelleen menetelmiin ksylito L:.n tuottamiseksi tällaisia hiivakantoja käyttäen.The invention further relates to methods for producing xylito L using such yeast strains.

Keksintö kohdistuu edelleen menetelmään modifioitu-35 jen hiivakantojen rakentamiseksi, jotka kykenevät pelkin- 107342 5 tämään ksyloosia ja jotka eivät kykene ilmentämään ksyli-tolidehydrogenaasi- ja/tai ksyluloosikinaasiaktiivisuutta tai joiden ksylitolidehydrogenaasi- ja/tai ksyluloosiki-naasiaktiivisuuden ilmentäminen on puutteellinen.The invention further relates to a method of constructing modified yeast strains which are capable of xylose-only and which are not capable of expressing xylitol dehydrogenase and / or xylulose kinase activity or have xylitol dehydrogenase and / or xylulose deficiency.

5 Yksityiskohtainen kuvaus5 Detailed Description

Keksinnön mukaiset modifioidut hiivakannat kykenevät syntetisoimaan ksylitolia ksyloosista, mutta niiden ksylitolin käytön yksi tai useampi entsyymi on puutteellinen, jolloin ksylitolia kerääntyy kasvualustaan kasvatet-10 taessa modifioitua hiivaisäntää ksyloosin avulla. Täten uusissa kannoissa ksyloosireduktaasiaktiivisuutta on läsnä, mutta ksylitolimetabolia on merkittävästi alentunut. Uudet kannat eivät siten kykene käyttämään ksyloosia ainoana hiililähteenään, vaikka ksyloosi indusoi ksyloosi-15 reduktaasiaktiivisuutta ja siten ksyloosin konversiota ksylitoliksi.The modified yeast strains of the invention are capable of synthesizing xylitol from xylose, but one or more enzymes of their use in xylitol are deficient, whereby xylitol is accumulated in the medium by culturing the modified yeast host with xylose. Thus, xylose reductase activity is present in the new strains, but xylitol metabolism is significantly reduced. Thus, new strains are unable to use xylose as their sole carbon source, although xylose induces xylose-15 reductase activity and thus the conversion of xylose to xylitol.

Ksyloosin pelkistysreaktion kulku esitetään seuraa- vassa.The course of the xylose reduction reaction is shown below.

Ksyloosireduktaasi katalysoi reaktiota: 20 ksyloosiXylose reductase catalyzes the reaction: 20 xylose

/ NADPH/ NADPH

J.(J. (

NADPNADP

ksylitoli . 25 Ksylitolin käytön ensimmäinen entsyymi, ksylitoli- • · dehydrogenaasi, katalysoi reaktiota: ksylitoli «ΝΑΟ ,r(xylitol. The first enzyme in the use of xylitol, xylitol • · dehydrogenase, catalyzes the reaction: xylitol «ΝΑΟ, r (

30 NADH30 NADH

ksyluloosi • · ·xylulose • · ·

Keksinnön mukaisella menetelmällä tuotetut uudet hiivakannat tuottavat ksylitolia ksyloosista, kun kasvualustaan on lisätty hiivakannan kasvua ja ylläpitoa varten 35 muutakin hiili- ja energialähdettä. Viljelyolosuhteissa, 107342 6 joissa halutaan tuottaa ksylitolia ksyloosista, keksinnön mukaiset isännät ovat geneettisesti kykenemättömiä käyttämään ksyloosia ainoana hiililähteenä, koska ne ovat geneettisesti kykenemättömiä täydellisesti metaboloimaan 5 ksylitolin. Koska kannat eivät kykene metaboloimaan ksylitolia, ksylitoli kerääntyy kasvualustaan. "Geneettisesti kykenemättömällä" tarkoitetaan, että natiivia hiiva-DNA:ta on muutettu siten, että tuloksena on modifioitu hiivaisän-tä, jolla on haluttu mutaatio tai muu geneettinen muuton, 10 joka periytyy stabiilisti.The novel yeast strains produced by the process of the invention produce xylitol from xylose after addition of 35 other sources of carbon and energy to the growth medium for growth and maintenance of the yeast strain. Under culture conditions, where it is desired to produce xylitol from xylose, the hosts of the invention are genetically unable to use xylose as the sole carbon source because they are genetically unable to completely metabolise xylitol. Since the strains are unable to metabolize xylitol, xylitol accumulates in the culture medium. By "genetically incompetent" is meant that the native yeast DNA has been altered to result in a modified yeast parent with the desired mutation or other genetic modification that is stably inherited.

Täten keksinnön mukaisten modifioitujen hiivakanro-jen glukoosimetabolia ja ksyloosin pelkistys ovat vilkkaita, mutta samanaikaisesti nopeus, jolla ne hapettavat ksylitolia ksyluloosiksi, on kuitenkin, merkittävästi alerrni-15 nut. Uudet kannat ovat siten hyvin tehokkaita ksylitolin tuottajia. Tunnekaan monia ksyloosia käyttäviä hiivakam-toja, mukaan lukien esimerkiksi Cr frareli (kuten FTl-20038); guillermondii (kuten FTI-20037, IZ-803, iz- 1739, IZ-1231, 12:-1322, IZ-1239, IZ-1422, c-138, 17-07 ia 20 1Z-1735); intermedia (kuten RJ-245); pseudotropica- lis (kuten IZ-431 ja 1006); tropicalis (kuten 1004, iz-1824, IZ-1958 ja 53-51); Cl utilis (kuten FTI-20039, '4-64, 1009, EQ2, IZ-1166, IZ-1840 ja IZ-1841); anomala (kuten IZ-1420, IZ-229, IZ-781, IZ-1033, RJ-510, IZ-271, 25 IZ-1224, IZ-1260 ja FTPTAT-106); fragilis (kuten FTI- 20066); K. marxianus (kuten IZ-1821, 145, IZ-1339, 276 la IZ-619); Pach. tannophilus (kuten NRRL Y2460); butönii (kuten 68-1111) ja P^ stipitis (kuten 79-261). Tällaisia hiivoja voidaan saada lukuisista eri lähteistä, kuten eai-30 merkiksi laitokset ATCC, NRRL, the Agronomic Institute (UNICAMP, Campinas, Brasilia); the Foundation for Industrial Technology (FTI, Sao Paulo, Brasilia); the Microbiology Institute (UFRJ, Rio de Janeiro) ja the ZymA-technic Institute (ESALQ, Piracicaba). Kaikkia voidaan 35 ylläpitää agar-vinopinnoilla tai -maljoilla alalla kuva- • · 107342 7 tun mukaisesti, esimerkiksi kasvualustassa, joka sisältää 10 g/litra hiivauutetta, 20 g/litra peptonia ja 20 g/lit-ra D-glukoosia [Barbosa, M. F. S., et ai., J. Industr. Microbiol. 3 (1988) 241 - 251].Thus, the modified yeast strains of the invention have high glucose metabolism and xylose reduction, but at the same time the rate at which they oxidize xylitol to xylulose is significantly reduced. The new strains are thus very effective xylitol producers. Many yeast chambers using xylose are known, including, for example, Cr frareli (such as FT1-20038); guillermondii (such as FTI-20037, IZ-803, iz-1739, IZ-1231, 12: -1322, IZ-1239, IZ-1422, c-138, 17-07 and 20Z-1735); intermedia (such as RJ-245); pseudotropical (such as IZ-431 and 1006); tropicalis (such as 1004, iz-1824, IZ-1958 and 53-51); Cl utilis (such as FTI-20039, '4-64, 1009, EQ2, IZ-1166, IZ-1840 and IZ-1841); anomala (such as IZ-1420, IZ-229, IZ-781, IZ-1033, RJ-510, IZ-271, IZ-1224, IZ-1260 and FTPTAT-106); fragilis (such as FTI-20066); K. marxianus (such as IZ-1821, 145, IZ-1339, 276a-IZ-619); Pach. tannophilus (such as NRRL Y2460); butene (such as 68-1111) and P ^ stipitis (like 79-261). Such yeasts can be obtained from a variety of sources, such as eai-30, such as ATCC, NRRL, The Agronomic Institute (UNICAMP, Campinas, Brazil); the Foundation for Industrial Technology (FTI, Sao Paulo, Brazil); the Microbiology Institute (UFRJ, Rio de Janeiro) and the ZymA-Technic Institute (ESALQ, Piracicaba). All can be maintained on agar slanted surfaces or plates as described in the art, for example, in a medium containing 10 g / liter yeast extract, 20 g / liter peptone and 20 g / liter D-glucose [Barbosa, MFS , et al., J. Industr. Microbiol. 3: 241-251 (1988)].

5 Kun uusien kantojen tuottamiseen käytetään ei-pato- geenisia alkuperäiskantoja, saadut mutantit täyttävät myös elintarviketeollisuuden asettamat erityisvaatimukset sekä laadun että saannon suhteen. Edullisesti käytetään lajin Candida, Hansenula, Kluyveromyces, Pichia tai Pachysolen 10 hiivaa, ja etenkin hiivaa Candida utilis tai Kluyveromyces marxianus. Erittäin edullisessa suoritusmuodossa käytetään kantaa Kluyveromyces marxianus var. marxianus (kuten CBSC12) tai kantaa Kluyveromyces marxianus var. bulgari-cus (kuten ATCC 16045) tai kantaa Kluyveromyces marxianus 15 var. lactis. Keksinnön mukaiset menetelmät sopivat minkä tahansa hiivan modifiointiin haluttaessa rakentaa tai identifioida hiiva, joka kykenee tuottamaan ksylitolia mutta jolla yksi tai useampi ksylitolin käytön entsyymi on puutteellinen. Menetelmiä, joista jäljempänä esitetään 20 esimerkkejä, joissa hiivaa Kluyveromyces marxianus on käytetty mallina ja lähtömateriaalina, voidaan laajemmin soveltaa muidenkin hiivalajien modifiointiin keksinnön mukaisiin modifioituihin hiivaisäntiin pääsemiseksi.When non-pathogenic indigenous strains are used to produce new strains, the resulting mutants also meet the specific requirements of the food industry, both in terms of quality and yield. Preferably, species of Candida, Hansenula, Kluyveromyces, Pichia or Pachysolen 10 yeast is used, and especially in yeast Candida utilis, or Kluyveromyces marxianus. In a very preferred embodiment, a strain of Kluyveromyces marxianus var. marxianus (such as CBSC12) or Kluyveromyces marxianus var. Bulgari-cus (such as ATCC 16045) or Kluyveromyces marxianus 15 var. lactis. The methods of the invention are suitable for modifying any yeast to construct or identify a yeast capable of producing xylitol but deficient in one or more xylitol utilization enzymes. The methods, outlined below, in which 20 examples of yeast Kluyveromyces marxianus are used as a model and starting material, can be more extensively applied to modify other yeast species to obtain the modified yeast hosts of the invention.

Kluyveromyces marxianus on hyvin tunnettu, elintar-25 viketeollisuudessa paljon käytetty ei-patogeeninen hiiva.Kluyveromyces marxianus is a well-known non-pathogenic yeast widely used in the food victualling industry.

Hiivaa on kuvattu esimerkiksi julkaisussa "The Yeasts, A Taxonomic Study", toim. N. J. W. Kreger-van Rij, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, 1984, jossa myös tämän hiivan synonyymejä on mainittu sivulla 234. Tämä julkaisu 30 ja kaikki muut tässä mainitut viitteet liitetään täten viitteinä osaksi tätä hakemusta. Villikanta käyttää nor-maalisti glukoosia energialähteenään, mutta se kykenee myös metaboloimaan ksyloosia. Muitakin elintarviketeollisuuden erityisvaatimukset täyttäviä hiivoja, kuten tietty- • « 107342 8 jä Candida-kantoja, voidaan käyttää keksinnön mukais:.in tarkoituksiin.Yeast is described, for example, in "The Yeasts, A Taxonomic Study", ed. Kreger-van Rij, N.J., Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, 1984, where synonyms for this yeast are also mentioned on page 234. This publication 30 and all other references cited herein are hereby incorporated by reference in this application. The wild strain normally uses glucose as its energy source, but it is also able to metabolize xylose. Other yeasts meeting specific requirements of the food industry, such as certain strains of Candida, may be used for the purposes of the invention.

Edullisesti geenit, joiden ilmentäminen halutuen inaktivoida, ovat natiivissa hiivaisännässä ksylitolicis:-5 hydrogenaasia ja ksyluloosikinaasia koodittavat geenit. Nämä geenit ovat edullisia, koska ne ovat yleensä ksylito-limetabolian ainoa reitti isännässä. Tämän vuoksi jommankumman (tai kummankin) entsyymin ilmentämisen salpaamimn viimekädessä salpaa ksylitolin käytön ja tekee mahdoin -10 seksi ksylitolin kerääntymisen kasvualustaan kasvatettane -sa isäntää ksyloosin läsnä ollessa.Preferably, the genes whose expression is desirably inactivated are native genes encoding xylitolicis: -5 hydrogenase and xylulose kinase. These genes are preferred because they are generally the only pathway in xylitol metabolism in the host. Therefore, the final blocking of expression of either (or both) enzymes will ultimately block the use of xylitol and possibly result in a -10 sex accumulation of xylitol in the growth medium in the presence of xylose.

Keksinnön mukaiset isännät voidaan tuottaa mill ä tahansa menetelmällä, joka salpaa ksylitolimetabolian edellä kuvatulla tavalla. Yhdessä suoritusmuodossa keks:.r|-15 nön mukaiselle menetelmälle uusien hiivakantojen tuottamiseksi on tunnusomaista, että lähtökantaa viljellään assimiloituvia hiili- ja energialähteitä sisältävässä kasvualustassa, viljelmälle suoritetaan mutageenikäsittely Ja mahdollisesti käsittely aineella, joka häiritsee kromoso-20 mien jakautumista tai tumasukkuloiden muodostumista, nu-tantit rikastetaan antibioottia käyttäen ja hiivakannaf, joiden ksylitolimetabolia on puutteellinen, seulotaan ;a otetaan talteen.The hosts of the invention may be produced by any method that blocks xylitol metabolism as described above. In one embodiment, the inventive method for producing new yeast strains is characterized in that the parent strain is cultivated on a medium containing assimilable carbon and energy sources, the culture is subjected to mutagenic treatment and, optionally, treatment with a substance that interferes with chromosome 20 the titans are enriched with an antibiotic and the yeast strains deficient in xylitol metabolism are screened;

Tässä suoritusmuodossa käytetään esimerkiksi mute -25 genisointia kemiallisen tai fysikaalisen käsittelyn keinoin. Esimerkkejä sopivista kemiallisista mutageeneisl a ovat emäsanalogit, kuten 5'-bromourasiili, 2'-aminopurii.r i ja 5'-deoksiuridiini, deaminoivat aineet, kuten typpihappo ja hydroksyyliamiini, alkyloivat aineet, kuten etyyIiris -30 taanisulfonaatti ja nitrosoguanidiini, ja akridiinijol.-dannaiset, kuten akriflaviini ja etidiumbromidi. Menetti.-lyjärjestelyjä näiden aineiden käyttämiseksi tunnetaan alalla.In this embodiment, for example, genomic mutation-25 is used by chemical or physical treatment. Examples of suitable chemical mutagens include base analogues such as 5'-bromouracil, 2'-aminopuryl and 5'-deoxyuridine, deaminating agents such as nitric acid and hydroxylamine, alkylating agents such as ethyl iris-30-tansulfonate and nitrosoguanidine, , such as acriflavine and ethidium bromide. Loss arrangements for using these agents are known in the art.

Esimerkkejä käyttökelpoisista fysikaalisista mutc-35 genisointimenetelmistä ovat esimerkiksi UV- ja röntgen: « 107342 9 desäteilytys. Menettelyjärjestelyjä näidenkin aineiden käyttämiseksi tunnetaan alalla.Examples of useful physical mutc-35 gene generation methods include, for example, UV and X-ray: 107342 9 irradiation. Procedural arrangements for using these agents are known in the art.

Hiivaa voidaan mahdollisesti käsitellä aineella, joka häiritsee kromosomien jakautumista tai tumasukkuloi-5 den muodostumista mitoosisyklissä. Benomyylin käyttäminen on edullinen suoritusmuoto. Tällä käsittelyllä kromosomi, jossa on haluttu mutaatio, eristetään läsnä olevista homologisista kromosomeista. Tätä käsittelyä ei tarvita hap-loideille hiivakannoille.Optionally, the yeast may be treated with a substance that interferes with chromosome division or nuclear succulent formation in the mitotic cycle. The use of benomyl is a preferred embodiment. By this treatment, the chromosome with the desired mutation is isolated from the homologous chromosomes present. This treatment is not required for haploid yeast strains.

10 Lopuksi edellä kuvatun mukaisella kemiallisella tai fysikaalisella menetelmällä modifioidut hiivat seulotaan niiden suhteen, joilla on keksinnön mukaisille modifioiduille hiivaisännille toivotut ominaispiirteet. Voidaan käyttää auksotrofisten solujen rikastamista antibiootilla, 15 kuten nystatiini, joka tappaa vain solut, joilla on aktiivinen metabolia. Käsittely suoritetaan ksyloosin läsnä ollessa. Kasvualustasta voidaan määrittää suoraan ksyloosi-määrä alalla tunnettujen menetelmien mukaan parhaiden hii-vatuottajien määrittämiseksi.Finally, the yeasts modified by the chemical or physical method described above are screened for those having the desired characteristics of the modified yeast hosts of the invention. Enrichment of auxotrophic cells with an antibiotic such as nystatin, which kills only cells with active metabolism, can be used. The treatment is carried out in the presence of xylose. The amount of xylose can be directly determined from the medium according to methods known in the art to determine the best yeast producers.

20 Uudet kannat voidaan siis tuottaa viljelemällä läh- tökantaa sopivassa kasvualustassa tavanomaiseen tapaan. Saadulle viljelmälle voidaan suorittaa mutageenikäsittely kemiallisilla tai fysikaalisilla menetelmillä, esimerkiksi käyttäen insertioita tai deleetioita aiheuttavaa mutagee-25 nia, kuten akriflaviinia tai proflaviinia, pistemutaatioi-ta aiheuttavaa mutageenia, etyylimetaanisulfonaattia, UV-säteilyä tai vastaavaa. Mahdollisen benomyylikäsittelyn jälkeen mutantit voidaan rikastaa esimerkiksi käsittelemällä nystatiinilla ja lopuksi hiivakannat seulotaan vil-30 jelemällä niitä paljon ksyloosia ja vähän glukoosia sisältävillä agar-maljoilla. Ksyloosimetabolialtaan puutteelliset hyvin pienet pesäkkeet noukitaan talteen ja niistä muodostetaan puhdasviljelmiä tavanomaisilla tekniikoilla. Kemiallisten tai fysikaalisten menetelmien käyttämisen 35 keksinnön mukaisen isännän rakentamiseksi etu on, että • 107342 10 tällaiset menetelmät toimivat vaivattomasti minkä tahansa lähtöhiivalajin kanssa ja valikointimenetelmiä (ksylitolin tuotannon määritys kasvualustasta) voidaan niinikään vaivatta käyttää minkä tahansa hiivallajin yhteydessä. Esi-5 merkiksi esimerkeissä kuvatuilla menetelmillä voitaisiin odottaa saatavan keksinnön mukaisia isäntiä ei ainoastaan esimerkkinä esitetystä lajista, vaan myös mistä tahansa hiivaisännästä, joka luontaisesti kykenee metaboloirnaan ksyloosia.20 Thus, new strains can be produced by cultivating a starting stock in a suitable medium in the usual manner. The resulting culture may be subjected to mutagenic treatment by chemical or physical methods, for example using insertion or deletion mutagens such as acriflavine or proflavin, point mutation mutagen, ethyl methanesulfonate, UV radiation or the like. After any benomyl treatment, the mutants can be enriched, for example, by treatment with nystatin and finally, the yeast strains are screened by agar on high xylose and low glucose agar plates. Very small colonies deficient in xylose metabolism are harvested and purified by conventional techniques. The advantage of using chemical or physical methods to construct a host according to the invention is that such methods work effortlessly with any parent yeast species, and selection methods (assaying xylitol production from a growth medium) can also be readily employed with any yeast species. As an example, the methods described in the Examples would be expected to yield hosts of the invention not only from the exemplified species, but also from any yeast host which is naturally capable of metabolizing xylose.

10 Vaihtoehtoiseen menettelyyn keksinnön mukaisten isäntien rakentamiseksi liittyy yhclistelmä-DNA-tekniikoiden käyttö. Ensimmäisessä suoritusmuodossa ksylitolimeti i-bolian entsyymiä koodittavaa DNA-sekvenssiä muutetaan koodi-informaation tuhoamiseksi tällaisessa geenissä ja mou-15 tettu geeni insertoidaan hiivan kromosomiin natiivin hil-vageenin tilalle käyttäen homologisen DNA-yhdistämisen tai geenikatkaisun tekniikoita. Esimerkkejä geeneistä, jotka voidaan valita tällaisiksi kohteiksi, ovat ksylitolidehya-rogenaasi ja ksyluloosikinaasi. Ksylitolidehydrogenaani 20 valitaan edullisesti inaktivoinnin kohteeksi, koska tänä on ksylitolin käytön ensimmäinen entsyymi. KsyluloosikL-naasin inaktivointi on riittävä varmistamaan suuren ksylL-tolisaannon, koska ksylitolidehydrogenaasin katalysoiman reversiibelin reaktion tasapaino siirtyy hyvin voimakkaas-25 ti suosimaan ksylitolia hiivasolun sisässä vallitsevissa olosuhteissa. Jos kumpaakin entsyymiä koodittavat geenit valitaan inaktivoinnin kohteeksi, ksylitolidehydrogenaasin aktiivisen muodon (tai fragmentin) mahdollisesti jäljelLä olevan alhaisen ilmentämistason kompensoi isännässä ksylj-30 loosikinaasiaktiivisuuden puuttumisin.An alternative procedure for constructing hosts of the invention involves the use of recombinant DNA techniques. In a first embodiment, the DNA sequence encoding the xylitolmeth i-bolia enzyme is altered to destroy code information in such a gene, and the mutated gene is inserted into a yeast chromosome in place of a native germline gene using homologous DNA fusion or gene cleavage techniques. Examples of genes that can be selected for such targets are xylitol dehydrogenase and xylulose kinase. Xylitol dehydrogenane 20 is preferably selected for inactivation because it is the first enzyme to use xylitol. The inactivation of xylulose cyclase is sufficient to ensure a high yield of xyl L because the equilibrium of the reversible reaction catalyzed by xylitol dehydrogenase shifts very strongly to favor xylitol under the conditions of the yeast cell. If the genes encoding both enzymes are selected for inactivation, any low level of expression of the active form (or fragment) of xylitol dehydrogenase, if any, in the host will be compensated for by the absence of xyllyl-30 lysokinase activity.

Menetelmät näiden hiivageenien kloonaamiseksi ovat alalla tunnettuja (katso esimerkit). Ksylitolidehydroga-naasia tai ksyluloosikinaasia koodittavat geenit voidaan kloonata esimerkiksi täydentämällä vastaavat mutaatiot 35 Escherichia coltssa tai hiivassa. Kloonattuja geenejä no- 107342 11 difioidaan insertoimalla hiivassa valikoitava DNA-sekvens-si kloonatun geenin koodialueelle, edullisesti etäisyydelle, joka ei ole vähempää kuin useampi sata emäsparia kloonatun geenin kummastakin päästä. Valikointimerkki (edulli-5 sesti dominoiva merkki, joka tuottaa antibioottiresisten-tin fenotyypin) voidaan joko insertoida sopivaan restrik-tiokohtaan tai manipuloida korvaamaan fragmentti rikotussa geenissä. Saatua plasmidirakennetta monistetaan bakteereissa. Sitten käytetään sopivia restriktioentsyymejä DNA-10 fragmentin leikkaamiseksi, jossa on ksylitolidehydrogenaa-si- (tai ksyluloosikinaasi-) geenisekvenssit kummassakin päässään ja hiivavalikointimerkki keskialueella. Tätä DNA-fragmenttia käytetään sitten hiivakannan transformoimisek-si antibioottiresistentiksi. Yksittäisten transformantti-15 kloonien kyky kasvaa maljoilla, jotka sisältävät ksyloosia ainoana hiililähteenä, tarkastetaan. Onnistunut geenikat-kaisu voidaan lopuksi vahvistaa mittaamalla vastaava entsyymiaktiivisuus transformoidussa kannassa ja/tai analysoimalla hiivakromosomin oleellisen alueen rakenne South-20 ern-hybridisaationa tunnetulla menetelmällä.Methods for cloning these yeast genes are known in the art (see examples). The genes encoding xylitol dehydrogenase or xylulose kinase can be cloned, for example, by complementing the respective mutations in 35 Escherichia coli or yeast. The cloned genes No. 10734211 are diffused by inserting in the yeast a selectable DNA sequence into the coding region of the cloned gene, preferably at a distance of not less than several hundred base pairs from each end of the cloned gene. The selectable marker (preferably the 5 dominant dominant marker that produces the antibiotic-resistant phenotype) can either be inserted at a suitable restriction site or manipulated to replace the fragment in the disrupted gene. The resulting plasmid construct is amplified in bacteria. Appropriate restriction enzymes are then used to cleave a DNA-10 fragment that has xylitol dehydrogenase (or xylulose kinase) gene sequences at each end and a yeast selection marker in the middle region. This DNA fragment is then used to transform the yeast strain into antibiotic resistant. The ability of individual transformant-15 clones to grow on plates containing xylose as the sole carbon source is tested. Finally, successful gene cleavage can be confirmed by measuring the corresponding enzyme activity in the transformed strain and / or analyzing the structure of the essential region of the yeast chromosome by a method known as South-20 ern hybridization.

Sopiva modifikaatio on esimerkiksi kloonatun geenin sisäisen fragmentin korvaaminen dominoivalla valikointi-merkillä hiivalle. DNA:t, jotka koodittavat bakteeriperäistä kanamysiiniresistenssigeeniä tai bleomysiiniresis-25 tenssigeeniä, ovat esimerkkejä käyttökelpoisista dominoivista valikointimerkeistä hiivalle. Tällaiset rakenteet voidaan kytkeä operatiivisesti hiivapromoottorisekvenssei-hin tai ne voivat käyttää homologisen DNA-yhdistymisen kohdassa läsnä olevaa hiivapromoottoria. Kun käytetään 30 sellaisen geenin promoottoria, jonka koodaussekvenssi kat kaistaan, valikoiduiksi tulevat vain ne transformantit, jotka insertoivat koodaussekvenssin faasiin halutun trans-lationaalisen lukukehyksen kanssa. On siis usein kätevämpää käyttää promoottorisekvenssiä, joka jo on operatiivi-35 sesti kytketty rakenteeseen. Mitä tahansa muitakin geene- 107342 12 jä, jotka tekevät mahdolliseksi transformoivan DNA:n sl-sältävien solujen seulonnan, voidaan käyttää antibiootti-resistenssigeenin asemesta, esimerkiksi välttämätöntä proteiinia koodattavaa geeniä.A suitable modification is, for example, the replacement of an internal fragment of a cloned gene with a dominant selection marker for yeast. DNAs encoding a bacterial kanamycin resistance gene or a bleomycin resistance 25 gene are examples of useful dominant selection markers for yeast. Such constructs can be operably linked to yeast promoter sequences or use the yeast promoter present at the homologous DNA fusion site. When a promoter of a gene whose coding sequence is cleaved is used, only transformants that insert the coding sequence into the desired translational reading frame will be selected. Thus, it is often more convenient to use a promoter sequence already operatively linked to the construct. Any other gene 107342 12 which enables screening for cells containing transforming DNA can be used in place of the antibiotic resistance gene, for example, the gene encoding the necessary protein.

5 Voidaan suorittaa hiivasolujen transformointi li neaarisella DNA-fragmentilla, jossa on osasekvenssit hali-tusta kohteesta (kuten ksylitolidehydrogenaasi- tai ksytu-loosikinaasigeenin osasekvenssi) kummassakin DNA-päässä ; a valikointimerkki fragmentin sisällä. Tällaisen transfoi -10 moinnin tiedetään johtavan suureen osuuteen transformaatteja, joissa on deleetiomutaatio vastaavassa geenissä.Transformation of yeast cells with a linear DNA fragment having partial sequences at a target site (such as a xylitol dehydrogenase or xylose kinase gene) at both DNA ends can be performed; a check mark inside the fragment. Such transfection -10 is known to result in a large proportion of transformants carrying a deletion mutation in the corresponding gene.

Vaihtoehtoisesti, jos halutaan säilyttää natiivj n hiivan kyky ilmentää ksylitolidehydrogenaasia ja/tai ksj-luloosikinaasia, voidaan käyttää vaihtoehtoisia DNA-yhdis-15 tämismenetelmiä, joilla saadaan kohde-entsyymin ilmentymisen selektiivinen inhibitio. Tällaisiin menetelmiin lukeutuu antisense-RNA:n tai ribotsyymin rakentaminen, joka kohdistuu tarkoituksenmukaista haluttua kohdetta vastaan, kuten ksylitolidehydrogenaasia tai ksyluloosikinaasia koo-20 dittava mRNA. Antisense-RNA:ta koodittavalla DNA-raker-teella on DNA-sekvenssi, joka on komplementaarinen kohtein mRNA:n sekvenssiin nähden ja joka on riittävän pituinen tunnistaakseen tällaisen kohde-mRNAn ja hybridisoituekseen siihen estäen täten kohteen mRNA:n translaation isän-25 täsolussa. Tarkoituksenmukaista ribotsyymiä koodattavat] a DNA-rakenteella on myös riittävä DNA-sekvenssi hybridised-tumaan kohteen mRNA:han; kuitenkin tällaiseen mRNA:hän hybridisoiduttuaan ribotsyymiaktiivisuus katalysoi mRNA:n pilkkomista kohdassa, joka tuhoaa tällaisen mRNA:n ky/yn 30 ylläpitää siinä kooditetun aktiivisen proteiinin translaatiota (katso esimerkiksi EP 321 201). Antisense-RNA-raken-ne tai ribotsyymisekvenssi voidaan kytkeä operatiivisesti mihin tahansa tarkoituksenmukaiseen hiivapromoottorisekvenssiin käyttäen alalla tunnettuja menetelmiä ja trans-35 formoida hiivaisäntiin geneettisesti stabiililla tavalta 107342 13 käyttäen tavallisia transformointitekniikoita alalla samoin tunnetun mukaisesti. Tällaisten rakenteiden ilmentämisen määräävät operatiivisesti kytketyn hiivapromoottorin ominaisuudet ja ilmentäminen voi olla konstitutiivinen tai 5 indusoituva tai repressoituva erilaisissa kasvualustoissa toivomusten mukaisesti. Tällaisten rakenteiden etu on, että natiivin isännän kykyä ilmentää kohde-entsyymi ei tuhota. Tällaisten rakenteiden ilmentämisen tekemisen säädettäväksi pois päältä/päällä -tapaan etu on, että isännän 10 kykyä ilmentää kohde voidaan tiukasti kontrolloida, jolloin kohteen ilmentäminen estetään vain haluttaessa saada ksylitolisynteesi.Alternatively, if desired to maintain the ability of the native yeast to express xylitol dehydrogenase and / or xylcellulose kinase, alternative DNA fusion methods that provide selective inhibition of target enzyme expression may be used. Such methods include the construction of antisense RNA or ribozyme directed against an appropriate target, such as mRNA encoding xylitol dehydrogenase or xylulose kinase. The DNA construct encoding the antisense RNA has a DNA sequence complementary to the target mRNA sequence and of sufficient length to recognize and hybridize to such target mRNA, thereby preventing translation of the target mRNA into the host cell. The DNA construct encoding the appropriate ribozyme also has sufficient DNA sequence to hybridize to the target mRNA; however, upon hybridization to such mRNA, ribozyme activity catalyzes the cleavage of mRNA at a site that destroys the cytoprotein of such mRNA to maintain translation of the active protein encoded therein (see, for example, EP 321,201). The antisense RNA construct or ribozyme sequence can be operably linked to any appropriate yeast promoter sequence using methods known in the art and transformed into yeast hosts by genetically stable method 10734213 using conventional transformation techniques as well known in the art. Expression of such structures is governed by the properties of the operably linked yeast promoter and may be constitutive or inducible or repressible in various media as desired. The advantage of such constructs is that the ability of the native host to express the target enzyme is not destroyed. The advantage of making the expression of such structures adjustable in the on / off mode is that the ability of the host 10 to express the target can be tightly controlled, whereby the expression of the target is only inhibited if xylitol synthesis is desired.

Esillä olevan keksinnön mukaan rakennettujen uusien hiivakantojen tehokkuutta voidaan edelleen parantaa ilmen-15 tämällä hyvin voimakkaasti ksyloosireduktaasi, joka on kloonattu samasta hiivasta tai eri hiivakannasta. Menetelmää hiivan ksyloosireduktaasigeenin kloonaamiseksi ovat kuvanneet useat kirjoittajat [Hallborn, J., et ai., Bio/ Technology 9 (1991) 1090 - 1094; Takuma et ai., Appi.The efficiency of the new yeast strains constructed according to the present invention can be further improved by expressing very strongly xylose reductase cloned from the same yeast or from different yeast strains. A method for cloning the yeast xylose reductase gene has been described by several authors [Hallborn, J., et al., Bio / Technology 9 (1991) 1090-1094; Takuma et al., Appl.

20 Biochem. Biotechnol. 28/29 (1991) 327 - 340; ja Strasser et ai., DE 4 009 676 (1991)]. Menetelmää tämän kloonatun geenin käyttämiseksi ksyloosi-ksylitolikonversioon hiivassa on niinikään kuvattu [Hallborn, J., et ai., Bio/Tech-nology 9 (1991) 1090 - 1094]. Kloonattu ksyloosireduktaa-25 sigeeni voidaan siirtää sopivaan vektoriin, joka kykenee lisääntymään valitussa hiivalajissa. pKDl-pohjaiset vektorit esimerkiksi ovat edullinen vektorityyppi korkean eks-pressiotason saamiseksi hiivassa K_^ marxianus [Bianchi, M. M., et ai., Curr. Genet. 12 (1987) 185 - 192]. Ksyloosire-30 duktaasigeeni voidaan vaihtaa toiseen promoottoriin, jonka tiedetään toimivan tehokkaasti valitussa hiivassa. Esillä olevan keksinnön mukaan saatuja mutanttihiivakantoja voidaan sitten käyttää isäntinä transformoinnissa vektorilla (vektoreilla), jolla (joilla) saadaan ksyloosireduktaasi-35 geenin hyvin voimakas ilmentäminen.20 Biochem. Biotechnol. 28/29 (1991) 327-340; and Strasser et al., DE 4 009 676 (1991)]. A method for using this cloned gene for xylose-xylitol conversion in yeast has also been described (Hallborn, J., et al., Bio / Technology 9: 1090-1094 (1991)). The cloned xylose reduct-25 gene can be transferred to a suitable vector capable of replication in a selected yeast species. For example, pKD1-based vectors are the preferred vector type for obtaining a high level of expression in K y Marxianus [Bianchi, M. M., et al., Curr. Genet. 12: 185-192 (1987)]. The xyloseire-30 ductase gene can be exchanged for another promoter known to be effective in the selected yeast. The mutant yeast strains obtained according to the present invention can then be used as hosts for transformation with the vector (s) providing very strong expression of the xylose reductase-35 gene.

107342 14107342 14

Kalkissa suoritusmuodoissa riippumatta siitä, mittin ne on tuotettu, saaduille keksinnön mukaisille uusille hiivakannoille on tunnusomaista, että niillä on merkittävästi alentunut kyky metaboloida ksylitolia natiiviin h.L:.-5 vakantaan verrattuna. Tämä johtuu siitä, että ksylitoliin* s-tabolian yhtä tai useampaa entsyymiä, kuten ksylitolid* i-hydrogenaasiaktiivisuutta ja/tai ksyluloosikinaasiaktiiv:.-suutta, on modifioitu siten, että tällaisen entsyymin ilmentyminen joko häviää tai laskee (joko pysyvästi tai sää-10 dettävällä tavalla) tuloksena hiivan modifioinnista. Mitä tahansa hiililähdettä, jota isäntä kykenee käyttämään energian tuotantoon, voidaan käyttää keksinnön mukailen hiivan kasvun ylläpitämiseksi ja antamaan käyttöön pelk.tii-tysekvivalentit ksyloosin pelkistykseen. Tämä funk b;.o 15 (pelkistyspotentiaalin käyttöön antaminen) on ehkä tärkeämpää keksinnön mukaiselle menetelmälle kuin isäntäsoLun kasvun ylläpitäminen. Esimerkiksi glukoosia lisätään edullisesti kasvualustaan energialähteeksi määrinä, jotka alalla tiedetään välttämättömiksi isännän kasvun ylläpita-20 miseksi. Kasvatuksen ilmastus- ja scikoitusolosuhteiden tulisi olla isännälle optimaaliset olosuhteet.The novel yeast strains obtained in the lime embodiments, regardless of the size they are produced, are characterized by a significantly reduced ability to metabolize xylitol compared to the native h.L: .5 strain. This is because one or more enzymes of xylitol * s-tabolea, such as xylitol * i-hydrogenase activity and / or xylulose kinase activity :., have been modified such that expression of such an enzyme is either lost or decreased (either permanently or by regulation). way) as a result of yeast modification. Any carbon source capable of being used by the host for energy production can be used to maintain the growth of the yeast according to the invention and to provide the only density equivalents for the reduction of xylose. This function (providing the reduction potential) is perhaps more important to the method of the invention than maintaining the growth of the host cell. For example, glucose is preferably added to the substrate as an energy source in amounts known in the art to be necessary for maintaining host growth. Breeding aeration and scouting conditions should be optimal for the host.

Annettaessa ksyloosia keksinnön mukaisille isännille ksyloosihiili tulee oleellisesti "vangituksi" ksylitolina eikä ole käytettävissä isännän energiavaatimuksiin.When xylose is administered to hosts of the invention, the xylose carbon becomes substantially "captured" as xylitol and is not available for the host's energy requirements.

. 25 Tämän ominaisuuden vuoksi keksinnön mukaiset uudet kannat. Because of this feature, novel strains of the invention

• «. I• «. I

ovat erittäin käyttökelpoisia ksylitolin tuotannossa. Vil-jeltäessä keksinnön mukaisia mutagenisoituja kantoja paljon ksyloosia sisältävässä ravintoliuoksessa ne muuttajat ksyloosia ksylitoliksi hyvin tehokkaasti. Niiden konvar-30 siotehokkuutta ja käyttökelpoisuutta haluttuun menetelmään voidaan arvioida käyttämällä mitä tahansa ksyloosipitoisia liuoksia ja hydrolysaatteja, esimerkiksi puhtaita ksyloo-siliuoksia tai puunjalostusteollisuuden jätelientä, kutnn keiton jätelientä tai keittolientä tai niiden paljon ksy-35 loosia sisältävää osaa. Tehokkaimmat ksylitolin tuottajat 107342 15 otetaan talteen ja niitä käytetään ksylitolin tuotantoon teollisessa mittakaavassa.are very useful in the production of xylitol. When culturing mutagenized strains of the invention in a high-xylose medium, they convert xylose to xylitol very efficiently. Their conversion efficiency and utility for the desired process can be evaluated using any xylose-containing solutions and hydrolyzates, for example, pure xylose solutions or wood-processing waste liquor, so-called cooking liquor or cooking broth, or a high proportion thereof of xylose. The most efficient xylitol producers 107342 15 are recovered and used for the production of xylitol on an industrial scale.

Edellä kuvatun käsittelyn (edellä kuvattujen käsittelyjen) tuloksena saadaan täten uusia, kantoja, jotka me-5 taboloivat ksyloosia ksylitoliksi suurin saannoin. Koska kantojen ksylitolimetabolia on puutteellinen, kannat eivät hajota (pilko tai metaboloi tai käytä) ksylitolia, vaan ksylitoli kerääntyy kasvualustaan ja otetaan talteen esimerkiksi kromatografisesti hiivasolujen poistamisen jäl-10 keen. Voidaan käyttää mitä tahansa alalla tunnettua menetelmää ksylitolin puhdistamiseksi kasvualustasta (esimerkkien osalta katso US 5 081 026, joka julkaisu liitetään täten viitteellä osaksi tätä hakemusta).As a result of the above-described treatment (s), new strains are obtained which yield me-5 to xylose to xylitol in high yield. Because of the deficient xylitol metabolism of the strains, the strains do not degrade (cleave or metabolize or use) the xylitol, but the xylitol is collected in the culture medium and recovered, for example, by chromatography after removal of the yeast cells. Any method known in the art for purifying xylitol from a culture medium may be used (for examples, see US 5,081,026, the disclosure of which is hereby incorporated by reference).

Keksintöä kuvataan yksityiskohtaisesti seuraavien 15 esimerkkien avulla, joiden tarkoituksena ei ole rajoittaa keksintöä. Todettakoon tässä yhteydessä, että menetelmää ei ole optimoitu ksylitolituotannon suhteen vaan hiivakan-tojen erojen esilletuomisen suhteen.The invention will be described in detail by the following examples, which are not intended to limit the invention. In this context, it is noted that the method is not optimized for xylitol production but for the expression of differences in yeast strains.

Esimerkki 1 20 Uusien hiivakantojen muodostaminenExample 1 20 Generation of New Yeast Strains

Kluyyeromyces marxianus -kantaa ATCC 8608 viljeltiin YDP-, DYM- tai DYM-tartraattikasvualustalla pH:ssa 6,0 ja 30 °C:ssa. YDP (1 000 ml) sisälsi 10 g hiivauutet-ta, 20 g glukoosia ja 20 g peptonia. DYM (1 000 ml) sisäl-25 si 5,0 g (NH2 )2S04: ää, 1,0 g KH2P04:ää, 0,5 g MgS04 · 7H20: ta, 0,1 g NaCl:ää ja 0,1 g CaCl2·2H20:ta. DYM-tartraatti sisälsi 7,1 g Na2S04:ää, 27,6 g (NH4)2-tartraattia, 6,8 g KH2P04: ää, 0,5 g MgS04*7H20:ta, 0,1 g NaCltää ja 0,1 g CaCl2*2H20:ta. DYM- ja DYM-tartraattikasvualustoihin lisät-30 tiin hivenaineliuosta (1:1 000), vitamiiniliuosta (1:100) ja hiililähdettä? viimeiset kaksi lisättiin autoklavoinnin ‘ jälkeen. Sokerit ja sokerialkoholit autoklavoitiin erik seen 20-%:isinä (w/v) liuoksina ja vitamiiniseos steriloitiin suodattamalla. Vitamiiniliuos (1 000 ml) sisälsi 35 100 mg L-histidiini*HCl«H20:ta, 0,2 mg biotiinia, 40 mg 107342 16 kalsiumpantotenaattia, 0,2 mg foolihappoa, 200 mg inositc-lia, 40 mg niasiinia, 20 mg para-ami.noberrtsoehappoa, 40 ng pyridoksiini*HCl:ää; 20 mg riboflaviinia ja 40 mg taimiini »HC1: ää. Hivenaineseoksessa (1 000 ml) oli 500 n g 5 H3B03:ea, 40 mg CuS04 · 5H20: ta, 100 mg Kiitä, 200 mg Fed · 6H20:ta, 400 mg MnS04*H20: ta, 200 mg Na2Mo04 · 2H20: ta ;a 400 mg ZnS04·7H20:ta.Kluyyeromyces marxianus strain ATCC 8608 was cultured on YDP, DYM or DYM tartrate medium at pH 6.0 and 30 ° C. YDP (1000 ml) contained 10 g of yeast extract, 20 g of glucose and 20 g of peptone. DYM (1000 mL) contained 5.0 g (NH 2) 2 SO 4, 1.0 g KH 2 PO 4, 0.5 g MgSO 4 · 7H 2 O, 0.1 g NaCl, and 0.1 g. g CaCl2 · 2H2O. The DYM tartrate contained 7.1 g of Na 2 SO 4, 27.6 g of (NH 4) 2-tartrate, 6.8 g of KH 2 PO 4, 0.5 g of MgSO 4 * 7H 2 O, 0.1 g of NaCl and 0.1 g of NaCl. g of CaCl2 * 2H2O. DYM and DYM tartrate growth media were supplemented with micronutrient solution (1: 1000), vitamin solution (1: 100) and carbon source? the last two were added after 'autoclaving'. The sugars and sugar alcohols were autoclaved into Eris as 20% (w / v) solutions and the vitamin mixture was sterilized by filtration. The vitamin solution (1000 ml) contained 35 100 mg of L-histidine * HCl? H 2 O, 0.2 mg of biotin, 40 mg of 107342 16 calcium pantothenate, 0.2 mg of folic acid, 200 mg of inositol, 40 mg of niacin, 20 mg para-aminosulfuric acid, 40 ng pyridoxine * HCl; 20 mg riboflavin and 40 mg plantain HCl. The micronutrient mixture (1000 mL) contained 500 ng of 5 H 3 BO 3, 40 mg of CuSO 4 · 5 H 2 O, 100 mg of K 2, 200 mg of Fed · 6 H 2 O, 400 mg of MnSO 4 * H 2 O, 200 mg of Na 2 Mo 4 · 2H 2 O; a 400 mg ZnSO 4 · 7H 2 O.

A. Mutageenikäsittely a) 100 ml DYM-glukoosia (1 % w/v), jossa oJ i 10 0,001 % (w/v) akriflaviinia, siirrostettiin hiivalla Kluy- veromyces marxianus ATCC 8608 ja tätä kasvatettiin ravii -telijassa 3 päivän ajan. Solut sentrifugoitiin eroon, r.e pestiin 100 ml:1.1a steriiliä 0,9-%:ista NaCl-liuosta ; a suspendoitiin uudelleen 500 ml:aan tuoretta YDP:tä. Y4 n 15 yli kasvaneet viljelmät siirrettiin edelleen 2 % glukoosia sisältävään DYM-kasvualustaan benomyylikäsittelyä varter.A. Mutagenic treatment a) 100 ml of DYM glucose (1% w / v) containing 10, 0.001% (w / v) acriflavin were inoculated with Kluyerveromyces marxianus ATCC 8608 and grown in a nutrient medium for 3 days. The cells were centrifuged, r.e washed with 100 ml of sterile 0.9% NaCl solution; was resuspended in 500 ml of fresh YDP. Cultures over Y4 n15 were further transferred to DYM medium containing 2% glucose for benomyl treatment.

b) Etyylimetaanisulfonaatti (EMS) -mutagenisoinbja varten YDP-kasvualustalla yön yli kasvaneet viljelnct sentrifugoitiin ja konsentroitiin solutiheyteen 2 x 109/n] .b) Overnight cultures grown on YDP medium for ethylmethanesulfonate (EMS) mutagenesis were centrifuged and concentrated to a cell density of 2 x 10 9 / n].

20 EMS:ää lisättiin loppupitoisuuteen 30 mg/ml ja suspensiota inkuboitiin 2 tuntia 15 minuuttia. Tämä käsittely tappoi noin 70 % hiivasta. 2 ml mutagenisoitua solususpensiola laimennettiin 100 ml:ksi lisäämällä tuoretta YDP:tä, kaivatettiin 2 päivän ajan ja siirrettiin sitten edelleen be-25 nomyylikäsittelyä varten glukoosia sisältävään DYM-kasvn -alustaan.20 EMS was added to a final concentration of 30 mg / ml and the suspension was incubated for 2 hours 15 minutes. This treatment killed about 70% of the yeast. 2 ml of mutagenized cell suspension was diluted to 100 ml by addition of fresh YDP, needed for 2 days and then further transferred to be-25 DYM medium containing glucose for beomyl treatment.

c) Vastaavasti voidaan käyttää mitä tahansa kemial lista tai fysikaalista mutagenisointimenetelmää. Annosti s optimoidaan siten, että mikrobien kuolleisuus on 10 - 30 100 %. Käsittelyn jälkeen mikrobit siirretään kasvualul taan tai -paikkaan, jossa kasvu on optimaalinen. Täinen jälkeen siirrytään vaiheeseen B.(c) Similarly, any chemical or physical mutagenization method may be used. Dose s is optimized so that the microbial mortality is 10-30% 100%. After treatment, the microbes are transferred to a growth area or site where growth is optimal. After this, you go to step B.

B. BenomyylikäsittelyB. Benomyl Treatment

Akriflaviinilla tai EMS:llä mutagenisoituja ja sen 35 jälkeen glukoosia sisältävässä DYM-kasvualustassa kasva- • < 107342 17 tettuja soluja otettiin talteen sentrifugoimalla ja niitä lisättiin tuoreeseen YDP-kasvualustaan solutiheyteen 108/ml. Benomyyli (10 mg/ml) liuotettiin dimetyylisulfoksidiin, liuos steriloitiin suodattamalla ja sitä lisättiin 5 solususpensioon benomyylin loppupitoisuuteen 100 pg/ml.Cells mutated with acriflavin or EMS and subsequently grown in DYM medium containing 35% glucose were harvested by centrifugation and added to fresh YDP medium at a cell density of 108 / ml. Benomyl (10 mg / ml) was dissolved in dimethyl sulfoxide, the solution was sterilized by filtration and added to 5 cell suspensions to a final concentration of 100 pg / ml benomyl.

Viljelmää ravisteltiin 30 °C:ssa 2 päivän ajan. Sitten solut otettiin talteen sentrifugoimalla, ne pestiin kahdesti steriilillä 0,9-%:isella NaCl-liuoksella ja suspendoitiin uudelleen 5-kertaiseen tilavuuteen tuoretta YDP:tä. Kahden 10 päivän inkuboinnin jälkeen viljelmä siirrettiin glukoosia sisältävään DYM-kasvualustaan nystatiinirikastusta varten. Benomyylikäsittelyn tehokkuutta seurattiin arvioimalla mikroskoopin avulla kaksi tumaa käsittävien solujen esiintymistiheyttä. Ennen mikroskooppitarkastelua hiivasolut 15 kiinnitettiin etikkahappo-formaldehydi-alkoholilla ja vär jättiin HCl-Giemsa-liuoksella Streiblovan yksityiskohtaisesti julkaisussa "Yeast, A Practical Approach", toim. I. Campbell ja J. A. Duffus, IRL Press, Oxford, 1988, kuvaaman mukaisesti. Vastaavasti voidaan käyttää jotain muuta 20 yhdistettä, joka häiritsee kromosomien jakautumista tai tumasukkuloiden muodostumista.The culture was shaken at 30 ° C for 2 days. Cells were then harvested by centrifugation, washed twice with sterile 0.9% NaCl, and resuspended in 5 volumes of fresh YDP. After two 10-day incubations, the culture was transferred to glucose-containing DYM medium for nystatin enrichment. The efficiency of the benomyl treatment was monitored by microscopic estimation of the density of two nucleated cells. Prior to microscopic examination, yeast cells 15 were fixed with acetic acid-formaldehyde alcohol and stained with HCl-Giemsa solution by Streiblova in detail in "Yeast, A Practical Approach", ed. I. Campbell and J. A. Duffus, IRL Press, Oxford, 1988. Similarly, any other compound that interferes with chromosome breakdown or nucleation can be used.

C. AntibioottirikastusC. Antibiotic Enrichment

Glukoosia sisältävässä kasvualustassa kasvatetut, mutagenisoidut ja benomyylillä käsitellyt solut sentrifu-25 goitiin eroon, pestiin suolaliuoksella ja suspendoitiin uudelleen solutiheyteen 107/ml DYM-kasvualustaan, jossa ei ollut hiililähdettä. Soluja nälkiinnytettiin 8-15 tunnin ajan, minkä jälkeen lisättiin 1 g ksyloosia 100 ml solu-suspensiota kohden. Nystatiini suspendoitiin etanoliin 30 (1 mg/ml) mikro-organismien tappamista varten (sen huonon liukoisuuden vuoksi sitä ei voida suodattaa). Suspensiota laimennettiin 1:10 lisäämällä steriiliä vettä ja sitä lisättiin viljelmiin (10 % v/v) 15 tunnin kuluttua ksyloosin lisäämisestä. Tappamisvaikutuksen tehostamiseksi toinen 35 erä hiililähdettä lisättiin yhdessä nystatiinin kanssa.The glucose-containing medium, mutagenized and benomyl-treated cells were centrifuged, washed with brine, and resuspended at 10 7 / ml in DYM medium without carbon source. The cells were starved for 8-15 hours, after which 1 g of xylose per 100 ml of cell suspension was added. Nystatin was suspended in ethanol 30 (1 mg / ml) to kill microorganisms (due to its poor solubility it cannot be filtered). The suspension was diluted 1:10 by the addition of sterile water and added to the cultures (10% v / v) 15 hours after the addition of xylose. To enhance the killing effect, another 35 batch of carbon source was added together with nystatin.

• 107342 18• 107342 18

Inkubointia ravistelijassa 30 °C:ssa jatkettiin vieli* 2 tunnin ajan, minkä jälkeen solut otettiin talteen ja pes-tiin fysiologisella suolaliuoksella. Pesty pelletti susi-pendoitiin sitten uudelleen alkuperäiseen tilavuuteen YDI'-5 kasvualustaa. Kun elävät hiivasolut olivat toipuneet (1 -3 päivää), viljelmä siirrettiin DYM-kasvualustaan, joka sisälsi glukoosia ainoana hiililähteenä. Nystatiinikäsit-telyn aiheuttama kuolleisuus määritettiin maljalaskennoil-la (YDP-kasvualusta) ennen käsittelyä ja sen jälkeen; yli 10 99,999 % soluista kuoli. Hiililähteen puuttuessa nystatii- ni tappoi vastaavasti 0 - 40 % soluista. Vastaavasti voidaan käyttää muuta antibioottia, jonka tappava vaiku n s kohdistuu vain kasvaviin soluihin.Incubation on a shaker at 30 ° C was continued for 1 hour * 2, after which the cells were harvested and washed with physiological saline. The washed pellet was then resuspended in the original volume of YDI'-5 medium. After the viable yeast cells had recovered (1-3 days), the culture was transferred to DYM medium containing glucose as the sole carbon source. Mortality from nystatin treatment was determined by plate counting (YDP medium) before and after treatment; over 10 99.999% of cells died. In the absence of a carbon source, nystatin killed 0-40% of the cells, respectively. Similarly, another antibiotic may be used whose killing effect is directed exclusively at growing cells.

D. Paikkakohdennettu mutagenisointi 15 On kuvattu menetelmää hiivan ksylitolidehydrogenae- sin kloonaamiseksi [Kötter, P., et ai., Curr. Genet. 18 (1990) 493 - 500] sekä menetelmää ksyluloosikinaasigeenjn kloonaamiseksi eri hiivalajeista [Ho, N. W. Y., et ai., Enzyme Microbiol, Technol. 11 (1989) 417 - 421; Stev: s, 20 E.P., et ai.. Appi. Environ. Microbiol. 53 (1987) 2975 - 2977]. Sopiva dominoivan valikointimerkin lähde hiivan integratiiviseen transformointiin on esimerkiksi plasmrc i pUT332 [Gatignol, A., et ai., Gene 91 (1990) 35 - 41].D. Site-directed Mutagenesis A method for cloning yeast xylitol dehydrogenase has been described [Kötter, P., et al., Curr. Genet. 18: 493-500 (1990)] and a method for cloning a xylulose kinase gene from various yeast species [Ho, N. W. Y., et al., Enzyme Microbiol, Technol. 11: 417-421 (1989); Stev: s, 20 E.P., et al. Appl. Environ. Microbiol. 53: 2975-2977 (1987)]. A suitable source of a dominant selection marker for integrative transformation of yeast is, for example, plasmid pUT332 [Gatignol, A., et al., Gene 91 (1990) 35-41].

Plasmidi, joka sisältää fleomysiiniresistenssimerkin ksy-25 litolidehydrogenaasigeeniin insertoituna, voidaan rakentaa tavanomaisilla yhdistelmä-DNA-menetelmillä. Lukuisia transformointimenetelmiä voidaan käyttää ksylitolia kate -boloivan geenin mutagenisoidun alleelin viemiseksi hiivakromosomiin, esimerkiksi voidaan käyttää litiumkloridilJa 30 käsiteltyjen hiivasolujen transformointia tai hiivan soli-seinän lyysillä sopivalla entsyymivalmisteella (esim. Lj-ticase-valmiste) valmistettujen hiivasferoplastien transformointia. Joillekin hiivakannoille elektroporaatio en edullinen transformointimenetelmä. Transformantit valitelen 35 maljoilla, joissa kasvualusta sisältää runsaasti ravintei- 107342 19 ta sekä 5 - 20 pg fleomysiiniä/ml, ja seulotaan niiden kyvyn suhteen syntetisoida ksylitolia.A plasmid containing the phleomycin resistance marker inserted into the xy-25 lithol dehydrogenase gene can be constructed by conventional recombinant DNA techniques. Numerous transformation methods can be used to introduce a mutagenized allele of a xylitol-catabolizing gene into a yeast chromosome, for example, by transforming yeast cells treated with lithium chloride or by lysis of the yeast sol-wall with a suitable enzyme preparation (e.g., Lj-ticase). For some strains of yeast, electroporation is not a preferred transformation method. Transformants were selected on 35 plates containing medium rich in nutrients and 5-20 pg / ml of phleomycin and screened for their ability to synthesize xylitol.

E. Mutanttien seulontaE. Screening for Mutants

Nystatiinikäsittelyn läpikäyneet mahdolliset mutan-5 tit maljätettiin DYM-agarille, joka sisälsi 100 mg glukoosia ja 10 g ksyloosia litraa kohden. Tällöin mutantit, jotka eivät kyenneet käyttämään ksyloosia hiililähteenään, muodostivat vain hyvin pieniä pesäkkeitä. Ksyloosia meta-boloivat hiivat puolestaan saivat riittävästi hiiltä ja 10 muodostivat siksi suuria pesäkkeitä. Pienet pesäkkeet noukittiin talteen ja niitä viljeltiin edelleen YDP-agarilla. Eristettyjen mutanttikantojen kyky kasvaa glukoosilla, ksyloosilla ja ksyluloosilla määritettiin kasvattamalla ensin ymppiä yön yli nestemäisessä YDP-kasvualustassa. 15 Silmukallinen viljelmää siirrettiin sitten 25 ml:aan DYM-tartraattikasvualustaa, joka sisälsi eri hiililähteitä (glukoosi, ksyloosi tai ksyluloosi). Kahden tai kolmen päivän kuluttua mutanttien ja villikannan kasvu mitattiin määrittämällä A600. Mahdollisesti käyttökelpoiset mutantit 20 kasvoivat helposti glukoosilla, mutta ne eivät kyenneet käyttämään ksyloosia. Kantoja, joilla oli tämä ominaisuus, karakterisoitiin edelleen.Potential Mutan-5 titres that had undergone nystatin treatment were plated on DYM agar containing 100 mg glucose and 10 g xylose per liter. Thus, the mutants that were unable to use xylose as their carbon source formed only very small colonies. Xylose-metabolisable yeasts, in turn, received sufficient carbon and therefore formed large colonies. Small colonies were harvested and further cultured on YDP agar. The ability of the isolated mutant strains to grow with glucose, xylose and xylulose was first determined by growing the inoculum overnight in liquid YDP medium. The loop culture was then transferred to 25 ml of DYM tartrate medium containing various carbon sources (glucose, xylose or xylulose). After two or three days, mutant and wild-type growth was measured by determination of A600. Potentially useful mutants grew readily with glucose but were unable to use xylose. Strains with this property were further characterized.

Jatkotutkimuksiin valittuja mutanttikantoja viljeltiin yön yli YDP-kasvualustassa, minkä jälkeen ne siirret-25 tiin kasvualustaan, joka sisälsi 0,5 - 1,0 % glukoosia kasvusubstraattina ja 1,0 - 5,0 % ksyloosia toimimaan ksy-litolituotannon substraattina. Viljelmistä otettiin näyte kolmen ja seitsemän päivän kuluttua siirrostuksesta sokeri- ja sokerialkoholianalyysiä varten. Näytteet suodatet-30 tiin 0,2 pm: n suodattimien läpi solujen ja saostumien poistamiseksi, suodokset laimennettiin ja analysoitiin HPLC:llä. Kolonnina käytettiin Ca2+-muodossa olevaa vahvaa kationinvaihtajaa (pituus 25 cm, halkaisija 8 mm), johon oli asetettu Bio Rad Aminex MicroGuard -suolaa poistava 35 esikolonni (Richmond, CA, USA). Kolonnin lämpötila oli > « i « 107342 20 85 °C ja sitä eluoitiin H20:lla nopeudella 0,6 ml/min. 2r-jektiotilavuus oli 10 μΐ ja yhdisteiden eluutiota seurat -tiin RI-detektorilla. Menetelmässä käytettiin ulkoisia standardej a.The mutant strains selected for further studies were cultured overnight in YDP medium, then transferred to medium containing 0.5-1.0% glucose as growth medium and 1.0-5.0% xylose to serve as a substrate for xylitol production. Cultures were sampled three and seven days after inoculation for sugar and sugar alcohol analysis. Samples were filtered through 0.2 µm filters to remove cells and precipitates, the filtrates were diluted and analyzed by HPLC. The column used a strong Ca 2+ strong cation exchanger (length 25 cm, diameter 8 mm) loaded with 35 columns of Bio Rad Aminex MicroGuard desalting (Richmond, CA, USA). The column temperature was > 107342 ° C at 85 ° C and was eluted with H 2 O at 0.6 mL / min. The 2r injection volume was 10 μΐ and the elution of the compounds was monitored with an RI detector. External standards were used in the method.

5 Myös Kluyveromyces marxianus var. marxianusi-, esimerkiksi kanta CBSC12, var. bulcraricus-, esimerkiksi kanta ATCC 16045, ja var. 1actis-kannat, jotka käyttävät ksyloosia, ovat käyttökelpoisia lähtökantoina. Mutanttien tuottamiseen voidaan vastaavasti käyttää mitä tahansa nrnu-10 ta ksyloosilla kasvavaa marxianus -alalajia tai -a3a-kantaa. Ensin hiivakannan mutagenisointi optimoidaan millä tahansa mutageenilla. Vaihtelemalla käsittelyn kestoa tai voimakkuutta (esimerkiksi kemiallisen mutageenin pitoisuus, UV-säteilyn intensiteetti tai etäisyys) määrite-15 tään yli 10 % mutta alle 100 % organismeista tappava en-nos. Mutagenisoituja hiivoja kasvatetaan benomyylin tai jonkin muun tumasukkuloiden muodostumista häiritsevän yhdisteen läsnä ollessa (subletaali pitoisuus). Haploicit hiivakannat eivät tarvitse benomyylikäsittelyä tai vaste a-20 vaa. Viljelmä siirretään tuoreeseen kasvualustaan, jossa käytetään kasvusubstraattina hiililähdettä, joka tekee mahdolliseksi myös haluttujen mutanttien kasvun. Kasvun käynnistyttyä solut siirretään nälkiinnyttämistä varten kasvualustaan, jossa ei ole mitään hiililähdettä. Ksyloa-.. 25 siä tai ksylitolia ja kasvavat solut tappavaa antibioottia (esimerkiksi nystatiinia) lisätään. Antibiootin pitoisuus ja käsittelyaika optimoidaan etukäteen siten, että käsittely ksyloosin läsnä ollessa tappaa noin 100 % ei-mutace-nisoiduista soluista, mutta ilman hiililähdettä alle 90 %. 30 Ksyloosilla tai ksylitolilla kasvavat solut kuolevat, mut-ta halutut mutantit jäävät henkiin. Elävistä soluista seulotaan oikeanlaiset mutantit edellä esitetyn mukaisesti.5 Also Kluyveromyces marxianus var. marxianusi, e.g. strain CBSC12, var. bulcraricus, e.g. strain ATCC 16045, and var. 1actis strains using xylose are useful as starting strains. Similarly, any nrx-10 marxianus subspecies or -a3a strain growing on xylose can be used to produce mutants. First, the mutagenization of the yeast strain is optimized with any mutagen. By varying the duration or intensity of the treatment (e.g., chemical mutagen concentration, UV intensity or distance), more than 10% but less than 100% of the organisms are killed. Mutagenized yeasts are grown in the presence of benomyl or some other compound that interferes with nuclear formation (sublethal concentration). Haploic yeast strains do not require benomyl treatment or α-20 response. The culture is transferred to fresh medium using a carbon source as the growth medium, which also allows growth of the desired mutants. When growth begins, the cells are transferred to a medium containing no carbon source for starvation. Xylo or xylitol and growing cells with a lethal antibiotic (for example nystatin) are added. The antibiotic concentration and treatment time are optimized beforehand such that treatment in the presence of xylose kills about 100% of the non-mutated cells but less than 90% without the carbon source. Cells growing with xylose or xylitol die, but the desired mutants survive. Live cells are screened for the correct mutants as described above.

Hiivojen entsyymiaktiivisuus ja ksylitolin tuottokyky määritettiin esimerkeissä 2 - 4 kuvatulla tavalla., 107342 21The enzymatic activity of yeast and the productivity of xylitol were determined as described in Examples 2-4., 107342 21

Esimerkki 2Example 2

Uuden hiivakannan entsyymiaktiivisuus Tärkeimpien ksyloosi/ksylitoli-metaboliaan vaikuttavien entsyymien aktiivisuudet määritettiin lähtökannal-5 le ja uusille hiivakannoille seuraavalla tavalla:New Yeast Strain Enzyme Activity The activities of the major xylose / xylitol metabolism enzymes were determined for parent strain and new yeast strains as follows:

Kluyveromyces marxianus -kantaa kasvatettiin yön yli 50 ml:ssa YDP-kasvualustaa käytettäväksi ymppinä yhteen litraan DYM-tartraattikasvualustaa, jossa oli 10 g ksyloosia ja 20 g glukoosia hiililähteinä ja/tai indusoi-10 jina. Kahden päivän kasvatuksen jälkeen viljelmä sentrifu-goitiin ja pelletti pestiin Sörensenin fosfaattipuskurilla, pH 7, jäämäsokerin poistamiseksi. Solut suspendoitiin uudelleen samaan puskuriin ja rikottiin käyttämällä ne 5 kertaa X-puristimen läpi -20 °C:ssa. Sulaan uutteeseen li-15 sättiin DNaasia tyyppi I (50 mg/ml) ja seosta inkuboitiin 1 tunnin ajan huoneenlämpötilassa. Saatua raakauutetta sentrifugoitiin 185 000 x g:ssä 60 minuutin ajan. Määritettävät entsyymit olivat liukoisia ja jäivät supernatant-tiin. Proteiinipitoisuus määritettiin Lowryn menetelmällä 20 [J. Biol. Chem. 193 (1951) 265 - 275].The Kluyveromyces marxianus strain was grown overnight in 50 ml of YDP medium for use as inoculum in one liter of DYM tartrate medium containing 10 g xylose and 20 g glucose as carbon sources and / or inducers. After two days of culture, the culture was centrifuged and the pellet washed with Sörensen's phosphate buffer, pH 7, to remove residual sugar. Cells were resuspended in the same buffer and disrupted by running them 5 times through an X press at -20 ° C. The molten extract li-15 was adjusted to DNase type I (50 mg / ml) and incubated for 1 hour at room temperature. The resulting crude extract was centrifuged at 185,000 x g for 60 minutes. The enzymes to be determined were soluble and remained in the supernatant. The protein content was determined by the Lowry method 20 [J. Biol. Chem. 193: 265-275 (1951)].

Ksyloosireduktaasiaktiivisuus määritettiin seuraamalla NADPH:n hapettumista spektrofotometrisesti aallonpituudella 340 nm. Reaktioseos sisälsi 700 μΐ 50 mM Tris-HCl-puskuria, pH 7,5, 100 μΐ 100 mM ksyloosiliuosta, 25 100 μΐ laimennettua solu-uutetta ja 100 μΐ 1 mM NADPH- liuosta. Reaktio käynnistettiin lisäämällä pelkistynyt nukleotidi ja sitä seurattiin 2 minuutin ajan. Reaktion alkunopeutta käytettiin spesifisen ksyloosireduktaasiak-tiivisuuden määrittämiseksi.Xylose reductase activity was determined by spectrophotometrically monitoring the oxidation of NADPH at 340 nm. The reaction mixture contained 700 μΐ of 50 mM Tris-HCl buffer, pH 7.5, 100 μΐ of 100 mM xylose solution, 25 100 μΐ of diluted cell extract and 100 μΐ of 1 mM NADPH solution. The reaction was initiated by addition of the reduced nucleotide and monitored for 2 minutes. The initial reaction rate was used to determine specific xylose reductase activity.

30 Ksylitolidehydrogenaasiaktiivisuus määritettiin “ seuraamalla NADH:n hapettumista NAD:ksi, joka reaktio on kytketty ksyluloosin pelkistymiseen ksylitoliksi. Määritys suoritettiin samalla tavalla kuin ksyloosireduktaasimääri-tys, paitsi että ksyloosin ja NADPH:n asemesta käytettiin 35 vastaavasti ksyluloosia ja NADH:ta.The xylitol dehydrogenase activity was determined by “following the oxidation of NADH to NAD, a reaction linked to the reduction of xylulose to xylitol. The assay was performed in the same manner as the xylose reductase assay except that xylulose and NADH were used instead of xylose and NADPH.

Saadut tulokset esitetään taulukossa 1.The results obtained are shown in Table 1.

• 107342 22• 107342 22

Esimerkki 3Example 3

Ksylitolini muodostus uusien hiivakantojen avullaFormation of xylitoline with new yeast strains

Fermentoirmit suoritettiin esimerkissä 1 kuvatulia tavalla ravistelupullossa käyttäen ksyloosilähteenä ksy-5 loosin vesiliuosta. Fermentointiliemeen lisättiin glukoosia energia- ja hiililähteeksi. Pulloja ravisteltiin ;a ilmastettiin tehokkaasti.The fermentation steps were carried out as described in Example 1 in a shake flask using an aqueous solution of xylose as the source of xylose. Glucose was added to the fermentation broth as a source of energy and carbon. The vials were shaken and effectively aerated.

Lähtökcinncilla ja uusilla mutagenisoiduilla hii’/a-kannoilla saadut tulokset esitetään taulukossa 1.The results obtained with the parent cinnamon and the new mutagenized hii '/ a strains are shown in Table 1.

1010

Taulukko 1table 1

Ravistelupulloissa viljeltyjen Kluyveromyces marxiani is -kantojen ksylitolidehydrogenaasiaktiivisuus Kanta Ksylitoli- Ksylitolidehydro- 15 saanto, % genaasi (XDH) nmol/min/mg villi 42 330 II-7 64 76 II-8 51 39 20 II-l 60 255 II-2 52 185 II-3 54 289 II-4 57 329 II-5 55 315 ·: 25 II-6 57 352Xylitol Dehydrogenase Activity of Kluyveromyces marxiani is Strains Cultured in Shake Flasks Strain Xylitol-Xylitol Dehydro Yield% Genase (XDH) nmol / min / mg wild 42 330 II-7 64 76 II-8 51 39 20 II-1 60 255 II-1 II-3 54 289 II-4 57 329 II-5 55 315 ·: 25 II-6 57 352

Mutanteilla II-l - II-6 saadut tulokset suhtautuvat johdonmukaisesti mutaatioon ksyluloosikinaasigeenLs-sä, sillä näillä isännillä on yhä tallella ksylitolideh/d-30 rogenaasiaktiivisuus.The results obtained with mutants II-1 to II-6 are consistent with the mutation in the xylulose kinase gene Ls, since these hosts still retain xylitol deh 30 d rogenase activity.

Esimerkki 4Example 4

Ksylitolin muodostus suuremmassa mittakaavassaXylitol formation on a larger scale

Lähtökannan ja uusien hiivakantojen kykyä tuottaa ksylitolia suuremman mittakaavan menetelmässä on niinikään 35 tutkittu. Kaikki fermentoinneissa käytetyt kemikaalit oLThe ability of the parent strain and new yeast strains to produce xylitol on a larger scale process has also been investigated. All chemicals used in fermentation oL

107342 23 vat teknistä laatua. Ksyloosilähteenä käytettiin kahta eri lehtipuulajia käyttävistä sulfiittiprosesseista saatua keittolientä.107342 23 technical quality. The xylose source was a soup from two sulphite processes using different hardwood species.

Ymppi valmistettiin siirrostamalla hiivapesäke YM-5 liemeen (100 ml) ja kasvattamalla viljelmää yhden päivän ajan 30 °C:ssa ravistelijassa (200 kierr./min). Viljelmä siirrettiin sitten 900 ml:aan NH4-tartraatilla puskuroitua substraattia, pH 6,0, joka sisälsi 30 g/litra glukoosia. Ymppiä kasvatettiin jälleen yhden päivän ajan 30 °C:ssa 10 ravistelijassa (200 kierr./min), minkä jälkeen se siirret tiin aseptisesti fermentoriin.The inoculum was prepared by inoculating the yeast colony into YM-5 broth (100 mL) and growing the culture for one day at 30 ° C on a shaker (200 rpm). The culture was then transferred to 900 ml NH4-tartrate buffered substrate pH 6.0 containing 30 g / liter glucose. The inoculum was grown for another day at 30 ° C in 10 shakers (200 rpm) and then aseptically transferred to the fermenter.

Ksyloosi, ksylitoli, etanoli ja glukoosi analysoitiin HPLC:llä esimerkissä 1 kuvatulla tavalla. Solumassa määritettiin kuivapainomittauksella. Fermentointiliemi 15 sentrifugoitiin, solumassa pestiin vedellä ja sitä kuivattiin yön yli 105 °C:ssa.Xylose, xylitol, ethanol and glucose were analyzed by HPLC as described in Example 1. Cell mass was determined by dry weight measurement. The fermentation broth was centrifuged, the cell mass was washed with water and dried overnight at 105 ° C.

Volumetrinen ksylitolin tuottonopeus määritettiin siten, ettei otettu huomioon aikaa, joka tarvittiin ksy-loosikulutuksen käynnistymiseen. Ksylitolisaanto lasket-20 tiin tuotetun ksylitolin suhteena kulutettuun ksyloosiin.The volumetric rate of production of xylitol was determined without taking into account the time required to initiate xylose consumption. The xylitol yield was calculated as the ratio of xylitol produced to consumed xylose.

Fermentointiparametrit olivat seuraavat: pH 6,0 (25 % NaOH), sekoitus 500 kierr./min, ilmastus 4,0 Nl/min (vvm) ja lämpötila 30 °C.The fermentation parameters were as follows: pH 6.0 (25% NaOH), stirring 500 rpm, aeration 4.0 Nl / min (vmm) and temperature 30 ° C.

Kasvualustan koostumus oli seuraava: *: 25 240 g glukoosia 250 g CSL:ää (maissinliotusvesi; 45,5 % k.a.) 20 g (NH4)2S04:ää 20 g (NH4) 2HP04: ää 8 g KH2P04:ää 30 8 g MgS04 ♦ 7H20: ta 5 litraa H20:ta noin 600 g ksyloosia/5 litraa (12 - 13 %)The composition of the medium was as follows: *: 240 g glucose 250 g CSL (corn soak water; 45.5% ka) 20 g (NH4) 2 SO4 20 g (NH4) 2HPO4 8 g KH2PO4 30 8 g MgSO4 ♦ 7H2O 5 liters H2O approximately 600g xylose / 5 liters (12-13%)

Tulokset esitetään taulukossa 2.The results are shown in Table 2.

« 10734:! 24«10734:! 24

Taulukko 2Table 2

Kluyveromyces marxianus -kantojen kyky tuottaa ksylitol i a suuremmassa mittakaavassaAbility of Kluyveromyces marxianus strains to produce xylitol on a larger scale

Kanta Syötetty glukoosi Saanto Ksylitolin 5 g/litra/tunti % tuottonopeus g/litra/tunti [g/(g/litra/tunti/ ] villi - 35,0 1,6 [0,060] 10 villi 0,80 36,7 1,9 [0,076] II-7 0,65 68,5 2,8 [0,130] II-7 - 55,0 1,2 [0,094] II-8 0,70 60,0 1,6 [0,09] II-l 0,77 57,0 2,8 [0,09] 15 II-4 0,80 46,0 1,7 [0,07] II-6 0,65 40,1 2,0 [0,10]Strain Injected Glucose Yield Xylitol 5 g / liter / hour% yield rate g / liter / hour [g / (g / liter / hour /] wild - 35.0 1.6 [0.060] 10 wild 0.80 36.7 1, 9 [0.076] II-7 0.65 68.5 2.8 [0.130] II-7 to 55.0 1.2 [0.094] II-8 0.70 60.0 1.6 [0.09] II -1 0.77 57.0 2.8 [0.09] 15 II-4 0.80 46.0 1.7 [0.07] II-6 0.65 40.1 2.0 [0.10 ]

Spesifinen ksylitolin tuottonopeus (g ksylitolin/ g hiivaa) esitetään sulkeissa.The specific rate of production of xylitol (g xylitol / g yeast) is shown in parentheses.

20 Tulokset osoittavat, että uudet hiivakannat ovat erinomaisia ksylitolin tuottajia lähtökantaan verrattuna.The results show that the new yeast strains are excellent xylitol producers as compared to the parent strain.

Täten käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää saatiin useita Kluyveromyces marxianus -mutanttikantoja, joiden ksylitolidehydrogenaasin (XDH) tai ksyluloosikinaa-*: 25 sin tai kummankin spesifinen aktiivisuus on merkittävästi alempi kuin aiempien hiivakantojen ja jotka pystyvät täten tuottamaan enemmän ksylitolia ksyloosista kuin nämä. Esimerkki 5Thus, using the method of the invention, several mutant strains of Kluyveromyces marxianus were obtained which have significantly lower specific activity of xylitol dehydrogenase (XDH) or xylulose kinase * than both of the previous yeast strains and are thus capable of producing more xylitol. Example 5

Antisense-RNA-hiivakantojen rakentaminen yhdisteL-30 mä-DNA-menetelmillä ·’ Hiivan ksylitolidehydrogenaasigeeni tai ksyluloosi- kinaasigeeni halutusta hiivaisännästä voidaan kloonata alalla näiden geenien kloonaamiseksi tunnettujen menetelmien mukaan [Kötter, P., et ai., Curr. Genet. 18 (1993) 35 493 - 500; Ho, N. W. Y., et ai., Enzyme MicrobioL.Construction of Antisense RNA Yeast Strains by Compound L-30 RNA DNA Methods The yeast xylitol dehydrogenase gene or xylulose kinase gene from a desired yeast host can be cloned according to methods known in the art for cloning these genes [Kötter, P., et al., Curr. Genet. 18: 35493-500 (1993); Ho, N. W. Y., et al., Enzyme MicrobioL.

« i 107342 25«I 107342 25

Technol. 11 (1989) 417 - 421; Stevis, P. E., et ai., Appi. Environ. Microbiol. 53 (1987) 2975 - 2977]. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää ensimmäisestä hiivalajista kloonattua ksylitolidehydrogenaasi- tai ksyluloosikinaasigeeniä 5 tuon geenin identifioimiseksi ja kloonaamiseksi toisesta hiivalajista, mikäli nämä geenit ovat toisiinsa nähden riittävän komplementaarisia, jotta niiden ristihybridisaa-tio on mahdollinen, esimerkiksi kuten osoitettiin alustavissa kokeissa, joissa käytettiin ensimmäisestä hiivaisän-10 nästä kloonattua DNA:ta hybridisaatiokoettimena toisen halutun hiivaisännän restriktioentsyymeillä pilkotulle genomi-DNA:lie Southern blot -analyysiä käyttäen.Technol. 11: 417-421 (1989); Stevis, P.E., et al., Appl. Environ. Microbiol. 53: 2975-2977 (1987)]. Alternatively, a xylitol dehydrogenase or xylulose kinase gene cloned from the first yeast species may be used to identify and clone the 5 genes from the second yeast species, provided that these genes are sufficiently complementary to allow for the first hybridization DNA as a hybridization probe was digested with restriction enzymes of another desired yeast host using Southern blot analysis.

Kloonatusta DNA:sta ennustetaan komplementaarinen sekvenssi, joka hybridisoituu halutun entsyymin koodaus-15 sekvenssiin. Tämä sekvenssi voidaan syntetisoida in vitro kemiallisin keinoin, kuten kuvataan julkaisussa "Oligonucleotide Synthesis, A Practical Approach", M.J. Gait, toim., IRL Press, Oxford, 1984. Antisense-sekvenssi voidaan saada jopa tarkkaa koodaussekvenssiä tuntematta mistä 20 tahansa kloonatusta DNA:sta, joka kohdistuu haluttuun geenisekvenssiin. Edullisesti tällainen kloonattu DNA on kak-sisäikeisessä muodossa, jossa yksi säie on "sense"- (tai koodaus-) säie ja yksi säie on "antisense"- (tai ei-koo-daava-) säie. Antisense-rakenteita voidaan valmistaa käyt-,·; 25 tämällä edellä kuvatun ja alalla tunnetun mukaisia tek niikoita kytkemällä operatiivisesti tällainen kaksisäikei-nen DNA haluttuun hiivapromoottoriin tavalla, joka johtaa sellaisen RNA:n transkriptioon, jolla on antisense- (ei-koodaava-) sekvenssi. Antisense-DNA on edullisesti opera-30 tiivisesti kytketty sekvenssiin, jossa on hiivan ksylito-lidehydrogenaasipromoottori tai hiivan ksyluloosikinaasi-promoottori, jolloin antisense-RNA:n ilmentäminen tapahtuu niissä olosuhteissa, joissa kohde-entsyymin mRNA:n ilmentäminen tapahtuu.From the cloned DNA, a complementary sequence which hybridizes to the coding sequence of the desired enzyme is predicted. This sequence can be synthesized in vitro by chemical means as described in "Oligonucleotide Synthesis, A Practical Approach", by M.J. Gait, ed., IRL Press, Oxford, 1984. The antisense sequence can be obtained even without knowing the exact coding sequence of any of the 20 cloned DNAs targeted to the desired gene sequence. Preferably, such cloned DNA is in double stranded form where one strand is a "sense" (or coding) strand and one strand is an "antisense" (or non-coding) strand. Antisense constructs can be prepared using, ·; By employing techniques described above and known in the art, operably linking such double-stranded DNA to a desired yeast promoter in a manner that results in transcription of an RNA having an antisense (non-coding) sequence. Preferably, the antisense DNA is operably linked to a sequence comprising the yeast xylitol dehydrogenase promoter or the yeast xylulose kinase promoter, wherein the expression of the antisense RNA occurs under the conditions where the target enzyme mRNA is expressed.

107342 26 Tällaiset antisense-rakenteet voidaan viedä vektc -reihin, transformoida hiivaisäntiin, esimerkiksi hiivuin lajeista Candida,. Hansenula, Kluyveromyces, Pichia tel Pachysolen, ja edullisesti Kluyveromyces marxianus ja 5 dida utilis ja edullisimmin Kluyveromyces marxianus vao. marxianus, Kluyveromyces marxianus var. bulgaricus Ja Kluyveromyces marxianus var. laet is,, ja kasvattaa käyttäen antibioottia, esimerkiksi kuten edellä kuvattiin nystat:,i-nia. Hiivat kasvatetaan kuten edellä kuvattiin ja jatka— 10 tutkimuksiin valitaan mutanttikannat, jotka eivät kyker.e käyttämään kasvuun ksyloosia tai jotka ksyloosia käyttäessään kasvavat hyvin huonosti mutta jotka kykenevät kasvimaan glukoosia käyttäen.107342 26 Such antisense constructs can be introduced into vectors, transformed into yeast hosts, for example yeasts of Candida species. Hansenula, Kluyveromyces, Pichia tel Pachysolen, and preferably Kluyveromyces marxianus and 5 dida utilis and most preferably Kluyveromyces marxianus. marxianus, Kluyveromyces marxianus var. bulgaricus And Kluyveromyces marxianus var. Laet is grown and grown using an antibiotic, for example, as described above for nystates. Yeasts are grown as described above and for further studies mutant strains are selected which are unable to use xylose for growth or which grow very poorly under xylose but which are capable of growing using glucose.

Esimerkki 6 15 Ribotsyymihiivakantojen rakentaminen yhdistein*- DNA-menetäimilläExample 6 Construction of Ribozyme Yeast Strains with Compounds * - DNA Losses

Hiivan ksylitolidehydrogenaasigeeni tai ksyluloc — sikinaasigeeni halutusta hiivaisännästä voidaan kloonata alalla tunnettujen menetelmien mukaan [Kötter, P., et ai. , 20 Curr. Genet. 18 (1990) 493 - 500; Ho, N. W. Y., et ai., Enzyme Microbiol, Technol. 11 (1989) 417 - 421; Stevis, P.E., et ai., Appi. Environ. Microbiol. 53 (1987) 297Ϊ- -2977].The yeast xylitol dehydrogenase gene or the xyluloc quinase gene from a desired yeast host can be cloned according to methods known in the art [Kötter, P., et al. , 20 Curr. Genet. 18: 493-500 (1990); Ho, N. W. Y., et al., Enzyme Microbiol, Technol. 11: 417-421 (1989); Stevis, P.E., et al., Appl. Environ. Microbiol. 53: 297-2977 (1987)].

Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää hiivalajista kloo-·; 25 nattua ksylitolidehydrogenaasi- tai ksyluloosikinaasigjee- niä tuon geenin identifioimiseksi ja kloonaamiseksi toisesta hiivalajista, jos nämä geenit ovat toisiinsa nähden riittävän komplementaarisia, jotta niiden ristihybridisaa-tio on mahdollinen, esimerkiksi kuten osoitettiin alusia-30 vissa kokeissa, joissa käytettiin ensimmäisestä hiivaisäm-·*’' nästä kloonattua DNA:ta hybridisaatiokoettimena toisen ha lutun hiivaisännän restriktioentsyymeillä pilkotulle ge:«p-mi-DNA:lle Southern blot -analyysiä käyttäen.Alternatively, the yeast chloro ·; 25 xylitol dehydrogenase or xylulose kinase genes for the identification and cloning of that gene from another yeast species, if these genes are sufficiently complementary to allow for cross-hybridization, for example, as demonstrated in the first 30 from this cloned DNA as a hybridization probe to ge: p-mi DNA digested with restriction enzymes of another target yeast using Southern blot analysis.

Komplementaarinen sekvenssi ennustetaan kloonatun 35 DNA:n sekvenssistä, joka hybridisoituu halutun entsyymin 107342 27 koodaussekvenssiin, kuten antisense-RNA-rakenteen yhteydessä. Tämä sekvenssi voidaan syntetisoida in vitro kemiallisin keinoin, kuten kuvataan julkaisussa "Oligonucleotide Synthesis, A Practical Approach", M.J. Gait, 5 toim., IRL Press, Oxford, 1984. Tällainen DNA saadaan edullisesti kloonatusta DNA:sta kaksisäikeisessä muodossa, jossa yksi säie on "sense"- (tai koodaus-) säie ja yksi säie on "antisense"- (tai ei-koodaava-) säie.The complementary sequence is predicted from the sequence of the cloned 35 DNA which hybridizes to the 2773 coding sequence of the desired enzyme, such as in the context of an antisense RNA construct. This sequence can be synthesized in vitro by chemical means as described in "Oligonucleotide Synthesis, A Practical Approach", by M.J. Gait, 5 eds., IRL Press, Oxford, 1984. Such DNA is preferably obtained from cloned DNA in double-stranded form, with one strand being a "sense" (or coding) strand and one strand being "antisense" (or non- coding) thread.

Keksinnön mukainen ribotsyymirakenne sisältää ri-10 botsyymin, kuten Tetrahymena-ribotsyymin, katalyyttisen aktiivisuuden, kuten esitetään julkaisussa EP 321 201, ja riittävän pituuden halutun kohde-mRNA:n mRNA:ta vastaan kohdistuvaa antisense-RNA-sekvenssiä siten, että keksinnön mukainen antisense-RNA-rakenne hybridisoituu kohde-15 mRNA:han ja saa ribotsyymin pilkkomaan mRNA:n liian pieneen muotoon, jotta syntyisi aktiivinen entsyymi.The ribozyme construct of the invention contains the catalytic activity of a ri-10 bozyme, such as Tetrahymena ribozyme, as disclosed in EP 321,201, and a sufficient length of the antisense RNA sequence directed against the mRNA of the desired target mRNA so that the antisense The RNA structure hybridizes to the target mRNA and causes the ribozyme to cleave the mRNA into too small a form to produce the active enzyme.

Ribotsyymirakenteita voidaan valmistaa käyttämällä edellä kuvatun ja alalla tunnetun mukaisia tekniikoita kytkemällä operatiivisesti tällainen kaksisäikeinen DNA 20 haluttuun hiivapromoottöriin tavalla, josta seuraa ri- botsyymi-antisense-RNA:n transkriptio. Ribotsyymi-anti-sense-DNA on edullisesti kytketty operatiivisesti sekvenssiin, jossa on hiivan ksylitolidehydrogenaasipromoottori tai hiivan ksyluloosikinaasipromoottori, siten että ribo-*: 25 tsyymi-antisense-RNA:n ilmentäminen tapahtuu niissä olo suhteissa, joissa kohde-entsyymin mRNA:n ilmentäminen tapahtuu .Ribozyme constructs can be prepared using techniques described above and known in the art by operably linking such double-stranded DNA to a desired yeast promoter in a manner that results in transcription of the ribozyme antisense RNA. Preferably, the ribozyme anti-sense DNA is operably linked to a sequence comprising the yeast xylitol dehydrogenase promoter or the yeast xylulose kinase promoter such that expression of the ribo *: 25 enzyme antisense RNA occurs under the conditions whereby the target enzyme: .

Tällaiset ribotsyymirakenteet voidaan viedä vekto-reihin, transformoida hiivaisäntiin, esimerkiksi hiivaan 30 lajeista Candida, Hansenula, Kluyveromyces, Pichia tai ' Pachysolen, ja edullisesti Kluyveromyces marxianus ja Can- i « t dida utilis ja edullisimmin Kluyveromyces marxianus var. marxianus, Kluyveromyces marxianus var. bulgaricus ja Kluyveromyces marxianus var. lactis, ja kasvattaa käyttäen 35 antibioottia, esimerkiksi nystatiinia kuten edellä kuvat- • 107342 28 tiin. Hiivat kasvatetaan kuten edellä kuvattiin ja jatkotutkimuksiin valitaan mutanttikannat, jotka eivät kykene käyttämään kasvuun ksyloosia tai jotka kasvavat ksyloo!=ia käyttäessään hyvin huonosti mutta jotka kykenevät kasva-5 maan glukoosia käyttäen.Such ribozyme constructs can be introduced into vectors, transformed into yeast hosts, for example yeast 30 from Candida, Hansenula, Kluyveromyces, Pichia or 'Pachysolen, and preferably Kluyveromyces marxianus and Cani t dida utilis, and most preferably Kluyveromyces marx. marxianus, Kluyveromyces marxianus var. bulgaricus and Kluyveromyces marxianus var. lactis, and cultured using 35 antibiotics, for example nystatin, as described above. Yeasts are grown as described above and mutant strains that are not capable of using xylose for growth or which grow very poorly with xylose, but which are capable of using growth-glucose, are selected for further studies.

Kun keksintö on nyt täydellisesti kuvattu, alan ammattilaiset ymmärtävät, että keksinnön kattama alue voidaan suorittaa käyttäen laajaa valikoimaa samanarvoisia olosuhteita, parametrejä ja vastaavia vaikuttamatta kek-10 sinnön tai sen minkään suoritusmuodon henkeen tai suoja-piiriin.Having now fully described the invention, those skilled in the art will appreciate that the scope of the invention can be accomplished using a wide variety of equivalent conditions, parameters, and the like without affecting the spirit or scope of the invention or any of its embodiments.

• I• I

Claims (12)

107342107342 1. Menetelmä ksylitolin tuottamiseksi hiivaisännäs-tä, tunnettu siitä, että 5 a. valitaan hiivaisäntä, joka kykenee syntetisoi maan ja metaboloimaan ksylitolia, jolloin mainittu hiiva-isäntä valitaan ryhmästä, jonka muodostavat lajit Candida. Hansenula. Kluvveromvces ja Pichia: b. modifioidaan yhden tai useamman ksylitolimetabo- 10 liaan osallistuvan entsyymin ilmentymistä vaiheen (a) hiivassa siten, että ksylitolin metabolia vähenee tai poistuu; c. kasvatetaan vaiheen (b) hiivaa olosuhteissa, joissa saadaan ksylitolin synteesi; ja 15 d. otetaan talteen vaiheessa (c) tuotettu ksyli toli .A process for producing xylitol from a yeast host, characterized in that a yeast host capable of synthesizing and metabolizing xylitol is selected, wherein said yeast host is selected from the group consisting of Candida species. Hansenula. Kluvveromvces and Pichia: b. Modifying the expression of one or more enzymes involved in xylitol metabolism in the yeast of step (a) by reducing or eliminating xylitol metabolism; c. cultivating the yeast of step (b) under conditions which produce xylitol synthesis; and 15 d. recovering the xylitol produced in step (c). 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että modifiointi vaiheessa (b) poistaa ksylitolidehydrogenaasia tai ksyluloosikinaasia 20 koodittavan geenin tai sekä ksylitolidehydrogenaasia koodattavan geenin että ksyluloosikinaasia koodittavan geenin, ilmentämisen tai vähentää ilmentämistä.2. The method of claim 1, wherein the modification in step (b) deletes or reduces expression of a gene encoding xylitol dehydrogenase or xylulose kinase 20, or a gene encoding both xylitol dehydrogenase and xylulose kinase. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että modifiointi vaiheessa (b) kä- 25 sittää hiivan altistamisen mutageenille tai aineelle, joka häiritsee kromosomien jakautumista tai tumasukkuloiden muodostumista.3. A method according to claim 1, characterized in that the modification in step (b) involves exposing the yeast to a mutagen or an agent that interferes with chromosome breakdown or nucleation. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kromosomien jakautumista tai 30 tumasukkuloiden muodostumista häiritsevä aine on beno-myyli . ‘ · ·4. A method according to claim 3, characterized in that the agent that interferes with chromosome division or nuclear spindle formation is Benomyl. '· · 5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että modifiointi vaiheessa (b) kä-. sittää altistamisen aineelle, joka aiheuttaa insertion, 35 deleetion tai pistemutaation hiivan geeniin. 107342The process according to claim 2, characterized in that the modification in step (b) is carried out in step (b). involves exposure to a substance that causes insertion, deletion, or point mutation in a yeast gene. 107342 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että aine valitaan ryhmästä, jonka muodostavat akriflaviini, etyylimetaanisulfonaatti, tV-säteily ja röntgensädesäteily.Process according to Claim 5, characterized in that the substance is selected from the group consisting of acriflavine, ethyl methanesulfonate, t-radiation and X-ray radiation. 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että modifiointi vaiheessa (b) käsittää sen, että hiivaisännän kyky ilmentää yksi t:ai useampi ksylitolimetaboliaan osallistuva entsyymi modifioidaan geenimanipulaatiomenetelmillä, edullisesti geeni -10 katkaisulla.The method of claim 1, characterized in that the modification in step (b) comprises modifying the ability of the yeast host to express one to several enzymes involved in xylitol metabolism by gene manipulation methods, preferably by gene-10 cleavage. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että geenimanipulaatiomenetelmä käsittää vaiheen (a) hiivan transf:ormoinnin yhdistelmä-DNA-rakenteella, joka koodittaa ksylitolimetabolian ert- 15 syymiä vastaan kohdistuvaa ribotsyymi- tai antisense - RNA:t a.A method according to claim 7, characterized in that the gene manipulation method comprises the step (a) of transfecting the yeast with a recombinant DNA construct encoding ribozyme or antisense RNA for xylitol metabolism enzymes. 9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiiva valitaan ryhmästä, jonka muodostavat Kluvveromvces marxianus ja Candida utilis.Process according to Claim 1, characterized in that the yeast is selected from the group consisting of Kluvveromvces marxianus and Candida utilis. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Kluvveromvces marxianus valitaan ryhmästä, jonka muodostavat Kluvveromvces marxianus var. marxianus. Kluvveromvces marxianus var. bulgaricus j s Kluvveromvces marxianus var. lactis. : 25 11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheen (b) hiivan kasvattamisen antibiootin, edullisesti nystatiinin, läsnä ollessa.Method according to claim 9, characterized in that Kluvveromvces marxianus is selected from the group consisting of Kluvveromvces marxianus var. marxianus. Kluvveromvces marxianus var. bulgaricus j s Kluvveromvces marxianus var. lactis. The process according to claim 1, characterized in that the method further comprises the step of growing the yeast in step (b) in the presence of an antibiotic, preferably nystatin. 12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että vaihe (b) edelleen käsittää kasvatuksen ja valikoinnin paljon ksyloosia ja vähän glukoosia sisältävässä kasvualustassa. • * 107342The method according to claim 1, characterized in that step (b) further comprises cultivation and selection in a medium rich in xylose and low glucose. • * 107342
FI935957A 1991-07-01 1993-12-31 Process for producing xylitol from a modified yeast host FI107342B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI935957A FI107342B (en) 1991-07-01 1993-12-31 Process for producing xylitol from a modified yeast host

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI913197 1991-07-01
FI913197A FI913197A0 (en) 1991-07-01 1991-07-01 THEREFORE A REDUCED MEASURE AT THE METABOLISER OF XYLITOL, FOERFARANDE FOER BILDANDE AV DESSA OCH DERAS ANVAENDNING VID FRAMSTAELLNING AV XYLITOL.
PCT/FI1992/000203 WO1993001299A1 (en) 1991-07-01 1992-06-30 Novel yeast strains for the production of xylitol
FI9200203 1992-06-30
FI935957 1993-12-31
FI935957A FI107342B (en) 1991-07-01 1993-12-31 Process for producing xylitol from a modified yeast host

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI935957A FI935957A (en) 1993-12-31
FI935957A0 FI935957A0 (en) 1993-12-31
FI107342B true FI107342B (en) 2001-07-13

Family

ID=26158981

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI935957A FI107342B (en) 1991-07-01 1993-12-31 Process for producing xylitol from a modified yeast host

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI107342B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI935957A (en) 1993-12-31
FI935957A0 (en) 1993-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0604429B1 (en) Novel yeast strains for the production of xylitol
EP2001992B1 (en) Yeast cells having disrupted pathway from dihydroxyacetone phosphate to glycerol
DE60029440T2 (en) METHODS AND MATERIALS FOR SYNTHESIS OF ORGANIC PRODUCTS
US7670814B2 (en) Microbial production of vitamin C
US20110171703A1 (en) Bacterium capable of producing lactic acid, and method for producing lactic acid
EP0431047A1 (en) Ethanol production by genetically engineered escherichia coli strains
MX2007013673A (en) Thermophilic microorganisms with inactivated lactate dehydrogenase gene (ldh) for ethanol production.
JP5496356B2 (en) Xylitol producing strain introduced with arabinose metabolic pathway and xylitol producing method using the same
JPH02502065A (en) Microorganisms with low acetic acid production ability and methods for producing useful substances using the same
EP2336295B1 (en) Method for producing lactic acid from plant-derived raw material, and lactic-acid-producing bacterium
CN111621454A (en) Production method and application of genetic engineering high-yield strain streptomyces diastatochromogenes and polylysine
Mourya et al. Production of citric acid from starch-hydrolysate by Aspergillus niger
Buckel et al. Clostridium viride sp. nov., a strictly anaerobic bacterium using 5-aminovalerate as growth substrate, previously assigned to Clostridium aminovalericum
US8962287B2 (en) Scyllo-inositol-producing cell and scyllo-inositol production method using said cells
FI107342B (en) Process for producing xylitol from a modified yeast host
CN102925398A (en) Construction and applications of nicotinamide adenine dinucleotide auxotroph escherichia coli
JP3023326B2 (en) Trichosporonoides mutant strain and method for producing erythritol using the same
US20060105432A1 (en) Method for the production of vitamin b12
KR101028039B1 (en) Microorganism Enhanced Resistance of Succinic Acid and Method for Preparing Succinic Acid Using the Same
US5312742A (en) Process for making L-phenyl acetyl carbinol (PAC), microorganisms for use in the process, and a method of preparing the microorganisms
CN109929853B (en) Application of thermophilic bacteria source heat shock protein gene
JPS6236196A (en) Production of alanine
RU2731289C2 (en) Method for constructing a biocatalyst strain based on bacteria of the genus rhodococcus, having nitrilase activity and high operational stability, recombinant strain of rhodococcus rhodochrous bacteria produced by such method, a method for synthesis of acrylic acid using this strain as a biocatalyst
JP6222647B2 (en) Method for producing 1,3-β galactosyl-N-acetylhexosamine phosphorylase
US20240034983A1 (en) Asporogenous bacteria and uses thereof as a feed ingredient