JP2000135083A - ポリ−3−ヒドロキシアルカン酸の製造法 - Google Patents
ポリ−3−ヒドロキシアルカン酸の製造法Info
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Abstract
大量に、しかも安価に製造することのできる新しい製造
方法と、この製造方法に用いる遺伝子組換え生物を提供
する。 【解決手段】 ポリ−3−ヒドロキシアルカン酸重合酵
素遺伝子と、脂肪酸合成酵素遺伝子とを宿主微生物に導
入して作出した形質転換微生物と、この形質転換微生物
を炭素源存在下で増殖させ、この増殖微生物からポリ−
3−ヒドロキシアルカン酸を単離・精製することを特徴
とするポリ−3−ヒドロキシアルカン酸の製造方法。
Description
ロキシアルカン酸の製造方法と、このポリ−3−ヒドロ
キシアルカン酸を大量に産生する遺伝子組換え生物に関
するものである。さらに詳しくは、この出願は、代替プ
ラスチック等として有用な高純度のポリ−3−ヒドロキ
シアルカン酸を簡便かつ大量に、しかも安価に製造する
方法と、この方法に用いる新規生物に関するものであ
る。
下、「P(3HA)」と記載することがある)は、3−
ヒドロキシアルカン酸の2以上がエステル結合等により
重合した化合物の総称であり、例えば、ポリ−3−ヒド
ロキシブタン酸、ポリ−3−ヒドロキシヘキサン酸等が
ある。
ック等への利用が有望視されているが、化学合成による
製造はコスト高となるため、バイオリアクター等による
遺伝子工学的製造方法が検討されている。この遺伝子工
学的方法によるP(3HA)の製造では、P(3HA)
を蓄積しない大腸菌等の宿主生物に他の生物由来のP
(3HA)重合酵素の遺伝子を導入して宿主生物を形質
転換し、この形質転換体をグルコース等の炭素源を含む
培地で培養する方法が試みられてきた。大腸菌等のP
(3HA)非蓄積生物は、その重合酵素を産生しないた
めにP(3HA)を蓄積しないと考えられるからであ
る。
重合酵素遺伝子を導入しただけではその形質転換体にお
けるP(3HA)蓄積能を増大させることはできないこ
とから、大腸菌等におけるP(3HA)の非蓄積性は、
その生物がP(3HA)重合酵素を産生しないことだけ
ではなく、ポリ−3−ヒドロキシアルカン酸重合酵素の
基質となる3−ヒドロキシアシルCoAの産生能が極め
て低いことによるものであると推測されている。そこ
で、P(3HA)重合酵素遺伝子とともに、3−ヒドロ
キシアシルCoAの産生を促進するための脂肪酸合成酵
素遺伝子を宿主生物に導入することが試みが報告されて
いる(Williams 等:Protein Expr. Purif. 7:203-21
1, 1996)。この従来方法では、ラット由来の脂肪酸合
成酵素の変異遺伝子と、Alcaligenes eutrophus由来の
ポリ−3−ヒドロキシアルカン酸重合酵素遺伝子とを昆
虫(Spodoptera frugiperda)細胞に導入し、昆虫細胞
用培地で3日間培養した結果、培地1リットル当たり60
0 mgの乾燥細胞、1mgのポリ−3−ヒドロキシアルカン
酸を得ることに成功している。
ams 等の従来方法では、得られるP(3HA)は、乾燥
細胞重量当たり0.17%と極めて少量であり、工業的規模
での大量製造には適さない。また、宿主生物が昆虫細胞
であるため、培養に特別な技術を必要とするといった問
題点も存在した。
鑑みてなされたものであって、従来方法の問題点を解消
し、高純度のP(3HA)を簡便かつ大量に、しかも安
価に製造することのできる新しいP(3HA)製造方法
を提供することを課題としている。またこの出願の発明
は、この製造方法に用いる遺伝子組換え生物を提供する
ことを課題としている。
を解決する発明として、P(3HA)重合酵素遺伝子
と、脂肪酸合成酵素遺伝子とを宿主微生物に導入して形
質転換し、この形質転換微生物を炭素源存在下で増殖さ
せ、この増殖微生物からP(3HA)を単離・精製する
ことを特徴とするP(3HA)の製造方法を提供する。
伝子と、脂肪酸合成酵素遺伝子とを宿主微生物に導入す
ることによって作出された形質転換微生物を提供する。
なお、これらの発明においては、宿主微生物が大腸菌で
あることを好ましい態様としている。また、脂肪酸合成
酵素遺伝子が微生物由来の脂肪酸合成酵素遺伝子群を構
成する遺伝子の1種または2種以上であること、そして
この場合の微生物が大腸菌であることを別の好ましい態
様としてもいる。
発現ベクターとして、グラム陰性細菌用広宿主域発現ベ
クターpJRDTrc1を提供する。
HA)重合酵素遺伝子は、各種のP(3HA)蓄積生物
に由来する遺伝子を用いることができる。そのような遺
伝子としては例えば、Aeromonas caviae 由来のP(3
HA)重合酵素遺伝子 phaCAC(Fukui et al., J. Bac
teriol. 179:4821-4830, 1997 )、Alcaligenes eutro
phus由来のP(3HA)重合酵素遺伝子 phbCAe (Pe
oples et al., J. Biol. Chem.262:15298-15303, 1989
)、Pseudomonas aeruginosa由来の重合酵素遺伝子 ph
aC1Pa (Timm et al., Eur. J. Biochem. 209:15-3
0, 1992 )等である。
として、任意生物種のゲノムDNAから単離したP(3
HA)重合酵素遺伝子を用いることもできる。これらの
P(3HA)重合酵素遺伝子は、微生物用の発現ベクタ
ーに組み込み、この組換えベクターを定法に従って大腸
菌等の微生物に導入することによって形質転換微生物を
作出することができる。発現ベクターは、微生物中で複
製可能なオリジン、プロモーター、リボソーム結合部
位、遺伝子クローニング部位、ターミネーター等を有す
る公知の微生物用発現ベクター(例えば、大腸菌用発現
ベクターとしては、pUC系、pBluescript II、pE
T発現システム、pGEX発現システム)などを用いる
ことができる。また、この出願の発明者らが新たに構築
したプラスミドベクターpJRDTrc1(図1)を用い
ることもできる。このpJRDTrc1は、図1に示し
たように、市販のpTrc99AとpJRD215とを組み合
わせて構築した新規ベクターであり、そのマルチクロー
ニングサイトに前記のP(3HA)重合酵素遺伝子 pha
CAC等を確実に連結することができる。 この発明の方
法に使用する脂肪酸合成酵素遺伝子は、真核生物や微生
物由来の公知の遺伝子である。例えば、大腸菌Escheri
chia coli 由来の脂肪酸合成酵素遺伝子 fab(Battner
et al., Science 277:1453-1474, 1997 )、Bacillus s
ubtilis 由来の脂肪酸合成酵素遺伝子 fab(Kunst et a
l., Nature 390:249-256, 1997)等であり、これらを単
独もしくは複数組み合わせて使用することができる。
は、前記P(3HA)重合酵素遺伝子と同様に、公知の
微生物用発現ベクターに組み込んで宿主細胞に導入する
ことができる。以上のとおりに構築したP(3HA)重
合酵素遺伝子発現ベクターおよび脂肪酸合成酵素発現ベ
クターは、電気穿孔法、リン酸カルシウム法、リポソー
ム法、DEAEデキストラン法など公知の方法により同
一の宿主微生物に導入する。そして、発現ベクター中の
耐性遺伝子による薬剤耐性等を用いて両遺伝子により形
質転換した微生物を単離することができる。
を、炭素源存在下で、必要に応じて遺伝子の発現誘導処
置を施すなどして増殖させることにより、微生物体内に
P(3HA)を蓄積させることができる。炭素源は、グ
ルコースやフラクトース等の糖類、または脂肪酸類を制
限なく用いることができる。蓄積されたP(3HA)は
公知の方法により単離・精製することができる。例え
ば、大腸菌の場合には、培養液から遠心分離等により菌
体を集め、これを凍結乾燥し、乾燥菌体を酸−メタノー
ル分解し、分解物からクロロホルム抽出によってP(3
HA)を単離することができる。そして、各種クロマト
グラフィー等により精製することができる。
らに詳細かつ具体的に説明するが、この発明は以下の例
に限定されるものではない。
440 株由来の phaCAC遺伝子)をpJRDTrc1に組み
込み、P(3HA)重合酵素遺伝子発現ベクターを構築
した(図1)。一方、Escherichia coli HB101 株由
来の脂肪酸合成酵素遺伝子 fabH、fabD、fabG、acp
PおよびfabF遺伝子群を連続してpUC118 にクロー
ニングし、このクローンから図2に示したように、fab
Hを含む断片、fabDを含む断片、および全遺伝子群を
含む断片を切り出し、各々をpBluescriptII KS(+)
に組み込んで脂肪酸合成酵素遺伝子発現ベクター(それ
ぞれ、pXbH1.0 、pEEv1.6、pXbSac5.0 )を
構築した。
と脂肪酸合成酵素遺伝子のいずれかを組み合わせてEsc
herichia coli HB101 株に同時に導入し、形質転換大
腸菌を得た。これらの形質転換菌をLB(Luria−Ber
tani)培地で30℃で12時間培養した後、遺伝子発現誘導
剤としてIPTG(Isopropyl−β−D(-) −thiogala
ctopyranoside )を最終濃度1mMになるように添加して
4時間培養した。次いで、グルコース(最終濃度10 g/
リットル)を添加し、さらに24時間培養した。
集め、凍結乾燥し、乾燥菌体を酸−エタノール分解し、
クロロホルム抽出した後、ガスクロマトグラフィーでP
(3HA)の収量およびその組成比を検出した。なお、
比較対照として、 phaCAC遺伝子のみを導入した遺伝子
組換え大腸菌についても同様に培養し、P(3HA)の
有無を調べた。
HA)重合酵素遺伝子と脂肪酸合成酵素遺伝子群とを導
入した形質転換菌からは、モノマーユニットがR−3−
ヒドロキシブタン酸:100 %の3HBホモポリマーが得
られたのに対し、比較対象として試験した phaCAC遺伝
子のみを導入した形質転換菌からはポリ−3−ヒドロキ
シアルカン酸は検出されなかった。また、3HBの収率
は、 fabH、fabD、fabG、acpPおよびfabF遺伝子群
を全て導入した菌が乾燥菌体重量当たり10.3%と最も高
く、次いで、fabH(6.3 %)、fabD(4.6 %)であっ
た。
よって、P(3HA)の遺伝子工学的手法による製造方
法と、この製造方法に用いる遺伝子組換え生物が提供さ
れる。これらの発明によって、高純度のポリ−3−ヒド
ロキシアルカン酸を簡便かつ大量に、しかも安価に製造
することが可能となる。
の構成を示した模式図である。
クターの挿入遺伝子の関係を示した模式図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 ポリ−3−ヒドロキシアルカン酸重合酵
素遺伝子と、脂肪酸合成酵素遺伝子とを宿主微生物に導
入して形質転換し、この形質転換微生物を炭素源存在下
で増殖させ、この増殖微生物からポリ−3−ヒドロキシ
アルカン酸を単離・精製することを特徴とするポリ−3
−ヒドロキシアルカン酸の製造方法。 - 【請求項2】 宿主微生物が大腸菌である請求項1の製
造方法。 - 【請求項3】 脂肪酸合成酵素遺伝子が微生物由来の脂
肪酸合成酵素遺伝子群を構成する遺伝子の1種または2
種以上である請求項1または2の製造方法。 - 【請求項4】 微生物が大腸菌である請求項3の製造方
法。 - 【請求項5】 ポリ−3−ヒドロキシアルカン酸重合酵
素遺伝子と、脂肪酸合成酵素遺伝子とを宿主微生物に導
入することによって作出された形質転換微生物。 - 【請求項6】 宿主微生物が大腸菌である請求項5の形
質転換微生物。 - 【請求項7】 脂肪酸合成酵素遺伝子が微生物由来の脂
肪酸合成酵素遺伝子群を構成する遺伝子の1種または2
種以上である請求項5または6の形質転換微生物。 - 【請求項8】 微生物が大腸菌である請求項7の形質転
換微生物。 - 【請求項9】 グラム陰性細菌用広宿主域発現ベクター
pJRDTrc1。
Priority Applications (2)
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