JP2000270888A - L−アミノ酸の製造方法 - Google Patents

L−アミノ酸の製造方法

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JP2000270888A
JP2000270888A JP2000076497A JP2000076497A JP2000270888A JP 2000270888 A JP2000270888 A JP 2000270888A JP 2000076497 A JP2000076497 A JP 2000076497A JP 2000076497 A JP2000076497 A JP 2000076497A JP 2000270888 A JP2000270888 A JP 2000270888A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発酵によるL−アミノ酸、特にL−リジンの
改善された生産のための利用可能な新しい基準をつく
る。 【解決手段】 マレート:キノン酸化還元酵素をコード
するヌクレオチド配列を増幅させ、特に過剰に発現させ
る細菌を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、mqo遺伝子が増
幅されたコリネ型細菌を用いての発酵によって、L−ア
ミノ酸、特にL−リジンを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】L−アミノ酸、特にL−リジンは動物の
飼料、ヒト医学および製薬産業において使用されてい
る。
【0003】これらアミノ酸は、コリネ型細菌株、特に
コリネバクテリウムグルタミクム(Corynebacterium gl
utamicum)の発酵する菌株によって生産されることは公
知である。これら菌株の際立った重要性のために、研究
は生産方法を改善するために継続して行われている。方
法の改善は、発酵工程、例えば撹拌および酸素供給、あ
るいは栄養媒体の組成、例えば発酵中の糖濃度、あるい
は例えばイオン交換クロマトグラフィーによる生産物形
態の後処理、あるいは微生物自体の内在性の性能特性に
関する基準に関わるものであってもよい。
【0004】これら微生物の性能特性の改善のために、
突然変異誘発法、選択法および突然変異体選択法が使用
される。この方法で、代謝拮抗阻害剤、例えばリジン類
似性のS−(2−アミノエチル)−システインに対して
耐性であるか、あるいは調節によって重要なアミノ酸の
栄養要求性であり、かつL−アミノ酸を生産する菌株が
得られる。
【0005】数年来、組み換えDNA技術の方法は、ア
ミノ酸生合成の個々の遺伝子を増幅させ、かつL−アミ
ノ酸の生産の効果を研究することによって、コリネバク
テリウムグルタミクムのL−アミノ酸生産菌株を改善す
るために使用されている。この題目に関する一般的な論
文は、特にキノシタ(Kinoshita)(“Glutamic AcidBa
cteria ” in:Biology of Industrial Microorganism
s, Demain and Solomon (eds.), Benjamin Cummings, L
ondon, UK, 1985, 115-142 )、ヒリガー(Hilliger)
(Biotec 2, 40-44 (1991) )、エッジェリング(Eggel
ing)(Amino acids 6, 261-272(1994) )、ジェッテン
とシンスキー(Jetten and Sinskey)(Crirical Revie
ws in Biotechnology 15, 73-103(1995)))およびサー
ン(Sahm)ら(Annuals of the NewYork Academy of Sc
ience 782, 25-39 (1996) )で見出されるであろう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明には、発酵によ
るL−アミノ酸、特にL−リジンの改善された生産のた
めの利用可能な新しい基準をつくる課題が課せられた。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題は、マレート:
キノン酸化還元酵素をコードするヌクレオチド配列を増
幅させ、特に過剰に発現させる細菌を使用することによ
って解決される。
【0008】
【発明の実施の形態】L−アミノ酸、特にL−リジンは
動物の飼料、ヒト医学および製薬工業で使用されてい
る。したがって、新たに利用可能な、これら化合物の生
産のための改善された方法を作り出すことは概して重要
である。
【0009】本明細書中下記のL−リジンまたはリジン
の任意の記載は、塩基ばかりでなく塩、例えばリジン塩
酸塩またはリジン硫酸塩の意味を補って解釈されるべき
である。
【0010】本発明は、特にすでに望ましいアミノ酸を
生産し、かつこの場合、酵素、マレート:キノン酸化還
元酵素(mqo遺伝子)をコードするヌクレオチド配列
が増幅され、特に過剰に発現されるコリネ型細菌を用い
て、発酵によってL−アミノ酸、特にL−リジンを生産
する方法を提供する。
【0011】好ましい実施態様は、請求の範囲中に見出
される。
【0012】これに関する「増幅(amplification)」
の用語は、例えば、遺伝子のコピー数を増加させるこ
と、強いプロモーターを使用すること、あるいは高いレ
ベルの活性を有する相当する酵素をコードする遺伝子を
使用すること、かつ場合によってはこれらの基準を組み
合わせることによって、相当するDNAでコードされた
微生物中の一つ以上の酵素の内細胞性活性の増加を表
す。
【0013】本発明によって提供される微生物は、グル
コース、ショ糖、ラクトース、フルクトース、マルトー
ス、糖蜜、デンプン、セルロースまたはグリセロールお
よびエタノールから、L−アミノ酸、特にL−リジンを
生産することができる。この微生物は、コリネ型細菌の
典型的なものであり、特にコリネバクテリウム属であ
る。コリネバクテリウム属中の具体的な記載は、そのL
−アミノ酸を生産する能力が自体公知である、コリネバ
クテリウムグルタミクム種から成っていてもよい。
【0014】コリネバクテリウム属の適した菌株、特に
コリネバクテリウムグルタミクム種は公知の野生菌株、 コリネバクテリウム グルタミクム ATCC1303
2 コリネバクテリウム アセトグルタミクム(Corynebact
erium acetoglutamicum) ATCC15806 コリネバクテリウム アセトアシドフィルム(Coryneba
cterium acetoacidphilum ) ATCC13870 コリネバクテリウム セルモアミノジェネス (Coryneb
acterium thermoaminogenes) FERM BP−15
39 ブレビバクテリウム フラブム(Brevibacterium flav
um ) ATCC14067 ブレビバクテリウム ラクトフェルメンタム(Brevibac
terium lactofermentum) ATCC13869および ブレビバクテリウム ジヴァリカタム(Brevibacterium
divaricatum ) ATCC14020 であり、かつL−アミノ酸、特にL−リジンを生産する
突然変異体およびこれから作製される菌株、例えば、 コリネバクテリウム グルタミクム FERM−P 1
709 ブレビバクテリウム フラブム FERM−P 170
8 ブレビバクテリウム ラクトフェルメンタム FERM
−P 1712 ブレビバクテリウム フラブム FERM−P 646
3および ブレビバクテリウム フラブム FERM−P 646
4である。
【0015】改善された方法において、コリネ型細菌
が、マレート:キノン酸化還元酵素の過剰な発現後に、
L−アミノ酸、特にL−リジンを生産することが見出さ
れた。
【0016】mqo遺伝子は酵素、マレート:キノン酸
化還元酵素( EC1.1.99.16 )をコードし、この場
合、この酵素は、ユビキノン−1への電子の移動を伴っ
て、オキサロ酢酸へのリンゴ酸の酸化を触媒する (Mol
enaar et al., European Journal of Biochemistry 25
4, 395-403 (1998) )。コリネバクテリウムグルタミク
ムのmqo遺伝子のヌクレオチド配列は、同様にモレナ
ー(Molenaar)らによって決定されており(European J
ounal of Biochemistry 254, 395-403 (1998))、かつ
一般にアクセス番号AJ224946で、国立バイオテ
クノロジー情報センター(National Center for Biotec
hnology Infomation (NCBI, Behesda,MD, USA) )の
ヌクレオチド配列データバンクで入手可能である。
【0017】モレナーらによって表されたC.グルタミ
クムのmqo遺伝子(European Journal of Biochemist
ry 254, 395-403(1998)、)は本発明によって使用され
てもよい。さらに、遺伝コードの縮重からであるか、あ
るいは機能的に中立なセンス突然変異(function-neutr
al sense mutations) によって生じるmqo遺伝子の
対立遺伝子を使用することも可能である。
【0018】過剰な発現を達成するために、対応する遺
伝子のコピー数を増加させてもよいか、あるいは構造遺
伝子の前方に位置するプロモーターおよび調節領域の変
異を生じてもよい。構造遺伝子の前方に挿入された発現
カセットも同様の効果を有する。付加的に、誘導プロモ
ーターによって発酵によるL−リジンの生産の過程中に
発現を増加させることも可能である。発現は同様に、m
−RNAの寿命を延ばすための基準によって改善され
る。また、酵素活性は、酵素タンパク質の縮重を防ぐこ
とによって増加する。遺伝子または遺伝子構築体(gene
constructss )の双方は、どちらも異なるコピー数で
プラスミド中に存在していてもよいか、あるいは染色体
中に組み込まれ、増幅されていてもよい。また二者択一
的に、当該遺伝子の過剰な発現は、培地の組成および培
養を実施する方法を変更することによって達成されう
る。
【0019】当業者は、特にマーティンら(Martin et
al)(Bio/Technology 5 , 137-146( 1987))、ガリレ
オら(Guerrero et al)(Gene 138, 35-41(1994) )、
ツチヤとモリナガ(Tsuchiya and Morinaga)(Bio/Tec
hnology 6, 428-430 (1988))、エイクマンズら(Eikma
nns et al)(Gene 102, 93-98 (1991) )、ヨーロッパ
特許出願公告第0472869号明細書、米国特許第4
601893号明細書、シュヴァルツアーとピューラー
(Schwarzer and Puehler)(Bio/Technology 9, 84-87
(1991) )、ラインシャイトら(Reinscheid et al.)
(Applied andEnvironmental Microbiology 60, 126-13
2(1994) )、ラバルレら(LaBarre etal.)(Journal o
f Bacteriology 175,1001-1007(1993) )、W096/
15246特許明細書、マランブレズら(Malumbres et
al.)(Gene 134, 15-24(1993) )(sic)、ジェンセ
ンとハマー(Jensen and Hammer)(Biotechnology an
dBioengineering 58, 191-195(1998)、)、マクライズ
(Makrides)(Microbiological Reviews 60:512-538
(1996) )および公知の遺伝子学および分子生物学の教
科書での教示を見出すであろう。
【0020】マレート:キノン酸化還元酵素が過剰に発
現されてもよいことによるプラスミドの例は、pRM1
7(Molennar et al., 1998, Eouropean Journal of Bi
ochemistry 254, 395-403)である。プラスミドpRM
17はシャトルベクターpJC1を基とし、この場合、
これはクレマーら(Cremer et al.,)(Molecular and
General Genetics 220, 478-480)で記載されている。
【0021】さらに、L−アミノ酸の生産のために、相
当する生合成経路の酵素一つまたはそれ以上ならびにマ
レート:キノン酸化還元酵素を発現させることは有利で
あってもよい。したがって、例えばL−リジンの生産
で、 ●ジヒドロジピコリネートシンターゼ(dihydrodipicol
inate synthase)をコードするdapA遺伝子が同時に
過剰に発現されてもよい(ヨーロッパ特許出願公告第0
197335号明細書)か、あるいは、 ●S−(2−アミノエチル)−システイン耐性を仲介す
るDNAフラグメントが同時に増幅されてもよい(ヨー
ロッパ特許出願公開第0088166号明細書)。
【0022】また、L−アミノ酸を生産するために、マ
レート:キノン酸化還元酵素の過剰な発現の他の望まし
くない二次反応を除去することは有利であってもよい
(Nakayama:“Breeding of Amino Acid Producing Mic
roorganisms” in:Overproduction of Microbial Prod
ucts, Krumphanzl, Sikyta, Vanek(eds.), Academic P
ress, London, UK, 1982)。
【0023】本発明によって調製された微生物は、 L
−アミノ酸を生産する目的のために、連続的にまたは非
連続的に、回分法または流加法または反復流加法で培養
されてもよい。公知の培養法の概要は、チミール(Chmi
el)(Bioprozesstechnik 1.Einfuehrung in die Biove
rfahrenstechnik (Gustav Fischer Verlag, Struttgar
t, 1991))またはストーハス (Storhas)(Bioreakto
ren und periphere Einrichtungen( Vieweg Verlag, B
raunschweig/-Wiesbaden, 1994) )による教科書中で記
載されている。
【0024】用いられるべき培地は、適した方法で、当
該菌株の要求を満たすものでなければならない。種々の
微生物のための培地の詳細な説明は、米国細菌学協会
(American Society for Bacteriology ( Washington
D.C., USA, 1981) ) のハンドブック「Manual of Meth
ods for General Bacteriology 」中に含まれている。
炭素源として、糖および炭化水素、例えばグルコース、
ショ糖、ラクトース、フルクトース、マルトース、糖
蜜、デンプンおよびセルロース、油および脂肪、例えば
大豆油、ひまわり油、落花生油およびヤシ油、脂肪酸、
例えばパルミチン酸、ステアリン酸およびリノレン酸、
アルコール、例えばグリセロールおよびエタノール、お
よび有機酸、例えば酢酸が使用されてもよい。これらの
物質は単独してかまたは混合物の形で使用されてもよ
い。窒素源として、窒素含有有機化合物、例えばペプト
ン、酵母エキス、肉エキス、麦芽エキス、コーン浸漬水
剤、大豆粉および尿素、あるいは無機化合物、例えば硫
酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウ
ム、炭酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムが使用さ
れていてもよい。窒素源は単独でかまたは混合物の形で
使用されてもよい。リン源としてリン酸二水素カリウム
またはリン酸水素二カリウム、あるいは相当するナトリ
ウム含有塩が使用されてもよい。また、培地は成長に必
要な金属塩、例えば硫酸マグネシウムまたは硫酸鉄を含
有する。最終的に、必須成長物質(essential growth s
ubstance)、例えばアミノ酸およびビタミンは、上記の
挙げられた物質に加えて使用されてもよい。さらに、適
した予備段階を培地に加えてもよい。挙げられた物質
は、シングルバッチ(single batch)の形で培養に添加
されてもよいか、あるいは適した方法で培養中に供給さ
れてもよい。
【0025】培養のpHを調整するために、塩基性化合
物、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモ
ニアまたは酸性化合物、例えばリン酸または硫酸を適し
た方法で使用してもよい。起泡を調整するために消泡
剤、例えば脂肪酸ポリグリコールエステルが使用されて
もよい。プラスミドの安定性を保持するために、淘汰作
用を有する適した物質、例えば抗生物質を培地に添加し
てもよい。好気条件の保持のために、酸素または酸素含
有ガス混合物、例えば空気を培養中に装入してもよい。
培養温度は通常20℃〜45℃、好ましくは25℃〜4
0℃である。培養は望ましいL−アミノ酸の最大量が形
成されるまで続けられる。この方法は通常10〜160
時間内に達成される。
【0026】L−アミノ酸の分析は、スパックマンら
(Spackman et al.)(Analytical Chemistry, 30, (19
58),1190 )に記載されているように、アニオン交換ク
ロマトグラフィー、その後のニンヒドリン誘導反応によ
って実施されてもよい。
【0027】コリネバクテリウムグルタミクム菌株DM
22/pRM17は、ドイチェ・ザンムルング・フォン
・ミクロオルガニスメン・ウント・ツエルクルトウーレ
ン(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zell
kulturen(Braunschweig, Germany) )に、ブタペスト条
約に従ってDSM12711で寄託された。
【0028】本発明による方法は、コリネ型細菌を用い
て発酵によって、L−アミノ酸、特にL−アスパラギン
酸、L−アスパラギン、L−ホモセリン、L−トレオニ
ン、L−イソロイシンおよびL−メチオニンの製造、特
にL−リジンの製造のために使用される。
【0029】
【実施例】本発明は、以下の実施例によって詳細に説明
される。
【0030】この目的のために、L−リジンを生産する
コリネバクテリウムグルタミクム菌株DSM5715
(ヨーロッパ特許出願公告第0435132号明細書)
を用いて試験を実施し、この場合、請求項に記載された
方法の利点が明らかになった。
【0031】例1 増幅されたマレート:キノン酸化還元酵素を含有するL
−リジン生産体(producer)の作製 菌株DSM5715を、プラスミドpRM17(Molena
ar et al., 1998, European Journal of Biochemistry
254 (395-403) )を用いてリーブルら(Lieblet al.(F
EMS Microbiology Letters 65, 299-304(1989)))のよ
うに形質転換した。形質転換体(transformant )の選
択は、カナマイシン25mg/lが添加されたLBHI
Sアガー上で実施された。LBHISアガーはメルク社
(Merck, Darmstadt, Garmany)の脳心臓浸出物37g
/l、0.5Mソルビトールおよびアガーアガー15g
/l(agar-agar)が添加されたLB培地(Sambrook et
al.(Molecular Cloning a Laboratory Manual (1989) C
old Spring Harbour Laboratories) )から成る。この
方法で菌株DSM5715/pRM17が形成された。
菌株DSM5715/pJC1を同様の方法で作製し
た。
【0032】例2 L−リジンの生産 最初に、菌株DSM5715/pRM17および菌株D
SM5715/pJC1をカナマイシン(25ml/
l)が添加された脳心臓浸出物アガー上で、33℃で2
4時間に亘って培養した。液体培地中での培養のため
に、カナマイシン(25ml/l)が付加的に添加され
たCgIII培地(Kase & Nakayama, Agricultural a
nd Biological Chemistry 36 (9) 1611-1621(1972) )
を使用した。この目的のために、4つの邪魔板を備えた
100mlの三角フラスコ中に含まれた培地10mlを
菌株の接種材料で接種し、かつ培養を240rpmかつ
30℃で16時間に亘って培養した。後に培養を前培養
として別個に使用した。
【0033】使用された生産培地または試験培地は、付
加的にカナマイシン(25mg/l)が添加されたMM
培地であった。
【0034】菌株DSM5715を用いての方法では、
相当する培地はカナマイシンを含まなかった。
【0035】MM培地の成分および配合は次の通りであ
った。
【0036】 コーン浸漬水剤(Corn Steep Liquor (CSL)) 5g/l 3−モルホリノ−プロパンスルホン酸(MOPS) 20g/l グルコース 50g/l (別々にオートクレーブ処理した) 塩: (NH42SO4) 25g/l KH2PO4 0.1g/l MgSO4 *7H2O 1.0g/l CaCl2 *2H2O 10mg/l FeSO4 *7H2O 10mg/l MnSO4 *20 5.0mg/l ビオチン 0.3mg/l (濾過滅菌) チアミン*HCl 0.2mg/l (濾過滅菌) CaCO3 25g/l ロイシン 0.1g/l アンモニア水を用いて、CSL、MOPSおよび塩溶液
をpH7に調整し、かつオートクレーブ処理した。その
後に、滅菌済みの物質およびビタミン溶液および乾式オ
ートクレーブ(dry autoclave)処理したCaCo3を添
加した。
【0037】培養を、前記に記載の生産培地10mlで
装填された、邪魔板を備えた100mlの三角フラスコ
中で実施した。培養は、前培養で接種されたので、開始
時の光学密度は0.1であった。培養を33℃で、かつ
80%の湿度で行った。
【0038】72時間に亘る培養の後、培養懸濁液の光
学密度および形成されたL−リジンの濃度を測定した。
光学密度は、測定波長660nmで、Dr.ラング(D
r.Lange Berlin, Garmany)によるLP2W光度計(LP2
W photometer,)を用いて測定され、(sic)L−リ
ジンはエッペンドルフビオトロニク(Eppendorf BioTro
nik,Hamburg, Germany)のアミノ酸分析器を用いて、イ
オン交換クロマトグラフィーおよびニンヒドリン検出で
のポストカラム反応によって測定された。試験結果を表
1に示した。
【0039】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12R 1:15) (C12P 13/04 C12R 1:15) (72)発明者 ミヒャエル エドゥアルト ファン デア レスト オランダ国 ヴェンロ アッカーヴィンデ 24アー (72)発明者 ベッティーナ メッケル ドイツ連邦共和国 ビーレフェルト ミッ テルシュトラーセ 15

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コリネ型細菌の発酵によってL−アミノ
    酸を製造する方法において、マレート:キノン酸化還元
    酵素をコードするヌクレオチド配列を増幅させ、特に過
    剰に発現される細菌を使用することを特徴とする、L−
    アミノ酸の製造方法。
  2. 【請求項2】 望ましいL−アミノ酸の生合成経路の別
    の遺伝子が付加的に増幅されている細菌を使用する、請
    求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 望ましいL−アミノ酸の形成を減少させ
    る、少なくとも幾つかの代謝経路が消失されている細菌
    を使用する、請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 プラスミドベクターで形質転換させた菌
    株を使用し、かつプラスミドベクターがマレート:キノ
    ン酸化還元酵素をコードするヌクレオチド配列を有す
    る、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
  5. 【請求項5】 コリネバクテリウムグルタミクム中で寄
    託されたDSM12711の番号のプラスミドベクター
    pRM17で形質転換させた細菌を使用する、請求項4
    に記載の方法。
  6. 【請求項6】 L−アスパラギン酸、L−アスパラギ
    ン、L−ホモセリン、L−トレオニン、L−イソロイシ
    ンまたはL−メチオニンを生産するコリネ型細菌を使用
    する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方
    法。
  7. 【請求項7】 L−リジンを生産するコリネ型細菌を使
    用する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方
    法。
  8. 【請求項8】 ジヒドロジピコリネートシンターゼをコ
    ードするdapA遺伝子を同時に過剰に発現させる、請
    求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】 S−(2−アミノエチル)−システイン
    耐性を仲介するDNAフラグメントを同時に増幅させ
    る、請求項7に記載の方法。
  10. 【請求項10】 次の工程、 a)望ましいL−アミノ酸を生産する細菌の発酵、この
    場合、この細菌中で少なくともマレート:キノン酸化還
    元酵素遺伝子が増幅されており、 b)培地中または細菌の細胞中でのL−アミノ酸の濃縮
    および c)生産されたL−アミノ酸の分離、を実施することを
    特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載
    された発酵によってL−アミノ酸を製造する方法。
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