JP2000350580A - L−アミノ酸の製法 - Google Patents

L−アミノ酸の製法

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JP2000350580A
JP2000350580A JP2000153549A JP2000153549A JP2000350580A JP 2000350580 A JP2000350580 A JP 2000350580A JP 2000153549 A JP2000153549 A JP 2000153549A JP 2000153549 A JP2000153549 A JP 2000153549A JP 2000350580 A JP2000350580 A JP 2000350580A
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ティルク イヴォンネ
Bernd Eikmanns
アイクマンス ベルント
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エッゲリング ローター
Hermann Sahm
ザーム ヘルマン
Bettina Moeckel
メッケル ベッティーナ
Walter Dr Pfefferle
プフェッファーレ ヴァルター
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Evonik Operations GmbH
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Forschungszentrum Juelich GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 改良されたコリネフォルム細菌を使用するL
−アミノ酸の発酵的製法。 【解決手段】 コリネフォルム細菌の使用下にL−アミ
ノ酸を発酵的に製造する方法において、このコリネフォ
ルム細菌中で酵素アセチル−CoAカルボキシラーゼ
の、ビオチン−カルボキシル−キャリヤータンパク質−
ドメインおよびビオチン−カルボキシラーゼ−ドメイン
を有するサブユニットをコードするヌクレオチド配列
(accBC)が強化され、特に過剰発現される製法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明の課題はaccBC−
遺伝子が強化されたコリネフォルム細菌の使用下にL−
アミノ酸、特にL−リシンを発酵的に製造する方法であ
る。
【0002】
【従来の技術】L−アミノ酸、特にL−リシンは動物飼
料中、ヒト医学および医薬産業に適用を見いだす。
【0003】これらのアミノ酸をコリネフォルム細菌
株、特にコリネバクテリウム・グルタミクムの発酵によ
り、アミノ酸を製造することは、公知である。その重要
性のために、その製法は常に改良されている。方法の改
良は、発酵技術上の措置、例えば攪拌および酸素の供
給、または培地の組成、例えば発酵の間の糖濃度、また
は生成物の形への処理、例えばイオン交換クロマトグラ
フィーによる処理、または微生物自体の本来の能力特性
に関する。
【0004】この微生物の能力特性の改良のためには突
然変異誘発、選択および突然変異体選択の方法が適用さ
れる。この方法により、代謝拮抗物質、例えばリシン−
アナログであるS−(2−アミノエチル)−システイン
に対して耐性であるか、または制御に重要なアミノ酸に
関して栄養要求性であり、かつL−アミノ酸を生産する
菌株が得られる。
【0005】ここ数年、コリネバクテリウム・グルタミ
クムのL−アミノ酸生産性菌株を菌株改良するための組
み換えDNA−技術の方法も同様に使用され、その際個
々のアミノ酸−生合成遺伝子を増幅し、かつL−アミノ
酸生産に対する効果を調べた。これに関する概要を示す
文献は、特にキノシタ(“Glutamic Acid Bacteria”,i
n:Biology of Industrial Microorganisms, Demain and
Solomon (Eds.), Benjamin Cummings, London, UK, 19
85, 115-142)、ヒリガー(Hilliger; BioTec2, 40-44
(1991))、エッゲリング(Eggeling; Amino Acids 6, 2
61-272 (1994))、ジェッテンおよびシンスキー(Jette
n and Sinskey; Critical Reviews inBiotecnology 15,
73-103 (1995))およびザーム等(Sahm et al. ; Annu
als ofthe New York Academy of Science 782, 25-39
(1996))に記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、L−
アミノ酸、特にL−リシンの発酵による製造を改善する
ための新規手段を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】L−アミノ酸、特にL−
リシンは動物飼料、ヒト医学および医薬産業に使用され
る。従って、この化合物を製造するための新規改善され
た方法を確立することは一般的に興味が持たれている。
【0008】以下に、L−リシンまたはリシンという記
載がある場合は、これは塩基だけを表すのではなく、例
えばリシン−モノ塩酸塩またはリシン−硫酸塩の様な塩
をも表す。
【0009】本発明の課題は、コリネフォルム細菌の使
用下にL−アミノ酸、特にL−リシンを発酵的に製造す
る方法であり、このコリネフォルム細菌は所望のアミノ
酸をすでに生産し、その中で酵素アセチル−CoAカル
ボキシラーゼの、ビオチン−カルボキシル−キャリヤー
タンパク質−ドメインおよびビオチン−カルボキシラー
ゼ−ドメインを有するサブユニットをコードするヌクレ
オチド配列(accBC)が強化され、特に過剰発現さ
れる。
【0010】有利な実施形は請求の範囲に記載されてい
る。
【0011】概念“強化”とはここでは、例えば1つま
たは複数の遺伝子のコピー数を上昇させるか、強力なプ
ロモーターを使用するか、または高い活性を有する相応
する酵素をコードする遺伝子を使用するか、または場合
によりこれらの処置を組み合わせることにより、微生物
中の相応するDNAをコードする1種以上の酵素の細胞
内活性の上昇を記載している。
【0012】本発明の課題である微生物は、L−アミノ
酸、特にL−リシンをグルコース、サッカロース、ラク
トース、フルクトース、マルトース、糖蜜、デンプン、
セルロースから、またはグリセリンおよびエタノールか
ら製造することができる。代表的なものはコリネフォル
ム細菌、特にコリネバクテリウム属の細菌である。コリ
ネバクテリウム属においては、特に該分野においてL−
アミノ酸を生産することが知られている、コリネバクテ
リウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)
種を挙げることができる。
【0013】コリネバクテリウム属の好適な菌株、特に
コリネバクテリウム・グルタミクム種の菌株は、公知野
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 acetoacidophilum) ATCC13870 コリネバクテリウム・テルモアミノゲネス(Corynebact
erium thermoaminogenes) FERM BP−1539 ブレビバクテリウム・フラブム(Brevibacterium flavu
m) ATCC14067 ブレビバクテリウム・ラクトフェルメンツム(Brevibac
terium lactofermentum) ATCC13869および ブレビバクテリウム・ディバリカツム(Brevibacterium
divaricatum) ATCC14020 およびこれらから製造した、L−アミノ酸、特にL−リ
シンを生産する突然変異体もしくは菌株、例えば コリネバクテリウム・グルタミクム FERM−P17
09 ブレビバクテリウム・フラブム FERM−P1708 ブレビバクテリウム・ラクトフェルメンツム FERM
−P1712 ブレビバクテリウム・フラブム FERM−P6463
および ブレビバクテリウム・フラブム FERM−P6464 である。
【0014】accBC−遺伝子はビオチン−カルボキ
シル−キャリヤー蛋白質−ドメインおよびビオチン−カ
ルボキシラーゼ−ドメインを有する、アセチル−CoA
カルボキシラーゼのサブユニットをコードする。コリネ
バクテリウム・グルタミクムのaccBC−遺伝子のヌ
クレオチド配列はイェーガー等(Jaeger et al. ; Arch
ives of Microbiology 166, 76-82 (1996))により決定
され、かつEMBL(European Molecular Biology Lab
oratories; Heidelberg, Deutschland)のデータバンク
において、アクセスナンバーU35023で一般に入手
可能である。
【0015】イェーガー等(Jaeger et al. ; Archives
of Microbiology 166, 76-82 (1996))により記載され
たC.グルタミクムからのaccBC−遺伝子を本発明
において使用することができる。さらにaccBC−遺
伝子の対立遺伝子を使用することもでき、これは遺伝子
コードの同義性からまたは機能的に中性のセンス突然変
異により生じる。
【0016】過剰発現の達成のためには、相応する遺伝
子のコピー数を上昇させるか、または構造遺伝子の上流
に存在するプロモーター領域および制御領域またはリボ
ソーム結合位を突然変異させることができる。同様にし
て構造遺伝子の上流に組み込まれた発現カセットに作用
する。誘導可能なプロモーターにより、付加的に発酵的
L−リシン−生産の過程において発現を上昇させること
も可能である。m−RNAの寿命を長くする処置によっ
ても同様に発現は改善する。さらに、酵素タンパク質の
分解を阻止することにより同様に酵素活性は強化され
る。遺伝子または遺伝子構成体はプラスミド中に異なる
コピー数で存在するか、または染色体中に組み込まれ、
かつ増幅されていてよい。さらに、該当する遺伝子の過
剰発現は培地の組成および培養操作の変更により達成す
ることもできる。
【0017】これに関する教示は、特にマルチン等(Ma
rtin et al.; Bio/Technology 5, 137-146 (1987))に
より、グエレロ等(Guerrero et al.; Gene 138, 35-41
(1994))により、ツチヤおよびモリナガ(Bio/Technol
ogy 6, 428-430 (1988))により、エイクマンズ等(Eik
manns et al. Gene 102, 93-98(1991))により、ヨーロ
パ特許明細書EP−B−0472869号中に、米国特
許第4601893号明細書中に、シュバルツアーおよ
びピューラー(Schwarzer and Puehler; Bio/Technolog
y 9, 84-87 (1991))により、ラインシャイド等(Reins
cheid et al.;Applied and Environmental Microbiolog
y 60, 126-132(1994))により、ラバレ等(Labarre et
al.; Journal of Bacteriology 175, 1001-1007(199
3))により、特許出願WO96/15246中に、マル
ンブレス等(Malumbres et al.; Gene 134, 15-24 (199
3))により、特開平10−229891号公報中に、ヤ
ンセンおよびハマー(Jansen and Hammer ;Biotechnolo
gy and Bioengineering 58,191-195 (1998))により、
マクリデス(Makrides; Microbiological Reviews 60:
512-538 (1996))により、および遺伝子学および分子生
物学の公知教科書中に、記載されている。
【0018】accBC−遺伝子を過剰発現するために
用いるプラスミドの例は、pZ1accBC(図1)で
あり、これは菌株MH20−22B/pZ1accBC
中に含有されている。プラスミドpZ1accBCはプ
ラスミドpZ1(Menkel etal., Applied and Environm
ental Microbiology 55(3), 684-688 (1989))を基礎と
する、accBC−遺伝子を有するE.コリ−C.グルタ
ミクムシャトルベクターである。
【0019】さらに、accBCの他に相応する生合成
経路の1種以上の酵素を過剰発現することも、L−アミ
ノ酸の生産のために有利である。従って、例えばL−リ
シンの製造の際には、 ・ジヒドロジピコリネートシンターゼをコードするda
pA−遺伝子を同時に過剰発現する(EP−B−019
7335)、または ・S−(2−アミノエチル)−システイン−耐性を仲介
するDNA−フラグメントを同時に増幅する(EP−A
−0088166)、ことができる。
【0020】さらに、accBC−遺伝子の過剰発現と
ともに、不所望な副反応を排除することも、L−アミノ
酸の生産に有利であろう(ナカヤマ:“Breeding of Am
inoAcid Producing Micro-organisms”, in: Overprodu
stion of Microbial Products, Krumphanzl, Sikyta,Ve
nek (eds.), Academic Press, London, UK, 1982)。
【0021】本発明により製造した微生物は、L−アミ
ノ酸の生産のために、バッチでの連続的にまたは非連続
的方法で(バッチ法培養)または供給バッチ法(供給
法)または繰り返し供給バッチ法(繰り返し供給法)で
培養することができる。公知培養法に関する概要は、ク
ミールの教科書(Chmiel: Bioprozesstechnik 1. Einfu
ehrung in die Bioverfahrenstechnik (Gustav Fischer
Verlag, Stuttgart, 1991))またはストルハスの教科
書(Storhas: Bioraktoren und periphere Einrichtung
en (Vieweg Verlag, Braunsheweig/Wiesbaden, 1994))
に記載されている。
【0022】使用されるべき培地は、それぞれの菌株の
要求を好適な方法で満たさなければならない。種々の微
生物の培地に関しては参考書“Manual of Methods for
General Bacteriology”(American Sodiety for Bacte
riology (Washington D.C. ,USA, 1981))に記載されて
いる。炭素源としては糖および炭水化物、例えばグルコ
ース、サッカロース、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、油脂、例え
ば大豆油、ヒマワリ油、落花生油およびやし油、および
脂肪酸、例えばパルミチン酸、ステアリン酸およびリノ
ール酸、アルコール、例えばグリセリンおよびエタノー
ルおよび有機酸、例えば酢酸を使用することができる。
これらの物質は個々にまたは混合物として使用すること
ができる。窒素源としては有機窒素含有化合物、例えば
ペプトン、酵母エキス、肉汁エキス、麦芽エキス、トウ
モロコシ膨潤水、大豆粉および尿素または有機化合物、
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
を使用することができる。この窒素源を個別にまたは混
合物として使用することができる。燐源としては、リン
酸二水素カリウムまたはリン酸一水素二カリウムまたは
これに相当するナトリウム含有塩を使用することができ
る。さらに、培地は成長に必要な金属の塩、例えば硫酸
マグネシウムまたは硫酸鉄を含有しなければならない。
最後に、必須の生長物質、例えばアミノ酸およびビタミ
ンを前記物質に加えて使用することができる。さらに、
これに加えて好適な前駆物質を培地に添加することがで
きる。前記添加物質は一回の配合物の形で添加すること
も、または好適な方法で培養の間供給することもでき
る。
【0023】培地のpH−制御のために、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好適
な方法で使用する。泡形成の制御のために、消泡剤、例
えば脂肪酸ポリグリコールエステルを使用することもで
きる。プラスミドの安定化の維持のためにも、培地に好
適な選択的に作用する物質、例えば抗生物質を添加する
ことができる。好気的条件を維持するためには、酸素ま
たは酸素含有混合物、例えば空気を培地中に導入する。
培地の温度は通常20〜45℃であり、有利に25〜4
0℃である。培養は、所望のL−アミノ酸の最大量が形
成されるまで続ける。この目的は通常10〜160時間
で達成される。
【0024】L−アミノ酸の分析は、アニオン交換クロ
マトグラフィー、および引き続きニンヒドリンでの誘導
体化により行われ、この方法はスパックマン等により
(Spackman et al. : Analytical Chemistry, 30, (195
8), 1190)記載されているように実施することができ
る。
【0025】コリネバクテリウム・グルタミクム菌株D
SM5715/pZ1accBCは寄託番号DSM12
786で、ドイツ微生物および培養保存機関(Deutsche
n Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen :
Braunschweig, Deutschland)にブタペスト条約に基づ
いて寄託されている。
【0026】本発明による方法は、コリネフォルム細菌
を用いて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−スレオニン、L−
イソロイシンおよびL−メチオニンの、特にL−リシン
の、発酵による製造に使用される。
【0027】
【実施例】次に、本発明を実施例につき詳細に説明す
る。
【0028】この目的のために、L−リシンを生産する
菌株DSM5715(EP−B−0435132)を用
いて実験を実施し、請求した方法が優れていることを示
す: 実施例1 発現プラスミドpZ1accBCおよび菌株DSM57
15/pZ1accBCの製造 発現プラスミドpZ1accBCの製造のためには、a
ccBC−遺伝子を含有するプラスミドpWJ71(Ja
eger et al., Archives of Microbiology (1996) 166 :
76-82)を制限酵素PvuIおよびNaeIで消化し、
引き続きクレノウ−ポリメラーゼおよびアルカリ性ホス
ファターゼで処理した。アガロースゲルから、サムブル
ック等(Sambrook et al. : Molecular Cloning a Labo
ratory Manual (1989) Cold Spring Harbour Laborator
ies)により記載されているように、大きさ2.1kbp
のaccBC−遺伝子を有するDNA−フラグメントを
調製的単離により単離した。accBC−遺伝子の製造
に平行して、プラスミドpZ1(Menkel et al. , Appl
ied and Environmental Microbiology 55 (3), 684-688
(1989))を制限酵素ScaIで消化し、かつ引き続き
同様にクレノウ−ポリメラーゼおよびアルカリ性ホスフ
ァターゼで処理した。調製したaccBC−遺伝子およ
び前記のように処理したベクターpZ1を連結し、菌株
DSM5715をリーベル等(Liebl et al.: FEMS Mic
robiology Letters 65, 299-304 (1989))により記載さ
れているように連結反応混合物で形質転換した。形質転
換体の選択は、カナマイシン50mg/lを添加したメ
ルク社(Darmstadt, Deutschland)の脳−心臓−寒天上
で行った。選択された形質転換体は菌株DSM5715
/pZ1accBCと命名された。発現プラスミドpZ
1accBCの制限地図を図1中に示した。
【0029】実施例2 L−リシンの製造 菌株DSM5715/pZ1accBCを、カナマイシ
ン50μg/mlを添加した完全培地CgIII(Kase
& Nakayama, Agricultural and Biological Chemistry
36 (9) 1611-1621 (1972))中で予備培養した。このた
めにはじゃま板4枚を有する100ml三角フラスコ中
に含有された、培地CgIII 10mlをこの菌株の
接種物で接種し、この培養物を240rpmおよび30
℃で16時間培養した。
【0030】じゃま板4枚を備える100ml三角フラ
スコ中に含有された、生産培地10mlを接種するため
に、予備培地のOD(660nm)を測定した。生産培
地を含有する主培養をOD0.1に接種した。生産培地
としてはカイルハウアー等(Keilhauer et al.)により
記載された培地CgXIIを使用した(Journal of Bac
teriology 175: 5595-5603 (1993))。グルコース4%
および硫酸カナマイシン50mg/lを添加した。細胞
を33℃、250rpmおよび80%空中湿度で48時
間恒温保持した。
【0031】菌株DSM5715を用いる方法において
は、相応する培地は全くカナマイシンを含有しない。
【0032】引き続き、660nmの光学密度および生
じたL−リシンの濃度をEppendorf-BioTronik社(Hambu
rg, Deutschland)のアミノ酸分析機でイオン交換クロ
マトグラフィーおよびカラム後反応によりニンヒドリン
検出で測定した。表1中には実験の結果を示す。
【0033】
【表1】
【図面の簡単な説明】
【図1】プラスミドpZ1accBCの制限地図
───────────────────────────────────────────────────── 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) C12P 13/06 C12P 13/06 E 13/08 13/08 A C 13/12 13/12 A 13/20 13/20 //(C12N 1/21 C12R 1:15) (C12N 9/18 C12R 1:15) (C12N 9/88 C12R 1:15) (C12P 13/06 C12R 1:15) (C12P 13/06 C12R 1:15) (C12P 13/08 C12R 1:15) (C12P 13/08 C12R 1:15) (C12P 13/12 C12R 1:15) (C12P 13/20 C12R 1:15) (71)出願人 599000142 フォルシュングスツェントルム ユーリッ ヒ ゲゼルシャフト ミット ベシュレン クテル ハフツング ドイツ連邦共和国ユーリッヒ (番地な し) (72)発明者 イヴォンネ ティルク ドイツ連邦共和国 メットマン ハイデヴ ェーク 17 (72)発明者 ベルント アイクマンス ドイツ連邦共和国 ウルム グライセルシ ュテッテン 49 (72)発明者 ローター エッゲリング ドイツ連邦共和国 ユーリッヒ エルゼン カンプ 6 (72)発明者 ヘルマン ザーム ドイツ連邦共和国 ユーリッヒ ヴェンデ リヌスシュトラーセ 71 (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 (72)発明者 ヴァルター プフェッファーレ ドイツ連邦共和国 ハレ ヤーンシュトラ ーセ 33

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コリネフォルム細菌の発酵によりL−ア
    ミノ酸を製造する方法において、accBC−遺伝子を
    コードするかまたはこれを有するヌクレオチド配列をそ
    の中で強化した、特に過剰発現する細菌を使用すること
    を特徴とする、L−アミノ酸の製法。
  2. 【請求項2】 所望のL−アミノ酸の生合成経路のその
    他の遺伝子をさらにその中で強化した細菌を使用する、
    請求項1記載の製法。
  3. 【請求項3】 所望のL−アミノ酸の形成を低下させる
    代謝経路がその中で少なくとも部分的に遮断されている
    細菌を使用する、請求項1記載の製法。
  4. 【請求項4】 プラスミドベクターで形質転換した菌株
    を使用し、かつこのプラスミドベクターがaccBC−
    遺伝子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項記載の製法。
  5. 【請求項5】 コリネバクテリウム・グルタミクム中
    で、寄託番号DSM12786で寄託され、図1に示し
    たプラスミドベクターpZ1accBCで形質転換した
    細菌を使用する、請求項4記載の製法。
  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−スレオニン、L−イソロイシ
    ンまたはL−メチオニンを製造するコリネフォルム細菌
    を使用する、請求項1から5までのいずれか1項記載の
    製法。
  7. 【請求項7】 L−リシンを製造するコリネフォルム細
    菌を使用する、請求項1から5までのいずれか1項記載
    の製法。
  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発現する、請求
    項7記載の製法。
  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す
    る、請求項7記載の製法。
  10. 【請求項10】 次の工程:a)少なくともaccBC
    −遺伝子がその中で強化されている、所望のL−アミノ
    酸を生産する細菌の発酵、 b)培地中または細菌の細胞中でのL−アミノ酸の富
    化、および c)生産したL−アミノ酸の単離 を実施する、請求項1から9までのいずれか1項記載の
    L−アミノ酸の発酵的製法。
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