JP2004344029A - Gene-destroyed microorganism and method for producing pyrimidine nucleoside compound therewith - Google Patents

Gene-destroyed microorganism and method for producing pyrimidine nucleoside compound therewith Download PDF

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Toshihiro Oikawa
利洋 及川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a nucleoside compound from the pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position without applying a complicated deaminase-deactivating treatment. <P>SOLUTION: A microorganism having originally had both a cytosine deaminase gene and a cytidine deaminase gene, but simultaneously lacking both the cytosine deaminase gene and the cytidine deaminase gene. The method for producing a nucleoside compound having an amino group at the 4-position is characterized by using the microorganism simultaneously lacking both the cytosine deaminase gene and the cytidine deaminase gene. A nucleoside compound having the amino group at the 4-position can efficiently be produced from the corresponding pyrimidine base derivative without applying a complicated deaminase-deactivating treatment. The strain in which both the genes are destroyed by a recombination exhibits the same proliferative property as that of a wild strain, and can easily be cultured in a profitable high concentration. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は医薬品等の合成原料として有用なピリミジンヌクレオシド化合物の製造方法に関する。シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼの両遺伝子を同時に欠損した微生物に、4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を合成する活性を有する酵素を発現させた微生物を用いるピリミジンヌクレオシド化合物の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】
4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を製造する方法としては、乳酸菌のヌクレオシド・デオキシリボシルトランスフェラーゼ−IIを用いる方法が特開2002−17393号公報で開示されている。該公報では、精製酵素を用いているため菌体反応による生成物の分解等については開示されていない。
【0003】
大腸菌プリンヌクレオシドホスホリラーゼを用いる方法が欧州特許公開第1254959A2号公報で開示されている。該公報によれば、4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物の製造する際に、4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体あるいは対応するヌクレオシド化合物が脱アミノ化されて反応収率が低減する事があり、デアミナーゼを選択的に失活させる処理を施す方法が開示されているが、処理が煩雑であり工業的に必ずしも有利な方法ではない。
【0004】
上述の方法においては、上記デアミナーゼのみが失活し、4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を合成する活性を有する酵素は失活しない条件を見出さなければならず、大腸菌プリンヌクレオシドホスホリラーゼ以外の酵素を用いる場合には必ずしも利用できる方法とは限らない。
【0005】
更に、医薬品としてヌクレオシド化合物を製造する場合、その類縁体が製品に混入する事は当該ヌクレオシド化合物を原料として更にヌクレオチド等を製造するに際して大変な問題である。該公報では完全にデアミナーゼ活性は消失できず、わずかな副生物を除くために精製工程が複雑化する問題も含んでいる。
【0006】
該公報において、Bacillus属のシチジンデアミナーゼ欠損株を用いることで脱アミノ化を防ぐ方法も開示されている。Bacillusはシチジンデアミナーゼしか持たないために単独の欠損で対応するヌクレオシドを製造できるが、工業的に製造するためには高密度培養が難しかったり、遺伝子操作系が煩雑などの問題を抱えていた。
【0007】
【特許文献1】特開2002−17393号公報
【特許文献2】欧州特許公開第1254959A2号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
以上のとおり、デアミナーゼを欠損させることが4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を製造するに際して有効であることが示唆されていたが、シトシンデアミナーゼとシチジンデアミナーゼの両遺伝子を同時に欠損させた場合の効果は知られておらず、また、従来知られていた技術から単純には予測することもできない。
また、シトシンデアミナーゼとシチジンデアミナーゼの両遺伝子を同時に欠損させたとしても、必ずしも上記遺伝子産物のみが該酵素活性をもつとは必ずしも明らかになっていなかった。
【0009】
以上のような状況に鑑み、本発明の目的は、煩雑なデアミナーゼ失活処理を施さずに4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物の製造法を提供する事である。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述の課題を解決するために鋭意検討した結果、シトシンデアミナーゼとシチジンデアミナーゼの両方の遺伝子を突然変異の誘発や相同組換えにより同時に欠損した微生物に、4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を合成する活性を有する酵素を発現させる事で、煩雑なデアミナーゼの失活処理を施さず対応するヌクレオシド化合物を効率的に製造できることを見出した。
【0011】
特にシトシンデアミナーゼとシチジンデアミナーゼの両方の遺伝子を相同組換えを用いて破壊し該遺伝子以外の遺伝子を欠損していない微生物を用いれば、従来の技術では不可能であった微量のデアミノ体をも含まない純度の高いヌクレオシド化合物を煩雑な精製工程を採用することなく得ることが出来ることを見出した。
【0012】
即ち本発明は以下のとおりである。
[1] シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼの両遺伝子を本来有する微生物であって、且つ該シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼ遺伝子を同時に欠損した微生物。
[2] 前記微生物が大腸菌である[1]記載の微生物。
[3] シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼの両遺伝子を相同組換えにより破壊し、該遺伝子以外の遺伝子を欠損していない[1]または[2]記載の微生物。
[4] 4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を合成する活性を有する酵素が発現している[1]から[3]の何れか一項に記載の微生物。
[5] 前記微生物の処理物を用いて4位にアミノ基を有するピリミジンヌクレオシド化合物を製造する方法。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明において、シトシンデアミナーゼとは、シトシンの4位のアミノ基を脱離し、ウラシルとアンモニアを生成させる機能を有する酵素である。該酵素はシトシン以外にも5−メチルシトシンも基質となることが知られている。該酵素は、酵母、細菌に存在することが知られている。
【0014】
本発明において、シトシンデアミナーゼ遺伝子とは、シトシンデアミナーゼをコードする遺伝子であり、例えば大腸菌であれば、遺伝子記号codAと表記され、塩基配列(GenBank accession No. S56903(コード領域は塩基番号130−1413)で示されている。
【0015】
本発明において、シチジンデアミナーゼとは、シチジンの4位のアミノ基を脱離し、ウリジンとアンモニアを生成させる機能を有する酵素である。該酵素はシチジン以外にもデオキシシチジン、5−ハロゲン化シチジン、5−または6−アザシチジン、シトシンアラビノシドも基質となることが知られている。該酵素は、広く生物界に分布し、哺乳類、鳥類、魚類などの組織、酵母、細菌に存在する。
【0016】
本発明において、シチジンデアミナーゼ遺伝子とは、シチジンデアミナーゼをコードする遺伝子であり、例えば大腸菌であれば、遺伝子記号cddと表記され、塩基配列(GenBank accession No. X63144(コード領域は塩基番号67−1059)で示されている。
【0017】
本発明において、シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼの両遺伝子を本来有する微生物とは、遺伝子操作等の人為的な方法で両遺伝子を当該微生物に導入したのではなく、生物種として原初的にその染色体DNA等に両遺伝子を有することを意味する。
【0018】
本発明においてシトシンデアミナーゼとシチジンデアミナーゼの両遺伝子を同時に欠損した微生物とは、上述のシトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼの両遺伝子を本来有する微生物を更に該シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼの両遺伝子を同時に何らかの手段により欠損された微生物を指す。本発明の微生物は上記の性質を保持している限りその由来、種類は特に制限されない。
本発明の微生物としては代表的には上記の性質を有し且つ分類学的に大腸菌に分類される微生物が例示できる。
【0019】
本発明の微生物は、例えば自然界から元々存在していた両遺伝子を何らかの理由で欠いている微生物を単離したり、突然変異の誘発により該遺伝子が発現しない変異株を取得する方法や、トランスポゾンを用いて該遺伝子周辺を脱落させる方法、更には相同組換えによる該遺伝子のみを欠損させる方法が利用できるが両遺伝子を欠損できればその方法は特に制限されない。
【0020】
突然変異の誘発やトランスポゾンなどにより目的遺伝子以外の遺伝子を欠損させる事で微生物の増殖性が悪くなることがある。また、遺伝子組換えにより特定の酵素を発現させる場合、各種変異を導入された株より野生株の方が高い発現量を示すことが多い。更に、野生株のように増殖性がよいと高密度培養が容易となり、工業的には有利である。そのため相同組換えによる特定の遺伝子のみを欠失させる方法が好適な方法といえる。
【0021】
本発明において、4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体とは、ピリミジン骨格を有し4位にアミノ基を持つ化合物であり、例えばシトシン、5−アザシトシン、5−メチルシトシン、5−フルオロシトシンなどを例示できる。
【0022】
本発明において、4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体に対応するヌクレオシド化合物とは、リボースやデオキシリボースなどの糖類と4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体とがN−グルコシド結合により結合した化合物であり、例えばシチジン、デオキシシチジン、5―アザシチジン、5−フルオロシチジン、5−メチルシデオキシチジンなどを例示できる。
【0023】
本発明において、4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を合成する活性とは、リン酸化糖あるいはヌクレオシド類と上述の4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から上述の対応するヌクレオシド化合物を合成するる反応を促進する触媒としての機能を指している。
【0024】
よって、本発明における4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を合成する活性を有する酵素とは、上述の活性を有する酵素を指す。例えば、リン酸化糖と4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を合成できるヌクレオシドホスホリラーゼやヌクレオシド類と4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を合成できるヌクレオシドリボシルトランスフェラーゼ、ヌクレオシドデオキシリボシルトランスフェラーゼなどを挙げる事ができる。
【0025】
リン酸化糖と4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を合成できるヌクレオシドホスホリラーゼとは、リン酸化糖と4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を合成する酵素を指しており、この要件を満たす限り動物、植物、微生物の何れの起源であっても構わない。このようなヌクレオシドホスホリラーゼの具体例としては、エシェリシア・コリ(Escherichia coli)等のエシェリシア(Escherichia)属に含まれる微生物の従来のプリンヌクレオシドホスホリラーゼとして知られている酵素で前記活性も有するものを好適な例として挙げることができる。具体的な例として、エシェリシア・コリ(Escherichia coli)のプリンヌクレオシドホスホリラーゼのDNA塩基配列を配列番号:8に、該塩基配列より翻訳されるアミノ酸配列を配列番号:9に例示した。また、近年の遺伝子工学の進歩により塩基配列の一部を失活、挿入、置換によりアミノ酸配列を改変することが容易となった。かかる技術水準に鑑み、該塩基配列の一部を、所望とする酵素活性に影響を及ぼさない範囲内、例えば酵素活性を維持または向上できる範囲内で、改変してアミノ酸配列を改変したものも本発明のシトシンヌクレオシドホスホリラーゼに包含されるものとする。例えば、配列番号:9に示したアミノ酸配列に、目的とする酵素活性に影響を及ぼさない範囲内で2〜3個のアミノ酸の欠失、置換または付加が行われたものや、配列番号:8の塩基配列に目的とする酵素活性に影響を及ぼさず、かつ、その相補配列がストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得る範囲内での欠失、置換または付加等の変異を生じさせた塩基配列によってコードされたアミノ酸配列を有するものを用いることができる。
【0026】
本発明における本発明の微生物を用いて4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を製造する方法は、概略以下のとおりである。
即ち、4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体を基質として、対応するヌクレオシド化合物を合成できる酵素を発現している微生物であって、シトシンデアミナーゼとシチジンデアミナーゼの両遺伝子を本来有する微生物であって且つ該シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼ遺伝子を同時に欠損した微生物の菌体、培養液それらの処理物を用い、水性媒体中で適切なpHや温度などの反応条件を選んで反応させることにより行われる。この場合、水性媒体とは水或いは水を主成分としてpH緩衝能を有するような溶媒である。
【0027】
反応の条件は通常はpH4〜11、好ましくは7〜10、温度10〜80℃、好ましくは30〜50℃の範囲で行うことができる。反応の時間は任意であるが1時間から20時間程度で行うことができる。
その他反応に際しては、基質や触媒として用いる菌体が沈殿しない程度に攪拌できれば十分である。
【0028】
本発明において、微生物の菌体、培養液それらの処理物とは、微生物の菌体或いは培養液中の菌体を超音波、浸透圧ショック等で破壊して得られたもの、また、菌体及び該破壊物を固定化担体等で固定化したもの、或いは破壊物等から精製された酵素などが含まれる。
【0029】
反応の際に基質として用いられる4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体の使用量は通常は0.1〜50(重量)%、好ましくは5〜20(重量)%の範囲で行うことができる。
【0030】
基質に対する微生物の菌体、培養液それらの処理物の使用量は、反応が進行すればどのような量でもかまわないが、基質・生成物の分解活性を持たないため相当過剰に添加しても反応収率を低下させることはない。触媒濃度は通常0.1(重量)%〜10(重量)%程度で行うことができる。
【0031】
以上のようにして得られた反応液より4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体に対応するヌクレオシド化合物を採取する方法は、水性媒体に対する該誘導体と生成物の溶解度差を利用したり、イオン交換や吸着樹脂を用いる方法で行うことができる。例えば、反応液に活性炭を加え反応液中の菌体などを濾過により除き濾液を濃縮、晶析する事で高純度のヌクレオシドを得ることができる。反応によってデアミノ体の含有量は従来の技術に比して格段に押さえられているので、デアミノ体の除去を目的とした煩雑な精製は不要である。
【0032】
【実施例】
以下に実施例で本発明を説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら制限されるものではない。
【0033】
[分析法]
生成したヌクレオシド化合物はすべて高速液体クロマトグラフィーにより定量した。分析条件は以下による。
カラム;Develosil ODS−MG−5 4.6×250mm(野村化学)
カラム温度;40℃
ポンプ流速;1.0ml/min.
検出;UV254nm、
溶離液;50mMリン酸1カリウム:メタノール=8:1(V/V)
【0034】
実施例1(シトシンデアミナーゼ欠損株の作製)
エシェリヒア・コリK−12 W3110株(ATCC27325)(ATCCはアメリカンタイプカルチャーコレクションの意味)を50mlのLB培地に接種し、37℃で一夜培養した後集菌し、リゾチーム1mg/mlを含む溶菌液で溶菌した。溶菌液をフェノール処理した後、通常の方法によりエタノール沈殿によりDNAを沈殿させた。生じたDNAの沈殿は、ガラス棒に巻き付けて回収した後、洗浄し、PCRに用いた。
【0035】
PCR用のプライマーには、エシェリヒア・コリの既知のシトシンパーミアーゼ(以下codBと表記する)をコードする塩基配列から既知のシトシンデアミナーゼ(以下codAと表記する)をコードする塩基配列(GenBank accession No.X63656)に基づいて設計した配列番号1及び2に示す塩基配列を有するオリゴヌクレオチド(北海道システム・サイエンス株式会社に委託して合成した)を用いた。これらのプライマーの5’末端付近及び3’末端付近には、それぞれEcoRI及びHindIIIの制限酵素認識配列を有する。
【0036】
制限酵素HindIIIで完全に消化した前記大腸菌染色体DNA 6ng/μl及びプライマー各3μMを含む0.1mlのPCR反応液を用いて、変性:96℃、1分間、アニーリング:55℃、1分間、伸長反応:74℃、1分間からなる反応サイクルを、30サイクルの条件でPCRを行った。
【0037】
上記PCR反応産物及び温度感受性プラスミドpTH18cs1(A set of temperature sensitive−replication/−segregation and temperature resistant plasmid vectors with differnet copy numbers and in an isogenic background GENE 241(2000)185−191)配列番号:3を、EcoRI及びHindIIIで消化し、ライゲーション・ハイ(東洋紡(株))を用いて連結した後、得られた組換えプラスミドを用いて、エシェリヒア・コリDH5αを30℃にて形質転換した。形質転換株をクロラムフェニコール(Cm)10μg/mlを含むLB寒天培地で培養し、Cm耐性となった形質転換株を得た。得られたコロニーをCm10μg/mlを含むLB液体培地で30℃で一晩培養し、得られた菌体からプラスミドを回収した。
このプラスミドをPstIで消化し、大きなフラグメントを回収してライゲーション・ハイ(東洋紡(株))を用いて連結した後、得られた組換えプラスミドを用いて、エシェリヒア・コリDH5αを形質転換した。形質転換株を、クロラムフェニコール(Cm)10μg/mlを含むLB寒天培地で培養し、Cm耐性となった形質転換株を得た。得られたコロニーをCm10μg/mlを含むLB液体培地で30℃で一晩培養し、得られた菌体からプラスミドを回収した。設計通りの大きさであったプラスミドを前記W3110株に30℃で形質転換し、Cm10μg/mlを含むLB寒天プレートに生育する形質転換体を得た。得られた形質転換体を寒天プレートに塗布し、30℃で一晩培養した。次にこれらの培養菌体をCm10μg/mlを含むLB寒天プレートに塗布し、42℃で生育するコロニーを得た。
さらにもう一度、42℃で生育するシングルコロニーを得る操作を繰り返し、相同組換えによりプラスミド全体が染色体に組込まれたクローンを選択した。本クローンから通常のプラスミド抽出操作を行なってもプラスミドが検出されないことを確認した。
【0038】
次に上記クローンをLB寒天プレートに塗布し、30℃で一晩培養した後に、LB液体培地(3ml/試験管)に接種し、42℃で3〜4時間、振とう培養した。これをシングルコロニーが得られるように適当に希釈し、LB寒天プレートに塗布し、42℃で一晩培養し、コロニーを得た。出現したコロニーの中から無作為に100コロニーをピックアップしてそれぞれをLB寒天プレートとCm10μg/mlを含むLB寒天プレートに生育させ、LB寒天プレートにのみ生育するCm感受性のクローンを選んだ。
【0039】
これらの目的クローンをCm10μg/mlを含むLB液体培地5mLで37℃、20時間培養し菌体を10000rpm、5分間の遠心分離により分離した。集菌体を10mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)1mLに懸濁した。
活性測定は10mMのシトシン、100mMのトリス塩酸緩衝液1mLに菌体懸濁液0.1mLを加え50℃で1hr保温し、10倍に希釈して液体クロマトグラフィーにて分析した。
得られた10クローンのうち2クローンがcodA活性を完全に欠いており、ウラシルを検出できなかった。この菌株をW3110/codA欠損株と命名した。
【0040】
実施例2(シトシンデアミナーゼ・シチジンデアミナーゼ欠損株の作製)
PCR用のプライマーには、エシェリヒア・コリの既知のシチジンデアミナーゼ(以下cddと表記する)をコードするcdd遺伝子の塩基配列(GenBank accession No. X63144基づいて設計した配列番号:4及び5に示す塩基配列を有するオリゴヌクレオチド(北海道システム・サイエンス株式会社に委託して合成した)を用いた。これらのプライマーの5’末端付近及び3’末端付近には、それぞれEcoRI及びHindIIIの制限酵素認識配列を有する。
【0041】
制限酵素HindIIIで完全に消化した前記大腸菌染色体DNA 6ng/μl及びプライマー各3μMを含む0.1mlのPCR反応液を用いて、変性:96℃、1分間、アニーリング:55℃、1分間、伸長反応:74℃、1分間からなる反応サイクルを、30サイクルの条件でPCRを行った。
【0042】
上記反応産物及び実施例1で調製した温度感受性プラスミドpTH18cs1を、EcoRI及びHindIIIで消化し、ライゲーション・ハイ(東洋紡(株))を用いて連結した後、得られた組換えプラスミドを用いて、エシェリヒア・コリDH5αを形質転換した。形質転換株を、クロラムフェニコール(Cm)10μg/mlを含むLB寒天培地で培養し、Cm耐性となった形質転換株を得た。得られたコロニーをCm10μg/mlを含むLB液体培地で30℃で一晩培養し、得られた菌体からプラスミドを回収した。
このプラスミドをBglIIで消化し末端をBKLキット(タカラ酒造(株))により埋めてライゲーション・ハイ(東洋紡(株))を用いて連結した後、得られた組換えプラスミドを用いて、エシェリヒア・コリDH5αを形質転換した。形質転換株を、クロラムフェニコール(Cm)10μg/mlを含むLB寒天培地で培養し、Cm耐性となった形質転換株を得た。得られたコロニーをCm10μg/mlを含むLB液体培地で30℃で一晩培養し、得られた菌体からプラスミドを回収した。
このプラスミドがBglIIで消化されない事を確認し、このプラスミドをW3110/docA欠損株に30℃で形質転換し、Cm10μg/mlを含むLB寒天プレートに生育する形質転換体を得た。得られた形質転換体を寒天プレートに塗布し、30℃で一晩培養した。次にこれらの培養菌体をCm10μg/mlを含むLB寒天プレートに塗布し、42℃で生育するコロニーを得た。
さらにもう一度、42℃で生育するシングルコロニーを得る操作を繰り返し、相同組換えによりプラスミド全体が染色体に組込まれたクローンを選択した。本クローンがプラスミドを細胞質中に持たないことを確認した。
【0043】
次に上記クローンをLB寒天プレートに塗布し、30℃で一晩培養した後に、LB液体培地(3ml/試験管)に接種し、42℃で3〜4時間、振とう培養した。これをシングルコロニーが得られるように適当に希釈し、LB寒天プレートに塗布し、42℃で一晩培養し、コロニーを得た。出現したコロニーの中から無作為に100コロニーをピックアップしてそれぞれをLB寒天プレートとCm10μg/mlを含むLB寒天プレートに生育させ、LB寒天プレートにのみ生育するCm感受性のクローンを選んだ。
【0044】
これらの目的クローンをCm10μg/mlを含むLB液体培地5mLで37℃、20時間培養し菌体を10000rpm、5分間の遠心分離により分離した。集菌体を10mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)1mLに懸濁し、cddの活性を測定した。
活性測定は10mMのシチジン、100mMのトリス塩酸緩衝液1mLに菌体懸濁液0.1mLを加え50℃で1hr保温し、10倍に希釈して液体クロマトグラフィーにて分析した。
得られた10クローンのうち8クローンがcdd活性を完全に欠いておりウリジンを検出できなかった。この菌株をW3110/codA・cdd欠損株と命名した。
【0045】
実施例3(シトシンホスホリラーゼ生産菌の調製)
PCR用のプライマーには、エシェリヒア・コリの既知のプリンヌクレオシドホスホリラーゼ(以下PNPと表記する)をコードするdeoD遺伝子の塩基配列(GenBank accession No. AE000508(コード領域は塩基番号11531−12250)に基づいて設計した配列番号:6及び7に示す塩基配列を有するオリゴヌクレオチド(北海道システム・サイエンス株式会社に委託して合成した)を用いた。これらのプライマーの5’末端付近及び3’末端付近には、それぞれEcoRI及びHindIIIの制限酵素認識配列を有する。
【0046】
制限酵素HindIIIで完全に消化した前記大腸菌染色体DNA 6ng/μl及びプライマー各3μMを含む0.1mlのPCR反応液を用いて、変性:96℃、1分間、アニーリング:55℃、1分間、伸長反応:74℃、1分間からなる反応サイクルを、30サイクルの条件でPCRを行った。
【0047】
上記PCR反応産物及びプラスミドpUC18(宝酒造(株))を、EcoRI及びHindIIIで消化し、ライゲーション・ハイ(東洋紡(株))を用いて連結した後、得られた組換えプラスミドを用いて、エシェリヒア・コリDH5αを形質転換した。形質転換株を、アンピシリン(Am)50μg/ml及びX−Gal(5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−β−D−ガラクトシド)を含むLB寒天培地で培養し、Am耐性で且つ白色コロニーとなった形質転換株を得た。
【0048】
このようにして得られた形質転換株よりプラスミドを抽出し、目的のDNA断片が挿入されたプラスミドを、pUC−PNP73と命名した。pUC−PNP73をW3110/codA・cdd欠損株に形質転換した。
得られた形質転換体をAm50μg/mlを含むLB培地100mLで37℃・1晩振とう培養した。培養液を13000rpmで10min遠心分離し、得られた菌体を20mLの100mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)に懸濁した。懸濁液を再度13000rpmで10min遠心分離し、得られた菌体を2mLの100mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)、10mMの2´−デオキシリボース1−リン酸ジ(モノシクロヘキシルアンモニウム)塩(SIGMA製)に懸濁し、−20℃にて凍結保存した。
【0049】
実施例4(デオキシシチジンの合成)
20mMの2´−デオキシリボース1−リン酸ジ(モノシクロヘキシルアンモニウム)塩(SIGMA製)、20mMのシトシン(和光純薬製、特級)、100mMのトリス塩酸緩衝液(pH8.0)、実施例3で得られた菌体液0.1mlからなる反応液1.0mlを50℃で20時間反応させた。反応液を希釈した後分析したところ、10.7mMのデオキシシチジンが生成していたが、デオキシウリジン、ウラシルは全く検出できなかった。
【0050】
実施例5(5−フルオロデオキシシチジンの合成)
20mMの2´−デオキシリボース1−リン酸ジ(モノシクロヘキシルアンモニウム)塩(SIGMA製)、20mMの2−フルオロシトシン(SIGMA)、100mMのトリス塩酸緩衝液(pH8.0)、実施例3で得られた菌体液0.1mlからなる反応液1.0mlを50℃で20時間反応させた。反応液を希釈した後分析したところ、10.7mMの2−フルオロデオキシシチジンが生成していたが、2−フルオロデオキシウリジン、2−フルオロウラシルは全く検出できなかった。
【0051】
【発明の効果】
本発明によれば従来のような煩雑なデアミナーゼ失活処理を施さずに、シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼの両遺伝子を本来有する微生物であって、且つ該シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼ遺伝子を同時に欠損した微生物を用いて4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物が効率的に製造できる。
【0052】
更に相同組換えによる該遺伝子の破壊株は、完全にシトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼの両酵素活性を消失している。係る微生物を用いて反応を行うことにより得られるヌクレオシド化合物には微量のデアミノ体も検出されず、本発明の製造方法により製造されるヌクレオシド化合物は、従来の製造法で得られたヌクレオシド化合物が有していた煩雑な精製工程を大幅に簡略化出来るため、医薬品或いは医薬品製造中間体として特に優れている。
【0053】
さらに、該遺伝子を相同組換えにより破壊した菌株は、野生株と何ら変わらない増殖性を示し、工業的に有利な高濃度培養も容易に実施できる。
【0054】
【配列表】

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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a pyrimidine nucleoside compound useful as a raw material for synthesizing a drug or the like. A method for producing a pyrimidine nucleoside compound using a microorganism expressing an enzyme having an activity of synthesizing a corresponding nucleoside compound from a pyrimidine base derivative having an amino group at position 4 in a microorganism deficient in both cytosine deaminase and cytidine deaminase genes About.
[0002]
[Prior art]
As a method for producing a corresponding nucleoside compound from a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position, a method using nucleoside deoxyribosyltransferase-II of a lactic acid bacterium is disclosed in JP-A-2002-17393. This publication does not disclose the decomposition of a product by a bacterial reaction since a purified enzyme is used.
[0003]
A method using E. coli purine nucleoside phosphorylase is disclosed in European Patent Publication No. 1254959A2. According to the publication, when a corresponding nucleoside compound is produced from a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position, the pyrimidine base derivative having the amino group at the 4-position or the corresponding nucleoside compound is deaminated to obtain a reaction product. Although the rate may decrease, a method of performing a treatment for selectively inactivating deaminase is disclosed, but the treatment is complicated and is not necessarily an industrially advantageous method.
[0004]
In the above-described method, a condition must be found in which only the above deaminase is inactivated and an enzyme having an activity of synthesizing a corresponding nucleoside compound from a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position does not inactivate. When an enzyme other than nucleoside phosphorylase is used, the method is not always available.
[0005]
Furthermore, when a nucleoside compound is produced as a pharmaceutical product, the incorporation of the analog into a product is a serious problem when producing a nucleotide or the like using the nucleoside compound as a raw material. In this publication, the deaminase activity cannot be completely eliminated, and there is also a problem that the purification step is complicated because a small amount of by-products is removed.
[0006]
The publication also discloses a method for preventing deamination by using a cytidine deaminase-deficient strain of the genus Bacillus. Since Bacillus has only cytidine deaminase, it can produce the corresponding nucleoside with a single defect. However, for industrial production, high-density cultivation is difficult, and the gene manipulation system is complicated.
[0007]
[Patent Document 1] JP-A-2002-17393
[Patent Document 2] European Patent Publication No. 1254959A2
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, it has been suggested that deficiency of deaminase is effective in producing a corresponding nucleoside compound from a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position, but both genes of cytosine deaminase and cytidine deaminase were simultaneously expressed. The effect of the deletion is not known, and cannot be simply predicted from conventionally known techniques.
Further, even if both the cytosine deaminase and the cytidine deaminase genes were simultaneously deleted, it was not always clear that only the above gene product had the enzyme activity.
[0009]
In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a method for producing a corresponding nucleoside compound from a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position without performing a complicated deaminase deactivation treatment.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, a microorganism in which both cytosine deaminase and cytidine deaminase genes have been simultaneously deleted by mutagenesis or homologous recombination has an amino group at position 4. By expressing an enzyme having an activity of synthesizing a corresponding nucleoside compound from a pyrimidine base derivative, it has been found that the corresponding nucleoside compound can be efficiently produced without performing a complicated deaminase deactivation treatment.
[0011]
In particular, if a microorganism that does not lack genes other than the cytosine deaminase and cytidine deaminase by using homologous recombination to destroy both genes, including trace amounts of the deamino form that was impossible with conventional techniques, is included. It has been found that a highly pure nucleoside compound can be obtained without employing a complicated purification step.
[0012]
That is, the present invention is as follows.
[1] A microorganism originally having both genes of cytosine deaminase and cytidine deaminase, and deficient in the cytosine deaminase and cytidine deaminase genes at the same time.
[2] The microorganism according to [1], wherein the microorganism is Escherichia coli.
[3] The microorganism according to [1] or [2], wherein both genes of cytosine deaminase and cytidine deaminase are disrupted by homologous recombination, and genes other than the gene are not deleted.
[4] The microorganism according to any one of [1] to [3], wherein an enzyme having an activity of synthesizing a corresponding nucleoside compound from a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position is expressed.
[5] A method for producing a pyrimidine nucleoside compound having an amino group at the 4-position using the processed product of the microorganism.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the present invention, cytosine deaminase is an enzyme having a function of removing an amino group at the 4-position of cytosine to generate uracil and ammonia. It is known that 5-methylcytosine other than cytosine also serves as a substrate for this enzyme. The enzyme is known to be present in yeast and bacteria.
[0014]
In the present invention, the cytosine deaminase gene is a gene that encodes a cytosine deaminase. For example, in the case of Escherichia coli, the gene is denoted by the code symbol codA and has a base sequence (GenBank accession No. S56903 (coding region is base numbers 130-1413)). Indicated by
[0015]
In the present invention, cytidine deaminase is an enzyme having a function of removing the amino group at position 4 of cytidine to generate uridine and ammonia. It is known that, besides cytidine, deoxycytidine, 5-halogenated cytidine, 5- or 6-azacytidine, and cytosine arabinoside also serve as substrates. The enzyme is widely distributed in the living kingdom, and is present in tissues such as mammals, birds and fish, yeast and bacteria.
[0016]
In the present invention, the cytidine deaminase gene is a gene that encodes cytidine deaminase. For example, in the case of Escherichia coli, it is represented by the gene symbol cdd and has a base sequence (GenBank accession No. X63144 (coding region is base number 67-1059)). Indicated by
[0017]
In the present invention, a microorganism originally having both the genes for cytosine deaminase and cytidine deaminase is defined as a species whose chromosomal DNA and the like are not originally introduced into the microorganism by an artificial method such as genetic manipulation but are introduced into the microorganism. Has both genes.
[0018]
In the present invention, the microorganism having both cytosine deaminase and cytidine deaminase simultaneously deficient refers to a microorganism originally having both of the above-mentioned cytosine deaminase and cytidine deaminase and further deficient both cytosine deaminase and cytidine deaminase by some means. Microorganisms The origin and type of the microorganism of the present invention are not particularly limited as long as the above-mentioned properties are maintained.
A typical example of the microorganism of the present invention is a microorganism having the above properties and classified taxonomically into Escherichia coli.
[0019]
The microorganism of the present invention can be obtained by, for example, isolating a microorganism lacking both genes originally present in nature for some reason, obtaining a mutant in which the gene is not expressed by mutagenesis, or using a transposon. Thus, a method of dropping the periphery of the gene and a method of deleting only the gene by homologous recombination can be used, but the method is not particularly limited as long as both genes can be deleted.
[0020]
Deletion of a gene other than the target gene by mutagenesis or transposon may deteriorate the growth of the microorganism. When a specific enzyme is expressed by genetic recombination, a wild-type strain often exhibits a higher expression level than a strain into which various mutations have been introduced. Furthermore, if the growth is good, such as a wild strain, high-density culturing becomes easy, which is industrially advantageous. Therefore, a method of deleting only a specific gene by homologous recombination can be said to be a preferable method.
[0021]
In the present invention, a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position is a compound having a pyrimidine skeleton and having an amino group at the 4-position, such as cytosine, 5-azacytosine, 5-methylcytosine, 5-fluorocytosine, and the like. Can be exemplified.
[0022]
In the present invention, a nucleoside compound corresponding to a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position is a compound in which a saccharide such as ribose or deoxyribose and a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position are linked by an N-glucoside bond. And examples thereof include cytidine, deoxycytidine, 5-azacytidine, 5-fluorocytidine, and 5-methylsideoxytidine.
[0023]
In the present invention, the activity of synthesizing a corresponding nucleoside compound from a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position refers to the above-mentioned corresponding activity from a phosphorylated sugar or a nucleoside and the above-described pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position. It refers to the function as a catalyst that promotes the reaction for synthesizing nucleoside compounds.
[0024]
Therefore, the enzyme having the activity of synthesizing the corresponding nucleoside compound from the pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position in the present invention refers to the enzyme having the above-mentioned activity. For example, a nucleoside phosphorylase capable of synthesizing a corresponding nucleoside compound from a phosphorylated sugar and a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position, or a nucleoside ribosyl capable of synthesizing a corresponding nucleoside compound from a nucleoside and a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position Transferase, nucleoside deoxyribosyltransferase and the like can be mentioned.
[0025]
A nucleoside phosphorylase capable of synthesizing a corresponding nucleoside compound from a phosphorylated sugar and a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position is an enzyme that synthesizes the corresponding nucleoside compound from a phosphorylated sugar and a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position. And any source of animals, plants and microorganisms may be used as long as this requirement is satisfied. Specific examples of such a nucleoside phosphorylase include enzymes known as conventional purine nucleoside phosphorylases of microorganisms belonging to the genus Escherichia such as Escherichia coli, which also have the above-mentioned activity. Examples can be given. As a specific example, the DNA base sequence of the purine nucleoside phosphorylase of Escherichia coli is shown in SEQ ID NO: 8, and the amino acid sequence translated from the base sequence is shown in SEQ ID NO: 9. In addition, recent advances in genetic engineering have made it easier to modify the amino acid sequence by inactivating, inserting, or substituting a part of the base sequence. In view of the state of the art, a modified amino acid sequence of a part of the base sequence within a range that does not affect the desired enzyme activity, for example, within a range that can maintain or improve the enzyme activity, is also described in the present invention. It is intended to be included in the cytosine nucleoside phosphorylase of the invention. For example, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 has deletion, substitution or addition of 2 to 3 amino acids within a range that does not affect the desired enzyme activity, or SEQ ID NO: 8 A nucleotide sequence which does not affect the enzyme activity of interest in the nucleotide sequence of the nucleotide sequence, and which has a mutation such as deletion, substitution or addition within a range in which its complementary sequence can hybridize under stringent conditions. Can be used.
[0026]
The method for producing a corresponding nucleoside compound from a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position using the microorganism of the present invention in the present invention is as follows.
That is, a microorganism expressing an enzyme capable of synthesizing a corresponding nucleoside compound using a pyrimidine base derivative having an amino group at position 4 as a substrate, the microorganism originally having both genes of cytosine deaminase and cytidine deaminase, and The reaction is carried out by selecting the appropriate reaction conditions, such as pH and temperature, in an aqueous medium using the cells of the microorganism, the culture solution, and the processed product of the microorganisms simultaneously deficient in the cytosine deaminase and cytidine deaminase genes. In this case, the aqueous medium is water or a solvent containing water as a main component and having a pH buffering ability.
[0027]
The reaction can be carried out usually at a pH of 4 to 11, preferably 7 to 10 and a temperature of 10 to 80C, preferably 30 to 50C. Although the reaction time is optional, it can be carried out for about 1 to 20 hours.
In other reactions, it is sufficient that stirring can be performed to such an extent that cells used as a substrate or a catalyst do not precipitate.
[0028]
In the present invention, microbial cells, culture solution, and their processed products are obtained by destroying microbial cells or microbial cells in the culture solution by ultrasonic waves, osmotic shock, etc. And those obtained by immobilizing the disrupted substance with an immobilization carrier or the like, or enzymes purified from the disrupted substance or the like.
[0029]
The amount of the pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position, which is used as a substrate during the reaction, can be generally used in the range of 0.1 to 50 (wt)%, preferably 5 to 20 (wt)%. .
[0030]
The amount of microbial cells, culture solution, or their processed products used for the substrate may be any amount as long as the reaction proceeds.However, since they do not have substrate / product decomposition activity, they can be added in an excessive amount. It does not reduce the reaction yield. The catalyst concentration can be generally set at about 0.1 (weight)% to 10 (weight)%.
[0031]
The method for collecting a nucleoside compound corresponding to a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position from the reaction solution obtained as described above can be performed by utilizing the difference in solubility between the derivative and the product in an aqueous medium or by ion exchange. Or a method using an adsorption resin. For example, high-purity nucleosides can be obtained by adding activated carbon to the reaction solution, removing bacterial cells and the like in the reaction solution by filtration, and concentrating and crystallizing the filtrate. Since the content of the deamino compound is significantly suppressed by the reaction as compared with the conventional technique, complicated purification for removing the deamino compound is unnecessary.
[0032]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0033]
[Analysis method]
All the generated nucleoside compounds were quantified by high performance liquid chromatography. The analysis conditions are as follows.
Column: Develosil ODS-MG-5 4.6 × 250 mm (Nomura Chemical)
Column temperature; 40 ° C
Pump flow rate: 1.0 ml / min.
Detection; UV 254 nm,
Eluent: 50 mM monopotassium phosphate: methanol = 8: 1 (V / V)
[0034]
Example 1 (Production of cytosine deaminase-deficient strain)
Escherichia coli K-12 W3110 strain (ATCC 27325) (ATCC stands for American Type Culture Collection) was inoculated into 50 ml of LB medium, cultured at 37 ° C. overnight, collected, and collected with a lysate containing 1 mg / ml of lysozyme. Lysed. After the lysate was treated with phenol, DNA was precipitated by ethanol precipitation according to a conventional method. The resulting DNA precipitate was collected by winding it around a glass rod, washed, and used for PCR.
[0035]
Primers for PCR include a base sequence encoding a known cytosine deaminase (hereinafter referred to as codA) from a base sequence encoding a known cytosine permease (hereinafter referred to as codB) of Escherichia coli (GenBank accession No. 1). X63656) and oligonucleotides having the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOS: 1 and 2 (synthesized by consignment to Hokkaido System Science Co., Ltd.) were used. These primers have EcoRI and HindIII restriction enzyme recognition sequences near the 5 ′ end and near the 3 ′ end, respectively.
[0036]
Using a 0.1 ml PCR reaction solution containing 6 ng / μl of the E. coli chromosomal DNA and 3 μM of each primer completely digested with the restriction enzyme HindIII, denaturation: 96 ° C. for 1 minute, annealing: 55 ° C. for 1 minute, extension reaction : PCR was performed under the condition of a reaction cycle consisting of 74 ° C. for 1 minute and 30 cycles.
[0037]
The above-mentioned PCR reaction product and temperature-sensitive plasmid pTH18cs1 (A set of temperature sensitive-replication / -segregation and temperature-resistant plasmid-vector-one-course-first-course-difference-economy-for-the-difference-for-the-difference-for-the-first-order) After digestion with HindIII and ligation using Ligation High (Toyobo Co., Ltd.), Escherichia coli DH5α was transformed at 30 ° C. using the obtained recombinant plasmid. The transformant was cultured on an LB agar medium containing 10 μg / ml of chloramphenicol (Cm) to obtain a Cm-resistant transformant. The obtained colony was cultured overnight at 30 ° C. in an LB liquid medium containing 10 μg / ml of Cm, and a plasmid was recovered from the obtained cells.
This plasmid was digested with PstI, a large fragment was recovered and ligated using Ligation High (Toyobo Co., Ltd.), and the resulting recombinant plasmid was used to transform Escherichia coli DH5α. The transformant was cultured on an LB agar medium containing 10 μg / ml of chloramphenicol (Cm) to obtain a Cm-resistant transformant. The obtained colony was cultured overnight at 30 ° C. in an LB liquid medium containing 10 μg / ml of Cm, and a plasmid was recovered from the obtained cells. The plasmid having the designed size was transformed into the W3110 strain at 30 ° C. to obtain a transformant growing on an LB agar plate containing 10 μg / ml of Cm. The obtained transformant was spread on an agar plate and cultured at 30 ° C. overnight. Next, these cultured cells were applied to an LB agar plate containing 10 μg / ml of Cm, and colonies growing at 42 ° C. were obtained.
The operation of obtaining a single colony growing at 42 ° C. was repeated once again, and a clone in which the entire plasmid was integrated into the chromosome by homologous recombination was selected. It was confirmed that no plasmid was detected from this clone even when ordinary plasmid extraction was performed.
[0038]
Next, the above clone was spread on an LB agar plate, cultured at 30 ° C. overnight, inoculated into an LB liquid medium (3 ml / test tube), and cultured with shaking at 42 ° C. for 3 to 4 hours. This was appropriately diluted so as to obtain a single colony, applied to an LB agar plate, and cultured at 42 ° C. overnight to obtain a colony. From the emerged colonies, 100 colonies were picked at random and grown on LB agar plates and LB agar plates containing 10 μg / ml of Cm, respectively, and Cm-sensitive clones that grow only on the LB agar plates were selected.
[0039]
These target clones were cultured in 5 mL of LB liquid medium containing 10 μg / ml of Cm at 37 ° C. for 20 hours, and the cells were separated by centrifugation at 10,000 rpm for 5 minutes. The collected cells were suspended in 1 mL of 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0).
The activity was measured by adding 0.1 mL of the cell suspension to 1 mL of 10 mM cytosine and 100 mM Tris-HCl buffer, keeping the mixture at 50 ° C. for 1 hr, diluting it 10-fold, and analyzing it by liquid chromatography.
Of the 10 clones obtained, 2 clones completely lacked codA activity and uracil could not be detected. This strain was designated as a W3110 / codA-deficient strain.
[0040]
Example 2 (Production of cytosine deaminase / cytidine deaminase deficient strain)
The primers for PCR include the nucleotide sequence of the cdd gene encoding a known cytidine deaminase of Escherichia coli (hereinafter referred to as cdd) (the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 4 and 5 designed based on GenBank accession No. X63144). These primers were synthesized (consigned to Hokkaido System Science Co., Ltd.). These primers have EcoRI and HindIII restriction enzyme recognition sequences near the 5 ′ end and near the 3 ′ end, respectively.
[0041]
Using a 0.1 ml PCR reaction solution containing 6 ng / μl of the E. coli chromosomal DNA and 3 μM of each primer completely digested with the restriction enzyme HindIII, denaturation: 96 ° C. for 1 minute, annealing: 55 ° C. for 1 minute, extension reaction : PCR was performed under the condition of a reaction cycle consisting of 74 ° C. for 1 minute and 30 cycles.
[0042]
The above reaction product and the temperature-sensitive plasmid pTH18cs1 prepared in Example 1 were digested with EcoRI and HindIII, ligated using Ligation High (Toyobo Co., Ltd.), and then used for the obtained recombinant plasmid. E. coli DH5α was transformed. The transformant was cultured on an LB agar medium containing 10 μg / ml of chloramphenicol (Cm) to obtain a Cm-resistant transformant. The obtained colony was cultured overnight at 30 ° C. in an LB liquid medium containing 10 μg / ml of Cm, and a plasmid was recovered from the obtained cells.
This plasmid was digested with BglII, the ends were filled in with a BKL kit (Takara Shuzo), ligated using Ligation High (Toyobo Co., Ltd.), and the resulting recombinant plasmid was used to transform Escherichia coli DH5α was transformed. The transformant was cultured on an LB agar medium containing 10 μg / ml of chloramphenicol (Cm) to obtain a Cm-resistant transformant. The obtained colony was cultured overnight at 30 ° C. in an LB liquid medium containing 10 μg / ml of Cm, and a plasmid was recovered from the obtained cells.
After confirming that this plasmid was not digested with BglII, this plasmid was transformed into a W3110 / docA-deficient strain at 30 ° C. to obtain a transformant growing on an LB agar plate containing 10 μg / ml of Cm. The obtained transformant was spread on an agar plate and cultured at 30 ° C. overnight. Next, these cultured cells were applied to an LB agar plate containing 10 μg / ml of Cm, and colonies growing at 42 ° C. were obtained.
The operation of obtaining a single colony growing at 42 ° C. was repeated once again, and a clone in which the entire plasmid was integrated into the chromosome by homologous recombination was selected. This clone was confirmed to have no plasmid in the cytoplasm.
[0043]
Next, the above clone was spread on an LB agar plate, cultured at 30 ° C. overnight, inoculated into an LB liquid medium (3 ml / test tube), and cultured with shaking at 42 ° C. for 3 to 4 hours. This was appropriately diluted so as to obtain a single colony, applied to an LB agar plate, and cultured at 42 ° C. overnight to obtain a colony. From the emerged colonies, 100 colonies were picked at random and grown on an LB agar plate and an LB agar plate containing 10 μg / ml of Cm, respectively, and a Cm-sensitive clone growing only on the LB agar plate was selected.
[0044]
These target clones were cultured in 5 mL of an LB liquid medium containing 10 μg / ml of Cm at 37 ° C. for 20 hours, and the cells were separated by centrifugation at 10,000 rpm for 5 minutes. The collected cells were suspended in 1 mL of 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), and the activity of cdd was measured.
The activity was measured by adding 0.1 mL of the cell suspension to 1 mL of 10 mM cytidine and 100 mM Tris-HCl buffer, keeping the mixture at 50 ° C. for 1 hr, diluting it 10-fold, and analyzing it by liquid chromatography.
Of the 10 clones obtained, 8 clones completely lacked cdd activity and uridine could not be detected. This strain was designated as W3110 / codA.cdd-deficient strain.
[0045]
Example 3 (Preparation of cytosine phosphorylase-producing bacteria)
Primers for PCR are based on the nucleotide sequence of the deoD gene encoding a known purine nucleoside phosphorylase (hereinafter referred to as PNP) from Escherichia coli (GenBank accession No. AE000508 (coding region is base numbers 11531-12250)). Oligonucleotides having the designed base sequences shown in SEQ ID NOs: 6 and 7 (synthesized by consignment to Hokkaido System Science Co., Ltd.) were used. They have EcoRI and HindIII restriction enzyme recognition sequences, respectively.
[0046]
Using a 0.1 ml PCR reaction solution containing 6 ng / μl of the E. coli chromosomal DNA and 3 μM of each primer completely digested with the restriction enzyme HindIII, denaturation: 96 ° C. for 1 minute, annealing: 55 ° C. for 1 minute, extension reaction : PCR was performed under the condition of a reaction cycle consisting of 74 ° C. for 1 minute and 30 cycles.
[0047]
The PCR reaction product and plasmid pUC18 (Takara Shuzo Co., Ltd.) were digested with EcoRI and HindIII and ligated using Ligation High (Toyobo Co., Ltd.). E. coli DH5α was transformed. The transformant was cultured on an LB agar medium containing 50 μg / ml of ampicillin (Am) and X-Gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactoside), and was resistant to Am and a white colony. Was obtained.
[0048]
A plasmid was extracted from the thus obtained transformant, and the plasmid into which the target DNA fragment was inserted was named pUC-PNP73. pUC-PNP73 was transformed into a W3110 / codA.cdd deficient strain.
The obtained transformant was cultured with shaking in 100 mL of an LB medium containing 50 μg / ml of Am at 37 ° C. overnight. The culture solution was centrifuged at 13000 rpm for 10 minutes, and the obtained cells were suspended in 20 mL of 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0). The suspension was centrifuged again at 13000 rpm for 10 minutes, and the obtained cells were treated with 2 mL of 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) and 10 mM of 2′-deoxyribose 1-phosphate di (monocyclohexylammonium) salt ( SIGMA) and stored frozen at -20 ° C.
[0049]
Example 4 (Synthesis of deoxycytidine)
20 mM 2'-deoxyribose 1-phosphate di (monocyclohexylammonium) salt (manufactured by SIGMA), 20 mM cytosine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, special grade), 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), Example 3 Was reacted at 50 ° C for 20 hours. When the reaction solution was diluted and analyzed, 10.7 mM deoxycytidine was produced, but no deoxyuridine or uracil could be detected.
[0050]
Example 5 (Synthesis of 5-fluorodeoxycytidine)
20 mM 2'-deoxyribose 1-phosphate di (monocyclohexylammonium) salt (manufactured by SIGMA), 20 mM 2-fluorocytosine (SIGMA), 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), obtained in Example 3. A reaction solution (1.0 ml) containing 0.1 ml of the obtained bacterial cell solution was reacted at 50 ° C. for 20 hours. When the reaction solution was diluted and analyzed, 10.7 mM of 2-fluorodeoxycytidine was produced, but 2-fluorodeoxyuridine and 2-fluorouracil could not be detected at all.
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, a microorganism that originally has both genes of cytosine deaminase and cytidine deaminase, and that is deficient in the cytosine deaminase and cytidine deaminase genes at the same time, without performing a complicated deaminase inactivation treatment as in the prior art. The corresponding nucleoside compound can be efficiently produced from a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position.
[0052]
Furthermore, the strain in which the gene has been disrupted by homologous recombination has completely lost both enzyme activities of cytosine deaminase and cytidine deaminase. A trace amount of a deamino compound is not detected in the nucleoside compound obtained by carrying out the reaction using such a microorganism, and the nucleoside compound produced by the production method of the present invention is a nucleoside compound obtained by a conventional production method. Since the complicated purification step can be greatly simplified, it is particularly excellent as a pharmaceutical or an intermediate for producing a pharmaceutical.
[0053]
Furthermore, a strain in which the gene has been disrupted by homologous recombination exhibits the same growth property as a wild strain, and industrially advantageous high-concentration culture can be easily carried out.
[0054]
[Sequence list]
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Claims (5)

シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼの両遺伝子を本来有する微生物であって、且つ該シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼ遺伝子を同時に欠損した微生物。A microorganism originally having both the cytosine deaminase and cytidine deaminase genes, and having the cytosine deaminase and cytidine deaminase genes simultaneously deficient. 前記微生物が大腸菌である請求項1記載の微生物。The microorganism according to claim 1, wherein the microorganism is Escherichia coli. シトシンデアミナーゼおよびシチジンデアミナーゼの両遺伝子を相同組換えにより破壊し、該遺伝子以外の遺伝子を欠損していない請求項1または2記載の微生物。The microorganism according to claim 1 or 2, wherein both genes of cytosine deaminase and cytidine deaminase are disrupted by homologous recombination, and genes other than said gene are not deleted. 4位にアミノ基を有するピリミジン塩基誘導体から対応するヌクレオシド化合物を合成する活性を有する酵素が発現している請求項1から3の何れか一項に記載の微生物。The microorganism according to any one of claims 1 to 3, wherein an enzyme having an activity of synthesizing a corresponding nucleoside compound from a pyrimidine base derivative having an amino group at the 4-position is expressed. 前記微生物の処理物を用いて4位にアミノ基を有するピリミジンヌクレオシド化合物を製造する方法。A method for producing a pyrimidine nucleoside compound having an amino group at the 4-position using the processed product of the microorganism.
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