JP2004344107A

JP2004344107A - エタノールの新規製造方法

Info

Publication number: JP2004344107A
Application number: JP2003146716A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawaguchi; 秀夫川口; Kaori Nakada; かおり中田; Masuzo Yokoyama; 益造横山; Masayuki Inui; 将行乾; Hideaki Yugawa; 英明湯川
Original assignee: Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
Current assignee: Research Institute of Innovative Technology for the Earth RITE
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: JP4294373B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、微生物によるエタノール生成反応を利用した高い生産効率を示すエタノール製造技術を提供することにある。
【解決手段】エタノール生成菌体内酵素反応条件下でＮＡＤＨ（ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド還元型）の酸化反応に係わる基質およびその前駆体から選ばれる少なくとも一つの化合物を外部より反応培地に添加し、前記化合物の存在下にエタノール生成菌を反応させて、反応培地中にエタノールを生成させ、生成したエタノールを採取することを特徴とするエタノールの製造方法。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエタノールの製造方法に関する。詳しくは、本発明はグルコース等の糖類を原料とするエタノールの製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、特定のエタノール生成反応促進剤を用いる生産効率の高いエタノール製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エタノールは石炭、石油等の化石資源からのエチレンを経由する化学合成法やバイオマス資源由来の糖類を原料とする酵母、細菌等微生物による発酵法により製造されている。これらの中でも、エネルギー資源問題や環境問題の観点より再生可能なバイオマス資源を用いる発酵エタノール製造方法が注目されている。
従来からの大規模な工業用発酵エタノール製造方法は、澱粉や各種のバイオマス資源由来の糖類を酵母で発酵させて製造する方法、即ち、飲料用エタノールの醸造技術を基礎とする技術である。しかし、この技術は発酵用微生物として酵母を用いているためエタノールの生産速度が低いこと、また、発酵条件が嫌気的とはいえ通気が必要であり、発酵管理技術が複雑であるなどの技術的難点がある。
【０００３】
発酵用微生物としてザイモモナス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓ）属菌を用いることもよく知られている（特許文献１）。ザイモモナス属菌による発酵方法は酵母による発酵方法に比して、エタノールの生産速度が速くなることが認められているが、エタノールの生産性をさらに向上させるために各種の微生物種を用いてバイオテクノロジーによる発酵用微生物の改良技術が提案されている（特許文献２〜４等）。
【０００４】
グルコースなど糖類の解糖経路産物であるピルビン酸からエタノールへの転換にはピルビン酸からアセトアルデヒドへの反応を触媒する酵素ピルベートデカルボキシラーゼ（以下ＰＤＣと記す）およびアセトアルデヒドから最終生成物のアルコールへの反応を触媒する酵素アルコールデヒドロゲナーゼ（以下ＡＤＨと記す）が必須となる。そこで、上記バイオテクノロジーによる改良技術は、具体的にはザイモモナス属菌（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓｍｏｂｉｌｉｓ）由来のＰＤＣ活性を発現するＤＮＡ断片およびＡＤＨ活性を発現するＤＮＡ断片を大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）やＥｒｗｉｎｉａｃｈｒｙｓａｎｔｈｅなどの宿主腸内細菌に制御配列下に組み込み、このような細菌の形質転換により生産性の高いエタノール発酵を行う提案技術である。
【０００５】
上記バイオテクノロジーによる改良提案技術によって、Ｚｙｍｏｍｏｎａｓｍｏｂｉｌｉｓが元来有しているエタノール生産性に比して、より高いエタノール生産性を有する形質転換体がある程度実現されているが、これら改良提案技術によってより高いエタノール生産性が実現される理由の一つは、発酵過程において形質転換された細菌が増殖し、発酵槽での発酵用微生物の密度が増大する結果エタノール生成量が増大することによる。
このような発酵用微生物の増殖を伴う発酵では、該微生物が増殖するためのエネルギー供給源として糖類原料が使用される為、糖類原料のエタノールへの転換収率が低く、また、微生物が定常増殖期に到達するまでの期間はエタノール生産速度も低い上、定常期以上の微生物濃度で発酵を行うことも出来ない。さらに、増殖に伴う微生物の充填密度が変化するため、発酵槽の運転制御も複雑になるなど高効率・高生産性エタノール製造方法の達成にはまだまだ多くの技術課題を抱えている。
【０００６】
エタノール発酵の際に、エタノールの生産効率を向上させることを目的として発酵培地に酵母エキス、ペプトン、肉エキスや麦芽エキス等を添加することも一般的な方法として、よく知られている方法である。これらの物質を添加することは、主としてビタミン、アミノ酸、核酸および無機質等を含む微生物の増殖必須栄養素を提供することであると考えられているが、これら物質による微生物内でのエタノール発酵生産効率向上の効果のメカニズムは明らかにはされていない。
【０００７】
【特許文献１】
特公平７−５９１８７号公報
【特許文献２】
特表平５−５０２３６６号公報
【特許文献３】
特表平６−５０４４３６号公報
【特許文献４】
特表平６−５０５８７５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、微生物によるエタノール生成反応を利用した高い生産効率を示すエタノール製造技術を提供することにある。
なお、本発明で使用する「生成反応」なる語句は、使用する微生物の増殖を伴わない広義の「発酵」をも意味する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、微生物細胞内において糖類等の解糖系で生成するピルビン酸からアセトアルデヒドを経由してエタノールが生成する反応に関し、該反応を促進する物質について鋭意研究を行った結果、反応培地に該反応促進効果を有することが従来知られていなかった、特定の化合物を添加することによりエタノールの生産効率が著しく向上することを見出した。前記特定の化合物とは、エタノール生成菌体内酵素反応条件下でＮＡＤＨ（ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド還元型）の酸化反応に係わる基質およびその前駆体から選ばれる少なくとも一つの化合物であって、より具体的には、ピルビン酸、アセトアルデヒド、オキザロ酢酸、フマル酸、２−ケトグルタル酸およびグルタミン酸から選ばれる少なくとも一つの化合物である。これら化合物を併用することも出来る。上記ＮＡＤＨの酸化反応に係わる基質とは、通常はエタノール生成菌体内酵素の存在下にＮＡＤＨと酸化還元反応を起こす基質であって、この反応によってＮＡＤＨは酸化され、基質は還元される。
【００１０】
ここでピルビン酸およびアセトアルデヒドについて言及すれば、これら反応系の外部から添加される化合物は上記エタノール生成反応経路においても存在している化合物と同一のものであるが、該添加化合物は全く予期できない効果を有することが判った。
即ち、本発明において外部より添加される化合物は、単純な反応基質量の増大による反応生成物の増加とは異なる効果を発揮する。通常、一般の化学反応系においては、原料系の反応物質の増加量は生成系の物質の増大をもたらす。しかし、その生成系の増大量は原料系の増加量を超えるものではない。しかるに、本発明においては、ピルビン酸やアセトアルデヒドをエタノール生成反応培地に添加することによりエタノールの生成量の増大が反応培地に添加されたピルビン酸やアセトアルデヒド（通常の化学反応では原料系の増加量に相当する）に由来するエタノール生成増加量よりも著しく高くなり、しかも、その効果が持続的に継続し、エタノール生成速度も無添加の場合に比して顕著に増大する。そして、グルコースの消費速度も増大するのである（後記実施例および比較例参照）。このように、反応培地に添加されたピルビン酸やアセトアルデヒドはあたかも井戸水を汲み上げるときの“呼び水”の如き効果を有しているのである。
【００１１】
反応培地に添加されるピルビン酸やアセトアルデヒドがこのような効果を有する理由は明確ではない。しかし、本発明の効果が発現するのは、下記の如き反応機作が働くためと考えられる。
ピルビン酸よりアセトアルデヒドを経由してエタノールを生成する反応経路において、ＮＡＤＨ（ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド還元型）が使用される。一方、ＮＡＤＨは解糖系におけるピルビン酸の前駆体であるグリセルアルデヒド３−リン酸からピルビン酸への反応を触媒する酵素の阻害因子でもあると考えられている。従って、エタノール生成反応培地に系外よりＮＡＤＨと反応して阻害因子を除去することができるピルビン酸やアセトアルデヒドが添加されることにより、ＮＡＤＨが（酸化）反応消費され、触媒阻害が解消される結果、グリセルアルデヒド３−リン酸→ピルビン酸→エタノールへの反応経路がピルビン酸やアセトアルデヒド添加前に比して格別に円滑に進行し、エタノール生成が促進されるのではないかと考えられる。
本発明においてピルビン酸やアセトアルデヒド以外の外部より添加される化合物も同様の作用機作で効果を発現するものと考えられる。従ってこのような効果発現作用機作に基づけば、本発明で用いる外部添加化合物はエタノール生成菌体内酵素反応条件下においてＮＡＤＨの酸化反応に係わる基質又はその前駆体から選ばれる少なくとも一つの化合物であると特定できる。
【００１２】
また、上記の効果発現作用機作に基づけば乳酸発酵機能を有する微生物を使用する乳酸生成反応に関しても、これら化合物は効果的であろう。
すなわち、乳酸生成菌体内酵素反応条件下でＮＡＤＨ（ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド還元型）の酸化反応に係わる基質およびその前駆体から選ばれる少なくとも一つの化合物を外部より反応培地に添加し、前記化合物の存在下に乳酸生成菌を反応させて反応培地中に乳酸を生成させ、生成した乳酸を採取するによって、高い生産効率で乳酸を製造することができる。外部より添加される化合物は、ピルビン酸、アセトアルデヒド、オキザロ酢酸、フマル酸、２−ケトグルタル酸およびグルタミン酸からなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物であることが好ましい。乳酸生成菌としては、例えばコリネバクテリウム・グルタミカムなどのコリネバクテリウム属菌、または例えばブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムなどのブレビバクテリウム属菌などが挙げられる。より具体的には、本発明者の一部が先に出願した特願２００１−３６１５３０に記載した発明において、ピルビン酸の代わりに、アセトアルデヒド、オキザロ酢酸、フマル酸、２−ケトグルタル酸またはグルタミン酸に代表される乳酸生成菌体内酵素反応条件下でＮＡＤＨ（ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド還元型）の酸化反応に係わる基質およびその前駆体を用いてもよい。
【００１３】
すなわち、本発明は、
（１）エタノール生成菌体内酵素反応条件下でＮＡＤＨ（ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド還元型）の酸化反応に係わる基質およびその前駆体から選ばれる少なくとも一つの化合物を外部より反応培地に添加し、前記化合物の存在下にエタノール生成菌を反応させて反応培地中にエタノールを生成させ、生成したエタノールを採取することを特徴とするエタノールの製造方法、
（２）外部より添加される化合物が、ピルビン酸、アセトアルデヒド、オキザロ酢酸、フマル酸、２−ケトグルタル酸およびグルタミン酸からなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物であることを特徴とする前記（１）に記載のエタノールの製造方法、
（３）エタノール生成菌が、ピルベートデカルボキシラーゼ活性を発現する遺伝子およびアルコールデヒドロゲナーゼ活性を発現する遺伝子を含むＤＮＡにより、発現可能な制御配列下に形質転換されたコリネ型細菌であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のエタノールの製造方法、
（４）エタノール生成菌が、乳酸デヒドロゲナーゼ活性を発現する遺伝子を有していないかもしくはその遺伝子を有していてもその活性機能が破壊されている微生物であるか、および／または、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ活性および／もしくはピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発現する機能を有していない微生物であることを特徴とする前記（１）〜（３）に記載のエタノールの製造方法、
（５）エタノール生成菌が、コリネバクテリウム属細菌又はブレビバクテリウム属細菌から選ばれることを特徴とする前記（３）および（４）に記載のエタノールの製造方法、
（６）エタノール生成菌体内酵素反応条件下でＮＡＤＨ（ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド還元型）の酸化反応に係わる基質およびその前駆体から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とするエタノール生成促進剤、
に関する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、エタノール生成菌を外部より添加される特定の化合物の存在下において反応培地中で反応させることを除いては、公知のエタノール発酵技術を用いることができる。本発明は所定量の特定化合物を反応培地に添加することにより高生産効率のエタノール製造方法を提供するものである。
【００１５】
本発明で使用されるエタノール生成菌は、ＰＤＣ活性を発現する遺伝子およびＡＤＨ活性を発現する遺伝子を有する微生物である。これら遺伝子を有する微生物ならば野生株であっても、これら遺伝子が導入された組換え微生物であっても良い。これら遺伝子を有する微生物のうち野生株としては、具体的には、例えば、サッカロマイセス属、ザイモモナス属、シゾサンカロマイセス属等に属する微生物を挙げることができる。外来性のＰＤＣ活性およびＡＤＨ活性を発現する遺伝子の導入により、エタノール生成能を有する組換え微生物の例示としては、ＷＯ０１／９６５７３号公報、ＵＳＰ５，４８２，８４６号公報そしてＵＳＰ５，９１６，７８７号公報記載の組換え各種グラム陽性菌やＵＳＰ５，０００，０００号公報記載のグラム陰性菌等の形質転換微生物を挙げることができる。
【００１６】
前記した如く、微生物の増殖を伴うエタノール生成方法よりも微生物の増殖を抑制した状態でのエタノール生成方法のほうが効率的で優れている。この観点より、エタノール生成をさらに効率的に実施するには、増殖が抑制された状態においてもエタノール生成が可能な組換えコリネ型細菌を使用することが好ましい。前記組換えコリネ型細菌とは、ＰＤＣ活性を発現する遺伝子およびＡＤＨ活性を発現する遺伝子を含むＤＮＡにより、発現可能な制御配列下に形質転換されたコリネ型細菌である。この組換えコリネ型細菌について、下記に詳細に述べる。
【００１７】
上記組換えコリネ型細菌におけるＡＤＨ活性を発現する遺伝子およびＰＤＣ活性を発現する遺伝子は種々の生物由来のものが使用できる。それぞれが異なる生物由来のものであっても良い。ＡＤＨ活性を発現する遺伝子としては、Ｚｙｍｏｍｏｎａｓｍｏｂｉｌｉｓ由来のＡＤＨＩ遺伝子もしくはＡＤＨＩＩ遺伝子；Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ由来のＡＤＨ１遺伝子、ＡＤＨ２遺伝子、ＡＤＨ３遺伝子、ＡＤＨ４遺伝子もしくはＡＤＨ５遺伝子；Ｓｉｎｏｒｈｉｚｏｂｉｕｍｍｅｌｉｌｏｔｉ由来のＡＤＨ遺伝子；Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ由来のＡＤＨ遺伝子；Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓ由来のＡＤＨ遺伝子；Ｅｓｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ由来のＡＤＨ遺伝子などが挙げられる。ＰＤＣ活性を発現する遺伝子としては、Ｚｙｍｏｍｏｎａｓｍｏｂｉｌｉｓ由来のＰＤＣ遺伝子；Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ由来のＰＤＣ１遺伝子、ＰＤＣ２遺伝子、ＰＤＣ５遺伝子もしくはＰＤＣ６遺伝子；Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ由来のｐｄｈＡ遺伝子／ｐｄｈＢ遺伝子；Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓｆｅｒｒｏｏｘｉｄａｎｓ由来のｐｄｈＡ遺伝子／ｐｄｈＢ遺伝子などが挙げられる。これら遺伝子は、既にクローニングおよび配列決定されているので、容易に使用できる。
【００１８】
組換えコリネ型細菌においては、コリネ型細菌に上述したＡＤＨ活性を発現する遺伝子およびＰＤＣ活性を発現する遺伝子が発現可能な制御配列下に導入されている。ここで「制御配列下」とは、目的遺伝子が、例えばプロモーター、インデューサー、オペレーター、リボソーム結合部位および転写ターミネーター等との共同作業により自律複製出来ることを意味する。これら２つの遺伝子の活性発現のためには、これらの遺伝子が制御配列下にある必要があるが、必ずしも共通制御配列下にある必要はなく、別個の制御配列下にあってもよいし、場合によっては異なるプラスミドまたは染色体上の異なる位置にあってもよい。
【００１９】
本発明で用いられる好気性コリネ型細菌とは、バージーズ・マニュアル・デターミネイティブ・バクテリオロジー（ＢａｒｇｅｙｓＭａｎｕａｌｏｆＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｖｅＢａｃｔｅｒｉｏｌｏｇｙ，８，５９９、１９７４）に定義されている一群の微生物であり、通常の好気的条件で増殖するものならば特に限定されるものではない。具体例を挙げれば、コリネバクテリウム属菌、ブレビバクテリウム属菌、アースロバクター属菌、マイコバクテリューム属菌またはマイクロコッカス属菌等が挙げられる。
【００２０】
さらに具体的には、コリネバクテリウム属菌としては、コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）ＦＥＲＭＰ−１８９７６、ＡＴＣＣ１３０３２、ＡＴＣＣ１３０５８、ＡＴＣＣ１３０５９、ＡＴＣＣ１３０６０、ＡＴＣＣ１３２３２、ＡＴＣＣ１３２８６、ＡＴＣＣ１３２８７、ＡＴＣＣ１３６５５、ＡＴＣＣ１３７４５、ＡＴＣＣ１３７４６、ＡＴＣＣ１３７６１、ＡＴＣＣ１４０２０またはＡＴＣＣ３１８３１等が挙げられる。
ブレビバクテリウム属菌としては、ブレビバクテリウムラクトファーメンタム（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍｌａｃｔｏｆｅｒｍｅｎｔｕｍ）ＡＴＣＣ１３８６９、ブレビバクテリウムフラバム（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍｆｌａｖｕｍ）ＭＪ−２３３（ＦＥＲＭＢＰ−１４９７）もしくはＭＪ−２３３ＡＢ−４１（ＦＥＲＭＢＰ−１４９８）、またはブレビバクテリウムアンモニアゲネス（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍａｍｍｏｎｉａｇｅｎｅｓ）ＡＴＣＣ６８７２等があげられる。
アースロバクター属菌としては、アースロバクターグロビフォルミス（Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒｇｌｏｂｉｆｏｒｍｉｓ）ＡＴＣＣ８０１０、ＡＴＣＣ４３３６、ＡＴＣＣ２１０５６、ＡＴＣＣ３１２５０、ＡＴＣＣ３１７３８またはＡＴＣＣ３５６９８等が挙げられる。
マイクロコッカス属菌としては、マイクロコッカス・フロイデンライヒ（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓｆｒｅｕｄｅｎｒｅｉｃｈｉｉ）Ｎｏ．２３９（ＦＥＲＭＰ−１３２２１）、マイクロコッカス・ルテウス（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓｌｕｔｅｕｓ）Ｎｏ．２４０（ＦＥＲＭＰ−１３２２２）、マイクロコッカスウレアエ（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓｕｒｅａｅ）ＩＡＭ１０１０またはマイクロコッカスロゼウス（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓｒｏｓｅｕｓ）ＩＦＯ３７６４等が挙げられる。
【００２１】
形質転換は、両遺伝子で宿主細菌の染色体を組み換える方法、もしくは、宿主細菌内で自律複製できるプラスミドに両遺伝子を組み込んだ組換え型プラスミドを使用する方法がある。
このような目的で使用されるプラスミドベクターとしては、コリネ型細菌内で自律複製機能を司る遺伝子を含むものであれば良い。その具体例としては、例えば、ｐＡＭ３３０（Ａｇｒｉｃ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．，ｖｏｌ．４８，２９０１−２９０３（１９８４）およびＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓＳｙｍｐＳｅｒ．，ｖｏｌ．１６，２６５−２６７（１９８５））（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉｕｍｌａｃｔｏｆｅｒｍｅｎｔｕｍ２２５６由来）、ｐＨＭ１５１９（Ａｇｒｉｃ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．，ｖｏｌ．４８、２９０１−２９０３（１９８４））（ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍＡＴＣＣ１３０５８由来）、ｐＣＲＹ３０（Ａｐｐ１．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，ｖｏｌ．５７，７５９−７６４（１９９１））、ｐＥＫ０，ｐＥＣ５，ｐＥＫＥｘ１（Ｇｅｎｅ，ｖｏｌ．１０２，９３−９８（１９９１））そしてｐＣＧ４（Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．，ｖｏｌ．１５９，３０６−３１１（１９８４））（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ
ｇｌｕａｔｍｉｃｕｍＴ２５０由来）等が挙げられる。
【００２２】
本発明のコリネ型細菌の形質転換に使用されるプラスミドの構築は、例えばＺｙｍｏｍｏｎａｓｍｏｂｉｌｉｓ由来遺伝子を用いる場合では完全なＡＤＨ遺伝子を含むＤｒａＩ−ＤｒａＩｌ．４ｋｂ遺伝子断片（Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．，ｖｏｌ．１６９，２５９１−２５９７（１９８７））および完全なＰＤＣ遺伝子を含むＤｒａＩ−ＤｒａＩｌ．８ｋｂ遺伝子断片（Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．，ｖｏｌ．１６９，９４９−９５４（１９８７））それぞれに、適当なプロモーター、ターミネーター等の制御配列を連結後、上記例示されているいずれかのプラスミドベクターの適当な制限酵素部位に挿入し、構築することが出来る。
【００２３】
上記組換えプラスミドにおいて、ＡＤＨ遺伝子およびＰＤＣ遺伝子を発現させるためのプロモーターとしては、コリネ型細菌が元来保有するプロモーターが挙げられるが、それに限られるものではなく、ＡＤＨ遺伝子およびＰＤＣ遺伝子の転写を開始させる機能を有する塩基配列であればいかなるものであってもよい。また、ＡＤＨ遺伝子およびＰＤＣ遺伝子の下流に配置される制御配列下のターミネーターについても、コリネ型細菌が元来保有するターミネーターが挙げられるが、それらに限定されるものではなく、例えば大腸菌由来のトリプトファンオペロンのターミネーター等のＡＤＨ遺伝子およびＰＤＣ遺伝子の転写を終了させる機能を有する塩基配列であれば、いかなるものであってもよい。
【００２４】
目的遺伝子を含むプラスミドベクターのコリネ型細菌への導入方法としては、電気パルス法（エレクトロポレーション法）やＣａＣ１_２法等コリネ型細菌への遺伝子導入が可能な方法であれば特に限定されるものではない。その具体例として、例えば電気パルス法は、公知の方法（Ａｇｒｉｃ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．，ｖｏｌ．５４，４４３−４４７（１９９０）、Ｒｅｓ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，ｖｏｌ．１４４，１８１−１８５（１９９３））を用いることができる。
なお、染色体への目的遺伝子の導入に関しても同様の方法が利用可能である。染色体への導入技術の方法としては、公知の技術、例えば、ＤＮＡｓｅｑｕｅｎｃｅ，ｖｏｌ．３，３０３−３１０（１９９３）に記載の方法等が利用できる。
【００２５】
形質転換されたコリネ型細菌の取得方法としては、目的遺伝子を含むプラスミドベクターあるいは染色体への導入に用いる薬剤耐性遺伝子等を利用して、適切な濃度の当該薬剤を含むプレート培地上に遺伝子導入処理を行った本発明のコリネ型細菌を塗布することにより形質転換されたコリネ型細菌を選抜することができる。その具体例としては、例えば、Ａｇｒｉｃ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．，ｖｏｌ．５４，４４３−４４７（１９９０）、Ｒｅｓ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．ｖｏｌ．１４４，１８１−１８５（１９９３）に記載の方法等を用いることができる。
【００２６】
本発明で用いられる組み換えコリネ型細菌としては、ＷＯ０１／９６５７３号公報記載の組換えコリネ型細菌、具体的には、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター受託番号ＦＥＲＭＰ−１７８８７やＦＥＲＭＰ−１７８８８等の微生物がより好ましい。
【００２７】
エタノール生成菌を利用したエタノールの製造においては、副生成物として乳酸、コハク酸または酢酸などが生じる。そこで、これら副生成物の生成を抑制して、エタノール生成をより効率的に高い選択性で実現するには、エタノール生成菌は乳酸デヒドロゲナーゼ活性を発現する遺伝子を有していないもしくはその遺伝子を有していてもその活性機能が破壊されている微生物であるか、および／または、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ活性および／もしくはピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発現する機能を有していない微生物であることが好適である。
【００２８】
本発明においては、エタノール生成選択性をより向上せしめるべく、上述の組換えコリネ型細菌の乳酸デヒドロゲナーゼ活性を発現する遺伝子が破壊されたものや、さらには、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ活性および／またはピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発現する機能を有しせしめないように形質転換されたコリネ型細菌を使用することがさらに好ましい。
【００２９】
具体的には、染色体上の乳酸デヒドロゲナーゼ活性を発現する遺伝子が破壊されているコリネ型細菌へＰＤＣ活性を発現する遺伝子およびＡＤＨ活性を発現する遺伝子を含むプラスミドを導入した組換えコリネ型細菌（ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍＲｌｄｈ−／ｐＫＰ１−ＰＤＣ−ＡＤＨ，独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−１９３６１）や染色体上の乳酸デヒドロゲナーゼ活性を発現する遺伝子およびホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発現する遺伝子が破壊されているコリネ型細菌へＰＤＣ活性を発現する遺伝子およびＡＤＨ活性を発現する遺伝子を含むプラスミドを導入した組換えコリネ型細菌（ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍＲｌｄｈ−ｐｐｃ−／ｐＫＰ１−ＰＤＣ−ＡＤＨ，独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター
受託番号：ＦＥＲＭＰ−１９３６２）等を挙げることができる。
上記の組換えコリネ型細菌ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍＲｌｄｈ−／ｐＫＰ１−ＰＤＣ−ＡＤＨやＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍＲｌｄｈ−ｐｐｃ−／ｐＫＰ１−ＰＤＣ−ＡＤＨ等のエタノール生成菌の創製は本発明の実施例で詳記する。
【００３０】
本発明のエタノール生成反応はエタノールの生成が認められる限り、嫌気的条件または好気的条件のいずれで行っても良いが、微生物の実質的な増殖を伴わない嫌気的条件が前述の増殖を伴う発酵の各種問題点が解消されるので好適である。嫌気的条件とは、水溶液中の溶存酸素濃度を低く抑えるべく、無酸素状態を造るためのあらゆる条件を意味する。ただし、実質的な増殖が抑制される限りにおいて微量の溶存酸素は許容されるべきである。嫌気的条件は、例えば、容器を密閉して無通気で反応させる、あるいは窒素ガス等の不活性ガスを供給して反応させること等で実現される。
【００３１】
反応温度は、通常１５℃〜４５℃程度、好ましくは２５℃〜３７℃程度である。反応中のｐＨは、５〜９程度、好ましくは７〜８程度の範囲で調節される。
エタノール生成反応に用いるエタノール生成菌の菌体量は、とくに限定されないが、湿菌体濃度で約１ｇ／ｌ（リットル）〜１５００ｇ／ｌ（リットル）の反応条件範囲で使用される。
本発明のエタノール製造方法における反応培地には本発明の必須構成要件である外部からの特定化合物が添加される。その量はエタノール生成の原料となる糖類に対して約１／２０００モル比〜１／２モル比程度（多糖類が使用される場合には単糖類への換算モル比）、好ましくは約１／５００モル比〜１／５モル比程度で添加される。これら外部より添加される特定の化合物が酸の場合には、遊離の酸の形態であってもよく、また、ナトリウム塩やカリウム塩などの塩の形態であってもよい。
【００３２】
反応培地には、通常、エタノール生成の原料となる有機炭素源が含まれている。有機炭素源としては、エタノール生成菌がエタノール生成反応に利用できる物質が挙げられ、具体的には糖類などが好適である。糖類としては、グルコース、ガラクトース、フルクトースもしくはマンノースなどの単糖類、セロビオース、ショ糖もしくはラクトース、マルトースなどの二糖類、またはデキストリンもしくは可溶性澱粉などの多糖類などが挙げられる。なかでも、グルコースが好ましい。
また、反応培地には尿素、酵母エキス、ヘプトンそしてホエーなどの窒素源やリン酸カリウム、硫酸マグネシムやＦｅ（鉄）、Ｍｎ（マンガン）化合物などの無機物栄養源などの一般的な培地組成物も加えることができる。用いるエタノール生成菌によっては特定のビタミン類の添加が好ましい場合もある。
【００３３】
エタノール生成は回分式、連続式いずれの生成方法も可能である。また、エタノール生成菌を固定化担体に担持する方式や分離膜により生成溶液と菌体とを分離し菌体をリサイクル使用するなどの方式も可能である。
上記の如き方法で製造されたエタノールは反応液から分離後、蒸留等の方法で濃縮精製され、燃料用エタノールや工業用エタノールとして利用される。
【００３４】
【実施例】
以下に実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されないことは言うまでもない。なお、「％」は、特に断りのない限り、「重量％」を示す。
（実施例１）コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株（独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター受託番号：ＦＥＲＭＰ−１８９７６）の乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子破壊株の創製
（Ａ）コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株からの全ＤＮＡの抽出
Ａ培地１Ｌ［組成：尿素：２ｇ，（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：７ｇ，ＫＨ_２ＰＯ_４：０．５ｇ，Ｋ_２ＨＰＯ_４：０．５ｇ，ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．５ｇ，ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：６ｍｇ，ＭｎＳＯ_４・ｎＨ_２Ｏ：４．２ｍｇ，Ｄ−ビオチン：２００μｇ，塩酸チアミン：２００μｇ，酵母エキス２ｇ，カザミノ酸７ｇ，グルコース２０ｇおよび蒸留水：１０００ｍｌ（ｐＨ６．６）］に、野生株ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍＲを、白金耳を用いて植菌後、対数増殖期後期まで３３℃で培養し、菌体を集めた。
得られた菌体を１０ｍｇ／ｍｌの濃度になるよう、１０ｍｇ／ｍｌリゾチーム、１０ｍＭＮａＣｌ、２０ｍＭトリス緩衝液（ｐＨ８．０）および１ｍＭＥＤＴＡ・２Ｎａの各成分を含有する溶液１５ｍｌ（各成分の濃度は最終濃度である）に懸濁した。次にプロテナーゼＫを最終濃度が１００μｇ／ｍｌになるように添加し、３７℃で１時間保温した。さらにドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）を最終濃度が０．５％になるように添加し、５０℃で６時間保温して溶菌した。この溶菌液に、等量のフェノール／クロロホルム溶液を添加し、室温で１０分間ゆるやかに振盪した後、全量を遠心分離（５，０００×ｇ，２０分間，１０〜１２℃）し、上清画分を分取した。この上清に酢酸ナトリウムを０．３Ｍとなるよう添加した後、２倍量のエタノールをゆっくりと加えた。水層とエタノール層の間に存在するＤＮＡをガラス棒でまきとり、７０％エタノールで洗浄した後、風乾した。得られたＤＮＡに１０ｍＭトリス緩衝液（ｐＨ７．５）−１ｍＭＥＤＴＡ・２Ｎａ溶液５ｍｌを加え、４℃で一晩静置し、以後の実験に用いた。
【００３５】
（Ｂ）乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子のクローン化と遺伝子破壊用プラスミドの創製
上記（Ａ）項で調製した染色体ＤＮＡを鋳型として、ＰＣＲを行った。
ＰＣＲに際しては、ＬＤＨ遺伝子をクローン化するべく、コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株の全ゲノム解析結果（野中寛、中田かおり、岡井直子、和田真利子、佐藤由美子、ＫｏｓＰｅｔｅｒ、乾将行、湯川英明「ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍＲゲノム解析」日本農芸化学会、２００３年４月、横浜、日本農芸化学会２００３年度大会講演要旨集、ｐ．２０参照）を基に、下記の１対のプライマーを、アプライド・バイオシステムズ（ＡｐｐｌｉｅｄＢｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）社製「３９４ＤＮＡ／ＲＮＡシンセサイザー（ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）」を用いて合成し、使用した。
ＬＤＨ遺伝子増幅用プライマー
ｌｄｈ−Ｎ；５’−ＣＴＣＴＧＴＣＧＡＣＡＴＣＡＧＧＡＡＧＴＧＧＧＡＴＣＧＡＡＡ−３’（配列番号１），
ｌｄｈ−Ｃ；５’−ＣＴＣＴＧＴＣＧＡＣＴＴＣＣＡＴＣＣＡＡＣＡＧＴＴＴＣＡＴＴ−３’（配列番号２）
尚、いずれのプライマーもＳａｌＩサイトが末端に付加されている。
【００３６】
ＰＣＲは、パーキンエルマーシータス社製の「ＤＮＡサーマルサイクラー」を用い、反応試薬として、タカラ・イーエックス・タック（ＴａＫａＲａＥｘＴａｑ）（宝酒造株式会社製）を用いて下記の条件で行った。
反応液：
（１０×）ＰＣＲ緩衝液１０μｌ
１．２５ｍＭｄＮＴＰ混合液１６μｌ
鋳型ＤＮＡ１０μｌ（ＤＮＡ含有量１μＭ以下）
上記記載の２種のプライマー各々１μｌ（最終濃度０．２５μＭ）
タカラ・イーエックス・タックＤＮＡ・ポリメラーゼ０．５μｌ
滅菌蒸留水６１．５μｌ
以上を混合し、この１００μｌの反応液をＰＣＲにかけた。
ＰＣＲサイクル：
デナチュレーション過程：９４℃ ６０秒
アニーリング過程：５２℃ ６０秒
エクステンション過程：７２℃ １２０秒
以上を１サイクルとし、３０サイクル行った。
上記で生成した反応液１０μｌを０．８％アガロースゲルにより電気泳動を行い、ＬＤＨ遺伝子の場合、約１．１ｋｂのＤＮＡ断片が検出できた。
【００３７】
次に、上記ＬＤＨ遺伝子を含む１．１ｋｂＰＣＲ産物１０μｌおよびクロラムフェニコール耐性遺伝子を含有するプラスミドｐＨＳＧ３９８（宝酒造株式会社製）２μｌを各々制限酵素ＳａｌＩで切断し、７０℃で１０分処理することにより制限酵素を失活させた後、両者を混合し、これにＴ４ＤＮＡリガーゼ１０×緩衝液１μｌ、Ｔ４ＤＮＡリガーゼ１ｕｎｉｔの各成分を添加し、滅菌蒸留水で１０μｌにして、１５℃で３時間反応させた。このライゲーション液を用い、塩化カルシウム法〔ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙ，５３，１５９（１９７０）〕によりエシェリヒア・コリＪＭ１０９（宝酒造株式会社製）を形質転換し、クロラムフェニコール５０ｍｇ、Ｘ−ｇａｌ（５−Ｂｒｏｍｏ−４−ｃｈｌｏｒｏ−３−ｉｎｄｏｘｙｌ−ｂｅｔａ−Ｄ−ｇａｌａｃｔｏｐｙｒａｎｏｓｉｄｅ）２００ｍｇ、ＩＰＴＧ（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ１−ｔｈｉｏ−ｂｅｔａ−ｄ−ｇａｌａｃｔｏｓｉｄｅ）１００ｍｇを含む培地〔トリプトン１０ｇ、イーストエキストラクト５ｇ、ＮａＣｌ５ｇおよび寒天１６ｇを蒸留水１Ｌに溶解〕に塗抹した。
上記培地上で白色を呈する生育株を選定し常法により液体培養し、培養液よりプラスミドＤＮＡを抽出し、制限酵素ＳａｌＩで切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドｐＨＳＧ３９８約２．２ｋｂのＤＮＡ断片に加え、ＬＤＨ遺伝子を含有する長さ約１．１ｋｂの挿入ＤＮＡ断片が認められた。
該ＬＤＨ遺伝子を含むプラスミドをｐＨＳＧ３９８−ＬＤＨとした。
【００３８】
このプラスミドｐＨＳＧ３９８−ＬＤＨに含まれるＬＤＨ遺伝子のほぼ中央には、制限酵素部位ＥｃｏＲＶ（本プラスミド内で１箇所のみ）が存在する。上記のように抽出したプラスミドｐＨＳＧ３９８−ＬＤＨのＤＮＡ溶液１０μｌをＥｃｏＲＶで完全に切断し、７０℃で１０分処理することにより制限酵素を失活させた。
一方、プラスミドｐＵＣ４Ｋ（ファルマシア社製）２μｌを制限酵素ＰｓｔＩで切断後、アガロース電気泳動により分離後、ゲルから約１．２ｋｂＰｓｔＩカナマイシン耐性遺伝子を含むＤＮＡ断片を切り出し、精製した。この精製１．２ｋｂＰｓｔＩカナマイシン耐性遺伝子ＤＮＡ断片をＤＮＡブランティングキット（宝酒造株式会社製）により平滑末端処理を行った。
上記ＥｃｏＲＶ切断ｐＨＳＧ３９８−ＬＤＨＤＮＡ溶液と平滑末端処理１．２ｋｂＰｓｔＩカナマイシン耐性遺伝子ＤＮＡ溶液を混合し、これにＴ４ＤＮＡリガーゼ１０×緩衝液１μｌ、Ｔ４ＤＮＡリガーゼ１ｕｎｉｔの各成分を添加し、滅菌蒸留水で１０μｌにして、１５℃で３時間反応させた。このライゲーション液を用い、塩化カルシウム法〔ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙ，５３，１５９（１９７０）〕によりエシェリヒア・コリＪＭ１０９（宝酒造株式会社製）を形質転換し、カナマイシン５０ｍｇを含む培地〔トリプトン１０ｇ、イーストエキストラクト５ｇ、ＮａＣｌ５ｇおよび寒天１６ｇを蒸留水１Ｌに溶解〕に塗抹した。上記培地上での生育株を選定し常法により液体培養し、培養液よりプラスミドＤＮＡを抽出し、制限酵素ＳａｌＩで切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドｐＨＳＧ３９８約２．２ｋｂのＤＮＡ断片に加え、ＬＤＨ遺伝子の中央にカナマイシン耐性遺伝子を含有する長さ約２．３ｋｂの挿入ＤＮＡ断片が認められた。
このプラスミドをｐＨＳＧ３９８−ＬＤＨ／Ｋｍとした。
【００３９】
（Ｃ）乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子破壊株の創製
プラスミドｐＨＳＧ３９８およびその派生物である上記（Ｂ）項で得られたプラスミドｐＨＳＧ３９８−ＬＤＨ／Ｋｍは、コリネバクテリウム属（コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株を含む）内で複製不可能なプラスミドである。プラスミドｐＨＳＧ３９８−ＬＤＨ／Ｋｍを、電気パルス法（Ｙ．Ｋｕｒｕｓｕ，ｅｔａｌ．，Ａｇｒｉｃ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．５４：４４３−４４７．１９９０．およびＡ．Ａ．Ｖｅｒｔｅｓ，ｅｔａｌ．，Ｒｅｓ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．１４４：１８１−１８５．１９９３）の方法に従って、コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株へ導入し、カナマイシン５０μｇ／ｍｌを含むＡ寒天培地（１Ｌ［組成：尿素：２ｇ，（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：７ｇ，ＫＨ_２ＰＯ_４：０．５ｇ，Ｋ_２ＨＰＯ_４：０．５ｇ，ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．５ｇ，ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：６ｍｇ，ＭｎＳＯ_４・ｎＨ_２Ｏ：４．２ｍｇ，Ｄ−ビオチン：２００μｇ，塩酸チアミン：２００μｇ，酵母エキス２ｇ，カザミノ酸７ｇ，グルコース２０ｇ，寒天１６ｇを蒸留水に１０００ｍｌ溶解（ｐＨ６．６）］に塗布した。
上記のカナマイシン５０μｇ／ｍｌを含むＡ寒天培地上で増殖した生育株は、プラスミドｐＨＳＧ３９８−ＬＤＨ／Ｋｍが染色体上の野生型乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子と１点相同性組換えを起こした場合、ベクターｐＨＳＧ３９８上のクロラムフェニコール耐性遺伝子の発現によるクロラムフェニコール耐性と、乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子中のカナマイシン耐性遺伝子の発現によるカナマイシン耐性を示すのに対して、２点相同性組換えを起こした場合は、ベクターｐＨＳＧ３９８上のクロラムフェニコール耐性遺伝子が脱落するためクロラムフェニコール感受性と、ＬＤＨ遺伝子中のカナマイシン耐性遺伝子の発現によるカナマイシン耐性を示す。従って、目的とする乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子破壊株は、クロラムフェニコール感受性、カナマイシン耐性を示す。
【００４０】
クロラムフェニコール感受性、カナマイシン耐性を示した生育株を常法により液体培養し、培養液より染色体ＤＮＡを抽出し、以下に述べるゲノミックサザンハイブリダイゼーションにより染色体上の乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子の破壊を確認した。染色体ＤＮＡを適当な制限酵素で分解した後、ナイロンフィルター（ＨｙｂｏｎｄＮ；アマシャム社製）にブロッティングし、上記（Ｂ）項で得たＬＤＨ遺伝子を含む１．１ｋｂＰＣＲ産物をプローブとして、ＤＩＧシステム（ベーリンガー社製）によりラベル化し、ゲノミックサザンハイブリダイゼーションを行った。野生株より抽出した染色体ＤＮＡを用いたゲノミックサザンハイブリダイゼーションのパターンと比較して、遺伝子破壊株のパターンは、上記（Ｂ）項に示した１．２ｋｂカナマイシン耐性遺伝子分長いバンドが検出され、染色体上の乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）の破壊が確認できた。このようにして得られた乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子破壊株をコリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒｌｄｈ−株と命名した。
【００４１】
尚、コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒｌｄｈ−株における乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）活性の消失は、以下の方法により確認した。
コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒｌｄｈ−株を、Ａ培地１００ｍｌ（１Ｌ［組成：尿素：２ｇ，（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：７ｇ，ＫＨ_２ＰＯ_４：０．５ｇ，Ｋ_２ＨＰＯ_４：０．５ｇ，ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．５ｇ，ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：６ｍｇ，ＭｎＳＯ_４・ｎＨ_２Ｏ：４．２ｍｇ，Ｄ−ビオチン：２００μｇ，塩酸チアミン：２００μｇ，酵母エキス２ｇ，カザミノ酸７ｇ，グルコース２０ｇおよび蒸留水：１０００ｍｌ（ｐＨ６．６）］）に、白金耳を用いて植菌後、対数増殖期後期まで３３℃で培養し、菌体を集めた。この菌体をトリス緩衝液（１００ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ７．５），２０ｍＭＫＣｌ，２０ｍＭＭｇＣｌ_２，５ｍＭＭｎＳＯ_４，０．１ｍＭＥＤＴＡ，２ｍＭＤＴＴ）にて１回洗浄した。この洗浄菌体０．５ｇを同緩衝液２ｍｌに懸濁し、氷冷下で超音波破砕機（ＡｓｔｒａｓｏｎｍｏｄｅｌＸＬ２０２０）を用いて菌体破砕物を得た。該破砕物を遠心分離（１０，０００ｘｇ，４℃，３０分）し、上清を粗酵素液として得た。対照として野性型コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株の粗酵素液も同様に調製し、以下の活性測定に供した。乳酸デヒドロゲナーゼの活性測定は、ピルビン酸を基質とした乳酸生成に伴い、補酵素ＮＡＤＨがＮＡＤ^＋に酸化される量を、３４０ｎｍの吸光度変化として測定する方法（Ｂｕｎｃｈ，Ｐ．Ｋ．，Ｆ．Ｍａｔ−Ｊａｎ，Ｎ．Ｌｅｅ，ａｎｄＤ．Ｐ．Ｃｌａｒｋ．１９９７．ＴｈｅｌｄｈＡｇｅｎｅｅｎｃｏｄｉｎｇｔｈｅｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｖｅｌａｃｔａｔｅｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅｏｆＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ１４３：１８７−１９５．）により行った。この結果、コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒｌｄｈ−株における乳酸デヒドロゲナーゼ活性は検出されなかったことより、乳酸デヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊を確認した。
【００４２】
（実施例２）コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株のホスホエノールビルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）遺伝子、乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子ダブル破壊株の創製
（Ａ）ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）遺伝子のクローン化と遺伝子破壊用プラスミドの創製
上記実施例１（Ａ）項で調製した染色体ＤＮＡを鋳型として、ＰＣＲを行った。
ＰＣＲに際しては、ＰＰＣ遺伝子をクローン化するべく、コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株の全ゲノム解析結果（野中寛、中田かおり、岡井直子、和田真利子、佐藤由美子、ＫｏｓＰｅｔｅｒ、乾将行、湯川英明「ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍＲゲノム解析」日本農芸化学会、２００３年４月、横浜、日本農芸化学会２００３年度大会講演要旨集、ｐ．２０参照）を基に、下記の１対のプライマーを、アプライド・バイオシステムズ（ＡｐｐｌｉｅｄＢｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）社製「３９４ＤＮＡ／ＲＮＡシンセサイザー（ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）」を用いて合成し、使用した。
ＰＰＣ遺伝子増幅用プライマー
ｐｐｃ−Ｎ；５’− ＣＴＣＴＧＧＴＡＣＣＡＴＧＡＣＴＧＡＴＴＴＴＴＴＡＣＧＣＧＡ −３’（配列番号３），
ｐｐｃ−Ｃ；５’− ＣＴＣＴＣＣＣＧＧＧＣＴＡＧＣＣＧＧＡＧＴＴＧＣＧＣＡＧＣＧ −３’（配列番号４）
尚、ｐｐｃ−ＮにはＫｐｎＩサイトが、ｐｐｃ−ＣにはＳｍａＩサイトが末端に付加されている。
【００４３】
ＰＣＲは、パーキンエルマーシータス社製の「ＤＮＡサーマルサイクラー」を用い、反応試薬として、タカラ・イーエックス・タック（ＴａＫａＲａＥｘＴａｑ）（宝酒造株式会社製）を用いて下記の条件で行った。
反応液：
（１０×）ＰＣＲ緩衝液１０μｌ
１．２５ｍＭｄＮＴＰ混合液１６μｌ
鋳型ＤＮＡ１０μｌ（ＤＮＡ含有量１μＭ以下）
上記記載の２種のプライマー各々１μｌ（最終濃度０．２５μＭ）
タカラ・イーエックス・タックＤＮＡ・ポリメラーゼ０．５μｌ
滅菌蒸留水６１．５μｌ
以上を混合し、この１００μｌの反応液をＰＣＲにかけた。
ＰＣＲサイクル：
デナチュレーション過程：９４℃ ６０秒
アニーリング過程：５２℃ ６０秒
エクステンション過程：７２℃ １２０秒
以上を１サイクルとし、３０サイクル行った。
上記で生成した反応液１０μｌを０．８％アガロースゲルにより電気泳動を行い、ＰＰＣ遺伝子の場合、約２．８ｋｂのＤＮＡ断片が検出できた。
【００４４】
次に、上記ＰＰＣ遺伝子を含む２．８ｋｂＰＣＲ産物１０μｌおよびクロラムフェニコール耐性遺伝子を含有するプラスミドｐＨＳＧ３９８（宝酒造株式会社製）２μｌを各々制限酵素ＫｐｎＩおよびＳｍａＩで切断し、７０℃で１０分処理することにより制限酵素を失活させた後、両者を混合し、これにＴ４ＤＮＡリガーゼ１０×緩衝液１μｌ、Ｔ４ＤＮＡリガーゼ１ｕｎｉｔの各成分を添加し、滅菌蒸留水で１０μｌにして、１５℃で３時間反応させた。このライゲーション液を用い、塩化カルシウム法〔ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙ，５３，１５９（１９７０）〕によりエシェリヒア・コリＪＭ１０９（宝酒造株式会社製）を形質転換し、クロラムフェニコール５０ｍｇ、Ｘ−ｇａｌ（５−Ｂｒｏｍｏ−４−ｃｈｌｏｒｏ−３−ｉｎｄｏｘｙｌ−ｂｅｔａ−Ｄ−ｇａｌａｃｔｏｐｙｒａｎｏｓｉｄｅ）２００ｍｇ、ＩＰＴＧ（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ１−ｔｈｉｏ−ｂｅｔａ−ｄ−ｇａｌａｃｔｏｓｉｄｅ）１００ｍｇを含む培地〔トリプトン１０ｇ、イーストエキストラクト５ｇ、ＮａＣｌ５ｇおよび寒天１６ｇを蒸留水１Ｌに溶解〕に塗抹した。
上記培地上で白色を呈する生育株を選定し常法により液体培養し、培養液よりプラスミドＤＮＡを抽出し、制限酵素ＫｐｎＩおよびＳｍａＩで切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドｐＨＳＧ３９８約２．２ｋｂのＤＮＡ断片に加え、ＰＰＣ遺伝子を含有する長さ約２．８ｋｂの挿入ＤＮＡ断片が認められた。
該ＰＰＣ遺伝子を含むプラスミドをｐＨＳＧ３９８−ＰＰＣとした。
【００４５】
このプラスミドｐＨＳＧ３９８−ＰＰＣに含まれるＰＰＣ遺伝子のほぼ中央には、制限酵素部位ＮａｅＩ（本プラスミド内で１箇所のみ）が存在する。上記のように抽出したプラスミドｐＨＳＧ３９８−ＰＰＣのＤＮＡ溶液１０μｌをＮａｅＩで完全に切断し、７０℃で１０分処理することにより制限酵素を失活させた。
【００４６】
一方、プラスミドｐＭＧ３００（Ｉｎｕｉ，Ｍ．，Ｋ．Ｎａｋａｔａ，Ｊ．Ｈ．Ｒｏｈ，Ｋ．Ｚａｈｎ，ａｎｄＨ．Ｙｕｋａｗａ．１９９９．ＭｏｌｅｃｕｌａｒａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＲｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｐａｌｕｓｔｒｉｓＮｏ．７ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅｃａｒｂｏｘｙｋｉｎａｓｅｇｅｎｅ．ＪＢａｃｔｅｒｉｏｌ１８１：２６８９−２６９６．）２μｌを制限酵素ＳｍａＩで切断後、アガロース電気泳動により分離後、ゲルから約１．７ｋｂＳｍａＩゲンタマイシン耐性遺伝子を含むＤＮＡ断片を切り出し、精製した。
上記ＮａｅＩ切断ｐＨＳＧ３９８−ＰＰＣＤＮＡ溶液と１．７ｋｂＳｍａＩゲンタマイシン耐性遺伝子ＤＮＡ溶液を混合し、これにＴ４ＤＮＡリガーゼ１０×緩衝液１μｌ、Ｔ４ＤＮＡリガーゼ１ｕｎｉｔの各成分を添加し、滅菌蒸留水で１０μｌにして、１５℃で３時間反応させた。このライゲーション液を用い、塩化カルシウム法〔ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙ，５３，１５９（１９７０）〕によりエシェリヒア・コリＪＭ１０９（宝酒造株式会社製）を形質転換し、ゲンタマイシン５０ｍｇを含む培地〔トリプトン１０ｇ、イーストエキストラクト５ｇ、ＮａＣｌ５ｇおよび寒天１６ｇを蒸留水１Ｌに溶解〕に塗抹した。
上記培地上での生育株を選定し常法により液体培養し、培養液よりプラスミドＤＮＡを抽出し、制限酵素ＫｐｎＩおよびＳｍａＩで切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドｐＨＳＧ３９８約２．２ｋｂのＤＮＡ断片に加え、ＰＰＣ遺伝子の中央にゲンタマイシン耐性遺伝子を含有する長さ約４．５ｋｂの挿入ＤＮＡ断片が認められた。
このプラスミドをｐＨＳＧ３９８−ＰＰＣ／Ｇｍとした。
【００４７】
（Ｂ）ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）遺伝子、乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子ダブル遺伝子破壊株の創製
プラスミドｐＨＳＧ３９８およびその派生物である上記（Ａ）項で得られたプラスミドｐＨＳＧ３９８−ＰＰＣ／Ｇｍは、コリネバクテリウム属（コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株を含む）内で複製不可能なプラスミドである。プラスミドｐＨＳＧ３９８−ＰＰＣ／Ｇｍを、電気パルス法（Ｙ．Ｋｕｒｕｓｕ，ｅｔａｌ．，Ａｇｒｉｃ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．５４：４４３−４４７．１９９０．およびＡ．Ａ．Ｖｅｒｔｅｓ，ｅｔａｌ．，Ｒｅｓ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．１４４：１８１−１８５．１９９３）の方法に従って、上記実施例１（Ｃ）項にて創製したコリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒｌｄｈ−株へ導入し、ゲンタマイシン５０μｇ／ｍｌを含むＡ寒天培地（１Ｌ［組成：尿素：２ｇ，（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：７ｇ，ＫＨ_２ＰＯ_４：０．５ｇ，Ｋ_２ＨＰＯ_４：０．５ｇ，ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．５ｇ，ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：６ｍｇ，ＭｎＳＯ_４・ｎＨ_２Ｏ：４．２ｍｇ，Ｄ−ビオチン：２００μｇ，塩酸チアミン：２００μｇ，酵母エキス２ｇ，カザミノ酸７ｇ，グルコース２０ｇ，寒天１６ｇを蒸留水に１０００ｍｌ溶解（ｐＨ６．６）］に塗布した。
上記のゲンタマイシン５０μｇ／ｍｌを含むＡ寒天培地上で増殖した生育株は、プラスミドｐＨＳＧ３９８−ＰＰＣ／Ｇｍが染色体上の野生型ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）遺伝子と１点相同性組換えを起こした場合、ベクターｐＨＳＧ３９８上のクロラムフェニコール耐性遺伝子の発現によるクロラムフェニコール耐性と、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）遺伝子中のゲンタマイシン耐性遺伝子の発現によるゲンタマイシン耐性を示すのに対して、２点相同性組換えを起こした場合は、ベクターｐＨＳＧ３９８上のクロラムフェニコール耐性遺伝子が脱落するためクロラムフェニコール感受性と、ＰＰＣ遺伝子中のゲンタマイシン耐性遺伝子の発現によるゲンタマイシン耐性を示す。従って、目的とするホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）遺伝子破壊株は、クロラムフェニコール感受性、ゲンタマイシン耐性を示す。
【００４８】
クロラムフェニコール感受性、ゲンタマイシン耐性を示した生育株を常法により液体培養し、培養液より染色体ＤＮＡを抽出し、以下に述べるゲノミックサザンハイブリダイゼーションにより染色体上のホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）遺伝子の破壊を確認した。染色体ＤＮＡを適当な制限酵素で分解した後、ナイロンフィルター（ＨｙｂｏｎｄＮ；アマシャム社製）にブロッティングし、上記（Ａ）項で得たＰＰＣ遺伝子を含む２．８ｋｂＰＣＲ産物をプローブとして、ＤＩＧシステム（ベーリンガー社製）によりラベル化し、ゲノミックサザンハイブリダイゼーションを行った。野生株より抽出した染色体ＤＮＡを用いたゲノミックサザンハイブリダイゼーションのパターンと比較して、遺伝子破壊株のパターンは、上記（Ａ）項に示した１．７ｋｂゲンタマイシン耐性遺伝子分長いバンドが検出され、染色体上のホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）の破壊が確認できた。このようにして得られたホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）遺伝子破壊株をコリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒｌｄｈ−ｐｐｃ−株と命名した。
【００４９】
尚、コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒｌｄｈ−ｐｐｃ−株におけるホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）活性の消失は、以下の方法により確認した。
コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒｌｄｈ−ｐｐｃ−株を、Ａ培地１００ｍｌ（１Ｌ［組成：尿素：２ｇ，（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：７ｇ，ＫＨ_２ＰＯ_４：０．５ｇ，Ｋ_２ＨＰＯ_４：０．５ｇ，ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．５ｇ，ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：６ｍｇ，ＭｎＳＯ_４・ｎＨ_２Ｏ：４．２ｍｇ，Ｄ−ビオチン：２００μｇ，塩酸チアミン：２００μｇ，酵母エキス２ｇ，カザミノ酸７ｇ，グルコース２０ｇおよび蒸留水：１０００ｍｌ（ｐＨ６．６）］）に、白金耳を用いて植菌後、対数増殖期後期まで３３℃で培養し、菌体を集めた。この菌体をトリス緩衝液（１００ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ７．５），２０ｍＭＫＣｌ，２０ｍＭＭｇＣｌ_２，５ｍＭＭｎＳＯ_４，０．１ｍＭＥＤＴＡ，２ｍＭＤＴＴ）にて１回洗浄した。この洗浄菌体０．５ｇを同緩衝液２ｍｌに懸濁し、氷冷下で超音波破砕機（ＡｓｔｒａｓｏｎｍｏｄｅｌＸＬ２０２０）を用いて菌体破砕物を得た。該破砕物を遠心分離（１０，０００ｘｇ，４℃，３０分）し、上清を粗酵素液として得た。対照として野性型コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株の粗酵素液も同様に調製し、以下の活性測定に供した。ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼの活性測定は、ホスホエノールピルビン酸を基質とし、精製酵素リンゴ酸デヒドロゲナーゼとリンクさせることによるリンゴ酸生成に伴い、補酵素ＮＡＤＨがＮＡＤ^＋に酸化される量を、３４０ｎｍの吸光度変化として測定する方法（Ｉｎｕｉ，Ｍ．，Ｖ．Ｄｕｍａｙ，Ｋ．Ｚａｈｎ，Ｈ．Ｙａｍａｇａｔａ，ａｎｄＨ．Ｙｕｋａｗａ．１９９７．ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅｇｅｎｅｆｒｏｍｔｈｅｐｕｒｐｌｅｎｏｎｓｕｌｆｕｒｂａｃｔｅｒｉｕｍＲｈｏｄｏｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｐａｌｕｓｔｒｉｓＮｏ．７．ＪＢａｃｔｅｒｉｏｌ１７９：４９４２−４９４５．）により行った。この結果、コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒｌｄｈ−ｐｐｃ−株におけるホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ活性は検出されなかったことより、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の破壊を確認した。
【００５０】
（実施例３）コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株の乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子破壊株へのザイモモナスモビリス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓｍｏｂｉｌｉｓ）由来ＡＤＨ遺伝子およびＰＤＣ遺伝子の導入とその組換え体によるエタノール生成
【００５１】
（Ａ）組み換え体の創製
前記実施例１（Ｃ）項で作成したコリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株の乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子破壊株へ、ＷＯ０１／９６５７３号公報記載のザイモモナスモビリス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓｍｏｂｉｌｉｓ）由来ＡＤＨ遺伝子およびＰＤＣ遺伝子を含有するプラスミドｐＫＰ１−ＰＤＣ−ＡＤＨを電気パルス法（Ｙ．Ｋｕｒｕｓｕ，ｅｔａｌ．，Ａｇｒｉｃ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．５４：４４３−４４７．１９９０．およびＡ．Ａ．Ｖｅｒｔｅｓ，ｅｔａｌ．，Ｒｅｓ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．１４４：１８１−１８５．１９９３）の方法に従って導入した。
組み換え菌体名；ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍＲｌｄｈ−／ｐＫＰ１−ＰＤＣ−ＡＤＨ（本菌体は独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに受託番号：ＦＥＲＭＰ−１９３６１で寄託されている。）
【００５２】
（Ｂ）エタノール生成
尿素：４ｇ，（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：１４ｇ，ＫＨ_２ＰＯ_４：０．５ｇ，Ｋ_２ＨＰＯ_４：０．５ｇ，ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．５ｇ，ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：２０ｍｇ，ＭｎＳＯ_４・ｎＨ_２Ｏ：２０ｍｇ，Ｄ−ビオチン：２００μｇ，塩酸チアミン：１００μｇ，酵母エキス１ｇ，カザミノ酸１ｇおよび蒸留水：５００ｍｌ（ｐＨ６．６）の培地を１００ｍｌずつ５００ｍｌ容の三角フラスコに分注し、１２０℃、１５分間滅菌処理したものに滅菌済み５０％グルコース水溶液４ｍｌを加え、ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍＲｌｄｈ−／ｐＫＰ１−ＰＤＣ−ＡＤＨ株を植菌し、３３℃にて１４時間振とう培養した（好気的培養）。培養終了後、遠心分離（８，０００ｘｇ、２０分）により菌体を回収した。得られた菌体全量を以下の反応に供試した。
（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：２３ｇ，ＫＨ_２ＰＯ_４：０．５ｇ，Ｋ_２ＨＰＯ_４：０．５ｇ，ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：０．５ｇ，ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ：２０ｍｇ，ＭｎＳＯ_４・ｎＨ_２Ｏ：２０ｍｇ，Ｄ−ビオチン：２００μｇ，塩酸チアミン：１００μｇ，蒸留水：５００ｍｌの培地を１Ｌ容のジャーファーメンターに入れ、グルコース２００ｍＭを資化炭素源として加え、ピルビン酸１０ｍＭを添加後、密閉した状態で３３℃にてゆるく攪拌し（２００ｒｐｍ）、反応させた。
４時間後、培養液を遠心分離し（８０００ｒｐｍ、１５分、４℃）、得られた上清液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、エタノールが１４．０（ｇエタノール／ｌ）（３０４ｍＭミリモル）生成した。また、グルコース消費量は、１９０ｍＭであった。
【００５３】
（比較例１）
反応系へピルビン酸を添加しなかったことを除いて実施例３と全く同様の方法、条件によりエタノール生成反応を行った。
実施例３と同様に上清液を分析したところ、エタノール生成量は９．２（ｇエタノール／ｌ）（２００ｍＭ）であった。また、グルコース消費量は１２５ｍＭであった。
【００５４】
（実施例４）〜（実施例８）
グルコース５００ｍＭを資化炭素源として用い、エタノール生成反応時間をそれぞれ表１記載の反応時間に変えた以外は実施例３と全く同様の方法、条件で行った。これらの反応結果を表１に記した。
【００５５】
（比較例２）〜（比較例６）
グルコース５００ｍＭを資化炭素源として用い、反応系へピルビン酸を添加しないで、それぞれ所定の時間、実施例３と同様の反応を行った。
これらの反応結果を表１に併せ記した。
【００５６】
【表１】

【００５７】
表１から明らかなように、添加されたピルビン酸量よりもエタノール生成量が著しく増大する効果が認められ、エタノール生成速度が顕著に向上している。そしてピルビン酸添加によりグルコース消費量ならびに消費速度が大いに高められている。
また、このようなピルビン酸添加効果が長時間にわたって継続していることも明確である。
【００５８】
（実施例９），（実施例１０）
資化炭素源としてのグルコース２５０ｍＭ、反応促進剤としてのピルビン酸３０ｍＭをそれぞれ使用する以外は実施例３と同一の反応方法、条件によりエタノール生成反応を実施した。実施例９は２時間の反応時間で、実施例１０は４時間でそれぞれ行った。これらの結果を表２に記す。
【００５９】
【表２】

【００６０】
表２からも明らかにされているように、顕著なエタノール生成量およびグルコース消費量の増大が認められ、それらの速度も非常に大きく増大している。
【００６１】
（実施例１１）コリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株のホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）遺伝子、乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子ダブル遺伝子破壊株へザイモモナスモビリス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓｍｏｂｉｌｉｓ）由来ＡＤＨ遺伝子およびＰＤＣ遺伝子の導入とその組換え体によるエタノール生成
【００６２】
（Ａ）組み換え体の創製
前記実施例２（Ｂ）で作成したコリネバクテリウムグルタミカム（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）Ｒ株のホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（ＰＰＣ）遺伝子、乳酸デヒドロゲナーゼ（ＬＤＨ）遺伝子ダブル遺伝子破壊株へＷＯ０１／９６５７３号公報記載のザイモモナスモビリス（Ｚｙｍｏｍｏｎａｓｍｏｂｉｌｉｓ）由来ＡＤＨ遺伝子およびＰＤＣ遺伝子を含有するプラスミドｐＫＰ１−ＰＤＣ−ＡＤＨを電気パルス法（Ｙ．Ｋｕｒｕｓｕ，ｅｔａｌ．，Ａｇｒｉｃ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．５４：４４３−４４７．１９９０．およびＡ．Ａ．Ｖｅｒｔｅｓ，ｅｔａｌ．，Ｒｅｓ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．１４４：１８１−１８５．１９９３）の方法に従って導入した。
組み換え菌体名；ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍＲｌｄｈ−ｐｐｃ−／ｐＫＰ１−ＰＤＣ−ＡＤＨ（本菌体は独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに受託番号：ＦＥＲＭＰ−１９３６２で寄託されている。）
【００６３】
上記（Ａ）記載の方法により創製した菌体を使用すること以外は実施例３（Ｂ）と同一の条件および方法でエタノールの生成を行った。
４時間の反応終了後、培養液を遠心分離し、得られた上清液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、エタノールが、１３．２（ｇエタノール／ｌ）（２８６ｍＭ）生成した。また、副生する生成物は極少量であった。なお、グルコース消費量は、１４９ｍＭであった。
【００６４】
（実施例１２）、（実施例１３）
外部より添加される化合物として、ピルビン酸の代わりにアセトアルデヒドを用い、エタノール生成反応時間を２時間（実施例１１）および４時間（実施例１２）とすること以外は実施例３（Ｂ）と同一の条件、方法にてエタノール生成反応を実施した。
各反応終了後、反応液を分析したところエタノールはそれぞれ６．９６（ｇエタノール／ｌ）（１５１ｍＭ）、１３．７（ｇエタノール／ｌ）（２９８ｍＭ）生成した。また、グルコース消費量はそれぞれ９３ｍＭ、１７３ｍＭであった。これらの結果よりアセトアルデヒドもピルビン酸と同様の反応促進効果を有することが明らかである。
【００６５】
【発明の効果】
エタノール生成菌を利用したエタノールの製造において、エタノール生成菌体内酵素反応条件下でＮＡＤＨ（ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド還元型）の酸化反応に係わる基質およびその前駆体から選ばれる少なくとも一つの化合物を外部より反応培地に添加することにより、効率よく、かつ高収率でエタノールの製造することができる。さらに、本発明の方法は、バイオマス資源由来の糖類を原料とするため、エネルギー資源問題や環境問題の観点からも優れたエタノール製造方法である。
【配列表】

Claims

エタノール生成菌体内酵素反応条件下でＮＡＤＨ（ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド還元型）の酸化反応に係わる基質およびその前駆体から選ばれる少なくとも一つの化合物を外部より反応培地に添加し、前記化合物の存在下にエタノール生成菌を反応させて反応培地中にエタノールを生成させ、生成したエタノールを採取することを特徴とするエタノールの製造方法。
外部より添加される化合物が、ピルビン酸、アセトアルデヒド、オキザロ酢酸、フマル酸、２−ケトグルタル酸およびグルタミン酸からなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物であることを特徴とする請求項１に記載のエタノールの製造方法。
エタノール生成菌が、ピルベートデカルボキシラーゼ活性を発現する遺伝子およびアルコールデヒドロゲナーゼ活性を発現する遺伝子を含むＤＮＡにより、発現可能な制御配列下に形質転換されたコリネ型細菌であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエタノールの製造方法。
エタノール生成菌が、乳酸デヒドロゲナーゼ活性を発現する遺伝子を有していないかもしくはその遺伝子を有していてもその活性機能が破壊されている微生物であるか、および／または、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ活性および／もしくはピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発現する機能を有していない微生物であることを特徴とする請求項１〜３に記載のエタノールの製造方法。
エタノール生成菌が、コリネバクテリウム属細菌又はブレビバクテリウム属細菌から選ばれることを特徴とする請求項３および４に記載のエタノールの製造方法。
エタノール生成菌体内酵素反応条件下でＮＡＤＨ（ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド還元型）の酸化反応に係わる基質およびその前駆体から選ばれる少なくとも一つの化合物を含有することを特徴とするエタノール生成促進剤。