JP2006075166A - 全てのアセトヒドロキシ酸合成酵素が不活化された腸内細菌科細菌を用いて異常アミノ酸を生産する方法 - Google Patents
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Abstract
生理活性ペプチドアナログ製造の為に非タンパク質新生アミノ酸(異常アミノ酸;L−ノルロイシン,L−ノルバリン等)の効率の良い発酵方法の提供。
【解決手段】
腸内細菌科の細菌、特に全てのアセトヒドロキシ酸合成酵素(AHAS)が不活化されたエシェリヒア属に属する細菌を用いた、ノルロイシン及びノルバリンのような異常アミノ酸を生産する方法が提供される。
【選択図】なし
Description
本発明は微生物学的工業に関し、具体的には、全てのアセトヒドロキシ酸合成酵素(AHAS)が不活化されている腸内細菌科細菌を用いて、ノルロイシン及びノルバリン等の異常アミノ酸を生産する方法に関する。
ノルロイシンは、メチオニンアナログとして作用することが知られている(Lawrence, J. Bacteriol., 109, 8-11 (1972))。ノルロイシンは、メチオニンの代わりにタンパク質中に取り込まれる能力があることが実証されている(Barker, D.及びBruton, C., J. Mol. Biol., 133, 217-31 (1979)、Munier, R.及びCohen, G., Biochim. Biophys. Acta.,
31, 378-90 (1959);Bogosyan, G.他, J. Biol. Chem., 264, 1, 531-539, (1989);米国特許第5,622,845号;米国特許第5,599,690号)。エシェリヒア・コリの増殖は、外来性ノルロイシンを供給することによりメチオニン資化と競合阻害することで阻止されることが報告されてきた(Harris, J. S.及びKohn, H. I., J. Pharmacol.,
73, 383-400 (1941))。またノルロイシン供給は、最適状態に及ばない濃度のメチオニンを含有する培地において、メチオニン栄養要求性エシェリヒア・コリ(E.coli)の増殖を増大させることも観察されてきた(Lampen, J. O.及びJones, M. J., Arch. Biochem. Biophys., 13, 47-53 (1947))。
ログが生産され得る(米国特許第5,599,690号)。しかし今日まで、AHASを欠損したエシェリヒア・コリ菌株によるノルロイシン(及びノルバリン)の蓄積は報告されていない。
L−ロイシンは含有しないが、細菌増殖を制限する濃度でL−バリンを含有する培地で前記細菌を培養して、異常アミノ酸を生産さ、培地中に分泌させ、かつ
上記培地から異常アミノ酸を回収すること、
を含む方法を提供することである。
1.本発明の細菌
上述した目的は、全てのAHASの不活化がノルロイシン及びノルバリン等の異常アミノ酸の生産を増強し得るという知見により達成された。さらに、増強されたleuABCDオペロンの発現は、AHAS欠損株によるこのような異常アミノ酸の生産を増大することが示された。かくして本発明を完成するに至った。
K−12株の染色体上のuhpA遺伝子とivbL遺伝子の間に位置し、AHAS Iの触媒サブユニット及び調節サブユニットをそれぞれコードしている。
、最も好ましくは95%の相同性を有し得る。
hulの統計学的方法(「Methods for assessing the statistical significance of molecular sequence features by using general scoring schemes」、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, 87:2264-68;「Applications and statistics for multiple high-scoring
segments in molecular sequences」、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1993, 90:5873-7)を用いて、検出結果に有意差を付与する。FASTA検索方法は、W. R. Pearsonにより記載されている(「Rapid and Sensitive Sequence Comparison with FASTP and FASTA」、Methods in Enzymology, 1990 183:63-98)。Clustal W方法は、Thompson J. D., Higgins D. G.及びGibson T. J.により記載されている(「CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice」、Nucleic Acids
Res. 1994,22:4673-4680)。
込みにより、3つの遺伝子コピーまで、細菌の染色体中に導入することができる。
本発明の方法は、異常アミノ酸を生産する方法であって、本発明の細菌を、L−ロイシンは含有しないが細菌増殖を制限する濃度のL−バリンを含有する培養培地で培養して、異常アミノ酸を生産させ、培地中に分泌させ、かつ、そのアミノ酸を培地から回収することを含む。より具体的には、本発明の方法は、ノルロイシン及び/又はノルバリンを生産する方法であって、本発明の細菌を、L−ロイシンは含有しないが細菌増殖を制限する濃度のL−バリンを含有する培養培地で培養して、ノルロイシン及び/又はノルバリンを生産させ、培地中に分泌させ、かつ、ノルロイシン及び/又はノルバリンを培地から回収することを含む。
他の野生型エシェリヒア・コリ菌株と異なり、E.coli K−12は、ilvG遺伝子中に極性フレームシフト突然変異を含有する(Lawther, R. P.ら、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78:922-925, 1981)。したがって、E.coli K−12から全てのAHASが不活化された株を得るためには、ilvBN及びilvIHの2つのオペロンのみを不活化すればよい。図3を参照。
ilvBNオペロンの欠失は、Datsenko及びWanner(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000,97(12), 6640-6645)により最初に開発された「レッド−ドリブン組込み」と呼ばれる方法を用いて構築された。この手順により、ilvBNオペロンに隣接する領域、及び鋳型プラスミド中にあるクロラムフェニコール耐性を示す遺伝子に隣接する領域の両方に相同な、PCRプライマーilvBN1(配列番号1)及びilvBN2(配列番号2)を構築した。プラスミドpACYC184(NBL Gene Sciences Ltd., UK)(GenBank/EMBL accssion X06403番)をPCR反応でのテンプレートとして用いた。PCRの条件は以下の通りであった:95℃で3分間の変性工程;初めの2回のサイクルのプロファイル:95℃で1分、34℃で30秒、72℃で40秒;最後の30サイクルに対するプロファイル:95℃で30秒、50℃で30秒、72℃で40秒;最終工程:72℃で5分。
Datsenko及びWanner, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97:12:6640−45)は、ラムダファージ(GenBank accession番号J02459番)の2,154ヌクレオチド(31088〜33241)のDNAフラグメントを含み、アラビノース誘導ParaBプロモーターの制御下にあるラムダRed相同組換え系の遺伝子(γ、β及びエキソ遺伝子)を含む。プラスミドpKD46は、PCR産物をE.coli K−12株の染色体中に組込むのに必要である。
Harbor Laboratory Press (1989))で100倍に希釈した。得られた培養物を30℃で通気しながらOD600が約0.6になるまで増殖させ、次に100倍に濃縮すること及び氷冷した脱イオンH2Oを用いて3回洗浄することにより、エレクトロコンピテントにした。70μlの細胞及び約100ngのPCR産物を用いてエレクトロポレーションを行った。エレクトロポレーションに続いて、細胞を、1mlのSOC培地(Sambrookら、"Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989))で37℃で2.5時間インキュベートし、次にL−寒天培地上で培養してて37℃で増殖させ、CmR組換え株を選別した。次に、pKD46プラスミドを除去するために、42℃でCmを用いてL−寒天培地上で2回継代を行い、得られたコロニーのアンピシリンに対する感受性を試験した。
Cm耐性遺伝子で標識されたilvオペロンの欠失を含む変異株を、PCRにより検証した。検証するためのPCRには、遺伝子座特異的プライマーilvBNC3(配列番号4)及びilvBNC4(配列番号5)を用いた。PCR検証の条件は、以下の通りであった:94℃で3分の変性工程;30サイクルに対するプロファイル:94℃で30秒、53℃で30秒、72℃で1分;最終工程:72℃で7分。鋳型として、親株であるilvBN+株K−12の染色体DNAを用いた反応により得られたPCR産物は、2,137ヌクレオチドの長さであった(図4)。鋳型としてB−7ΔilvBN::cat株と名付けられたilvBN欠失変異株の染色体DNAを用いた反応により得られたPCR産物は、1,080ヌクレオチドの長さであった(図4、配列番号6)。
ilvIHオペロンの欠失は、第1節に記載したilvBNオペロンの欠失と同じアプローチにより行った。この手順にしたがって、鋳型プラスミドのilvIHオペロン及びカナマイシン耐性を付与する遺伝子の両方に近接する領域と相同なPCRプライマーilvIHI1(配列番号7)及びilvIHI2(配列番号8)を構築した。プラスミドpACYC177(NBL Gene Sciences Ltd., UK)(GenBank/EMBL accssion X06402番)を鋳型としてPCR反応に用いた。PCRの条件は以下の通りであった:95℃で3分の変性工程;初めの2回のサイクルのプロファイル:95℃で1分;34℃で30秒、72℃で40秒;最後の30サイクルのプロファイル:95℃で30秒、50℃で30秒、72℃で40秒;最終工程:72℃で5分。
サイクルのプロファイル:94℃で30秒、53℃で30秒、72℃で1分20秒;最終工程:72℃で7分。鋳型として親株であるIlvIH+株B−7ΔilvBN::catの染色体DNAを用いた反応により得られたPCR産物は、2,486ヌクレオチドの長さであった。鋳型として変異株B−7ΔilvBN::catΔilvIH::KmR株からの染色体DNAを用いた反応により得られたPCR産物は、1,475ヌクレオチドの長さであった(配列番号12)。結果として株B−7ΔilvBN::catΔilvIH::KmRが得られ、NS1118と名付けた。株NS1118は、イソロイシン及びバリン栄養要求性を示す。
エシェリヒア・コリK−12株及びNS1118株を、L−寒天培地上で37℃で18時間増殖させた。次に約0.5cm2の培地表面からの細胞を、発酵培地(2ml)中に導入し、32℃で72時間培養した。蓄積されたノルバリン及びノルロイシンの量を、HPLCにより測定した。測定の詳細な説明については、実施例6を参照。表1に結果を示す。
グルコース 60.0
(NH4)2SO4 18.0
KH2PO4 2.0
MgSO4・7H2O 1.0
CaCO3 25.0
チアミン 0.02
ilvIHオペロンを、2764bpのPCR産物として、pMW118ベクター上でクローニングした。エシェリヒア・コリMG1655株(CGAC6300)の染色体DNAを、鋳型としてPCR反応に用いた。合成オリゴヌクレオチドilvIHL58(配列番号13)及び合成オリゴヌクレオチドilvIHR60(配列番号14)を、プライマーとして用いた。プライマーilvIHL58は、その5’末端にSacI制限部位が導入され、プライマーilvIHR60は、その5’末端にXbaI制限部位が導入されている。PCRの条件は以下の通りであった:94℃で3分の変性工程;30サイクルのプロファイル:94℃で30秒、57℃で30秒、72℃で2分;最終工程:72℃で7分。得られた2,778bpのPCR産物をアガロースゲルで精製し、SacI及びXbaIで消化し、同じ制限酵素で予め消化したpMW118ベクター中にクローニングした。株NS1118を、クローニングの受容体として用いた。結果として得られたプラスミドpMW118−ilvIH(図5)は、NS1118株のAHAS-表現型を相補した。
ショットガン法により、leuABCDオペロンを、pBR322ベクター上でクローニングした。この目的のため、MG1655株の染色体をMfeIにより消化し、クレノウフラグメントで平滑末端化して、EcoRVで線状化したpBR322プラスミドと連結させた。エシェリヒア・コリleu::Tn10株(VKPM B−6038)を、クローニングの受容体として用いた。その結果、leuABCDオペロンを含む、6.9kbの染色体フラグメントを含むpBR−leuABCDプラスミドが得られた(図6)。
エシェリヒア・コリNS1118株及びその誘導体を、プラスミド株の場合、アンピシリン(100μg/ml)を含有するL−アガープレート上で、37℃で18時間増殖させた。次に約0.5cm2の平板培地表面からの細胞を発酵培地(2ml、実施例2)中に導入し、32℃で72時間培養した。蓄積されたノルバリン及びノルロイシンの量を、HPLCにより測定した。測定の詳細な説明については、実施例6を参照。表2に結果を示す。
Waters AccQ−Tag(登録商標)法を分析に用いた。AccQ−Tag法は、アミノ酸決定のためのプレカラム誘導化技術である。1100シリーズの蛍光検出器(Agilent Technologies)を備えたHPLCシステム アライアンス2690勾配システム(Waters Corp.)を、「ChemStation A.08.04」クロマトグラフィーソフト(Agilent Technologies)がロードされたコンピュータに接続して用いた。検出器の設定は以下の通りであった:励起波長−250nm、発光波長−395nm。全てのランに、5μlのサンプル注入ループを使用した。ガードカラムを備えたWaters
AccQ−Tagアミノ酸分析カラムで、Accq−蛍光誘導化反応により生成したアミノ酸誘導体を分離した。カラムを、37℃でカラムオーブン内で調温した。移動相の流速は1ml/分に設定した。移動相は、(B)水性緩衝液「Waters AccQ−Tag溶出液A」、(C)HPLC級アセトニトリル、及び(D)Mili−Q水からなる。
Claims (15)
- 全てのアセトヒドロキシ酸合成酵素(AHAS)が不活化されている、腸内細菌科の異常アミノ酸生産細菌。
- 前記異常アミノ酸は、ノルロイシン及び/又はノルバリンである、請求項1に記載の細菌。
- 前記細菌は、エシェリヒア属に属する、請求項1に記載の細菌。
- 前記アセトヒドロキシ酸合成酵素は、ilvBN遺伝子によりコードされるAHAS I、ilvGM遺伝子によりコードされるAHAS II及びilvIH遺伝子によりコードされるAHAS IIIを含む、請求項3に記載の細菌。
- 前記細菌は、leuABCDオペロンの発現が増強するように改変されている、請求項4に記載の細菌。
- 異常アミノ酸を生産する方法であって、
請求項1に記載の細菌を、L−ロイシンは含有しないが、細菌増殖を制限する濃度のL−バリンを含有する培地で培養して、前記異常アミノ酸を生産させ、該培地中に分泌させ、かつ
前記異常アミノ酸を、該培地から回収すること、
を含む、異常アミノ酸を生産する方法。 - 前記異常アミノ酸は、ノルロイシン及び/又はノルバリンである、請求項6に記載の方法。
- 異常アミノ酸を生産する方法であって、
請求項2に記載の細菌を、L−ロイシンは含有しないが、細菌増殖を制限する濃度のL−バリンを含有する培地で培養して、前記異常アミノ酸を生産させ、該培地中に分泌させ、かつ
前記異常アミノ酸を、該培地から回収すること、
を含む、異常アミノ酸を生産する方法。 - 前記異常アミノ酸は、ノルロイシン及び/又はノルバリンである、請求項8に記載の方法。
- 異常アミノ酸を生産する方法であって、
請求項3に記載の細菌を、L−ロイシンは含有しないが、細菌増殖を制限する濃度のL−バリンを含有する培地で培養して、前記異常アミノ酸を生産させ、該培地中に分泌させ、かつ
前記異常アミノ酸を、該培地から回収すること、
を含む、異常アミノ酸を生産する方法。 - 前記異常アミノ酸は、ノルロイシン及び/又はノルバリンである、請求項10に記載の方法。
- 異常アミノ酸を生産する方法であって、
請求項4に記載の細菌を、L−ロイシンは含有しないが、細菌増殖を制限する濃度のL−バリンを含有する培地で培養して、前記異常アミノ酸を生産させ、該培地中に分泌させ
、かつ
前記異常アミノ酸を、該培地から回収すること、
を含む、異常アミノ酸を生産する方法。 - 前記異常アミノ酸は、ノルロイシン及び/又はノルバリンである、請求項12に記載の方法。
- 異常アミノ酸を生産する方法であって、
請求項5に記載の細菌を、L−ロイシンは含有しないが、細菌増殖を制限する濃度のL−バリンを含有する培地で培養して、前記異常アミノ酸を生産させ、該培地中に分泌させ、かつ
前記異常アミノ酸を、該培地から回収すること、
を含む、異常アミノ酸を生産する方法。 - 前記異常アミノ酸は、ノルロイシン及び/又はノルバリンである、請求項14に記載の方法。
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