JP2007082476A - Method for producing 3-hydroxypropionic acid from glycerol - Google Patents

Method for producing 3-hydroxypropionic acid from glycerol Download PDF

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正治 向山
Tetsuo Toratani
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently producing 3-hydroxypropionic acid from glycerol by an enzymatic reaction. <P>SOLUTION: The method for producing the 3-hydroxypropionic acid from the glycerol by the enzymatic reaction is characterized by performing an enzymatic reaction with a glycerol dehydrase and/or a diol dehydrase and performing an enzymatic reaction with a hydroxyaldehyde dehydrogenase. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、グリセリンから酵素反応により3−ヒドロキシプロピオン酸を製造する方法、該方法によって得られた3−ヒドロキシプロピオン酸を脱水することによりアクリル酸を製造する方法、並びに該方法に使用するための組換え微生物及び酵素活性物質に関する。   The present invention relates to a method for producing 3-hydroxypropionic acid from glycerin by enzymatic reaction, a method for producing acrylic acid by dehydrating 3-hydroxypropionic acid obtained by the method, and a method for use in the method. It relates to recombinant microorganisms and enzyme active substances.

界面活性剤産業やバイオディーゼル燃料産業においては、グリセリンが副産物として大量に排出される。通常グリセリンは、ニトログリセリンの製造、そのほか医薬及び化粧品などに用いられるが、上記の副産物として排出されるグリセリンは不純物を含んだ水溶液の状態であるため、そのまま上記用途に用いることはできず廃棄されているのが現状である。このように廃棄物となるグリセリンを有効利用することができれば、地球環境問題など資源の有効活用の面からも非常に好ましいと考えられる。   In the surfactant industry and the biodiesel fuel industry, glycerin is discharged in large quantities as a by-product. Normally glycerin is used in the manufacture of nitroglycerin, other medicines and cosmetics, etc. However, since glycerin discharged as a by-product is in the state of an aqueous solution containing impurities, it cannot be used as it is for the above purpose and is discarded. This is the current situation. If glycerin as waste can be effectively used in this way, it is considered very preferable from the viewpoint of effective utilization of resources such as global environmental problems.

3−ヒドロキシプロピオン酸及びそのエステルは、脂肪族ポリエステルの原料として有用な化合物であり、また、これらから合成されるポリエステルは生分解性の環境にやさしいポリエステルとして注目されている。3−ヒドロキシプロピオン酸は、通常、アクリル酸に対する水の付加により、又はエチレンクロロヒドリンとシアン化ナトリウムとの反応により製造される。アクリル酸を水和する反応は平衡反応であるため、反応率が制限されるという問題がある。また、エチレンクロロヒドリンの反応の場合は、毒性の強い物質の使用が必要であり、さらに加水分解工程を追加しなくてはならない。この場合、塩化ナトリウム及びアンモニウム塩が大量に生じるという問題もある。   3-Hydroxypropionic acid and its ester are compounds useful as raw materials for aliphatic polyesters, and polyesters synthesized from these are attracting attention as biodegradable and environmentally friendly polyesters. 3-Hydroxypropionic acid is usually produced by the addition of water to acrylic acid or by the reaction of ethylene chlorohydrin and sodium cyanide. Since the reaction of hydrating acrylic acid is an equilibrium reaction, there is a problem that the reaction rate is limited. In the case of the reaction of ethylene chlorohydrin, it is necessary to use a highly toxic substance, and an additional hydrolysis step must be added. In this case, there is also a problem that sodium chloride and ammonium salt are produced in large quantities.

特許文献1は、ジオールデヒドラターゼ及び/又はグリセロールデヒドラターゼ、並びにその再活性化因子を含む菌体及び/又は菌体処理物を用いて、グリセリンを脱水して3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドを得、これを酸化して3−ヒドロキシプロピオン酸を製造する方法について記載している。特許文献1に記載される方法では、グリセリンを脱水して3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドを得る工程のみを酵素反応によって行い、3−ヒドロキシプロピオン酸への酸化は別工程で化学的手法によって行っている。従って、3−ヒドロキシプロピオン酸への酸化反応の前に、酵素反応系において3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドが蓄積することとなり、菌体が死滅することや酵素が失活することが問題となる。   In Patent Document 1, glycerol is dehydrated using diol dehydratase and / or glycerol dehydratase and a microbial cell and / or a treated product containing the reactivation factor thereof to obtain 3-hydroxypropionaldehyde, which is oxidized. And a method for producing 3-hydroxypropionic acid. In the method described in Patent Document 1, only the step of dehydrating glycerin to obtain 3-hydroxypropionaldehyde is performed by an enzymatic reaction, and the oxidation to 3-hydroxypropionic acid is performed by a chemical method in a separate step. Therefore, before the oxidation reaction to 3-hydroxypropionic acid, 3-hydroxypropionaldehyde accumulates in the enzyme reaction system, and there is a problem that the cells are killed or the enzyme is deactivated.

また、3−ヒドロキシプロピオン酸は、脱水することによりアクリル酸を製造することができる。アクリル酸は、主にアクリル酸エステル製造の中間体として使用されており、アクリル酸エステルはコーティング剤、仕上げ剤、ペイント、接着剤の製造に使用され、吸着剤や洗浄剤用添加剤の製造にも使用されている。大部分の商業用アクリル酸はプロピレンの酸化により製造されている。アクリル酸の代替製造法としては、アクリロニトリルの硫酸による加水分解が知られている。しかし、この方法では、硫酸アンモニウム廃棄物が大量に生成し、それに伴うコストのために商業的には実施されていない。   Moreover, 3-hydroxypropionic acid can manufacture acrylic acid by dehydrating. Acrylic acid is mainly used as an intermediate in the manufacture of acrylic esters, and acrylic esters are used in the manufacture of coating agents, finishes, paints, and adhesives, and in the manufacture of adsorbents and detergent additives. Has also been used. Most commercial acrylic acids are produced by the oxidation of propylene. As an alternative method for producing acrylic acid, hydrolysis of acrylonitrile with sulfuric acid is known. However, this process produces a large amount of ammonium sulfate waste and is not commercially implemented due to the associated costs.

特開2005-102533号公報JP 2005-102533 A

本発明は、酵素反応によりグリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸を効率的に製造する方法を提供することである。   The present invention is to provide a method for efficiently producing 3-hydroxypropionic acid from glycerin by an enzymatic reaction.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、グリセリンを、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼ並びにヒドロキシアルデヒドデヒドラターゼによる酵素反応に付すことにより、化学的手法を用いることなく、グリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that glycerin is subjected to an enzymatic reaction with glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and hydroxyaldehyde dehydratase without using a chemical method. From this, it was found that 3-hydroxypropionic acid can be produced, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、以下の発明を包含する。
(1)グリセリンから酵素反応により3−ヒドロキシプロピオン酸を製造する方法であって、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼによる酵素反応を行うこと並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼによる酵素反応を行うことを含む、前記方法。
(2)ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼが大腸菌由来である、(1)記載の方法。
(3)グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼを産生する微生物又はその処理物並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを産生する微生物又はその処理物を含む酵素活性物質とグリセリンとを接触させることにより酵素反応を行う、(1)又は(2)記載の方法。
(4)グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼ並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを産生する微生物又はその処理物とグリセリンとを接触させることにより酵素反応を行う、(1)又は(2)記載の方法。
(5)酵素反応を好気的条件下で行う、(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6)(1)〜(4)のいずれかに記載の方法によって製造された3−ヒドロキシプロピオン酸を脱水することによりアクリル酸を製造する方法。
(7)グリセロールデヒドラターゼ遺伝子及び/又はジオールデヒドラターゼ遺伝子並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子を含む組換え微生物。
(8)グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼ並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを含む、グリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸を製造するための組成物。
That is, the present invention includes the following inventions.
(1) A method for producing 3-hydroxypropionic acid from glycerin by an enzymatic reaction, comprising performing an enzymatic reaction with glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and performing an enzymatic reaction with hydroxyaldehyde dehydrogenase.
(2) The method according to (1), wherein the hydroxyaldehyde dehydrogenase is derived from E. coli.
(3) An enzyme reaction is carried out by bringing glycerol into contact with a microorganism that produces glycerol dehydratase and / or diol dehydratase, or a treated product thereof, and a microorganism that produces hydroxyaldehyde dehydrogenase or a treated product thereof, and glycerol. ) Or (2).
(4) The method according to (1) or (2), wherein the enzyme reaction is carried out by contacting glycerol with a microorganism that produces glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and hydroxyaldehyde dehydrogenase or a processed product thereof.
(5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the enzyme reaction is performed under aerobic conditions.
(6) A method for producing acrylic acid by dehydrating 3-hydroxypropionic acid produced by the method according to any one of (1) to (4).
(7) A recombinant microorganism containing a glycerol dehydratase gene and / or a diol dehydratase gene and a hydroxyaldehyde dehydrogenase gene.
(8) A composition for producing 3-hydroxypropionic acid from glycerin, comprising glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and hydroxyaldehyde dehydrogenase.

本発明により、化学的手法を用いることなく、一連の酵素反応によりグリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸を製造できる。   According to the present invention, 3-hydroxypropionic acid can be produced from glycerin by a series of enzymatic reactions without using a chemical technique.

本発明は、グリセリンから酵素反応により3−ヒドロキシプロピオン酸を製造する方法に関し、該酵素反応は、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼによる酵素反応並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼによる酵素反応の双方を含む。   The present invention relates to a method for producing 3-hydroxypropionic acid from glycerin by an enzymatic reaction, and the enzymatic reaction includes both an enzymatic reaction with glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and an enzymatic reaction with hydroxyaldehyde dehydrogenase.

本発明の酵素反応は、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼにより、グリセリンを脱水して3−ヒドロキシプロピオンアルデヒド及び水へ変換する反応、並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼにより3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドを脱水素して3−ヒドロキシプロピオン酸を生成する反応を含む。グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼによる酵素反応と、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼによる酵素反応とは、同一の反応系において同時に行ってもよいし、別々の反応系で連続的に行ってもよいが、好ましくは、同一の反応系において同時に行う。グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼによる酵素反応と、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼによる酵素反応とを同一の反応系で行うことにより、中間体である3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドの蓄積による酵素産生微生物の損傷及び酵素の失活を防止することができる。   In the enzyme reaction of the present invention, glycerol dehydratase and / or diol dehydratase dehydrates glycerin and converts it to 3-hydroxypropionaldehyde and water, and 3-hydroxypropionaldehyde is dehydrogenated by hydroxyaldehyde dehydrogenase. Includes a reaction to produce hydroxypropionic acid. The enzyme reaction by glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and the enzyme reaction by hydroxyaldehyde dehydrogenase may be performed simultaneously in the same reaction system or may be performed continuously in separate reaction systems, preferably Simultaneously in the same reaction system. By performing the enzymatic reaction with glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and the enzymatic reaction with hydroxyaldehyde dehydrogenase in the same reaction system, damage to the enzyme-producing microorganisms due to accumulation of the intermediate 3-hydroxypropionaldehyde and loss of the enzyme Life can be prevented.

グリセロールデヒドラターゼ及びジオールデヒドラターゼは、いずれも、グリセリンを脱水して3−ヒドロキシプロピオンアルデヒド及び水へ変換するという反応を触媒することから、本発明において、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼによる酵素反応は、グリセロールデヒドラターゼのみによる酵素反応、ジオールデヒドラターゼのみによる酵素反応、並びにグリセロールデヒドラターゼ及びジオールデヒドラターゼの両方による酵素反応のいずれも包含する。   Glycerol dehydratase and diol dehydratase both catalyze the reaction of dehydrating glycerin and converting it to 3-hydroxypropionaldehyde and water. In the present invention, glycerol dehydratase and / or diol dehydratase, Enzymatic reactions using only dehydratase, enzymatic reactions using only diol dehydratase, and enzymatic reactions using both glycerol dehydratase and diol dehydratase are included.

グリセロールデヒドラターゼ及びジオールデヒドラターゼは、補酵素B12(アデノシルコバラミンとも称される)依存型であり、グリセリンを脱水して3−ヒドロキシプロピオンアルデヒド及び水へ変換する反応には補酵素B12の存在が必須であることから、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼによる酵素反応においては、補酵素B12を共存させる。補酵素B12は、酵素反応系に添加してもよいし、補酵素B12合成酵素など、その合成系を存在させてもよい。グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼによる酵素反応系における、補酵素B12の存在量は、基質であるグリセリン濃度50mMあたり、補酵素B12濃度が1nM以上、好ましくは100nM以上で、1mM以下、より好ましくは100μM以下となるような量であることが好ましい。   Glycerol dehydratase and diol dehydratase are dependent on coenzyme B12 (also referred to as adenosylcobalamin), and the presence of coenzyme B12 is essential for the reaction of dehydrating glycerin into 3-hydroxypropionaldehyde and water. For this reason, coenzyme B12 is allowed to coexist in the enzyme reaction with glycerol dehydratase and / or diol dehydratase. Coenzyme B12 may be added to the enzyme reaction system, or its synthesis system such as coenzyme B12 synthase may be present. The amount of coenzyme B12 in the enzyme reaction system using glycerol dehydratase and / or diol dehydratase is such that the coenzyme B12 concentration is 1 nM or more, preferably 100 nM or more and 1 mM or less, more preferably 100 μM per 50 mM glycerol concentration as a substrate. The amount is preferably as follows.

また、グリセロールデヒドラターゼ及びジオールデヒドラターゼは、グリセリンを脱水して3−ヒドロキシプロピオンアルデヒド及び水へ変換する反応を触媒すると、補酵素B12がつぶれて、活性中心が失活してしまうが、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子及び/又はジオールデヒドラターゼ再活性化因子により、つぶれた補酵素B12を新たな補酵素B12と置換して、グリセロールデヒドラターゼ及びジオールデヒドラターゼを再活性化することができる。従って、本発明の酵素反応は、好ましくは、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子及び/又はジオールデヒドラターゼ再活性化因子によるグリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼの再活性化を行うことをさらに含む。本発明の酵素反応において、グリセロールデヒドラターゼによる酵素反応が含まれる場合は、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子によるグリセロールデヒドラターゼの再活性化を行うことが好ましく、ジオールデヒドラターゼによる酵素反応を行う場合は、ジオールデヒドラターゼ再活性化因子によるジオールデヒドラターゼの再活性化を行うことが好ましい。   In addition, glycerol dehydratase and diol dehydratase, when catalyzing the reaction of dehydrating glycerol and converting it to 3-hydroxypropionaldehyde and water, crushes coenzyme B12 and deactivates the active center. By the activating factor and / or the diol dehydratase reactivating factor, the collapsed coenzyme B12 can be replaced with a new coenzyme B12 to reactivate glycerol dehydratase and diol dehydratase. Accordingly, the enzymatic reaction of the present invention preferably further comprises reactivating glycerol dehydratase and / or diol dehydratase with a glycerol dehydratase reactivating factor and / or diol dehydratase reactivating factor. In the enzyme reaction of the present invention, when an enzyme reaction by glycerol dehydratase is included, it is preferable to reactivate glycerol dehydratase by a glycerol dehydratase reactivating factor, and when performing an enzyme reaction by diol dehydratase, diol dehydratase reactivation is preferable. It is preferable to reactivate the diol dehydratase with an activator.

グリセロールデヒドラターゼは、ラージサブユニット、ミディアムサブユニット及びスモールサブユニットの3種のサブユニットから構成される酵素である。本発明においてグリセロールデヒドラターゼは、グリセリンを脱水して、3−ヒドロキシプロピオンアルデヒド及び水へ変換する反応を触媒する酵素活性を有するタンパク質であれば特に制限されず、公知のものを使用できる。具体的には、Klebsiella属、Citrobacter属、Clostridium属、Lactobacillus属、Enterobacter属、Caloramator属、Salmonella属及びListeria属に属する微生物、より詳しくは、Klebsiella pneumoniae、Citrobacter freundii、Clostridium pasteurianum、Lactobacillus leichmannii、Citrobacter intermedium、Lactobacillus reuteri、Lactobacillus buchneri、Lactobacillus brevis、Enterobacter agglomerans、Clostridium butyricum、Caloramator viterbensis、Lactobacillus collinoides、Lactobacillus hilgardii、Salmonella typhimurium、Listeria monocytogenes、及びListeria innocuaに由来するグリセロールデヒドラターゼなどが挙げられる。これらのグリセロールデヒドラターゼは、単独で使用してもよいし、2種以上の混合物として使用してもよい。   Glycerol dehydratase is an enzyme composed of three subunits, a large subunit, a medium subunit, and a small subunit. In the present invention, glycerol dehydratase is not particularly limited as long as it is a protein having an enzyme activity that catalyzes a reaction of dehydrating glycerin and converting it to 3-hydroxypropionaldehyde and water, and a known one can be used. Specifically, microorganisms belonging to the genus Klebsiella, Citrobacter genus, Clostridium genus, Lactobacillus genus, Enterobacter genus, Caloramator genus, Salmonella genus and Listeria genus, and more specifically, Klebsiella pneumoniae, Citrobacter freundii, Clostridium pasteurianum, Lactobacillus media , Lactobacillus reuteri, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus brevis, Enterobacter agglomerans, Clostridium butyricum, Caloramator viterbensis, Lactobacillus collinoides, Lactobacillus hilgardii, Salmonella typhimurium, Listeria monocytogenes, Listeria monocytogenes de These glycerol dehydratases may be used alone or as a mixture of two or more.

ジオールデヒドラターゼもまた、ラージサブユニット、ミディアムサブユニット及びスモールサブユニットの3種のサブユニットから構成される酵素である。本発明において、ジオールデヒドラターゼは、グリセリンを脱水して、3−ヒドロキシプロピオンアルデヒド及び水へ変換する反応を触媒する酵素活性を有するタンパク質であれば特に制限されず、公知のものを使用できる。具体的には、Klebsiella属、Citrobacter属、Clostridium属、Lactobacillus属、Enterobacter属、Caloramator属、Salmonella属及びListeria属に属する微生物、より詳しくは、Klebsiella pneumoniae、Citrobacter freundii、Clostridium pasteurianum、Lactobacillus leichmannii、Citrobacter intermedium、Lactobacillus reuteri、Lactobacillus buchneri、Lactobacillus brevis、Enterobacter agglomerans、Clostridium butyricum、Caloramator viterbensis、Lactobacillus collinoides、Lactobacillus hilgardii、Salmonella typhimurium、Listeria monocytogenes、及びListeria innocuaに由来するジオールデヒドラターゼなどが挙げられる。これらのジオールデヒドラターゼは、単独で使用してもよいし、2種以上の混合物として使用してもよい。   Diol dehydratase is also an enzyme composed of three subunits, a large subunit, a medium subunit, and a small subunit. In the present invention, the diol dehydratase is not particularly limited as long as it is a protein having an enzyme activity that catalyzes a reaction of dehydrating glycerol and converting it to 3-hydroxypropionaldehyde and water, and a known diol dehydratase can be used. Specifically, microorganisms belonging to the genus Klebsiella, Citrobacter genus, Clostridium genus, Lactobacillus genus, Enterobacter genus, Caloramator genus, Salmonella genus and Listeria genus, and more specifically, Klebsiella pneumoniae, Citrobacter freundii, Clostridium pasteurianum, Lactobacillus media , Lactobacillus reuteri, Lactobacillus buchneri, Lactobacillus brevis, Enterobacter agglomerans, Clostridium butyricum, Caloramator viterbensis, Lactobacillus collinoides, Lactobacillus hilgardii, Salmonella typhimurium, Listeria monocytogenes, Listeria monocytogenes, diol These diol dehydratases may be used alone or as a mixture of two or more.

本発明において、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼは、3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドから水素を脱離し電子受容体に渡す脱水素反応を触媒する酵素活性を有するタンパク質であれば特に制限されず、公知のものを使用できる。具体的には、Escherichia属、Aerobacter属、Agrobacterium属、Alcaligenes属、Arthrobacter属、Bacillus属、Corynebacterium属、Flavobacterium属、Klebsiella属、Micrococcus属、Protaminobacter属、Proteus属、Pseudomonas属、Salmonella属、Sarcina属、Staphylococcus属、Shigella属、Erwinia属、Neisseria属に属する微生物、より詳しくは、Aerobacter aerogenes、Agrobacterium radiobacter、Agrobacterium tumefaciens、Alcaligenes viscolactis、Arthrobacter simplex、Bacillus licheniformis、Bacillus megaterium、Bacillus subtilis、Corynebacterium equi、Flavobacterium sp.、Klebsiella pneumonia(locus name AB106869)、Micrococcus glutamicus、Protaminobacter alboflavus、Proteus vulgaris、Pseudomonas fluorescens、Salmonella typhimurium、Sarcina lutea、Staphylococcus aureus、Shigella flexneri(locus name AE016982)、Erwinia carotovora(locus name BX950851)、Neisseria meningitides(locus name AL162753)、Neisseria gonorrhoeae(locus name AE004969)に由来するヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼなどが挙げられる(Morita, H.; Nishimura, T.; Tani, Y.; Ogata, K.; Yamada, H.; Agric. Biol. Chem. 43, 185-186 (1979))。本発明においてはヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼとして、好ましくは大腸菌由来のヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ、より好ましくはaldA又はaldBを用いる。これらの酵素はグリセリンの脱水によって得られる3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドに対し基質特異性が高く、3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドの脱水素反応において高い活性を示す。特に好ましくは、大腸菌由来のaldAを用いる。   In the present invention, the hydroxyaldehyde dehydrogenase is not particularly limited as long as it is a protein having an enzyme activity that catalyzes a dehydrogenation reaction that desorbs hydrogen from 3-hydroxypropionaldehyde and passes it to an electron acceptor, and a known one can be used. Specifically, Escherichia, Aerobacter, Agrobacterium, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Corynebacterium, Flavobacterium, Klebsiella, Micrococcus, Protaminobacter, Proteus, Pseudomonas, Salmonella, Sarcina, Microorganisms belonging to the genus Staphylococcus, Shigella, Erwinia, Neisseria, more specifically Aerobacter aerogenes, Agrobacterium radiobacter, Agrobacterium tumefaciens, Alcaligenes viscolactis, Arthrobacter simplex, Bacillus licheniformis, Bacillus megaterium, F. Klebsiella pneumonia (locus name AB106869), Micrococcus glutamicus, Protaminobacter alboflavus, Proteus vulgaris, Pseudomonas fluorescens, Salmonella typhimurium, Sarcina lutea, Staphylococcus aureus, Shigella flexneri (eria AL162753), Neisseria gonorrhoeae (loc us name AE004969) (Morita, H .; Nishimura, T .; Tani, Y .; Ogata, K .; Yamada, H .; Agric. Biol. Chem. 43, 185- 186 (1979)). In the present invention, hydroxyaldehyde dehydrogenase derived from E. coli is preferably used as hydroxyaldehyde dehydrogenase, more preferably aldA or aldB. These enzymes have high substrate specificity for 3-hydroxypropionaldehyde obtained by dehydration of glycerin, and show high activity in the dehydrogenation reaction of 3-hydroxypropionaldehyde. Particularly preferably, aldA derived from E. coli is used.

グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子及びジオールデヒドラターゼ再活性化因子は、ラージサブユニット及びスモールサブユニットの2種のサブユニットから構成される。本発明においてグリセロールデヒドラターゼ再活性化因子及びジオールデヒドラターゼ再活性化因子は、グリセリンの3−ヒドロキシプロピオンアルデヒド及び水への変換反応を触媒することにより失活したグリセロールデヒドラターゼ又はジオールデヒドラターゼにおける反応中心部分の補酵素B12を入れ替えて、再度活性を取り戻させる役割を有するタンパク質であれば特に制限されず、公知のものを使用できる。グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子としては、WO98/21341;Daniel et al., J. Bacteriol., 177, 2151(1995);Toraya and Mori, J. Biol. Chem., 274, 3372(1999);及びTobimatsu et al., J. Bacteriol. 181, 4110(1999)に記載のものなどが挙げられる。   Glycerol dehydratase reactivation factor and diol dehydratase reactivation factor are composed of two subunits, a large subunit and a small subunit. In the present invention, the glycerol dehydratase reactivation factor and the diol dehydratase reactivation factor are complementary to the reaction center portion in glycerol dehydratase or diol dehydratase inactivated by catalyzing the conversion reaction of glycerin to 3-hydroxypropionaldehyde and water. The protein is not particularly limited as long as it has a role of replacing the enzyme B12 and regaining the activity, and a known protein can be used. Glycerol dehydratase reactivation factors include WO98 / 21341; Daniel et al., J. Bacteriol., 177, 2151 (1995); Toraya and Mori, J. Biol. Chem., 274, 3372 (1999); and Tobimatsu et al., J. Bacteriol. 181, 4110 (1999).

グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子又はジオールデヒドラターゼ再活性化因子をコードする遺伝子としては、一般に嫌気条件下でグリセリンを資化することのできる細菌群が有するdhaレギュロン、pduオペロンと呼ばれる遺伝子郡内に存在するものが含まれ、例えば、gdrA、gdrB、pduG、pduH、ddrA、ddrB、dhaF、dhaG、orfZ、及びorfYなどが挙げられる。具体的には、Lactobacillus属、Klebsiella属、Citrobacter属、Clostridium属、及びEnterobacter属に属する微生物由来、より詳しくは、Klebsiella pneumoniae、Lactobacillus leichmannii、Citrobacter freundii、Citrobacter intermedium、Lactobacillusreuteri、Lactobacillus buchneri、Lactobacillus brevis、Clostridium pasteurianum、Enterobacter agglomerans、及びClostridium butyricum由来のものなどが挙げられる。これらのグリセロールデヒドラターゼ再活性化因子及びジオールデヒドラターゼ再活性化因子は、単独で使用してもよいし、2種以上の混合物として使用してもよい。   A gene encoding a glycerol dehydratase reactivation factor or a diol dehydratase reactivation factor is generally present in a group of genes called dha regulon and pdu operon possessed by a group of bacteria capable of assimilating glycerin under anaerobic conditions. Examples include gdrA, gdrB, pduG, pduH, ddrA, ddrB, dhaF, dhaG, orfZ, and orfY. Specifically, derived from microorganisms belonging to the genus Lactobacillus, Klebsiella, Citrobacter, Clostridium, and Enterobacter. Examples include those derived from pasteurianum, Enterobacter agglomerans, and Clostridium butyricum. These glycerol dehydratase reactivating factor and diol dehydratase reactivating factor may be used alone or as a mixture of two or more.

一実施形態において、本発明の酵素反応は、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼを産生する微生物又はその処理物並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを産生する微生物又はその処理物を含む酵素活性物質とグリセリンとを接触させることにより実施する。   In one embodiment, the enzymatic reaction of the present invention is performed by contacting glycerol with an enzyme active substance containing a microorganism that produces glycerol dehydratase and / or diol dehydratase or a processed product thereof, and a microorganism that produces hydroxyaldehyde dehydrogenase or a processed product thereof. To implement.

本実施形態では、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼによる酵素反応と、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼによる酵素反応とが同一の反応系で行われ、中間体である3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドの蓄積による微生物の損傷及び酵素の失活を防止することができる。   In this embodiment, the enzyme reaction by glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and the enzyme reaction by hydroxyaldehyde dehydrogenase are performed in the same reaction system, and microorganism damage and enzyme due to accumulation of 3-hydroxypropionaldehyde as an intermediate Can be prevented from being deactivated.

本発明においては、さらに、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子及び/又はジオールデヒドラターゼ再活性化因子を産生する微生物又はその処理物を含む酵素活性物質を用いることが好ましい。あるいは、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼを産生する微生物として、さらにグリセロールデヒドラターゼ再活性化因子及び/又はジオールデヒドラターゼ再活性化因子をも産生する微生物を用いることが好ましい。   In the present invention, it is further preferable to use an enzyme active substance containing a microorganism that produces a glycerol dehydratase reactivation factor and / or a diol dehydratase reactivation factor or a processed product thereof. Alternatively, it is preferable to use a microorganism that also produces a glycerol dehydratase reactivation factor and / or a diol dehydratase reactivation factor as a microorganism that produces glycerol dehydratase and / or diol dehydratase.

グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼを産生する微生物、並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを産生する微生物としては、上記のような各酵素を産生する公知の微生物、グリセロールデヒドラターゼ遺伝子及び/又はジオールデヒドラターゼ遺伝子を導入した組換え微生物、並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子を導入した組換え微生物をそれぞれ使用できる。好ましくは各遺伝子を導入した組換え微生物を用いる。   As microorganisms that produce glycerol dehydratase and / or diol dehydratase, and microorganisms that produce hydroxyaldehyde dehydrogenase, known microorganisms that produce each of the above enzymes, recombination into which a glycerol dehydratase gene and / or diol dehydratase gene has been introduced. A microorganism and a recombinant microorganism into which a hydroxyaldehyde dehydrogenase gene has been introduced can be used. Preferably, a recombinant microorganism into which each gene is introduced is used.

グリセロールデヒドラターゼ遺伝子及びジオールデヒドラターゼ遺伝子の導入は、各酵素を構成するラージサブユニット、ミディアムサブユニット及びスモールサブユニットの3種をそれぞれコードする遺伝子を導入することにより行う。また、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子及びジオールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子の導入は、各酵素を構成するラージサブユニット及びスモールサブユニットの2種をそれぞれコードする遺伝子を導入することにより行う。   The introduction of the glycerol dehydratase gene and the diol dehydratase gene is carried out by introducing genes encoding three kinds of large subunit, medium subunit and small subunit constituting each enzyme. In addition, the glycerol dehydratase reactivation factor gene and the diol dehydratase reactivation factor gene are introduced by introducing genes encoding the large subunit and the small subunit constituting each enzyme, respectively.

グリセロールデヒドラターゼのラージサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列を配列番号1に、ミディアムサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列を配列番号3に、スモールサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列を配列番号5に例示する。また、ジオールデヒドラターゼのラージサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列を配列番号7に、ミディアムサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列を配列番号9に、スモールサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列を配列番号11に例示する。また、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子のラージサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列を配列番号13に、スモールサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列を配列番号15に、ジオールデヒドラターゼ再活性化因子のラージサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列を配列番号17に、スモールサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列を配列番号19に例示する。   The nucleotide sequence of the gene encoding the large subunit of glycerol dehydratase is SEQ ID NO: 1, the nucleotide sequence of the gene encoding the medium subunit is SEQ ID NO: 3, and the nucleotide sequence of the gene encoding the small subunit is SEQ ID NO: 5. Illustrate. The base sequence of the gene encoding the large subunit of diol dehydratase is SEQ ID NO: 7, the base sequence of the gene encoding the medium subunit is SEQ ID NO: 9, and the base sequence of the gene encoding the small subunit is SEQ ID NO: 11 illustrates. Further, the base sequence of the gene encoding the large subunit of the glycerol dehydratase reactivation factor is shown in SEQ ID NO: 13, the base sequence of the gene encoding the small subunit is shown in SEQ ID NO: 15, and the large subunit of the diol dehydratase reactivation factor is shown. The base sequence of the gene encoding the unit is exemplified in SEQ ID NO: 17, and the base sequence of the gene encoding the small subunit is exemplified in SEQ ID NO: 19.

ここで、グリセロールデヒドラターゼのラージサブユニットをコードする遺伝子、ミディアムサブユニットをコードする遺伝子及びスモールサブユニットをコードする遺伝子には、それぞれ、配列番号1、3及び5で表される塩基配列からなる遺伝子と機能的に同等の遺伝子が包含される。ジオールデヒドラターゼの各サブユニットをコードする遺伝子についても同様である。「機能的に同等の遺伝子」とは、対象となる遺伝子によってコードされるタンパク質が、各配列番号で表される塩基配列からなる遺伝子によってコードされるタンパク質と同等の生物学的機能、生化学的機能を有することを指す。   Here, the gene encoding the large subunit of glycerol dehydratase, the gene encoding the medium subunit, and the gene encoding the small subunit are genes comprising the nucleotide sequences represented by SEQ ID NOs: 1, 3 and 5, respectively. And functionally equivalent genes are included. The same applies to the gene encoding each subunit of diol dehydratase. “Functionally equivalent gene” means that the protein encoded by the target gene has the same biological function and biochemical properties as the protein encoded by the gene consisting of the base sequence represented by each SEQ ID NO. It means having a function.

あるタンパク質と機能的に同等のタンパク質をコードする遺伝子を調製する当業者によく知られた方法としては、ハイブリダイゼーション技術(Sambrook, J et al., Molecular Cloning 2nd ed., 9.47-9.58, Cold Spring Harbor Lab.press (1989))を利用する方法が挙げられる。   Methods well known to those skilled in the art for preparing genes encoding proteins that are functionally equivalent to a protein include hybridization techniques (Sambrook, J et al., Molecular Cloning 2nd ed., 9.47-9.58, Cold Spring). Harbor Lab.press (1989)).

例えば、配列番号1で表される塩基配列の全長において、種々の人為的処理、例えば部位特異的変異導入、変異剤処理によるランダム変異、制限酵素切断による核酸断片の変異、欠失、連結等により、部分的にその配列が変化したものであっても、これらの変異型遺伝子が配列番号1で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、グリセロールデヒドラターゼのラージサブユニットの活性、すなわち、グリセロールデヒドラターゼのミディアムサブユニット及びスモールサブユニットと一緒になってグリセロールデヒドラターゼの活性を示すタンパク質をコードする限り、グリセロールデヒドラターゼのラージサブユニットをコードする遺伝子に含まれる。その他のサブユニットをコードする遺伝子、並びにジオールデヒドラターゼ、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子及びジオールデヒドラターゼ再活性化因子の各サブユニットをコードする遺伝子についても同様である。   For example, in the full length of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, by various artificial treatments such as site-directed mutagenesis, random mutagenesis by mutagen treatment, mutation, deletion, ligation, etc. , Even if the sequence is partially changed, these mutant genes hybridize under stringent conditions with a gene consisting of a base sequence complementary to the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, The activity of the large subunit of glycerol dehydratase, i.e. included in the gene encoding the large subunit of glycerol dehydratase, as long as it encodes a protein that exhibits glycerol dehydratase activity together with the medium subunit and small subunit of glycerol dehydratase It is. The same applies to genes encoding other subunits and genes encoding the subunits of diol dehydratase, glycerol dehydratase reactivation factor and diol dehydratase reactivation factor.

ストリンジェントな条件とは、特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいい、すなわち、各遺伝子に対し高い相同性を有するDNAがハイブリダイズする条件をいう。より具体的には、このような条件は、0.5〜1MのNaCl存在下42〜68℃で、又は50%ホルムアミド存在下42℃で、又は水溶液中65〜68℃で、ハイブリダイゼーションを行った後、0.1〜2倍濃度のSSC(saline sodium citrate)溶液を用いて室温〜68℃でフィルターを洗浄することにより達成できる。   Stringent conditions refer to conditions in which specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed, that is, conditions in which DNA having high homology to each gene hybridizes. More specifically, such conditions include hybridization at 42-68 ° C. in the presence of 0.5-1 M NaCl, 42 ° C. in the presence of 50% formamide, or 65-68 ° C. in an aqueous solution. Thereafter, the filter can be washed at room temperature to 68 ° C. using a SSC (saline sodium citrate) solution having a concentration of 0.1 to 2 times.

上記のようなストリンジェントな条件においては、対象となる塩基配列と少なくとも80%の同一性、好ましくは少なくとも90%の同一性、より好ましくは少なくとも95%の同一性、さらに好ましくは少なくとも99%の同一性を有する塩基配列からなる遺伝子が、対象となる塩基配列と相補的な塩基配列からなる遺伝子とハイブリダイズすることができる。   Under stringent conditions as described above, at least 80% identity, preferably at least 90% identity, more preferably at least 95% identity, even more preferably at least 99% identity with the subject base sequence. A gene consisting of a base sequence having identity can hybridize with a gene consisting of a base sequence complementary to the target base sequence.

また、グリセロールデヒドラターゼのラージサブユニットをコードする遺伝子には、配列番号2のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が包含され、ミディアムサブユニットをコードする遺伝子には配列番号4のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が包含され、スモールサブユニットをコードする遺伝子には配列番号6のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が包含される。ジオールデヒドラターゼのラージサブユニットをコードする遺伝子には、配列番号8のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が包含され、ミディアムサブユニットをコードする遺伝子には配列番号10のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が包含され、スモールサブユニットをコードする遺伝子には配列番号12のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が包含される。グリセロールデヒドラター再活性化因子のラージサブユニットをコードする遺伝子には、配列番号14のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が包含され、スモールサブユニットをコードする遺伝子には配列番号16のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が包含される。ジオールデヒドラターゼ再活性化因子のラージサブユニットをコードする遺伝子には、配列番号18のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が包含され、スモールサブユニットをコードする遺伝子には配列番号20のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が包含される。   The gene encoding the large subunit of glycerol dehydratase includes the gene encoding the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, and the gene encoding the medium subunit includes the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4. The gene encoding the small subunit includes the gene encoding the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6. The gene encoding the large subunit of diol dehydratase includes the gene encoding the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, and the gene encoding the medium subunit encodes the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10. The gene encoding the small subunit includes the gene encoding the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12. The gene encoding the large subunit of the glycerol dehydrator reactivation factor includes a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 14, and the gene encoding the small subunit includes the amino acid sequence of SEQ ID NO: 16. A gene encoding a protein consisting of The gene encoding the large subunit of the diol dehydratase reactivation factor includes a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 18, and the gene encoding the small subunit is derived from the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20. The gene encoding the protein is included.

そして、各遺伝子には、各アミノ酸配列からなるタンパク質と機能的に同等のタンパク質をコードする遺伝子が包含される。例えば、配列番号2のアミノ酸配列からなるタンパク質と機能的に同等のタンパク質としては、配列番号2のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸が欠失、付加、挿入又は置換されたアミノ酸配列からなるタンパク質であって、グリセロールデヒドラターゼのミディアムサブユニット及びスモールサブユニットと一緒になってグリセロールデヒドラターゼの活性を示すタンパク質が挙げられる。   Each gene includes a gene encoding a protein that is functionally equivalent to a protein comprising each amino acid sequence. For example, a protein functionally equivalent to the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, added, inserted or substituted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. A protein that exhibits the activity of glycerol dehydratase together with the medium subunit and small subunit of glycerol dehydratase.

ここで、タンパク質の構成要素となるアミノ酸の側鎖は、疎水性、電荷、大きさなどにおいてそれぞれ異なるものであるが、実質的にタンパク質全体の3次元構造(立体構造とも言う)に影響を与えないという意味で保存性の高い幾つかの関係が、経験的にまた物理化学的な実測により知られている。例えば、異なるアミノ酸残基間の保存的置換の例としては、グリシン(Gly)とプロリン(Pro)、グリシンとアラニン(Ala)又はバリン(Val)、ロイシン(Leu)とイソロイシン(Ile)、グルタミン酸(Glu)とグルタミン(Gln)、アスパラギン酸(Asp)とアスパラギン(Asn)、システイン(Cys)とスレオニン(Thr)、スレオニンとセリン(Ser)又はアラニン、リジン(Lys)とアルギニン(Arg)等のアミノ酸の間での置換が知られている。   Here, the side chains of amino acids that constitute protein components differ in hydrophobicity, charge, size, etc., but substantially affect the three-dimensional structure (also referred to as a three-dimensional structure) of the entire protein. Some relationships that are highly conserved in the sense of being absent are known empirically and by physicochemical measurements. For example, examples of conservative substitution between different amino acid residues include glycine (Gly) and proline (Pro), glycine and alanine (Ala) or valine (Val), leucine (Leu) and isoleucine (Ile), glutamic acid ( Amino acids such as Glu) and glutamine (Gln), aspartic acid (Asp) and asparagine (Asn), cysteine (Cys) and threonine (Thr), threonine and serine (Ser) or alanine, lysine (Lys) and arginine (Arg) The substitution between is known.

従って、配列番号2のアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸の欠失、付加、挿入又は置換が生じた結果得られたアミノ酸配列からなる変異型タンパク質であっても、その変異が配列番号2に記載のアミノ酸配列の3次元構造において保存性が高い変異であって、その変異型タンパク質がグリセロールデヒドラターゼのラージサブユニットの活性を有しているのであれば、これらの変異型タンパク質をコードする遺伝子もまたグリセロールデヒドラターゼのラージサブユニットをコードする遺伝子に包含される。ここで、数個とは、通常2〜5個、好ましくは2〜3個である。   Therefore, even in the case of a mutant protein consisting of an amino acid sequence obtained as a result of deletion, addition, insertion or substitution of one or several amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, the mutation is changed to SEQ ID NO: 2. If the mutation is highly conserved in the three-dimensional structure of the described amino acid sequence and the mutant protein has the activity of the large subunit of glycerol dehydratase, the genes encoding these mutant proteins also It is also included in the gene encoding the large subunit of glycerol dehydratase. Here, the term “several” means usually 2 to 5, preferably 2 to 3.

またグリセロールデヒドラターゼのラージサブユニットをコードする遺伝子には、配列番号2のアミノ酸配列と少なくとも80%の同一性、好ましくは少なくとも90%の同一性、より好ましくは少なくとも95%の同一性、さらに好ましくは少なくとも99%の同一性を有するアミノ酸配列からなるタンパク質であって、グリセロールデヒドラターゼのラージサブユニットの活性を有するタンパク質をコードする遺伝子も包含される。   In addition, the gene encoding the large subunit of glycerol dehydratase has at least 80% identity, preferably at least 90% identity, more preferably at least 95% identity, even more preferably, with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. A gene encoding a protein consisting of an amino acid sequence having at least 99% identity and having the activity of the large subunit of glycerol dehydratase is also included.

その他のサブユニットをコードする遺伝子、並びにジオールデヒドラターゼ、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子及びジオールデヒドラターゼ再活性化因子の各サブユニットをコードする遺伝子についても同様である。   The same applies to genes encoding other subunits and genes encoding the subunits of diol dehydratase, glycerol dehydratase reactivation factor and diol dehydratase reactivation factor.

各サブユニットをコードする遺伝子は、同一の宿主で発現させる限り、ゲノムに導入してもよいし、同一のベクターに導入して形質転換を行ってもよいし、別々のベクターに導入して形質転換を行ってもよい。また。各サブユニットは、同一の種又は同一の株に由来するものを用いるのが好ましい。   As long as the gene encoding each subunit is expressed in the same host, it may be introduced into the genome, introduced into the same vector, or transformed, or introduced into separate vectors. Conversion may be performed. Also. Each subunit is preferably derived from the same species or the same strain.

ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子の塩基配列を配列番号21及び23にに例示する。ここで、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子には、配列番号21又は23で表される塩基配列からなる遺伝子と機能的に同等の遺伝子が包含される。すなわち、配列番号21又は23で表される塩基配列の全長において、種々の人為的処理、例えば部位特異的変異導入、変異剤処理によるランダム変異、制限酵素切断による核酸断片の変異、欠失、連結等により、部分的にその配列が変化したものであっても、これらの変異型遺伝子が配列番号21又は23で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなる遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼの活性を示すタンパク質をコードする限り、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子に含まれる。ストリンジェントな条件については上記のとおりである。   The nucleotide sequence of the hydroxyaldehyde dehydrogenase gene is exemplified in SEQ ID NOs: 21 and 23. Here, the hydroxyaldehyde dehydrogenase gene includes a gene functionally equivalent to the gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 21 or 23. That is, in the full length of the base sequence represented by SEQ ID NO: 21 or 23, various artificial treatments such as site-directed mutagenesis, random mutation by mutagen treatment, mutation, deletion, ligation of nucleic acid fragments by restriction enzyme cleavage Even if the sequence is partially changed by the above, these mutant genes are under stringent conditions with a gene consisting of a base sequence complementary to the base sequence represented by SEQ ID NO: 21 or 23. As long as it hybridizes and encodes a protein that exhibits hydroxyaldehyde dehydrogenase activity, it is included in the hydroxyaldehyde dehydrogenase gene. The stringent conditions are as described above.

また、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子には、配列番号22又は24のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子が包含される。そして、配列番号22又は24のアミノ酸配列からなるタンパク質と機能的に同等のタンパク質をコードする遺伝子が包含される。従って、配列番号22又は24のアミノ酸配列からなるタンパク質と機能的に同等のタンパク質としては、配列番号22又は24のアミノ酸配列において、1又は数個のアミノ酸が欠失、付加、挿入又は置換されたアミノ酸配列からなるタンパク質であって、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼの活性を示すタンパク質が挙げられる。ここで、数個とは、通常2〜5個、好ましくは2〜3個である。またヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子には、配列番号22又は24のアミノ酸配列と少なくとも80%の同一性、好ましくは少なくとも90%の同一性、より好ましくは少なくとも95%の同一性、さらに好ましくは少なくとも99%の同一性を有するアミノ酸配列からなるタンパク質であって、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼの活性を示すタンパク質をコードする遺伝子も包含される。   The hydroxyaldehyde dehydrogenase gene includes a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 22 or 24. And the gene which codes a protein functionally equivalent to the protein which consists of an amino acid sequence of sequence number 22 or 24 is included. Therefore, as a protein functionally equivalent to the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 22 or 24, one or several amino acids are deleted, added, inserted or substituted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 22 or 24 A protein having an amino acid sequence, which shows the activity of hydroxyaldehyde dehydrogenase. Here, the term “several” means usually 2 to 5, preferably 2 to 3. Also, the hydroxyaldehyde dehydrogenase gene has at least 80% identity, preferably at least 90% identity, more preferably at least 95% identity, more preferably at least 99% identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 22 or 24. Also included is a gene that encodes a protein comprising an amino acid sequence having identity and exhibiting the activity of hydroxyaldehyde dehydrogenase.

微生物への遺伝子の導入は、上記遺伝子又はその一部を適当なベクターに連結し、得られた組換えベクターを目的の遺伝子が発現し得るように宿主中に導入することにより、又は相同組換えによってゲノム上の任意の位置に目的の遺伝子又はその一部を挿入することにより実施できる。「一部」とは、宿主中に導入された場合に各遺伝子がコードするタンパク質を発現することができる各遺伝子の一部分を指す。本発明において遺伝子には、DNA及びRNAが包含され、好ましくはDNAである。   The gene can be introduced into a microorganism by linking the above gene or a part thereof to an appropriate vector and introducing the obtained recombinant vector into a host so that the target gene can be expressed, or by homologous recombination. Can be carried out by inserting the gene of interest or a part thereof at an arbitrary position on the genome. “Part” refers to a part of each gene capable of expressing the protein encoded by each gene when introduced into a host. In the present invention, the gene includes DNA and RNA, preferably DNA.

微生物のゲノムから所望の遺伝子をクローニングにより取得する方法は、分子生物学の分野において周知である。例えば遺伝子の配列が既知の場合、制限エンドヌクレアーゼ消化により適したゲノムライブラリを作り、所望の遺伝子配列に相補的なプローブを用いてスクリーニングすることができる。配列が単離されたら、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)(米国特許第4,683,202号)のような標準的増幅法を用いてDNAを増幅し、形質転換に適した量のDNAを得ることができる。グリセロールデヒドラターゼ遺伝子、ジオールデヒドラターゼ遺伝子及びヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子等の遺伝子は、既知の遺伝子以外にも、既知の遺伝子の塩基配列に基づいて適当に設計された合成プライマーを用いてハイブリダイゼーション法、PCR法などにより取得することもできる。   A method for obtaining a desired gene from the genome of a microorganism by cloning is well known in the field of molecular biology. For example, when the gene sequence is known, a suitable genomic library can be prepared by restriction endonuclease digestion and screened using a probe complementary to the desired gene sequence. Once the sequence has been isolated, the DNA is amplified using standard amplification methods such as the polymerase chain reaction (PCR) (US Pat. No. 4,683,202) to obtain a quantity suitable for transformation. Can do. In addition to known genes, genes such as glycerol dehydratase gene, diol dehydratase gene, and hydroxyaldehyde dehydrogenase gene are hybridization methods, PCR methods, etc. using synthetic primers appropriately designed based on the base sequences of known genes Can also be obtained.

遺伝子のクローニングに用いるゲノムDNAライブラリーの作製、ハイブリダイゼーション、PCR、プラスミドの調製、DNAの切断及び連結、形質転換等の方法は、Sambrook, J et al., Molecular Cloning 2nd ed., 9.47-9.58, Cold Spring Harbor Lab.press (1989)に記載されている。   Methods such as preparation of genomic DNA library used for gene cloning, hybridization, PCR, plasmid preparation, DNA cleavage and ligation, transformation and the like are described in Sambrook, J et al., Molecular Cloning 2nd ed., 9.47-9.58. , Cold Spring Harbor Lab.press (1989).

遺伝子を連結するベクターとしては、宿主で複製可能なものであれば特に限定されず、例えばプラスミド、ファージ及びコスミド等が挙げられる。プラスミドとしては、例えば、pHSG398、pUC18、pBR322、pSC101、pUC19、pUC118、pUC119、pACYC117、pBluescript II SK(+)、pETDuet−1、pACYCDuet−1等が挙げられ、ファージとしては、例えばλgt10、Charon 4A、EMBL−、M13mp18、M13mp19等が挙げられる。   The vector to which the gene is linked is not particularly limited as long as it can replicate in the host, and examples thereof include plasmids, phages and cosmids. Examples of the plasmid include pHSG398, pUC18, pBR322, pSC101, pUC19, pUC118, pUC119, pACYC117, pBluescript II SK (+), pETDuet-1, pACYCDuet-1, and the like. , EMBL-, M13mp18, M13mp19 and the like.

上記ベクターにおいては、挿入した遺伝子が確実に発現されるようにするため、該遺伝子の上流に適当な発現プロモーターを接続する。使用する発現プロモーターは、特に制限されず、宿主に応じて当業者が適宜選択すればよい。例えば宿主が大腸菌である場合には、T7プロモーター、lacプロモーター、trpプロモーター、λ−PLプロモーターなどが、宿主がBacillus属細菌である場合にはSPO系プロモーター等が使用できる。   In the above vector, in order to ensure that the inserted gene is expressed, an appropriate expression promoter is connected upstream of the gene. The expression promoter to be used is not particularly limited, and may be appropriately selected by those skilled in the art depending on the host. For example, when the host is Escherichia coli, T7 promoter, lac promoter, trp promoter, λ-PL promoter and the like can be used, and when the host is a Bacillus bacterium, an SPO promoter or the like can be used.

宿主としては、目的とする遺伝子を発現できるものであれば特に限定されず、例えば、Ralstonia属、Pseudomonas属、Bacillus属、Escherichia属、Propionibacterium属、Lactobacillus属、Salmonella属、Klebsiella属、Acetobacterium属、Flavobacterium属、Citrobacter属、Agrobacterium属、Anabaena属、Bradyrhizobium属、Brucella属、Chlorobium属、Clostridium属、Corynebacterium属、Fusobacterium属、Geobacter属、Gloeobacter属、Leptospira属、Mycobacterium属、Mycobacterium属、Photorhabdus属、Porphyromonas属、Prochlorococcus属、Rhodobacter属、Rhodopseudomonas属、Sinorhizobium属、Streptomyces属、Synechococcus属、Thermosynechococcus属、Treponema 属、Archaeoglobus属、Halobacterium属、Mesorhizobium属、Methanobacterium属、Methanococcus属、Methanopyrus属、Methanosarcina属、Methanosarcina属、Pyrobaculum属、Sulfolobus 属、Thermoplasma属に属する微生物、具体的には、大腸菌、Acetobacterium sp.、Citrobacter freundii、Flavobacterium sp.、Ralstonia solanacearum、Ralstonia eutropha、Pseudomonas putida、Pseudomonas aeruginosa、Pseudomonas denitrificans、Bacillus subtilis、Bacillus megaterium、Propionibacterium acidipropionici、Propionibacterium acnes、Propionibacterium australiense、Propionibacterium avidum、Propionibacterium cyclohexanicum、Propionibacterium granulosum、Propionibacterium jensenii、Propionibacterium microaephilum、Propionibacterium propionicum、Propionibacterium thoenii、Propionibacterium freudenreichii、Agrobacterium tumefaciens、Anabaena sp.、Bradyrhizobium japonicum、Brucella melitensis、Brucella suis、Chlorobium tepidum、Clostridium tetani、Clostridium glycolicum、Clostridium difficile、Corynebacterium diphtheriae、Fusobacterium nucleatum、Geobacter sulfurreducens、Gloeobacter violaceus、Leptospira interrogans、Mycobacterium bovis、Mycobacterium tuberculosis、Photorhabdus luminescens、Porphyromonas gingivalis、Prochlorococcus marinus、Rhodobacter capsulatus、Rhodopseudomonas palustris、Sinorhizobium meliloti、Streptomyces avermitilis、Streptomyces coelicolor、Synechococcus sp.、Thermosynechococcus elongatus、Treponema denticola、Archaeoglobus fulgidus、Halobacterium sp、Mesorhizobium loti、Methanobacterium thermoautotrophicum、Methanococcus jannaschii、Methanopyrus kandleri、Methanosarcina acetivorans、Methanosarcina mazei、Pyrobaculum aerophilum、Sulfolobus solfataricus、Sulfolobus tokodaii、Thermoplasma acidophilum、Thermoplasma volcaniumが挙げられる。   The host is not particularly limited as long as it can express the target gene.For example, Ralstonia, Pseudomonas, Bacillus, Escherichia, Propionibacterium, Lactobacillus, Salmonella, Klebsiella, Acetobacterium, Flavobacterium Genus, Citrobacter, Agrobacterium, Anabaena, Bradyrhizobium, Brucella, Chlorobium, Clostridium, Corynebacterium, Fusobacterium, Geobacter, Gloeobacter, Leptospira, Mycobacterium, Mycobacterium, Porphydus, Porphydus Prochlorococcus sp , Microorganisms belonging to the genus Sulfolobus and Thermoplasma, specifically, Escherichia coli, Acetobacte rium sp., Citrobacter freundii, Flavobacterium sp., Ralstonia solanacearum, Ralstonia eutropha, Pseudomonas putida, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas denitrificans, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, Propionibacterium acidipropionici, Propines Propionibacterium jensenii, Propionibacterium microaephilum, Propionibacterium propionicum, Propionibacterium thoenii, Propionibacterium freudenreichii, Agrobacterium tumefaciens, Anabaena sp., Bradyrhizobium japonicum, Brucella melitensis, Brucella suis, Chlorobium tritridium, Loslotritridium, sulfurreducens, Gloeobacter violaceus, Leptospira interrogans, Mycobacterium bovis, Mycobacterium tuberculosis, Photorhabdus luminescens, Porphyromonas gingivalis, P rochlorococcus marinus, Rhodobacter capsulatus, Rhodopseudomonas palustris, Sinorhizobium meliloti, Streptomyces avermitilis, Streptomyces coelicolor, Synechococcus sp., Thermosynechococcus elongatus, Treponema denticola, Archaeoglobus fulgidus, Halobacterium sp, Mesorhizobium loti, Methanobacterium thermoautotrophicum, Methanococcus jannaschii, Methanopyrus kandleri, Methanosarcina acetivorans, Methanosarcina mazei, Pyrobaculum aerophilum, Sulfolobus solfataricus, Sulfolobus tokodaii, Thermoplasma acidophilum, Thermoplasma volcanium.

また、Saccharomyces cerevisiaeなどのSaccharomyces属に属する酵母、Candida maltosaなどのCandida属に属する酵母、COS細胞、CHO細胞、マウスL細胞、ラットGH3、ヒトFL細胞などの動物細胞、SF9細胞などの昆虫細胞などを使用できる。   In addition, yeast belonging to the genus Saccharomyces such as Saccharomyces cerevisiae, yeast belonging to the genus Candida such as Candida maltosa, animal cells such as COS cells, CHO cells, mouse L cells, rat GH3 and human FL cells, insect cells such as SF9 cells, etc. Can be used.

一実施形態においては、補酵素B12合成系を有するものを宿主として使用するのが好ましい。例えば、Lactobacillus属、Salmonella属、Klebsiella属、Propionibacterium属、Agrobacterium属、Anabaena属、Bacillus属、Bradyrhizobium属、Brucella属、Chlorobium属、Clostridium属、Corynebacterium属、Fusobacterium属、Geobacter属、Gloeobacter属、Leptospira属、Mycobacterium属、Mycobacterium属、Photorhabdus属、Porphyromonas属、Prochlorococcus属、Pseudomonas属、Ralstonia属、Rhodobacter属、Rhodopseudomonas属、Sinorhizobium属、Streptomyces属、Synechococcus属、Thermosynechococcus属、Treponema属、Archaeoglobus属、Halobacterium属、Mesorhizobium属、Methanobacterium属、Methanococcus属、Methanopyrus属、Methanosarcina属、Methanosarcina属、Pyrobaculum属、Sulfolobus 属、Thermoplasma属に属する微生物を宿主として使用する。あるいは、補酵素B12合成遺伝子を組み換えにより導入した宿主を用いてもよい。   In one embodiment, it is preferable to use a host having a coenzyme B12 synthesis system. For example, Lactobacillus, Salmonella, Klebsiella, Propionibacterium, Agrobacterium, Anabaena, Bacillus, Bradyrhizobium, Brucella, Chlorobium, Clostridium, Corynebacterium, Fusobacterium, Geobacter, Gloepobacter, Mycobacterium genus Mycobacterium genus Photorhabdus genus Porphyromonas genus Prochlorococcus genus Pseudomonas genus Ralstonia genus Rhodobacter genus Rhodopseudomonas genus A microorganism belonging to the genus Methanobacterium, Methanococcus, Methanopyrus, Methanosarcina, Methanosarcina, Pyrobaculum, Sulfolobus, or Thermoplasma is used as a host. Alternatively, a host into which a coenzyme B12 synthetic gene has been introduced by recombination may be used.

宿主細胞においては、グリセロールデヒドロゲナーゼを発現しない宿主細胞、すなわちグリセロールデヒドロゲナーゼ遺伝子を有しない細胞及びグリセロールデヒドロゲナーゼ遺伝子をノックアウトした細胞を使用するのが好ましい。これらを用いることにより、グリセリンが酸化されてジヒドロキシアセトンに変換される経路を遮断することができ、より高い収率で3−ヒドロキシプロピオン酸を製造することができる。グリセロールデヒドロゲナーゼ遺伝子をノックアウトする方法については、公知の方法を使用できる。具体的には、該ノックアウト細菌は、細胞中のグリセロールデヒドロゲナーゼ遺伝子を標的遺伝子として、標的遺伝子の任意の位置で相同組換えを起こすベクター(ターゲティングベクター)を用いて当該遺伝子を破壊する方法(ジーンターゲティング法)や、標的遺伝子の任意の位置にトラップベクター(プロモーターを持たないレポーター遺伝子)を挿入して当該遺伝子を破壊しその機能を失わせる方法(遺伝子トラップ法)、それらを組み合わせた方法等の当技術分野でノックアウト細胞、トランスジェニック動物(ノックアウト動物含む)等を作製する際に用いられる方法を用いて該細胞中のグリセロールデヒドロゲナーゼ遺伝子を破壊することによって作製される。相同置換を起こす位置又はトラップベクターを挿入する位置は、グリセロールデヒドロゲナーゼ遺伝子の発現の消失をもたらす変異を生じる位置であれば特に限定されないが、好ましくは転写調節領域、より好ましくは第2エクソンを置換する。またグリセロールデヒドロゲナーゼ遺伝子をノックアウトする他の方法としては、グリセロールデヒドロゲナーゼ遺伝子のアンチセンスcDNAを発現するベクターを導入する方法や、グリセロールデヒドロゲナーゼ遺伝子の2重鎖RNAを発現するベクターを細胞に導入する方法が挙げられる。当該ベクターとしては、ウイルスベクターやプラスミドベクター等が包含され、通常の遺伝子工学的手法に基づき、例えばSambrook, J et al., Molecular Cloning 2nd ed., 9.47-9.58, Cold Spring Harbor Lab.press (1989)等の基本書に従い作製することができる。又、市販されているベクターを任意の制限酵素で切断し所望の遺伝子等を組み込んで半合成することもできる。   As host cells, it is preferable to use host cells that do not express glycerol dehydrogenase, that is, cells that do not have a glycerol dehydrogenase gene and cells in which a glycerol dehydrogenase gene has been knocked out. By using these, the pathway in which glycerin is oxidized and converted to dihydroxyacetone can be blocked, and 3-hydroxypropionic acid can be produced in a higher yield. As a method for knocking out the glycerol dehydrogenase gene, a known method can be used. Specifically, the knockout bacterium uses a glycerol dehydrogenase gene in a cell as a target gene and destroys the gene using a vector (targeting vector) that causes homologous recombination at an arbitrary position of the target gene (gene targeting). Method), a method of destroying the gene by inserting a trap vector (reporter gene without a promoter) at an arbitrary position of the target gene and losing its function (gene trap method), a method combining them, etc. It is produced by disrupting the glycerol dehydrogenase gene in the cells using a method used for producing knockout cells, transgenic animals (including knockout animals) and the like in the technical field. The position at which homologous substitution occurs or the position at which the trap vector is inserted is not particularly limited as long as it causes a mutation that results in loss of expression of the glycerol dehydrogenase gene, but it preferably replaces the transcriptional regulatory region, more preferably the second exon. . Other methods for knocking out the glycerol dehydrogenase gene include a method of introducing a vector expressing an antisense cDNA of the glycerol dehydrogenase gene and a method of introducing a vector expressing a double-stranded RNA of the glycerol dehydrogenase gene into a cell. It is done. Such vectors include viral vectors, plasmid vectors, etc., and based on conventional genetic engineering techniques, for example, Sambrook, J et al., Molecular Cloning 2nd ed., 9.47-9.58, Cold Spring Harbor Lab.press (1989 ) And other basic documents. Alternatively, a commercially available vector can be cleaved with an arbitrary restriction enzyme, and a desired gene or the like can be incorporated and semi-synthesized.

ベクターの宿主への導入方法としては、特に制限されないが、例えば、電気パルス法、カルシウムイオンを用いる方法、プロトプラスト法、エレクトロポレーション法等を挙げることができる。   The method for introducing the vector into the host is not particularly limited, and examples thereof include an electric pulse method, a method using calcium ions, a protoplast method, and an electroporation method.

相同組換えによってゲノム上の任意の位置に目的の遺伝子を挿入する方法は、ゲノム上の配列と相同な配列に目的遺伝子をプロモーターとともに挿入し、この核酸断片をエレクトロポレーションによって細胞内に導入して相同組換えを起こさせることにより実施できる。ゲノムへの導入の際には目的遺伝子と薬剤耐性遺伝子を連結した核酸断片を用いると容易に相同組換えが起こった株を選抜することができる。また、薬剤耐性遺伝子と特定の条件下で致死的になる遺伝子を連結した遺伝子をゲノム上に上記の方法で相同組換えによって挿入し、その後、薬剤耐性遺伝子と特定の条件下で致死的になる遺伝子を置き換える形で目的遺伝子を相同組換えを利用して導入することもできる。   In the method of inserting a target gene at an arbitrary position on the genome by homologous recombination, the target gene is inserted into a sequence homologous to the sequence on the genome together with a promoter, and this nucleic acid fragment is introduced into the cell by electroporation. Can be carried out by causing homologous recombination. At the time of introduction into the genome, a strain in which homologous recombination has occurred can be easily selected by using a nucleic acid fragment in which a target gene and a drug resistance gene are linked. In addition, a gene linked to a drug resistance gene and a gene that becomes lethal under specific conditions is inserted into the genome by homologous recombination by the above method, and then becomes lethal under specific conditions with the drug resistance gene. The target gene can also be introduced using homologous recombination in the form of replacing the gene.

目的とする遺伝子が導入された組換え微生物を選択する方法は、特に制限されないが、目的とする遺伝子が導入された組換え微生物のみを、容易に選択できる手法によるものが好ましい。   A method for selecting a recombinant microorganism into which a target gene has been introduced is not particularly limited, but a method by which only a recombinant microorganism into which a target gene has been introduced can be easily selected is preferable.

また、一実施形態において、本発明の酵素反応は、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼ並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを産生する微生物又はその処理物とグリセリンとを接触させることに実施する。そのような微生物としては、グリセロールデヒドラターゼ遺伝子及び/又はジオールデヒドラターゼ遺伝子並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子を含む組換え微生物を使用できる。当該微生物は、さらに、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子及び/又はジオールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子を含むことが好ましい。あるいは、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼ並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを産生する微生物又はその処理物に加え、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子及び/又はジオールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子を含む微生物又はその処理物を含む酵素活性物質とグリセリンとを接触させることにより酵素反応を実施してもよい。遺伝子導入方法や宿主などの組換え微生物の製造方法については、すでに記載したとおりである。   In one embodiment, the enzymatic reaction of the present invention is carried out by contacting glycerol with a microorganism that produces glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and hydroxyaldehyde dehydrogenase or a processed product thereof. As such a microorganism, a recombinant microorganism containing a glycerol dehydratase gene and / or a diol dehydratase gene and a hydroxyaldehyde dehydrogenase gene can be used. The microorganism preferably further contains a glycerol dehydratase reactivation factor gene and / or a diol dehydratase reactivation factor gene. Alternatively, in addition to a microorganism that produces glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and hydroxyaldehyde dehydrogenase or a processed product thereof, a microorganism that contains a glycerol dehydratase reactivating factor gene and / or a diol dehydratase reactivating factor gene or a processed product thereof The enzyme reaction may be carried out by contacting the enzyme active substance with glycerin. The gene introduction method and the method for producing a recombinant microorganism such as a host have already been described.

このような微生物又はその処理物を用いて酵素反応を実施することにより、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼによる酵素反応と、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼによる酵素反応とが同一の反応系で行われ、中間体である3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドの蓄積による酵素産生微生物の損傷及び酵素の失活を防止することができる。   By carrying out an enzymatic reaction using such a microorganism or a processed product thereof, the enzymatic reaction by glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and the enzymatic reaction by hydroxyaldehyde dehydrogenase are carried out in the same reaction system, Damage to enzyme-producing microorganisms due to accumulation of certain 3-hydroxypropionaldehyde and inactivation of the enzyme can be prevented.

本発明において、3−ヒドロキシプロピオン酸の製造は、上記微生物又はその処理物、あるいは複数の微生物又はその処理物を含む酵素活性物質とグリセリンとを接触させ、反応生成物中に3−ヒドロキシプロピオン酸を蓄積させ、3−ヒドロキシプロピオン酸を採取することにより実施できる。   In the present invention, 3-hydroxypropionic acid is produced by bringing the above-mentioned microorganism or a processed product thereof, or an enzyme active substance containing a plurality of microorganisms or a processed product thereof into contact with glycerin, and 3-hydroxypropionic acid in the reaction product Can be accumulated and 3-hydroxypropionic acid can be collected.

上記微生物又はその処理物またはそれらを含む酵素活性物質とグリセリンとを接触させるとは、グリセリンの存在下で微生物又はその処理物を培養すること、また、本発明の微生物の処理物を用いて反応を行うことを包含する。該処理物としては、アセトン、トルエン等で処理した菌体、菌死体、凍結乾燥菌体、菌体破砕物、菌体を破砕した無細胞抽出物、これらから酵素を抽出した粗酵素液、精製酵素等が挙げられる。また、常法により担体に固定化した菌体、該処理物、酵素等を用いることもできる。   The contact of the microorganism or the processed product thereof or the enzyme active substance containing them with glycerin means culturing the microorganism or the processed product in the presence of glycerin, or reacting with the processed product of the microorganism of the present invention. To include. Examples of the treated products include cells treated with acetone, toluene, etc., fungus bodies, freeze-dried cells, disrupted cells, cell-free extracts obtained by disrupting cells, crude enzyme solutions obtained by extracting enzymes from these, purification An enzyme etc. are mentioned. Moreover, the microbial cell fixed to the support | carrier by the conventional method, this processed material, an enzyme, etc. can also be used.

培養に用いる培地及び培養条件は、使用する微生物の種類に応じて適宜設定することができるが、窒素源、無機イオン及び必要に応じその他の有機微量栄養素を含有する通常の培地、例えば、2培地などを用いることができる。培養は、用いる微生物の生育に好適な条件で行われる。通常、培養温度10℃〜45℃で、16〜96時間実施する。また、宿主として好熱性細菌を用いる場合には、培養温度は42℃〜60℃で培養することができる。培養を連続的に行う場合には、培養は1週間〜3ヶ月間実施する。   The culture medium and culture conditions used for the culture can be appropriately set according to the type of microorganism to be used, but a normal medium containing a nitrogen source, inorganic ions and other organic micronutrients as necessary, for example, 2 culture media Etc. can be used. The culture is performed under conditions suitable for the growth of the microorganism to be used. Usually, it is carried out at a culture temperature of 10 ° C to 45 ° C for 16 to 96 hours. In addition, when a thermophilic bacterium is used as a host, it can be cultured at a culture temperature of 42 ° C to 60 ° C. When the culture is continuously performed, the culture is performed for 1 week to 3 months.

ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼによる酵素反応は、ニコチンアミドヌクレオチド(NAD)依存的な反応であるが、培養を好気的条件下で行うことにより、呼吸鎖においてNADH+H→NADの酸化反応が行われ、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼによる酵素反応を継続的に実施することができる(図1参照)。 The enzymatic reaction by hydroxyaldehyde dehydrogenase is a nicotinamide nucleotide (NAD + ) -dependent reaction, but by performing culture under aerobic conditions, an oxidation reaction of NADH + H + → NAD + is performed in the respiratory chain, The enzymatic reaction with hydroxyaldehyde dehydrogenase can be carried out continuously (see FIG. 1).

また、好気培養し、菌体量を増やしてから嫌気的条件下で培養し、グリセリンを与えて発酵を行うこともできる。その場合は、呼吸鎖におけるNADH+H→NADの酸化反応が行われないが、アルコールデヒドロゲナーゼによる3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドの1,3−プロパンジオールへの還元反応を平行して実施することにより、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼによる酵素反応を継続的に実施することができる(図2参照)。 It is also possible to carry out fermentation by aerobic culture, increasing the amount of cells and then culturing under anaerobic conditions, giving glycerin. In that case, the oxidation reaction of NADH + H + → NAD + in the respiratory chain is not carried out, but by carrying out the reduction reaction of 3-hydroxypropionaldehyde to 1,3-propanediol in parallel with alcohol dehydrogenase, The enzymatic reaction with aldehyde dehydrogenase can be carried out continuously (see FIG. 2).

アルコールデヒドロゲナーゼによる3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドの1,3−プロパンジオールへの還元反応は、アルコールデヒドロゲナーゼを産生する微生物又はその処理物を用いて実施できる。本発明の酵素反応に使用される微生物、すなわち、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼを産生する微生物、ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを産生する微生物、あるいはグリセロールデヒドラターゼ遺伝子及び/又はジオールデヒドラターゼ遺伝子並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子を含む組換え微生物に、アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子を導入してもよい。また、組換え微生物の宿主として、アルコールデヒドロゲナーゼを産生する微生物や、アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子を導入したものを用いてもよい。   The reduction reaction of 3-hydroxypropionaldehyde to 1,3-propanediol by alcohol dehydrogenase can be carried out using a microorganism that produces alcohol dehydrogenase or a processed product thereof. Microorganisms used in the enzyme reaction of the present invention, that is, microorganisms producing glycerol dehydratase and / or diol dehydratase, microorganisms producing hydroxyaldehyde dehydrogenase, or glycerol dehydratase gene and / or diol dehydratase gene and hydroxyaldehyde dehydrogenase gene An alcohol dehydrogenase gene may be introduced into the recombinant microorganism. Moreover, you may use the microorganisms which produce alcohol dehydrogenase, and the thing which introduce | transduced the alcohol dehydrogenase gene as a host of recombinant microorganisms.

アルコールデヒドロゲナーゼは、3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドの1,3−プロパンジオールへの還元反応を触媒するタンパク質であれば特に制限されず、公知のものを使用できる。具体的には、例えば、Lactobacillus属、Citrobacter属、Clostridium属、Klebsiella属、Enterobacter属、Caloramator属、Salmonella属、及びListeria属等に属する細菌に由来するものが挙げられる。これらのアルコールデヒドロゲナーゼは、単独で使用してもよいし、2種以上の混合物として使用してもよい。好ましくは、プロパノールデヒドロゲナーゼを用いる。プロパノールデヒドロゲナーゼ遺伝子の塩基配列として、配列番号25の塩基配列が例示される。プロパノールデヒドロゲナーゼ遺伝子には、配列番号25の塩基配列からなる遺伝子と機能的に同等の遺伝子も包含される。   The alcohol dehydrogenase is not particularly limited as long as it is a protein that catalyzes the reduction reaction of 3-hydroxypropionaldehyde to 1,3-propanediol, and a known one can be used. Specific examples include those derived from bacteria belonging to the genus Lactobacillus, Citrobacter, Clostridium, Klebsiella, Enterobacter, Caloramator, Salmonella, Listeria and the like. These alcohol dehydrogenases may be used alone or as a mixture of two or more. Preferably, propanol dehydrogenase is used. The base sequence of SEQ ID NO: 25 is exemplified as the base sequence of the propanol dehydrogenase gene. The propanol dehydrogenase gene also includes a gene functionally equivalent to the gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 25.

上記のように嫌気的条件下で、アルコールデヒドロゲナーゼによる酵素反応を平行して実施することにより、3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドと1,3−プロパンジオールの双方を製造することができる。1,3−プロパンジオールは、ポリエステル繊維の生産並びにポリウレタン及び環状化合物の製造に使用される有用なモノマーであり、本実施形態により2種の有用物質を効率的に製造することが可能である。   By carrying out the enzyme reaction with alcohol dehydrogenase in parallel under anaerobic conditions as described above, both 3-hydroxypropionaldehyde and 1,3-propanediol can be produced. 1,3-propanediol is a useful monomer used in the production of polyester fibers and in the production of polyurethane and cyclic compounds. According to this embodiment, two useful substances can be efficiently produced.

生物学的系において、グリセリンは2段階の酵素触媒反応を経て、1,3−プロパンジオールに変換され、第1段階において、グリセロールデヒドラターゼがグリセリンを3−ヒドロキシプロピオンアルデヒド及び水へ変換し、第2段階において、3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドがNAD−結合オキシドレダクターゼにより1,3−プロパンジオールに還元される。しかし、生物学的系におけるグリセリンからの1,3−プロパンジオールの生産は、一般に嫌気的条件下でグリセリンを単独の炭素源とし、他の外因性還元当量受容物質の不在下で行われるため、最初に、NAD−(又はNADP−)結合グリセロールデヒドロゲナーゼによるグリセリンのジヒドロキシアセトン(DHA)への酸化(グリセリン+NAD+→DHA+NADH+H)というグリセリンに関する平行経路が働き、DHAは、DHAキナーゼによってジヒドロキシアセトンリン酸へリン酸化され、生合成及びATP生成のために利用されるため、従来の微生物を用いた1,3−プロパンジオールの製造方法においては、原料であるグリセリンの半分が上記平行経路において消費され、原料グリセリンに対する生成物の収率が低く、効率性及びコストの点で問題があった。しかし、上記実施態様を採用することにより、原料グリセリンのロスを低減し、1,3−プロパンジオールと合わせて3−ヒドロキシプロピオン酸を製造することが可能になる。 In biological systems, glycerin is converted to 1,3-propanediol via a two-stage enzyme-catalyzed reaction, and in the first stage, glycerol dehydratase converts glycerin to 3-hydroxypropionaldehyde and water, In the stage, 3-hydroxypropionaldehyde is reduced to 1,3-propanediol by NAD + -linked oxidoreductase. However, since the production of 1,3-propanediol from glycerin in biological systems is generally performed under anaerobic conditions with glycerin as the sole carbon source and in the absence of other exogenous reducing equivalent acceptors, Initially, a parallel pathway for glycerin, which is the oxidation of glycerin to dihydroxyacetone (DHA) by NAD + -(or NADP + -)-linked glycerol dehydrogenase (glycerin + NAD + → DHA + NADH + H) works, and DHA is dihydroxyacetone phosphorylated by DHA kinase. In the conventional method for producing 1,3-propanediol using microorganisms, half of the glycerin as a raw material is consumed in the parallel pathway because it is phosphorylated into an acid and used for biosynthesis and ATP production. , Product yield relative to raw glycerin However, there was a problem in efficiency and cost. However, by adopting the above embodiment, it is possible to reduce the loss of raw material glycerin and produce 3-hydroxypropionic acid together with 1,3-propanediol.

微生物の培養におけるpHは、宿主の生育を妨害せず、かつ培養液から酸を分離するときの障害とならない試薬を用いて調整する。pH調整には無機又は有機の酸性又はアルカリ性物質、更にアンモニアガス等を使用することができる。炭酸ナトリウム、アンモニア、ナトリウムイオン供給源、例えば塩化ナトリウムを添加してもよい。また、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化アンモニウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、酢酸カリウム水溶液等の一般的なアルカリ試薬を用いてもよい。培養期間中pHは、5.0以上、好ましくは5.5以上で、10.0以下、好ましくは9.7以下に保持する。   The pH in the culture of microorganisms is adjusted using a reagent that does not interfere with the growth of the host and does not interfere with the separation of the acid from the culture solution. For the pH adjustment, an inorganic or organic acidic or alkaline substance, ammonia gas or the like can be used. Sodium carbonate, ammonia, a sodium ion source such as sodium chloride may be added. Moreover, you may use common alkali reagents, such as sodium hydroxide aqueous solution, potassium hydroxide aqueous solution, ammonium hydroxide aqueous solution, calcium hydroxide aqueous solution, potassium carbonate aqueous solution, sodium carbonate aqueous solution, potassium acetate aqueous solution. During the culture period, the pH is 5.0 or more, preferably 5.5 or more and 10.0 or less, preferably 9.7 or less.

窒素源としては、例えば、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等のアンモニウム塩の他、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスティープリカー等が挙げられる。また、無機物としては、例えば、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム等が挙げられる。   Examples of the nitrogen source include ammonium salts such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, and ammonium phosphate, as well as peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, and the like. Examples of inorganic substances include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, and sodium chloride.

培養中は、カナマイシン、アンピシリン、テトラサイクリン等の抗生物質を培地に添加してもよい。誘導性のプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養する場合は、インデューサーを培地に添加することもできる。例えば、イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド(IPTG)、インドール酢酸(IAA)等を培地に添加することができる。   During the culture, antibiotics such as kanamycin, ampicillin, and tetracycline may be added to the medium. When culturing a microorganism transformed with an expression vector using an inducible promoter, an inducer can be added to the medium. For example, isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG), indoleacetic acid (IAA), or the like can be added to the medium.

あるいは、上記において得られた微生物の培養物から遠心分離などによって集菌を行い、適当なバッファーや培地に懸濁する。この菌体懸濁液を、グリセリンを含むバッファーに懸濁し、反応を行うことによって、3−ヒドロキシプロピオン酸を製造することもできる。反応の条件は、例えば、反応温度は10〜80℃、好ましくは15〜50℃、反応時間は5分〜96時間、好ましくは10分〜72時間、pHは5.0以上、好ましくは5.5以上で、10.0以下、好ましくは9.7以下である。反応を連続的に行う場合には、反応を1週間〜3ヶ月間実施する。   Alternatively, cells are collected from the microorganism culture obtained above by centrifugation or the like, and suspended in an appropriate buffer or medium. 3-hydroxypropionic acid can also be produced by suspending this bacterial cell suspension in a buffer containing glycerin and carrying out the reaction. The reaction conditions are, for example, a reaction temperature of 10 to 80 ° C., preferably 15 to 50 ° C., a reaction time of 5 minutes to 96 hours, preferably 10 minutes to 72 hours, and a pH of 5.0 or more, preferably 5. It is 5 or more and 10.0 or less, preferably 9.7 or less. When the reaction is carried out continuously, the reaction is carried out for 1 week to 3 months.

3−ヒドロキシプロピオン酸の精製法は当該技術分野において周知である。例えば、有機溶媒を用いる抽出、蒸留及びカラムクロマトグラフィーに反応混合物を供することにより、培地から3−ヒドロキシプロピオン酸を得ることができる(米国特許第5,356,812号)。また、限外濾過膜や水などの低分子のみが透過できるゼオライト分離膜などで発酵液の濃縮を行うのが好ましい。濃縮を行うことにより、水を蒸発させるためのエネルギーを低減することができる。培地を高圧液体クロマトグラフィー(HPLC)分析にかけることにより、3−ヒドロキシプロピオン酸を直接同定することもできる。1,3−プロパンジオールの精製についても同様である。   Methods for purifying 3-hydroxypropionic acid are well known in the art. For example, 3-hydroxypropionic acid can be obtained from the culture medium by subjecting the reaction mixture to extraction with an organic solvent, distillation and column chromatography (US Pat. No. 5,356,812). Further, it is preferable to concentrate the fermentation broth with an ultrafiltration membrane or a zeolite separation membrane that allows only low molecules such as water to pass through. By concentrating, the energy for evaporating water can be reduced. 3-hydroxypropionic acid can also be identified directly by subjecting the medium to high pressure liquid chromatography (HPLC) analysis. The same applies to the purification of 1,3-propanediol.

一実施形態において、本発明は、上記方法によって得られた3−ヒドロキシプロピオン酸を脱水することによりアクリル酸を製造する方法に関する。3−ヒドロキシプロピオン酸は脱水は、公知の反応によって実施することができる。例えば、US2469701にも記載されているように、3−ヒドロキシプロピオン酸は、触媒の存在下で減圧蒸留することにより容易にアクリル酸に変換することができる。   In one embodiment, the present invention relates to a method for producing acrylic acid by dehydrating 3-hydroxypropionic acid obtained by the above method. 3-hydroxypropionic acid can be dehydrated by a known reaction. For example, as described in US2469701, 3-hydroxypropionic acid can be easily converted to acrylic acid by distillation under reduced pressure in the presence of a catalyst.

本発明はまた、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼ並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを含む、グリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸を製造するための組成物に関する。当該組成物は、これらの酵素を産生する微生物又はその処理物から製造することができる。   The present invention also relates to a composition for producing 3-hydroxypropionic acid from glycerin comprising glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and hydroxyaldehyde dehydrogenase. The said composition can be manufactured from the microorganisms which produce these enzymes, or its processed material.

界面活性剤産業やバイオディーゼル燃料産業において副産物として排出される不純物を含んだグリセリン水溶液は、化学合成の原料としては問題があるが、酵素反応の原料として用いる場合には問題がないことから、グリセリンを原料に有用物質を製造できる本発明は、廃棄物の有効利用という観点からも優れている。   Glycerin aqueous solution containing impurities discharged as a by-product in the surfactant industry and biodiesel fuel industry has a problem as a raw material for chemical synthesis, but there is no problem when used as a raw material for enzyme reaction. The present invention capable of producing a useful substance using as a raw material is also excellent from the viewpoint of effective use of waste.

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明の範囲は実施例の範囲に限定されない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, the scope of the present invention is not limited to the range of an Example.

(実施例1)クレブジェラ・ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)のグリセロールデヒドラターゼ遺伝子のクローニング
クレブジェラ・ニューモニエのゲノムをテンプテレ−トとしてグリセロールデヒドラターゼ遺伝子(GD遺伝子)を下記の2つのプライマーを用いてPCRで増幅し、増幅断片の末端を制限酵素NdeI、BglIIで切断し、電気泳動によって切断断片を回収した。
Example 1 Cloning of Klebsiella pneumoniae Glycerol Dehydratase Gene The glycerol dehydratase gene (GD gene) was amplified by PCR using the Klebsiella pneumoniae genome as a template and the following two primers. The ends of the fragments were cleaved with restriction enzymes NdeI and BglII, and the cleaved fragments were recovered by electrophoresis.

フォワードプライマー:
5'-GGGGGGCCATATGAAAAGATCAAAACGATTTGCAGTACTG-3'
リバースプライマー:
5'-CCCCGGATCCTTAGCTTCCTTTACGCAGCTTATGCCGCTGC-3'
Forward primer:
5'-GGGGGGCCATATGAAAAGATCAAAACGATTTGCAGTACTG-3 '
Reverse primer:
5'-CCCCGGATCCTTAGCTTCCTTTACGCAGCTTATGCCGCTGC-3 '

pHSG398プラスミドをテンプレートにして下記の2つのプライマーでベクター配列を増幅し、pHSG398プラスミドのlacプロモーターの後ろにNdeIサイトを持ち、lacZ遺伝子の終始コドンの位置にBamHIサイトを持ったDNA断片を増幅した。   The vector sequence was amplified with the following two primers using the pHSG398 plasmid as a template, and a DNA fragment having an NdeI site behind the lac promoter of the pHSG398 plasmid and a BamHI site at the start codon position of the lacZ gene was amplified.

フォワードプライマー:
5'-CCCCCCCATATGTGTTTCCTGTGTGAAATTGTTATCCGCTCACAATTCCACACAATATACGAGCC-3'
リバースプライマー:
5'-CCCCGGATCCTTAGTTAAGCCAGCCCCGACACCCGCCAACACC-3'
Forward primer:
5'-CCCCCCCATATGTGTTTCCTGTGTGAAATTGTTATCCGCTCACAATTCCACACAATATACGAGCC-3 '
Reverse primer:
5'-CCCCGGATCCTTAGTTAAGCCAGCCCCGACACCCGCCAACACC-3 '

増幅断片を制限酵素BamHIとNdeIで切断し、電気泳動によって切断断片を分離して回収した。この2つのDNA断片をライゲーションし、大腸菌TOP10コンピテントセルに導入し、アンピシリン含有プレートに広げて培養した。得られた形質転換体からプラスミドを抽出し、制限酵素NdeIで切断し、電気泳動によって切断断片のサイズを確認したところライゲーションに使用した元の2本のDNA断片のサイズの合計と同じサイズであることがわかった。この形質転換体の一つをGD/pHSG398/TOP10と命名した。   The amplified fragment was cleaved with restriction enzymes BamHI and NdeI, and the cleaved fragment was separated and recovered by electrophoresis. These two DNA fragments were ligated, introduced into E. coli TOP10 competent cells, spread on ampicillin-containing plates and cultured. A plasmid was extracted from the obtained transformant, cleaved with the restriction enzyme NdeI, and the size of the cleaved fragment was confirmed by electrophoresis. The size was the same as the total size of the original two DNA fragments used for ligation. I understood it. One of the transformants was named GD / pHSG398 / TOP10.

(実施例2)クレブジェラ・ニューモニエのグリセロールデヒドラターゼ粗酵素液の調製
上記形質転換体をLB培地にクロラムフェニコール50ppmを含む液体培地5mlで37℃、16時間培養し、LB培地にクロラムフェニコール50ppmとIPTG1mMを添加した培地50mlに全量接種し、37℃で12時間培養した。この培養液を遠心分離にかけ、菌体をペレットとして回収した。得られた菌体は約0.5gであった。
(Example 2) Preparation of crude glycerol dehydratase enzyme solution of Klebella pneumoniae The above transformant was cultured at 37 ° C for 16 hours in 5 ml of a liquid medium containing 50 ppm of chloramphenicol in LB medium, and chloramphenicol was cultured in LB medium. The whole amount was inoculated into 50 ml of a medium supplemented with 50 ppm and IPTG 1 mM, and cultured at 37 ° C. for 12 hours. The culture was centrifuged and the cells were collected as a pellet. The obtained microbial cell was about 0.5 g.

この菌体を0.1Mリン酸カリウムバッファー(pH8.0)にOD660の吸収が10になるように懸濁し、超音波破砕機で5分処理して菌体を破砕した。破砕物を遠心分離にかけ、上清を回収してグリセロールデヒドラターゼ粗酵素液とした。 The cells were suspended in 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 8.0) so that the absorption of OD 660 was 10, and the cells were treated with an ultrasonic crusher for 5 minutes to disrupt the cells. The crushed material was centrifuged, and the supernatant was collected to obtain a glycerol dehydratase crude enzyme solution.

(実施例3)大腸菌K−12株のaldA遺伝子のクローニング
大腸菌K−12 W3110株のゲノムをテンプテレ−トとしてaldA遺伝子を下記の2つのプライマーを用いてPCRで増幅し、増幅断片の末端を制限酵素NdeI、BglIIで切断し、電気泳動によって切断断片を回収した。
(Example 3) Cloning of aldA gene of Escherichia coli K-12 strain Using the genome of Escherichia coli K-12 W3110 strain as a template, the aldA gene was amplified by PCR using the following two primers, and the ends of the amplified fragments were restricted. Cleaved with enzymes NdeI and BglII, and the cleaved fragments were recovered by electrophoresis.

フォワードプライマー:
5'-GGGGGGCCATATGTCAGTACCCGTTCAACATCCTATG-3'
リバースプライマー:
5'-CCCCAGATCTTTAAGACTGTAAATAAACCACCTGGGTC-3'
Forward primer:
5'-GGGGGGCCATATGTCAGTACCCGTTCAACATCCTATG-3 '
Reverse primer:
5'-CCCCAGATCTTTAAGACTGTAAATAAACCACCTGGGTC-3 '

pUC18プラスミドをテンプレートにして下記の2つのプライマーでベクター配列を増幅し、pUC18プラスミドのlacプロモーターの後ろにNdeIサイトを持ち、lacZ遺伝子の終始コドンの位置にBamHIサイトを持ったDNA断片を増幅した。   The vector sequence was amplified with the following two primers using the pUC18 plasmid as a template, and a DNA fragment having an NdeI site behind the lac promoter of the pUC18 plasmid and a BamHI site at the position of the start codon of the lacZ gene was amplified.

フォワードプライマー:
5'-CCCCCCCATATGTGTTTCCTGTGTGAAATTGTTATCCGCTCACAATTCCACACAATATACGAGCC-3'
リバースプライマー:
5'-CCCCGGATCCTTAGTTAAGCCAGCCCCGACACCCGCCAACACC-3'
Forward primer:
5'-CCCCCCCATATGTGTTTCCTGTGTGAAATTGTTATCCGCTCACAATTCCACACAATATACGAGCC-3 '
Reverse primer:
5'-CCCCGGATCCTTAGTTAAGCCAGCCCCGACACCCGCCAACACC-3 '

増幅断片を制限酵素BamHIとNdeIで切断し、電気泳動によって切断断片を分離して回収した。この2つのDNA断片をライゲーションし、大腸菌TOP10コンピテントセルに導入し、アンピシリン含有プレートに広げて培養した。得られた形質転換体からプラスミドを抽出し、制限酵素NdeIで切断し、電気泳動によって切断断片のサイズを確認したところライゲーションに使用した元の2本のDNA断片(の合計)と同じサイズの1本のバンドを確認することができた。この形質転換体の一つをaldA/pUC18/TOP10と命名した。   The amplified fragment was cleaved with restriction enzymes BamHI and NdeI, and the cleaved fragment was separated and recovered by electrophoresis. These two DNA fragments were ligated, introduced into E. coli TOP10 competent cells, spread on ampicillin-containing plates and cultured. A plasmid was extracted from the obtained transformant, cleaved with the restriction enzyme NdeI, and the size of the cleaved fragment was confirmed by electrophoresis. As a result, 1 of the same size as the original two DNA fragments (total) used for ligation was obtained. The band of the book was able to be confirmed. One of the transformants was named aldA / pUC18 / TOP10.

(実施例4)大腸菌K−12株のaldA粗酵素液の調製
上記形質転換体をLB培地にアンピシリン100ppmを含む液体培地5mlで37℃、16時間培養し、LB培地にアンピシリン100ppmとIPTG1mMを添加した培地50mlに全量接種し、37℃で12時間培養した。この培養液を遠心分離にかけ、菌体をペレットとして回収した。得られた菌体は約0.5gであった。
(Example 4) Preparation of aldA crude enzyme solution of Escherichia coli K-12 strain The above transformant was cultured at 37 ° C. for 16 hours in 5 ml of a liquid medium containing 100 ppm of ampicillin in LB medium, and 100 ppm of ampicillin and IPTG of 1 mM were added to the LB medium. The whole amount was inoculated into 50 ml of the prepared medium and cultured at 37 ° C. for 12 hours. The culture was centrifuged and the cells were collected as a pellet. The obtained microbial cell was about 0.5 g.

この菌体を0.1Mリン酸カリウムバッファー(pH8.0)にOD660の吸収が10になるように懸濁し、超音波破砕機で5分処理して菌体を破砕した。破砕物を遠心分離にかけ、上清を回収してaldA粗酵素液とした。 The cells were suspended in 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 8.0) so that the absorption of OD 660 was 10, and the cells were treated with an ultrasonic crusher for 5 minutes to disrupt the cells. The crushed material was centrifuged and the supernatant was recovered to obtain an aldA crude enzyme solution.

(実施例5)大腸菌K−12株のaldB遺伝子のクローニング
大腸菌K−12 W3110株のゲノムをテンプテレ−トとしてaldB遺伝子を下記の2つのプライマーを用いてPCRで増幅し、増幅断片の末端を制限酵素NdeI、BamHIで切断し、電気泳動によって切断断片を回収した。
(Example 5) Cloning of aldB gene of Escherichia coli K-12 strain Using the genome of Escherichia coli K-12 W3110 as a template, the aldB gene was amplified by PCR using the following two primers, and the ends of the amplified fragments were restricted. Cleaved with enzymes NdeI and BamHI, and the cleaved fragments were recovered by electrophoresis.

フォワードプライマー:
5'-GGGGGGCCATATGACCAATAATCCCCCTTCAGCACAG-3'
リバースプライマー:
5'-CCCCGGATCCTCAGAACAGCCCCAACGGTTTATCC-3'
Forward primer:
5'-GGGGGGCCATATGACCAATAATCCCCCTTCAGCACAG-3 '
Reverse primer:
5'-CCCCGGATCCTCAGAACAGCCCCAACGGTTTATCC-3 '

aldA遺伝子のクローニングの時と同様にpUC18をテンプレートとしたPCR増幅DNA断片を制限酵素処理したものとaldB遺伝子断片をライゲーションし、大腸菌TOP10コンピテントセルに導入し、アンピシリン含有プレートに広げて培養した。得られた形質転換体からプラスミドを抽出し、制限酵素BamHIとNdeIで切断し、電気泳動によって切断断片のサイズを確認したところライゲーションに使用した元の2本のDNA断片と同じサイズの2本のバンドを確認することができた。この形質転換体の一つをaldB/pUC18/TOP10と命名した。   Similarly to the cloning of the aldA gene, a PCR-amplified DNA fragment using pUC18 as a template and the aldB gene fragment were ligated, introduced into an E. coli TOP10 competent cell, spread on an ampicillin-containing plate and cultured. A plasmid was extracted from the obtained transformant, cleaved with restriction enzymes BamHI and NdeI, and the size of the cleaved fragment was confirmed by electrophoresis. As a result, two DNA fragments of the same size as the original two DNA fragments used for ligation were obtained. I was able to confirm the band. One of the transformants was named aldB / pUC18 / TOP10.

(実施例6)大腸菌K−12株のaldB粗酵素液の調製
上記形質転換体をLB培地にアンピシリン100ppmを含む液体培地5mlで37℃、16時間培養し、LB培地にアンピシリン100ppmとIPTG1mMを添加した培地50mlに全量接種し、37℃で12時間培養した。この培養液を遠心分離にかけ、菌体をペレットとして回収した。得られた菌体は約0.5gであった。
(Example 6) Preparation of aldB crude enzyme solution of Escherichia coli K-12 strain The above transformant was cultured at 37 ° C. for 16 hours in 5 ml of liquid medium containing 100 ppm of ampicillin in LB medium, and 100 ppm of ampicillin and 1 mM of IPTG were added to LB medium. The whole amount was inoculated into 50 ml of the prepared medium and cultured at 37 ° C. for 12 hours. The culture was centrifuged and the cells were collected as a pellet. The obtained microbial cell was about 0.5 g.

この菌体を0.1Mリン酸カリウムバッファー(pH8.0)にOD660の吸収が10になるように懸濁し、超音波破砕機で5分処理して菌体を破砕した。破砕物を遠心分離にかけ、上清を回収してaldB粗酵素液とした。 The cells were suspended in 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 8.0) so that the absorption of OD 660 was 10, and the cells were treated with an ultrasonic crusher for 5 minutes to disrupt the cells. The crushed material was centrifuged, and the supernatant was recovered to obtain an aldB crude enzyme solution.

(実施例7)グリセロールデヒドラターゼの酵素活性の測定
(1)1.2−プロパンジオールを用いてグリセロールデヒドラターゼの活性を確認した。
まず、以下の試薬を調製し、下記表に記載の反応液組成でサンプルを調製した。
(a) バッファーA :50mMリン酸カリウムバッファー(pH8.0)
(b) 1M 1.2−プロパンジオール(1M PDO)
(c) 0.5M KCl
(d) アデノシルコバラミン 38mg/10ml(AdpB12)
(暗室で秤量し、水に溶解後、1.5mlずつ分注して凍結保存した)
(e) 0.1Mクエン酸カリウムバッファー(pH3.5、反応停止用)
(f) 1Mグリセリン
(g) 0.1%MBTH水溶液
(3−メチル−2−ベンゾシアゾリノンヒドラゾン塩酸塩、発色用)
(Example 7) Measurement of enzyme activity of glycerol dehydratase (1) The activity of glycerol dehydratase was confirmed using 1.2-propanediol.
First, the following reagents were prepared, and samples were prepared with the reaction solution compositions described in the following table.
(a) Buffer A: 50 mM potassium phosphate buffer (pH 8.0)
(b) 1M 1.2-propanediol (1M PDO)
(c) 0.5M KCl
(d) Adenosylcobalamin 38 mg / 10 ml (AdpB12)
(Weighed in a dark room, dissolved in water, dispensed 1.5 ml each and stored frozen)
(e) 0.1M potassium citrate buffer (pH 3.5, for stopping reaction)
(f) 1M glycerin
(g) 0.1% MBTH aqueous solution (3-methyl-2-benzosiazolinone hydrazone hydrochloride, for coloring)

Figure 2007082476
Figure 2007082476

1.5mlチューブに(V)以外を加えて混合し、暗室に移動して(V)を加えた。チューブをアルミホイルで遮光して、37℃のバスにつけて10分間反応させた。1分間、氷上に移し、0.1Mクエン酸カリウムバッファー1mlを加えて反応を停止させた。この反応液0.2mlを0.1Mクエン酸カリウムバッファーで2mlに希釈した。   (V) other than (V) was added to a 1.5 ml tube, mixed, moved to a dark room, and (V) was added. The tube was shielded from light with aluminum foil, placed in a 37 ° C. bath, and allowed to react for 10 minutes. The reaction was stopped for 1 minute on ice and 1 ml of 0.1 M potassium citrate buffer was added. 0.2 ml of this reaction solution was diluted to 2 ml with 0.1 M potassium citrate buffer.

得られた希釈液に0.1%MBTH溶液0.5mlを加え、37℃で15分加温して発色させた。この発色液0.5mlを水で5mlに希釈し305nmの吸収を測定した。結果を以下の表及び図3に示す。   To the obtained diluted solution, 0.5 ml of 0.1% MBTH solution was added, and color was developed by heating at 37 ° C. for 15 minutes. 0.5 ml of this color developing solution was diluted to 5 ml with water, and absorption at 305 nm was measured. The results are shown in the following table and FIG.

Figure 2007082476
Figure 2007082476

図3より、1.2−プロパンジオールを基質とした反応では、酵素量と吸光度がきれいな直線関係となり、グリセロールデヒドラターゼ発現菌体から作製した粗酵素液が1.2−プロパンジオールを基質とした脱水反応を触媒すること、酵素量とアルデヒド生成がきれいな直線関係になることが確認できた。   As shown in FIG. 3, in the reaction using 1.2-propanediol as a substrate, the amount of enzyme and the absorbance are in a linear relationship, and the crude enzyme solution prepared from glycerol dehydratase-expressing cells is dehydrated using 1.2-propanediol as a substrate. It was confirmed that the reaction was catalyzed and that the amount of enzyme and aldehyde formation were in a clean linear relationship.

(2)グリセリンでの活性確認
1.2−プロパンジオールのかわりにグリセリンを用いて、同様にグリセロールデヒドラターゼの活性測定を行った。
(2) Activity confirmation with glycerol The activity of glycerol dehydratase was similarly measured using glycerol instead of 1.2-propanediol.

Figure 2007082476
Figure 2007082476

結果を以下の表及び図4に示す。   The results are shown in the following table and FIG.

Figure 2007082476
Figure 2007082476

図4より、グリセリンを基質とした場合にもきれいな直線関係となり、グリセロールデヒドラターゼ発現菌体から調製した粗酵素液がグリセリンを基質とした脱水反応を触媒すること、酵素量とアルデヒド生成がきれいな直線関係になることが確認できた。   As shown in FIG. 4, a clean linear relationship is obtained even when glycerol is used as a substrate. The crude enzyme solution prepared from glycerol dehydratase-expressing cells catalyzes the dehydration reaction using glycerol as a substrate, and the amount of enzyme and aldehyde production are clean. It was confirmed that

(実施例8)aldA、aldB発現の確認と酵素活性測定
aldA及びaldBの酵素活性の確認は3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドで行うべきところであるが、3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドの市販標品がないため、aldAで酸化できることが確認されているグリコールアルデヒドを基質に活性確認を行った。また、大腸菌のaldBの活性を測定した文献はないため両方ともaldAの活性測定方法で評価した。
(Example 8) Confirmation of expression of aldA and aldB and measurement of enzyme activity Confirmation of enzyme activity of aldA and aldB should be performed with 3-hydroxypropionaldehyde, but since there is no commercial preparation of 3-hydroxypropionaldehyde, aldA The activity was confirmed using glycol aldehyde, which has been confirmed to be oxidizable as a substrate, as a substrate. Moreover, since there is no literature which measured the activity of aldB of E. coli, both were evaluated by the method for measuring the activity of aldA.

粗酵素液の調製:
0.1MグリシンNaバッファー(pH9.5)に約0.9gの凍結保存した菌体を懸濁し、10mlとした。0.33mlずつエッペンチューブに分注し、超音波処理30秒/5秒インターバル×15分で破砕処理した。15000rpmで10分遠心分離して上清を粗酵素液として回収した。
Preparation of crude enzyme solution:
About 0.9 g of the cryopreserved cells were suspended in 0.1 M glycine Na buffer (pH 9.5) to make 10 ml. Each 0.33 ml was dispensed into an Eppendorf tube and pulverized at a sonication of 30 seconds / 5 seconds interval × 15 minutes. The supernatant was collected as a crude enzyme solution by centrifugation at 15000 rpm for 10 minutes.

反応液の調製:
室温で、0.1MグリシンNaバッファー(pH9.5)に0.1Mグリコールアルデヒド及び0.25M NADを1/100量添加して反応液を調製した。分光光度計のセルに2mlの反応液を入れ、酵素液を適量添加して反応を開始した。
Preparation of reaction solution:
A reaction solution was prepared by adding 1/100 amount of 0.1M glycol aldehyde and 0.25M NAD to 0.1M glycine Na buffer (pH 9.5) at room temperature. 2 ml of the reaction solution was placed in the spectrophotometer cell, and an appropriate amount of enzyme solution was added to start the reaction.

NADHの生成を、340nmの吸収を10秒おきに2分間追跡することにより行った。ブランクは酵素液のかわりに水を用いた。aldAの結果を図5に、aldBの結果を図6に示す。図6において「2ml+50μl」は、反応液2mlに酵素液50μlを加えた系をさす。   Generation of NADH was performed by following the absorption at 340 nm every 10 seconds for 2 minutes. The blank used water instead of the enzyme solution. The result of aldA is shown in FIG. 5, and the result of aldB is shown in FIG. In FIG. 6, “2 ml + 50 μl” refers to a system in which 50 μl of enzyme solution is added to 2 ml of reaction solution.

aldA発現菌体から調製した粗酵素液では、酵素量を増やすと反応速度が約2倍となり、グリコールアルデヒドの酸化に伴ってNADHの生成が確認できた。よって、aldAによりアルデヒドの酸化反応が起こっていることが確認された。aldBについても、aldAより活性は低いが、アルデヒドの酸化反応が確認された。aldAの方がaldBよりも3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドの酸化に適していると考えられた。   In the crude enzyme solution prepared from the aldA-expressing cells, the reaction rate increased by about 2 times when the amount of the enzyme was increased, and it was confirmed that NADH was produced along with the oxidation of glycolaldehyde. Therefore, it was confirmed that aldA caused oxidation reaction of aldehyde. AldB was also less active than aldA, but aldehyde oxidation was confirmed. aldA was considered more suitable for the oxidation of 3-hydroxypropionaldehyde than aldB.

(実施例9)グリセリンからの3−ヒドロキシプロピオン酸の生成
それぞれ活性が確認できているグリセロールデヒドラターゼ発現菌体及びaldA発現菌体から超音波処理で粗酵素液を調製し、グリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸を製造した。
(Example 9) Production of 3-hydroxypropionic acid from glycerin A crude enzyme solution was prepared by sonication from glycerol dehydratase-expressing cells and aldA-expressing cells, each of which has been confirmed to have activity, and 3-hydroxypropion from glycerol The acid was produced.

aldA発現菌体(2培地+Ap+IPTGで10時間培養したaldA2株)、グリセロールデヒドラターゼ発現菌体(2培地+Ap+IPTGで10時間培養したGD−GDR−BglII−15株)をOD10程度の濃度になるようにバッファーAに懸濁し、1mlずつ分注して、超音波処理装置で5分破砕処理した。処理物を15000rpmで10分遠心分離し、上清部分を粗酵素液とした。   Buffers containing aldA-expressing cells (aldA2 strain cultured in 2 medium + Ap + IPTG for 10 hours) and glycerol dehydratase expressing cells (GD-GDR-BglII-15 strain cultured in 2 media + Ap + IPTG for 10 hours) at a concentration of about OD10 It was suspended in A, dispensed 1 ml at a time, and pulverized for 5 minutes with an sonicator. The treated product was centrifuged at 15000 rpm for 10 minutes, and the supernatant was used as a crude enzyme solution.

バッファーAに150μMのNADを1/20量添加し、基質、酵素液などを加えた後、暗条件でアデノシルコバラミンを添加し反応を開始した。対照にはグリセロールデヒドラターゼを添加せず、アルデヒドが生成されない条件のものを用いた。   After adding 1/20 amount of 150 μM NAD to buffer A and adding the substrate, enzyme solution, etc., the reaction was started by adding adenosylcobalamin under dark conditions. As a control, glycerol dehydratase was not added, and conditions under which no aldehyde was produced were used.

アデノシルコバラミンの添加量は、対照でのスペクトルチェックの結果から添加量をグリセロールデヒドラターゼの活性測定に用いる濃度の1/10とした。反応液組成を以下に示す。   The addition amount of adenosylcobalamin was set to 1/10 of the concentration used for measuring the activity of glycerol dehydratase from the result of spectrum check in the control. The reaction solution composition is shown below.

Figure 2007082476
Figure 2007082476

340nmの吸収を10秒おきに4分まで測定した。結果を図7に示す。反応開始後から吸収が増大し始め、1分後くらいからカーブが立ち上がった。アルデヒドの生成に従ってアルデヒドの脱水素反応が進んだことがわかる。カーブの立ち上がり部分の傾きは1.377A340/分であった。アルデヒドの脱水素によってNADがNADHに還元されたことがわかる。下記の条件で生成物の確認を行ったところ、反応中間体である3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドのピークを4.5分に、生成物である3−ヒドロキシプロピオン酸のピークを5.2分の位置に確認することができた。   Absorption at 340 nm was measured every 10 seconds for up to 4 minutes. The results are shown in FIG. Absorption started to increase after the start of the reaction, and a curve started from about one minute later. It can be seen that the aldehyde dehydrogenation progressed as the aldehyde was produced. The slope of the rising portion of the curve was 1.377 A340 / min. It can be seen that NAD was reduced to NADH by dehydrogenation of the aldehyde. When the product was confirmed under the following conditions, the peak of 3-hydroxypropionaldehyde which is a reaction intermediate is located at 4.5 minutes, and the peak of 3-hydroxypropionic acid which is a product is located at 5.2 minutes. I was able to confirm.

高速液体クロマトグラフィーでの分析条件:
カラム:シセイドーカプセルパックC−18 UG120 4.6mm径×150mm
移動相:0.1%トリフロオロ酢酸
流速:0.5ml/分
Analytical conditions for high performance liquid chromatography:
Column: Shiseido Capsule Pack C-18 UG120 4.6mm diameter x 150mm
Mobile phase: 0.1% trifluoroacetic acid Flow rate: 0.5 ml / min

上記の結果から、グリセロールデヒドラターゼ(GD)とヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ(aldA)を用いてグリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸を合成できることが示された。   From the above results, it was shown that 3-hydroxypropionic acid can be synthesized from glycerin using glycerol dehydratase (GD) and hydroxyaldehyde dehydrogenase (aldA).

(実施例10)大腸菌にグリセロールデヒドラターゼ遺伝子とaldA遺伝子を導入した菌体から調製した粗酵素液を用いた反応
実施例1で作成したGD/pHSG398プラスミドをaldA/pUC18/TOP10株に導入し、アンピシリン、クロラムフェニコール耐性となった大腸菌組換え体GD/pHSG398−aldA/pUC18/TOP10株を得た。
Example 10 Reaction Using Crude Enzyme Solution Prepared from Cells Introduced with Glycerol Dehydratase Gene and aldA Gene into Escherichia coli The GD / pHSG398 plasmid prepared in Example 1 was introduced into aldA / pUC18 / TOP10 strain, and ampicillin Thus, Escherichia coli recombinant GD / pHSG398-aldA / pUC18 / TOP10 strain which became chloramphenicol resistant was obtained.

この株をLB培地にアンピシリン100ppm、クロラムフェニコール50ppmを含む液体培地5mlで37℃、16時間培養し、LB培地にアンピシリン100ppmとクロラムフェニコール50ppm、IPTG1mMを添加した培地50mlに全量接種し、37℃で12時間培養した。この培養液を遠心分離にかけ、菌体をペレットとして回収した。得られた菌体は約0.5gであった。   This strain was cultured at 37 ° C. for 16 hours in 5 ml of a liquid medium containing 100 ppm ampicillin and 50 ppm chloramphenicol in an LB medium, and the whole amount was inoculated into 50 ml of medium containing 100 ppm ampicillin, 50 ppm chloramphenicol and 1 mM IPTG. And cultured at 37 ° C. for 12 hours. The culture was centrifuged and the cells were collected as a pellet. The obtained microbial cell was about 0.5 g.

この菌体を0.1Mリン酸カリウムバッファー(pH8.0)にOD660の吸収が10になるように懸濁し、超音波破砕機で5分処理して菌体を破砕した。破砕物を遠心分離にかけ、上清を回収してグリセロールデヒドラターゼ−aldA粗酵素液とした。 The cells were suspended in 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 8.0) so that the absorption of OD 660 was 10, and the cells were treated with an ultrasonic crusher for 5 minutes to disrupt the cells. The crushed material was centrifuged, and the supernatant was collected to obtain a glycerol dehydratase-aldA crude enzyme solution.

グリセロールデヒドラターゼとaldAの粗酵素液各0.2mlの代わりに、グリセロールデヒドラターゼとaldAを同時に発現させた菌体から調製した粗酵素液を0.4ml用いた以外は実施例9と同じ条件で、グリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸の生成反応を行った。   Glycerin was used under the same conditions as in Example 9 except that 0.4 ml of a crude enzyme solution prepared from cells expressing glycerol dehydratase and aldA at the same time was used instead of 0.2 ml of each crude enzyme solution of glycerol dehydratase and aldA. The production reaction of 3-hydroxypropionic acid was carried out.

その結果、反応開始後からNADHの生成に伴う340nmの吸収が増大しはじめ、アルデヒドの生成に従ってアルデヒドの脱水素反応が進んだことが示された。   As a result, the absorption at 340 nm accompanying the generation of NADH began to increase after the start of the reaction, and it was shown that the aldehyde dehydrogenation proceeded according to the generation of aldehyde.

実施例9と同様にして生成物の確認を行ったところ、反応中間体である3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドのピークを4.5分に、生成物である3−ヒドロキシプロピオン酸のピークを5.2分の位置に確認することができた。   When the product was confirmed in the same manner as in Example 9, the peak of 3-hydroxypropionaldehyde as a reaction intermediate was 4.5 minutes, and the peak of 3-hydroxypropionic acid as a product was 5.2. We were able to confirm at the position of the minute.

(実施例11)グリセロールデヒドラターゼ遺伝子とaldA遺伝子を導入した大腸菌菌体を用いた反応
実施例10で作成した大腸菌組換え体GD/pHSG398−aldA/pUC18/TOP10株を、LB培地にアンピシリン100ppm、クロラムフェニコール50ppmを含む液体培地5mlで37℃にて16時間培養し、LB培地にアンピシリン100ppmとクロラムフェニコール50ppm、IPTG1mMを添加した培地50mlに全量接種し、37℃で12時間培養した。この培養液を遠心分離にかけ、菌体をペレットとして回収した。得られた菌体は約0.5gであった。
Example 11 Reaction Using Escherichia coli Bacteria Introduced with Glycerol Dehydratase Gene and aldA Gene E. coli recombinant GD / pHSG398-aldA / pUC18 / TOP10 strain prepared in Example 10 was added to ampicillin 100 ppm, The cells were cultured at 37 ° C. for 16 hours in 5 ml of a liquid medium containing 50 ppm of lamphenicol, and the whole amount was inoculated into 50 ml of a medium obtained by adding 100 ppm of ampicillin, 50 ppm of chloramphenicol and 1 mM IPTG to the LB medium, and cultured at 37 ° C. for 12 hours. The culture was centrifuged and the cells were collected as a pellet. The obtained microbial cell was about 0.5 g.

この菌体を0.1Mリン酸カリウムバッファー(pH8.0)にOD660の吸収が10になるように懸濁した。 The cells were suspended in 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 8.0) so that the absorption of OD 660 was 10.

グリセロールデヒドラターゼとaldAの粗酵素液各0.2mlの代わりに、グリセロールデヒドラターゼとaldAを同時に発現させた菌体から調製した上記菌体懸濁液を0.4ml用いた以外は実施例9と同じ条件で、グリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸の生成反応を行った。   The same conditions as in Example 9 except that 0.4 ml of the cell suspension prepared from cells expressing glycerol dehydratase and aldA at the same time was used instead of 0.2 ml of each crude enzyme solution of glycerol dehydratase and aldA. Then, the formation reaction of 3-hydroxypropionic acid from glycerin was performed.

実施例9と同様にして生成物の確認を行ったところ、反応中間体である3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドのピークを4.5分に、生成物である3−ヒドロキシプロピオン酸のピークを5.2分の位置に確認することができた。   When the product was confirmed in the same manner as in Example 9, the peak of 3-hydroxypropionaldehyde as a reaction intermediate was 4.5 minutes, and the peak of 3-hydroxypropionic acid as a product was 5.2. We were able to confirm at the position of the minute.

好気的条件下における本発明の酵素反応を示す。2 shows the enzymatic reaction of the present invention under aerobic conditions. 嫌気的条件下における本発明の酵素反応を示す。2 shows the enzymatic reaction of the present invention under anaerobic conditions. 1,2−プロパンジオールを基質としてグリセロールデヒドラターゼの酵素活性を測定した結果を示す。The result of measuring the enzyme activity of glycerol dehydratase using 1,2-propanediol as a substrate is shown. グリセリンを基質としてグリセロールデヒドラターゼの酵素活性を測定した結果を示す。The result of having measured the enzyme activity of glycerol dehydratase using glycerol as a substrate is shown. グリコールアルデヒドを基質としてヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ(aldA)の酵素活性を測定した結果を示す。The result of having measured the enzyme activity of hydroxy aldehyde dehydrogenase (aldA) using glycol aldehyde as a substrate is shown. グリコールアルデヒドを基質としてヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ(aldB)の酵素活性を測定した結果を示す。The result of having measured the enzyme activity of hydroxy aldehyde dehydrogenase (aldB) using glycol aldehyde as a substrate is shown. グリセロールデヒドラターゼ発現菌体及びaldA発現菌体から調製した粗酵素液を用いて、グリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸を生成した結果を示す。The result of producing 3-hydroxypropionic acid from glycerin using a crude enzyme solution prepared from glycerol dehydratase-expressing cells and aldA-expressing cells is shown.

Claims (8)

グリセリンから酵素反応により3−ヒドロキシプロピオン酸を製造する方法であって、グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼによる酵素反応を行うこと並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼによる酵素反応を行うことを含む、前記方法。   A method for producing 3-hydroxypropionic acid from glycerin by enzymatic reaction, comprising performing an enzymatic reaction with glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and an enzymatic reaction with hydroxyaldehyde dehydrogenase. ヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼが大腸菌由来である、請求項1記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the hydroxyaldehyde dehydrogenase is derived from E. coli. グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼを産生する微生物又はその処理物並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを産生する微生物又はその処理物を含む酵素活性物質とグリセリンとを接触させることにより酵素反応を行う、請求項1又は2記載の方法。   The enzyme reaction is carried out by bringing glycerol into contact with a microorganism that produces glycerol dehydratase and / or diol dehydratase or a processed product thereof, and an enzyme active substance containing a microorganism that produces hydroxyaldehyde dehydrogenase or a processed product thereof. The method described. グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼ並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを産生する微生物又はその処理物とグリセリンとを接触させることにより酵素反応を行う、請求項1又は2記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the enzymatic reaction is carried out by contacting glycerol with a microorganism that produces glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and hydroxyaldehyde dehydrogenase or a processed product thereof. 酵素反応を好気的条件下で行う、請求項1〜4のいずれか1項記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the enzymatic reaction is carried out under aerobic conditions. 請求項1〜5のいずれか1項記載の方法によって製造された3−ヒドロキシプロピオン酸を脱水することによりアクリル酸を製造する方法。   A method for producing acrylic acid by dehydrating 3-hydroxypropionic acid produced by the method according to claim 1. グリセロールデヒドラターゼ遺伝子及び/又はジオールデヒドラターゼ遺伝子並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子を含む組換え微生物。   A recombinant microorganism comprising a glycerol dehydratase gene and / or a diol dehydratase gene and a hydroxyaldehyde dehydrogenase gene. グリセロールデヒドラターゼ及び/又はジオールデヒドラターゼ並びにヒドロキシアルデヒドデヒドロゲナーゼを含む、グリセリンから3−ヒドロキシプロピオン酸を製造するための組成物。   A composition for producing 3-hydroxypropionic acid from glycerol, comprising glycerol dehydratase and / or diol dehydratase and hydroxyaldehyde dehydrogenase.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010090324A1 (en) 2009-02-06 2010-08-12 株式会社日本触媒 Polyacrylic acid (salt) type water-absorbent resin and process for production of same
KR101002761B1 (en) 2007-12-03 2010-12-21 주식회사 엘지화학 Method for preparing acrylic acid
WO2011136237A1 (en) 2010-04-26 2011-11-03 株式会社日本触媒 Polyacrylic acid (salt), polyacrylic acid (salt)-based water-absorbing resin, and process for producing same
WO2011136238A1 (en) 2010-04-26 2011-11-03 株式会社日本触媒 Polyacrylate (salt), polyacrylate (salt) water-absorbent resin, and manufacturing method for same
JP2011528705A (en) * 2008-07-22 2011-11-24 アルケマ フランス Production of vinyl propionate from renewable materials, the resulting vinyl propionate and its use
WO2012001003A1 (en) 2010-07-02 2012-01-05 Metabolic Explorer Method for the preparation of hydroxy acids
WO2013137277A1 (en) * 2012-03-14 2013-09-19 株式会社日本触媒 Method for producing 3-hydroxypropionic acid, genetically modified microorganism, and methods for producing acrylic acid, water-absorbable resin, acrylic acid ester and acrylic acid ester resin each utilizing said method
JP2015500016A (en) * 2011-11-30 2015-01-05 コンパニ・ジェルベ・ダノン Reuterin-producing Lactobacillus brevis

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06211724A (en) * 1992-11-14 1994-08-02 Degussa Ag Production of acrolein or aqueous acrolein solution and production of 1,3-propanediol
WO2001016346A1 (en) * 1999-08-30 2001-03-08 Wisconsin Alumni Research Foundation Production of 3-hydroxypropionic acid in recombinant organisms
WO2004033646A2 (en) * 2002-10-04 2004-04-22 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for the biological production of 1,3-propanediol with high yield
JP2004532855A (en) * 2001-05-07 2004-10-28 カーギル インコーポレイテッド Preparation of carboxylic acids and their derivatives
JP2005102533A (en) * 2003-09-29 2005-04-21 Nippon Shokubai Co Ltd Method for producing 1,3-propanediol
JP2005304362A (en) * 2004-04-20 2005-11-04 Nippon Shokubai Co Ltd Method for producing 1,3-propanediol and/or 3-hydroxypropionic acid

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06211724A (en) * 1992-11-14 1994-08-02 Degussa Ag Production of acrolein or aqueous acrolein solution and production of 1,3-propanediol
WO2001016346A1 (en) * 1999-08-30 2001-03-08 Wisconsin Alumni Research Foundation Production of 3-hydroxypropionic acid in recombinant organisms
JP2004532855A (en) * 2001-05-07 2004-10-28 カーギル インコーポレイテッド Preparation of carboxylic acids and their derivatives
WO2004033646A2 (en) * 2002-10-04 2004-04-22 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for the biological production of 1,3-propanediol with high yield
JP2005102533A (en) * 2003-09-29 2005-04-21 Nippon Shokubai Co Ltd Method for producing 1,3-propanediol
JP2005304362A (en) * 2004-04-20 2005-11-04 Nippon Shokubai Co Ltd Method for producing 1,3-propanediol and/or 3-hydroxypropionic acid

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101002761B1 (en) 2007-12-03 2010-12-21 주식회사 엘지화학 Method for preparing acrylic acid
JP2011528705A (en) * 2008-07-22 2011-11-24 アルケマ フランス Production of vinyl propionate from renewable materials, the resulting vinyl propionate and its use
WO2010090324A1 (en) 2009-02-06 2010-08-12 株式会社日本触媒 Polyacrylic acid (salt) type water-absorbent resin and process for production of same
US9518133B2 (en) 2009-02-06 2016-12-13 Nippon Shokubai Co., Ltd. Hydrophilic polyacrylic acid (salt) resin and manufacturing method thereof
WO2011136237A1 (en) 2010-04-26 2011-11-03 株式会社日本触媒 Polyacrylic acid (salt), polyacrylic acid (salt)-based water-absorbing resin, and process for producing same
WO2011136238A1 (en) 2010-04-26 2011-11-03 株式会社日本触媒 Polyacrylate (salt), polyacrylate (salt) water-absorbent resin, and manufacturing method for same
WO2012001003A1 (en) 2010-07-02 2012-01-05 Metabolic Explorer Method for the preparation of hydroxy acids
US8911978B2 (en) 2010-07-02 2014-12-16 Metabolic Explorer Method for the preparation of hydroxy acids
JP2015500016A (en) * 2011-11-30 2015-01-05 コンパニ・ジェルベ・ダノン Reuterin-producing Lactobacillus brevis
WO2013137277A1 (en) * 2012-03-14 2013-09-19 株式会社日本触媒 Method for producing 3-hydroxypropionic acid, genetically modified microorganism, and methods for producing acrylic acid, water-absorbable resin, acrylic acid ester and acrylic acid ester resin each utilizing said method
JPWO2013137277A1 (en) * 2012-03-14 2015-08-03 株式会社日本触媒 Method for producing 3-hydroxypropionic acid, genetically modified microorganism, and method for producing acrylic acid, water-absorbing resin, acrylic ester, and acrylic ester resin using said method

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