JP2008067623A - Method for producing non-amino organic acids - Google Patents

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Ryusuke Aoyama
龍介 青山
Sanae Koike
砂奈恵 小池
Akiko Sakamoto
亜紀子 阪本
Shuichi Yumura
秀一 湯村
Madoka Yonekura
円佳 米倉
Makoto Murase
誠 村瀬
Kenji Yamagishi
兼治 山岸
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing non-amino organic acids, with which non-amino organic acids, such as succinic acid, can be produced efficiently. <P>SOLUTION: This method for producing the non-amino organic acids comprises treating an organic raw material in a reaction solution containing carbonate ions, bicarbonate ions or carbon dioxide gas with a bacterium whose glutamate dehydrogenase activity is reduced so as to be 30% or lower, as compared to that of a strain whose enzyme has not been modified and whose glutamate synthase activity and glutamine synthase activity have not been reduced to 30% or lower, in comparison with that of the non-modified stain of the enzyme, or its treated product. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、コリネ型細菌等の細菌を用いた非アミノ有機酸の製造法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a non-amino organic acid using a bacterium such as a coryneform bacterium.

コハク酸などの非アミノ有機酸を発酵により生産する場合、通常、Anaerobiospirillum(アナエロビオスピリラム)属、Actinobacillus(アクチノバチルス)属等の嫌気性細菌が用いられている(例えば、特許文献1又は2、非特許文献1参照)。嫌気性細菌を用いる場合は、生産物の収率が高いが、その一方では、増殖するために多くの栄養素を要求するために、培地中に多量のCSL(コーンスティープリカー)などの有機窒素源を添加する必要がある。これらの有機窒素源を多量に添加することは培地コストの上昇をもたらすだけでなく、生産物を取り出す際の精製コストの上昇にもつながり経済的でない。   When non-amino organic acids such as succinic acid are produced by fermentation, anaerobic bacteria such as Anaerobiospirillum genus and Actinobacillus genus are usually used (for example, Patent Document 1 or 2). Non-Patent Document 1). When anaerobic bacteria are used, the yield of the product is high, but on the other hand, a large amount of organic nitrogen sources such as CSL (corn steep liquor) in the medium because it requires many nutrients to grow. Need to be added. Adding a large amount of these organic nitrogen sources not only leads to an increase in culture medium cost, but also increases the purification cost when taking out the product, which is not economical.

また、コリネ型細菌のような好気性細菌を好気性条件下で一度培養し、菌体を増殖させた後、集菌、洗浄し、静止菌体として酸素を通気せずに非アミノ有機酸を生産する方法も知られている(例えば、特許文献3又は4参照)。この場合、菌体を増殖させるに当たっては、有機窒素の添加量が少なくてよく、簡単な培地で十分増殖できるため経済的ではあるが、目的とする有機酸の生成量、生成濃度、及び菌体当たりの生産速度の向上、製造プロセスの簡略化等、改善の余地があった。また、好気性細菌を用いた場合に、目的の非アミノ有機酸以外にアミノ酸が副生するということも、非アミノ有機酸の収量をさらに向上させる上での改善すべき点であった。また、非アミノ有機酸の製造に用いる微生物については、遺伝子改変微生物(特許文献4又は5参照)も報告されていたが、非アミノ有機酸の収量などのさらなる改善のために、新たな微生物の創出が求められていた。   In addition, aerobic bacteria such as coryneform bacteria are once cultured under aerobic conditions, and after growing the cells, they are collected and washed, and non-amino organic acids are used as stationary cells without aeration of oxygen. A production method is also known (see, for example, Patent Document 3 or 4). In this case, the amount of organic nitrogen added may be small in order to grow the cells, and it is economical because it can be sufficiently grown on a simple medium. There was room for improvement, such as improvement of the production speed per hit and simplification of the manufacturing process. In addition, when an aerobic bacterium is used, amino acids are by-produced in addition to the target non-amino organic acid, which should be improved in order to further improve the yield of the non-amino organic acid. In addition, for microorganisms used for the production of non-amino organic acids, genetically modified microorganisms (see Patent Document 4 or 5) have also been reported. However, in order to further improve the yield of non-amino organic acids, Creation was required.

グルタミン酸生合成系はコハク酸の前駆体の一つであるα‐ケトグルタル酸を基質としてグルタミン酸を合成する。
一般に、微生物は、アンモニアを同化してグルタミン酸を生成するために少なくとも以下の2種類の生合成経路を持つことが知られている。前者はグルタメートデヒドロゲナーゼ(GDH)によりアンモニアとα−ケトグルタル酸からグルタミン酸を生成する経路(GDH経路)で、後者は、先ずグルタミンシンセターゼ(GS)によりアンモニアとグルタミン酸からグルタミンを生成し、生じたグルタミンとα−ケトグルタル酸からグルタメートシンターゼ(GOGAT)によって2分子のグルタミン酸を生成する経路(GS-GOGAT経路)である(例えば、非特許文献2参照)。
GOGAT及びGSのいずれか一方又は両方の活性、並びにGDH活性がそれぞれ非改変株に比べて30%以下に低減化するように改変された細菌またはその処理物を用いて非アミノ有機酸を製造する方法が報告されている(特許文献6)。この文献では非アミノ有機酸の生産向上にはGOGAT及び/又はGS、並びにGDHの活性低下が重要との認識のもとに研究がなされており、GDH単独の活性低下が非アミノ有機酸の生産向上に有効とは予想されていなかった。
一方、コリネ型細菌のGDH遺伝子単独の欠損株(例えば、非特許文献3参照)が報告されているが、この株はグルタミン酸要求性を示さず、非欠損株と比較してもグルタミン酸生成において大きな変化はなかった。さらに、コハク酸生合成系は複雑であって、コハク酸はα‐ケトグルタル酸以外にもフマル酸やイソクエン酸などを前駆体として合成されるため、GDH遺伝子単独を破壊してもコハク酸などの非アミノ有機酸の生成が向上するとは予想できず、GDH遺伝子単独の欠損株が非アミノ有機酸の製造に用いられることはなかった。
米国特許第5,143,834号公報 米国特許第5,504,004号公報 特開平11−113588号公報 特開平11−196888号公報 特開平11−206385号公報 特開2005−168401号公報 International Journal of Systematic Bacteriology, vol. 49, p207-216、 1999年 Gottschalk G.著、Spriner-Verlag 2nd ed., New York, N.Y.、1986年 Bormann-El Kholy E.R., E.R., Eikmanns B.J., Gutmann M., Sahm H.著、Appl.Environ.Microbiol.、vol. 59、p2329-2331、1993年
The glutamic acid biosynthesis system synthesizes glutamic acid using α-ketoglutaric acid, which is one of the precursors of succinic acid, as a substrate.
In general, microorganisms are known to have at least the following two biosynthetic pathways in order to assimilate ammonia to produce glutamic acid. The former is a pathway that produces glutamate from ammonia and α-ketoglutarate (GDH pathway) by glutamate dehydrogenase (GDH), and the latter first produces glutamine from ammonia and glutamate by glutamine synthetase (GS). This is a pathway (GS-GOGAT pathway) in which two molecules of glutamate are generated from α-ketoglutarate by glutamate synthase (GOGAT) (see, for example, Non-Patent Document 2).
A non-amino organic acid is produced using a bacterium or a treated product thereof modified so that the activity of either or both of GOGAT and GS and GDH activity are reduced to 30% or less compared to the unmodified strain, respectively. A method has been reported (Patent Document 6). In this document, research has been conducted on the recognition that the decrease in the activity of GOGAT and / or GS and GDH is important for improving the production of non-amino organic acids, and the decrease in the activity of GDH alone is the production of non-amino organic acids. It was not expected to be effective for improvement.
On the other hand, a strain lacking the GDH gene alone of coryneform bacteria (for example, see Non-patent Document 3) has been reported, but this strain does not show glutamic acid requirement, and is much larger in glutamate production than non-deficient strains. There was no change. Furthermore, the succinic acid biosynthetic system is complex, and succinic acid is synthesized by using fumaric acid and isocitric acid as precursors in addition to α-ketoglutaric acid. The production of non-amino organic acids could not be expected to improve, and a GDH gene-deficient strain was never used for the production of non-amino organic acids.
US Pat. No. 5,143,834 US Pat. No. 5,504,004 JP-A-11-113588 JP 11-196888 A JP-A-11-206385 JP-A-2005-168401 International Journal of Systematic Bacteriology, vol. 49, p207-216, 1999 By Gottschalk G., Spriner-Verlag 2nd ed., New York, NY, 1986 Bormann-El Kholy ER, ER, Eikmanns BJ, Gutmann M., Sahm H., Appl.Environ.Microbiol., Vol. 59, p2329-2331, 1993

本発明の課題は、コハク酸などの非アミノ酸有機酸を効率よく製造する新規な方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a novel method for efficiently producing non-amino acid organic acids such as succinic acid.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、グルタメートシンターゼ活性及びグルタミンシンセターゼ活性を一定以上保持し、グルタメートデヒドロゲナーゼ(GDH)活性が低減するように改変された細菌あるいはその処理物を、炭酸イオン、重炭酸イオンまたは二酸化炭素ガスを含有する反応液中で有機原料に作用させることにより、非アミノ有機酸の生成量が増大することを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventor has maintained a certain level of glutamate synthase activity and glutamine synthetase activity, and has been modified to reduce glutamate dehydrogenase (GDH) activity or It was found that the amount of non-amino organic acid produced was increased by allowing the treated product to act on the organic raw material in a reaction solution containing carbonate ion, bicarbonate ion or carbon dioxide gas, and the present invention was completed. It was.

すなわち本発明によれば、以下の発明が提供される。
(1)グルタメートデヒドロゲナーゼ活性が該酵素の非改変株に比べて30%以下に低減するように改変された細菌であって、グルタメートシンターゼ活性及びグルタミンシンセターゼ活性が該酵素の非改変株と比較して30%以下に低減していない細菌あるいはその処理物を、炭酸イオン、重炭酸イオン又は二酸化炭素ガスを含有する反応液中で有機原料に作用させることによって非アミノ有機酸を生成させ、該非アミノ有機酸を採取する事を特徴とする非アミノ有機酸の製造方法。
(2)前記細菌が、さらに、ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が低減するように改変された細菌である、(1)の非アミノ有機酸の製造方法。
(3)前記細菌が、さらに、ピルビン酸カルボキシラーゼ活性が増強するように改変された細菌である、(1)または(2)の非アミノ有機酸の製造方法。
(4)前記細菌が、コリネ型細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、エシェリヒア属細菌、ラクトバチルス属細菌、およびサクシノバチルス属細菌よりなる群から選ばれるいずれかの細菌である、(1)〜(3)のいずれかの非アミノ有機酸の製造方法。
(5)有機原料を嫌気的雰囲気下で作用させることを特徴する、(1)〜(4)のいずれかの非アミノ有機酸の製造方法。
(6)有機原料が、グルコースまたはシュークロースである、(1)〜(5)のいずれかの非アミノ有機酸の製造方法。
(7)非アミノ有機酸が、コハク酸である、(1)〜(6)のいずれかの非アミノ有機酸の製造方法。
(8)(1)〜(7)のいずれかの方法により非アミノ有機酸を製造する工程、及び前記工程で得られた非アミノ有機酸を原料として重合反応を行う工程を含む、非アミノ有機酸含有ポリマーの製造方法。
That is, according to the present invention, the following inventions are provided.
(1) A bacterium modified so that glutamate dehydrogenase activity is reduced to 30% or less compared to an unmodified strain of the enzyme, wherein the glutamate synthase activity and the glutamine synthetase activity are compared with the unmodified strain of the enzyme. The non-amino organic acid is produced by allowing a bacterium that has not been reduced to 30% or less or a processed product thereof to act on an organic raw material in a reaction solution containing carbonate ion, bicarbonate ion, or carbon dioxide gas. A method for producing a non-amino organic acid, which comprises collecting an organic acid.
(2) The method for producing a non-amino organic acid according to (1), wherein the bacterium is further modified so that lactate dehydrogenase activity is reduced.
(3) The method for producing a non-amino organic acid according to (1) or (2), wherein the bacterium is further modified so that pyruvate carboxylase activity is enhanced.
(4) The bacterium is any bacterium selected from the group consisting of coryneform bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Escherichia bacteria, Lactobacillus bacteria, and Succinobacillus bacteria, (1) The manufacturing method of the non-amino organic acid in any one of-(3).
(5) The method for producing a non-amino organic acid according to any one of (1) to (4), wherein the organic raw material is allowed to act in an anaerobic atmosphere.
(6) The method for producing a non-amino organic acid according to any one of (1) to (5), wherein the organic raw material is glucose or sucrose.
(7) The method for producing a non-amino organic acid according to any one of (1) to (6), wherein the non-amino organic acid is succinic acid.
(8) A non-amino organic comprising a step of producing a non-amino organic acid by any one of the methods (1) to (7), and a step of performing a polymerization reaction using the non-amino organic acid obtained in the step as a raw material. A method for producing an acid-containing polymer.

グルタメートシンターゼ活性及びグルタミンシンセターゼ活性を一定以上保持し、グルタメートデヒドロゲナーゼ活性が低減するように改変された細菌あるいはその処理物を用いて非アミノ有機酸を製造することにより、副生アミノ酸を減少させ、非アミノ有機酸の生成量を増大させることができる。
By producing a non-amino organic acid using a bacterium or a processed product thereof that has been modified to reduce glutamate dehydrogenase activity while retaining glutamate synthase activity and glutamine synthetase activity above a certain level, by-product amino acids are reduced, The amount of non-amino organic acid produced can be increased.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
1.本発明に使用する細菌
本発明の製造方法に用いることのできる細菌は、グルタメートシンターゼ(以下、GOGATとも呼ぶ)及びグルタミンシンセターゼ(以下、GSとも呼ぶ)の活性を一定以上保持する細菌であって、グルタメートデヒドロゲナーゼ(以下、GDHとも呼ぶ)活性が低減化するように改変された細菌であり、非アミノ有機酸生産能を有する細菌である。
ここで、「非アミノ有機酸生産能を有する」とは、該細菌を培地中で培養したときに該培地中に非アミノ有機酸を生成蓄積することができることをいう。非アミノ有機酸はアミノ酸以外の有機酸を意味するが、コハク酸、リンゴ酸、フマル酸、クエン酸、イソクエン酸、2−オキソグルタル酸、シス−アコニット酸およびピルビン酸が好ましく、コハク酸がより好ましい。
このような細菌は、本来的に非アミノ有機酸生産能を有する細菌又は育種により非アミノ有機酸生産能を付与された細菌において、GDH活性を低減させる改変を行ったものでもよいし、GDH活性を低減させる改変を行うことにより非アミノ有機酸生産能を有するようになったものでもよい。育種により非アミノ有機酸生産能を付与する手段としては、変異処理、遺伝子組換え処理などが挙げられ、より具体的には、後述するようなラクテートデヒドロゲナーゼ活性を低減するような改変やピルビン酸カルボキシラーゼ活性を増強するような改変などが挙げられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
1. Bacteria used in the present invention Bacteria that can be used in the production method of the present invention are those that retain a certain level of activity of glutamate synthase (hereinafter also referred to as GOGAT) and glutamine synthetase (hereinafter also referred to as GS). A bacterium modified to reduce glutamate dehydrogenase (hereinafter also referred to as GDH) activity and having a non-amino organic acid-producing ability.
Here, “having the ability to produce a non-amino organic acid” means that a non-amino organic acid can be produced and accumulated in the medium when the bacterium is cultured in the medium. Non-amino organic acids mean organic acids other than amino acids, but succinic acid, malic acid, fumaric acid, citric acid, isocitric acid, 2-oxoglutaric acid, cis-aconitic acid and pyruvic acid are preferred, and succinic acid is more preferred. .
Such a bacterium may be a bacterium that originally has a non-amino organic acid-producing ability or a bacterium that has been imparted with a non-amino organic acid-producing ability by breeding and that has been modified to reduce GDH activity. It is also possible to have a non-amino organic acid-producing ability by performing a modification that reduces the above. Examples of means for imparting the ability to produce non-amino organic acid by breeding include mutation treatment and gene recombination treatment. More specifically, modification or pyruvate carboxylase that reduces lactate dehydrogenase activity as described later is used. Modifications that enhance the activity are included.

「GOGAT及びGSの活性を一定以上保持する」とは、本発明の細菌におけるGOGAT及びGSの活性がこれらの酵素遺伝子の非改変株における活性の30%以下に低下しないことを意味し、例えば、これらの酵素活性が非改変株における活性の30%より高い活性を示すように改変されていてもよいが、これらの酵素をコードする遺伝子について遺伝子破壊や活性を低下するような変異導入などの改変がなされておらず、野生型遺伝子を保持し、非改変株と同程度のGOGAT及びGS活性を有している細菌が好ましい。   “Retaining GOGAT and GS activity above a certain level” means that the activity of GOGAT and GS in the bacterium of the present invention does not decrease to 30% or less of the activity in non-modified strains of these enzyme genes. These enzyme activities may be modified so as to show an activity higher than 30% of the activity in the non-modified strain, but the gene encoding these enzymes is modified such as gene disruption or mutation introduction to reduce the activity. Bacteria that are not present, retain the wild-type gene, and have the same GOGAT and GS activity as the unmodified strain are preferred.

本発明に用いる細菌は、以下に示すような細菌を親株として用い、該親株を改変することによって得ることができる。親株の種類は特に限定されないが、コリネ型細菌(Coryneform Bacterium)、バチルス(Bacillus)属細菌、リゾビウム(Rhizobium)属細菌、エシェリヒア(Escherichia)属細菌、ラクトバチルス(Lactobacillus)属細菌又はサクシノバチルス(Succinobacillus)属細菌が好ましく、この中ではコリネ型細菌がより好ましい。
エシェリヒア属細菌としてはエシェリヒア・コリなどが挙げられ、ラクトバチルス属細菌としてはラクトバチルス・ヘルヴェチカスなどが挙げられ(J Appl Microbiol, 2001, 91, p846-852、バチルス属細菌としては、バチルス・ズブチリス、バチルス・アミロリケファシエンス、バチルス・プミルス、バチルス・ステアロサーモフィルス等が挙げられ、リゾビウム属細菌としては、リゾビウム・エトリ(Rhizobium etli)などが挙げられる。
コリネ型細菌は、これに分類されるものであれば特に制限されないが、コリネバクテリウム属に属する細菌、ブレビバクテリウム属に属する細菌又はアースロバクター属に属する細菌などが挙げられ、このうち好ましくは、コリネバクテリウム属又はブレビバクテリウム属に属するものが挙げられ、更に好ましくは、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)又は
ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)に分類される細菌が挙げられる。
The bacterium used in the present invention can be obtained by using a bacterium as shown below as a parent strain and modifying the parent strain. The kind of the parent strain is not particularly limited, but Coryneform Bacterium, Bacillus, Rhizobium, Escherichia, Lactobacillus, or Sacinobacillus ( Succinobacillus) bacteria are preferred, among which coryneform bacteria are more preferred.
Examples of Escherichia bacteria include Escherichia coli, and examples of Lactobacillus bacteria include Lactobacillus helveticus (J Appl Microbiol, 2001, 91, p846-852, Bacillus bacteria include Bacillus subtilis, Examples include Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus pumilus, Bacillus stearothermophilus, and examples of Rhizobium bacteria include Rhizobium etli.
The coryneform bacterium is not particularly limited as long as it is classified as such, and examples thereof include bacteria belonging to the genus Corynebacterium, bacteria belonging to the genus Brevibacterium, and bacteria belonging to the genus Arthrobacter. Are those belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium, more preferably, Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, Brevibacterium ammoniagenes (Brevibacterium) ammoniagenes) or bacteria classified as Brevibacterium lactofermentum.

本発明に用いる細菌の親株の特に好ましい具体例としては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233(FERM BP−1497)、同MJ−233 AB−41(FERM BP−1498)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス ATCC6872、コリネバクテリウム・グルタミカム ATCC31831、及びブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムATCC13869等が挙げられる。なお、ブレビバクテリウム・フラバムは、現在、コリネバクテリウム・グルタミカムに分類される場合もあることから(Lielbl, W., Ehrmann, M., Ludwig, W. and Schleifer, K. H., International Journal of
Systematic Bacteriology, 1991, vol. 41, p255-260)、本発明においては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株、及びその変異株MJ−233 AB−41株はそれぞれ、コリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株及びMJ−233 AB−41株と同一の株であるものとする。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233は、1975年4月28日に通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所(現独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター)(〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に受託番号FERM P-3068として寄託され、1981年5月1日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、FERM BP-1497の受託番号で寄託されている。
また、親株として用いられる上記細菌は、野生株だけでなく、UV照射やNTG処理等の通常の変異処理により得られる変異株、細胞融合もしくは遺伝子組換え法などの遺伝学的手法により誘導される組換え株などのいずれの株であってもよい。
Particularly preferable specific examples of the bacterial parent strain used in the present invention include Brevibacterium flavum MJ-233 (FERM BP-1497), MJ-233 AB-41 (FERM BP-1498), Brevibacterium ammoniagenes. ATCC6872, Corynebacterium glutamicum ATCC31831, Brevibacterium lactofermentum ATCC13869, etc. are mentioned. Brevibacterium flavum is currently sometimes classified as Corynebacterium glutamicum (Lielbl, W., Ehrmann, M., Ludwig, W. and Schleifer, KH, International Journal of
Systematic Bacteriology, 1991, vol. 41, p255-260), in the present invention, Brevibacterium flavum MJ-233 strain and its mutant MJ-233 AB-41 strain are each Corynebacterium glutamicum MJ- It shall be the same strain as the 233 strain and the MJ-233 AB-41 strain.
Brevibacterium flavum MJ-233 was established on April 28, 1975, by the Ministry of International Trade and Industry, Institute of Industrial Science, Microbial Industrial Technology Research Institute (currently the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center) (305-8566 Japan) Deposited as FERM P-3068 at Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, 1-chome, 1-chome, 1st 6th), transferred to an international deposit based on the Budapest Treaty on May 1, 1981, and deposited with a deposit number of FERM BP-1497 Has been.
In addition, the above-mentioned bacterium used as a parent strain is induced not only by wild strains but also by mutants obtained by ordinary mutation treatment such as UV irradiation and NTG treatment, genetic methods such as cell fusion or gene recombination methods. Any strain such as a recombinant strain may be used.

本発明に用いる細菌は、上記のような株を、GDH活性が低減するように改変することによって得ることができる。なお、上述したとおり、GOGAT及びGSについてはこれらの酵素活性が非改変株における活性の30%より高い値を示すように改変してもよいが、これらの酵素活性を非改変株と同程度の活性に保つためには特に改変操作を行う必要はない。   The bacterium used in the present invention can be obtained by modifying the strain as described above so that the GDH activity is reduced. As described above, for GOGAT and GS, these enzyme activities may be modified so as to show a value higher than 30% of the activity in the unmodified strain, but these enzyme activities are comparable to those in the unmodified strain. In order to keep it active, it is not necessary to perform a modification operation.

本発明において、「GDH活性」とはα−ケトグルタル酸とアンモニアからグルタミン酸を生成する反応を触媒する活性を言い、「GOGAT活性」とはグルタミンとα−ケトグルタル酸から2分子のグルタミン酸を生成する反応を触媒する活性を言い、「GS活性」とはグルタミン酸とアンモニアからグルタミンを生成する反応を触媒する活性を言う。
なお、GDHの活性は、後述の実施例に記載の方法によって測定することができる。また、GOGAT活性及びGS活性はJournal of Fermentation and Bioengineering vol 70, p182-184(1990年)に記載の方法によって測定することができる。
In the present invention, “GDH activity” refers to the activity of catalyzing the reaction of generating glutamic acid from α-ketoglutaric acid and ammonia, and “GOGAT activity” refers to the reaction of generating two molecules of glutamic acid from glutamine and α-ketoglutaric acid. “GS activity” refers to the activity of catalyzing the reaction of producing glutamine from glutamic acid and ammonia.
The activity of GDH can be measured by the method described in the examples below. Moreover, GOGAT activity and GS activity can be measured by the method described in Journal of Fermentation and Bioengineering vol 70, p182-184 (1990).

「GDH活性が低減する」とは、GDH遺伝子の非改変株と比較してGDH活性が低減されていることをいう。GDH活性は、非改変株の30%以下に低減化されていることが好ましく、10%以下に低減化されていることがより好ましい。GDH活性は検出限界以下に低減されていてもよい。なお、本明細書において、「非改変株」とは、改変株の元になった株そのものである必要はなく、同種の野生株や上述したような親株であってもよい。   “Reduced GDH activity” means that GDH activity is reduced as compared to an unmodified strain of the GDH gene. The GDH activity is preferably reduced to 30% or less of the unmodified strain, more preferably 10% or less. GDH activity may be reduced below the detection limit. In the present specification, the “non-modified strain” does not have to be the original strain itself, but may be a wild strain of the same kind or a parent strain as described above.

GDHの活性が低下した株は、親株をN−メチル−N'−ニトロ−N−ニトロソグアニジン(NTG)や亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、上記酵素の活性が低下した株を選択することによって得ることができる。また、GDHをコードする遺伝子を用いて改変することによって、酵素活性を低下させてもよい。具体的には、染色体上のGDHをコードする遺伝子を破壊したり、プロモーターやシャインダルガルノ(SD)配列等の発現調節配列を改変したりすることなどによって達成される。   For the strain with reduced GDH activity, the parent strain is treated with a mutagen such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or nitrous acid, which is usually used for mutagenesis, and the activity of the enzyme Can be obtained by selecting strains with reduced In addition, the enzyme activity may be reduced by modifying the gene encoding GDH. Specifically, this can be achieved by destroying a gene encoding GDH on the chromosome or modifying an expression regulatory sequence such as a promoter or Shine-Dalgarno (SD) sequence.

以下に、コリネ型細菌においてGDH遺伝子を破壊する方法について説明する。染色体上
のGDH遺伝子としては、例えば、配列番号7に示す塩基配列を含むDNAを挙げることができる。GDH遺伝子の取得は、上記配列に基づき、合成オリゴヌクレオチドを合成し、コリネバクテリウム・グルタミカムの染色体DNAを鋳型としてPCR反応を行うことによってクローニングできる。染色体DNAは、DNA供与体である細菌から、例えば、斎藤、三浦の方法(H. Saito and K.Miura, Biochem.B iophys. Acta, 72, 619 (1963)、生物工学実験書、日本生物工学会編、97〜98頁、培風館、1992年参照)等により調製することができる。
Hereinafter, a method for disrupting the GDH gene in coryneform bacteria will be described. Examples of the GDH gene on the chromosome include DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 7. The GDH gene can be obtained by synthesizing a synthetic oligonucleotide based on the above sequence and performing a PCR reaction using a chromosomal DNA of Corynebacterium glutamicum as a template. Chromosomal DNA is obtained from bacteria that are DNA donors, for example, the method of Saito and Miura (H. Saito and K. Miura, Biochem. Biophys. Acta, 72, 619 (1963), Biotechnology Experiments, Nippon Biotechnology, Ed., Pp. 97-98, Bafukan, 1992).

上記のようにして調製したGDH遺伝子又はその一部を遺伝子破壊に使用することができる。ただし、遺伝子破壊に用いる遺伝子は破壊対象のコリネ型細菌の染色体DNA上のGDH遺伝子と相同組換えを起こす程度の相同性を有していればよいため、配列番号7と相同性を有する相同遺伝子も使用することができる。ここで、相同組換えを起こす程度の相同性とは、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上である。また、上記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得るDNA同士であれば、相同組換えは起こり得る。「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる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う。この条件を明確に数値化することは困難であるが、一例を示せば、65℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度で、1回より好ましくは2〜3回洗浄する条件が挙げられる。   The GDH gene prepared as described above or a part thereof can be used for gene disruption. However, since the gene used for gene disruption only needs to have homology to the extent that homologous recombination occurs with the GDH gene on the chromosomal DNA of the coryneform bacterium to be disrupted, the homologous gene having homology with SEQ ID NO: 7 Can also be used. Here, the homology that causes homologous recombination is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. In addition, homologous recombination can occur if the DNAs can hybridize with each other under stringent conditions. “Stringent conditions” refers to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. Although it is difficult to quantify this condition clearly, for example, it corresponds to 65 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS. A condition of washing once at a salt concentration, more preferably 2 to 3 times may be mentioned.

上記のような遺伝子を使用し、例えば、GDH遺伝子の部分配列を欠失し、正常に機能するGDHを産生しないように改変した欠失型GDH遺伝子を作製し、該遺伝子を含むDNAでコリネ型細菌を形質転換し、欠失型遺伝子と染色体上の遺伝子で組換えを起こさせることにより、染色体上のGDH遺伝子を破壊することが出来る。このような相同組換えを利用した遺伝子置換による遺伝子破壊は既に確立しており、直鎖状DNAを用いる方法や温度感受性複製起点を含むプラスミドを用いる方法などがある(米国特許第6303383号明細書、又は特開平05-007491号公報)。また、上述のような相同組換えを利用した遺伝子置換による遺伝子破壊は、宿主上で複製能力を持たないプラスミドを用いても行うことが出来、コリネ型細菌内で複製能を持たないプラスミドとしては、エシェリヒア・コリで複製能力を持つプラスミドが好ましく、例えば、pHSG299(宝バイオ社製)pHSG399(宝バイオ社製)等が挙げられる。   Using a gene as described above, for example, deleting a partial sequence of the GDH gene, producing a modified GDH gene modified so as not to produce normally functioning GDH, and coryneform with the DNA containing the gene By transforming bacteria and causing recombination between the deletion gene and the gene on the chromosome, the GDH gene on the chromosome can be destroyed. Such gene disruption by gene replacement using homologous recombination has already been established, and includes a method using linear DNA and a method using a plasmid containing a temperature-sensitive replication origin (US Pat. No. 6,303,383). Or Japanese Patent Laid-Open No. 05-007491). In addition, gene disruption by gene replacement using homologous recombination as described above can also be performed using a plasmid that does not have replication ability on the host. As a plasmid that does not have replication ability in coryneform bacteria, A plasmid having replication ability in Escherichia coli is preferable, and examples thereof include pHSG299 (manufactured by Takara Bio Inc.), pHSG399 (manufactured by Takara Bio Inc.), and the like.

また、GDH活性の低減化は、PCR法や変異剤処理などの公知の変異導入法によっても行うことができる。具体的には、PCR法によって酵素の活性部位をコードする領域に変異を導入し、得られた変異遺伝子を親株に導入することによって得ることができる。   The reduction of GDH activity can also be performed by known mutagenesis methods such as PCR and mutagenesis. Specifically, it can be obtained by introducing a mutation into the region encoding the active site of the enzyme by PCR and introducing the obtained mutant gene into the parent strain.

本発明に使用する細菌は、GDH活性の低減化に加えて、ラクテートデヒドロゲナーゼ(以下、LDHとも呼ぶ)活性が低減化するように改変された細菌であってもよい。このような細菌は、非アミノ有機酸がコハク酸である場合に特に有効である。このような細菌は、例えば、LDH遺伝子が破壊された細菌を作製し、さらに該細菌のGDH遺伝子を上述の方法により破壊することにより得ることができる。ただし、LDH活性低減化のための改変操作と、GDH活性低減化のための改変操作はいずれを先に行ってもよい。   The bacterium used in the present invention may be a bacterium modified so as to reduce lactate dehydrogenase (hereinafter also referred to as LDH) activity in addition to the reduction of GDH activity. Such bacteria are particularly effective when the non-amino organic acid is succinic acid. Such a bacterium can be obtained, for example, by preparing a bacterium in which the LDH gene is disrupted and further disrupting the GDH gene of the bacterium by the method described above. However, the modification operation for reducing LDH activity and the modification operation for reducing GDH activity may be performed first.

「LDH活性が低減された」とは、LDH遺伝子非改変株と比較してLDH活性が低下していることをいう。LDH活性は、非改変株と比較して、菌体当たり10%以下に低減化されていることが好ましい。また、LDH活性は完全に消失していてもよい。LDH活性が低減されたことは、公知の方法(L.Kanarek and R.L.Hill, J. Biol. Chem.239, 4202 (1964))によりLDH活性を測定することによって確認することができる。コリネ型細菌のLDH活性の低減した株の具体的な製造方法としては、特開平11−206385号公報に記載されている染色体への相同組換えによる方法、あるいは、sacB遺伝子を用いる方法(Schafer, A
. et al. Gene 145 (1994) 69-73)等が挙げられる。
“LDH activity is reduced” means that LDH activity is reduced as compared to an LDH gene-unmodified strain. The LDH activity is preferably reduced to 10% or less per cell as compared with the unmodified strain. Also, LDH activity may be completely lost. The reduction in LDH activity can be confirmed by measuring LDH activity by a known method (L. Kanarek and RL Hill, J. Biol. Chem. 239, 4202 (1964)). As a specific method for producing a strain having a reduced LDH activity of a coryneform bacterium, a method by homologous recombination to a chromosome described in JP-A-11-206385 or a method using a sacB gene (Schafer, A
et al. Gene 145 (1994) 69-73).

また、本発明に用いる細菌は、GDH活性の低減に加えて、ピルビン酸カルボキシラーゼ(以下、PCとも呼ぶ)の活性が増強するように改変された細菌であってもよい。「PC活性が増強される」とは、PC活性が野生株又は親株等の非改変株に対して好ましくは100%以上、より好ましくは300%以上増加していることをいう。PC活性が増強されたことは、公知の方法(Magasanikの方法[J.Bacteriol., 158, 55-62, (1984)])によりPC活性を測定することによって確認することができる。
このような細菌は、例えば、GDH遺伝子を破壊されたコリネ型細菌に、PC遺伝子を導入することにより得ることができる。なお、PC遺伝子の導入とGDH活性低減のための改変操作はいずれの操作を先に行ってもよい。
The bacterium used in the present invention may be a bacterium modified so that the activity of pyruvate carboxylase (hereinafter also referred to as PC) is enhanced in addition to the reduction of GDH activity. “PC activity is enhanced” means that the PC activity is preferably increased by 100% or more, more preferably by 300% or more with respect to a non-modified strain such as a wild strain or a parent strain. The enhanced PC activity can be confirmed by measuring the PC activity by a known method (Magasanik's method [J. Bacteriol., 158, 55-62, (1984)]).
Such a bacterium can be obtained, for example, by introducing the PC gene into a coryneform bacterium having the GDH gene disrupted. It should be noted that either the PC gene introduction or the modification operation for reducing the GDH activity may be performed first.

PC遺伝子の導入は、例えば、特開平11−196888号公報に記載の方法と同様にして、ピルビン酸カルボキシラーゼ(PC)遺伝子をコリネ型細菌中で高発現させることにより行うことができる。具体的なPC遺伝子遺伝子としては、例えば、コリネバクテリウム・グルタミカム由来のPC遺伝子(Peters-Wendisch, P.G. et al. Microbiology, vol.144 (1998) p915-927(配列番号9))などを用いることができる。PC遺伝子は、PC活性を実質的に損なうことがない限り、配列番号9の塩基配列において、一部の塩基が他の塩基と置換されていてもよく、又は欠失していてもよく、或いは新たに塩基が挿入されていてもよく、塩基配列の一部が転位されているものであってもよく、これらの誘導体のいずれもが、本発明に用いることができる。さらに、配列番号9の塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA、または配列番号9の塩基配列と90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上の相同性を有するDNAであって、PC活性を有するタンパク質をコードするDNAも好適に用いることができる。   The introduction of the PC gene can be carried out, for example, by highly expressing the pyruvate carboxylase (PC) gene in coryneform bacteria in the same manner as described in JP-A-11-196888. As a specific PC gene gene, for example, a PC gene derived from Corynebacterium glutamicum (Peters-Wendisch, PG et al. Microbiology, vol. 144 (1998) p915-927 (SEQ ID NO: 9)) is used. Can do. As long as the PC gene does not substantially impair the PC activity, in the base sequence of SEQ ID NO: 9, some bases may be substituted with other bases, or may be deleted, or A base may be newly inserted, or a part of the base sequence may be rearranged, and any of these derivatives can be used in the present invention. Furthermore, the DNA hybridizes with the DNA having the base sequence of SEQ ID NO: 9 under stringent conditions, or the base sequence of SEQ ID NO: 9 has a homology of 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 99% or more. A DNA encoding a protein having PC activity can also be suitably used.

また、コリネバクテリウム・グルタミカム以外の細菌、または他の細菌又は動植物由来のPC遺伝子を使用することもできる。特に、以下に示す細菌または動植物由来のPC遺伝子は、その配列が既知(以下に文献を示す)であり、上記と同様にしてハイブリダイゼーンションにより、あるいはPCR法によりそのORF部分を増幅することによって、取得することができる。
ヒト [Biochem.Biophys.Res.Comm., 202, 1009-1014, (1994)]
マウス[Proc.Natl.Acad.Sci.USA., 90, 1766-1779, (1993)]
ラット[GENE, 165, 331-332, (1995)]
酵母;サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)
[Mol.Gen.Genet., 229, 307-315, (1991)]
シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)
[DDBJ Accession No.; D78170]
バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermophilus)
[GENE, 191, 47-50, (1997)]
リゾビウム・エトリ(Rhizobium etli)
[J.Bacteriol., 178, 5960-5970, (1996)]
Moreover, bacteria other than Corynebacterium glutamicum, or PC genes derived from other bacteria or animals and plants can also be used. In particular, the following bacterial or animal or plant-derived PC genes have known sequences (shown below), and amplify the ORF portion by hybridization as described above or by PCR. Can be obtained.
Human [Biochem.Biophys.Res.Comm., 202, 1009-1014, (1994)]
Mouse [Proc.Natl.Acad.Sci.USA., 90, 1766-1779, (1993)]
Rat [GENE, 165, 331-332, (1995)]
Yeast; Saccharomyces cerevisiae
[Mol.Gen.Genet., 229, 307-315, (1991)]
Schizosaccharomyces pombe
[DDBJ Accession No .; D78170]
Bacillus stearothermophilus
[GENE, 191, 47-50, (1997)]
Rhizobium etli
[J. Bacteriol., 178, 5960-5970, (1996)]

上述したようなPC遺伝子を含むDNA断片を、適当なプラスミド、例えばコリネ型細菌内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子を少なくとも含むプラスミドベクターに導入することにより、コリネ型細菌内でPCの高発現可能な組換えプラスミドを得ることができる。ここで、上記組み換えプラスミドにおいて、PC遺伝子を発現させるためのプロモーターはコリネ型細菌が保有するプロモーターであることができるが、それに限られるものではなく、PC遺伝子の転写を開始させるための塩基配列であればいかなるプロモーターであっても良い。例えば、tacプロモーターや、trcプロモーターなどが挙げられる。   High expression of PC in coryneform bacteria by introducing a DNA fragment containing the PC gene as described above into an appropriate plasmid, for example, a plasmid vector containing at least a gene responsible for the replication and replication function of the plasmid in coryneform bacteria. Possible recombinant plasmids can be obtained. Here, in the above recombinant plasmid, the promoter for expressing the PC gene can be a promoter possessed by coryneform bacteria, but is not limited thereto, and has a base sequence for initiating transcription of the PC gene. Any promoter can be used. For example, tac promoter, trc promoter and the like can be mentioned.

PC遺伝子を導入することができるプラスミドベクターとしては、宿主細菌内での複製増殖機能を司る遺伝子を少なくとも含むものであれば特に制限されない。コリネ型細菌に遺伝子を導入するために使用できるプラスミドの具体例としては、例えば、特開平3−210184号公報に記載のプラスミドpCRY30;特開平2−72876号公報及び米国特許5,185,262号明細書公報に記載のプラスミドpCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KE及びpCRY3KX;特開平1−191686号公報に記載のプラスミドpCRY2およびpCRY3;特開昭58−67679号公報に記載のpAM330;特開昭58−77895号公報に記載のpHM1519;特開昭58−192900号公報に記載のpAJ655、pAJ611及びpAJ1844;特開昭57−134500号公報に記載のpCG1;特開昭58−35197号公報に記載のpCG2;特開昭57−183799号公報に記載のpCG4およびpCG11等を挙げることができる。それらの中でもコリネ型細菌の宿主−ベクター系で用いられるプラスミドベクターとしては、コリネ型細菌内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子とコリネ型細菌内でプラスミドの安定化機能を司る遺伝子とを有するものが好ましく、例えば、プラスミドpCRY30、pCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KEおよびpCRY3KX等が好適に使用される。   The plasmid vector into which the PC gene can be introduced is not particularly limited as long as it contains at least a gene that controls the replication growth function in the host bacterium. Specific examples of plasmids that can be used for introducing genes into coryneform bacteria include, for example, plasmid pCRY30 described in JP-A-3-210184; JP-A-2-72876 and US Pat. No. 5,185,262. Plasmids pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE and pCRY3KX described in the specification gazette; plasmids pCRY2 and pCRY3 described in JP-A-1-191686; pAM330 described in JP-A-58-67679; PHM1519 described in JP-A-58-77895; pAJ655, pAJ611 and pAJ1844 described in JP-A-58-192900; pCG1 described in JP-A-57-134500; described in JP-A-58-35197 of CG2; may be mentioned pCG4 and pCG11 like described in JP-57-183799 publication. Among them, plasmid vectors used in the host-vector system of coryneform bacteria have a gene responsible for the replication and replication function of the plasmid in coryneform bacteria and a gene responsible for the plasmid stabilization function in coryneform bacteria. For example, plasmids pCRY30, pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE and pCRY3KX are preferably used.

このようなプラスミドベクターの適当な部位にPC遺伝子を挿入して得られる組み換えベクターで、コリネ型細菌、例えばブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)MJ-233株(FERM BP−1497)を形質転換することにより、PC遺伝子の発現が増強されたコリネ型細菌が得られる。なお、PC活性の増強は、公知の相同組換え法によって染色体上でPC遺伝子を導入、置換、増幅等によって高発現化させることによっても行うことができる。形質転換は、例えば、電気パルス法(Res. Microbiol., Vol.144, p.181-185, 1993)等によって行うことができる。
なお、PC活性の増強は染色体上でPC遺伝子のプロモーター領域を強力なプロモーターに置換することによっても達成されうる。
なお、DNAの切断、連結、その他、染色体DNAの調製、PCR、プラスミドDNAの調製、形質転換、プライマーとして用いるオリゴヌクレオチドの設定等の方法は、当業者によく知られている通常の方法を採用することができる。これらの方法は、Sambrook, J., Fritsch, E. F., and Maniatis, T., "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, (1989)等に記載されている。
A recombinant vector obtained by inserting the PC gene into an appropriate site of such a plasmid vector is used to transform a coryneform bacterium such as Brevibacterium flavum MJ-233 (FERM BP-1497). Thus, a coryneform bacterium with enhanced expression of the PC gene can be obtained. The PC activity can also be enhanced by introducing a PC gene on the chromosome by a known homologous recombination method, making it highly expressed by substitution, amplification or the like. Transformation can be performed by, for example, the electric pulse method (Res. Microbiol., Vol. 144, p.181-185, 1993).
The enhancement of PC activity can also be achieved by replacing the promoter region of the PC gene with a strong promoter on the chromosome.
In addition, DNA cleavage, ligation, and other methods such as chromosomal DNA preparation, PCR, plasmid DNA preparation, transformation, setting of oligonucleotides used as primers, etc. adopt ordinary methods well known to those skilled in the art. can do. These methods are described in Sambrook, J., Fritsch, EF, and Maniatis, T., “Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition”, Cold Spring Harbor Laboratory Press, (1989) and the like.

2.非アミノ有機酸の製造方法
本発明の非アミノ有機酸の製造方法は、上記細菌またはその処理物を、炭酸イオンもしくは重炭酸イオンまたは二酸化炭素ガスを含有する反応液中で有機原料に作用させ、非アミノ有機酸を生成させ、これを採取する事を特徴とする非アミノ有機酸の製造方法である。製造する非アミノ有機酸はコハク酸、フマル酸、リンゴ酸又はピルビン酸が好ましく、コハク酸がより好ましい。
2. Method for Producing Non-Amino Organic Acid In the method for producing a non-amino organic acid of the present invention, the bacterium or treated product thereof is allowed to act on an organic raw material in a reaction solution containing carbonate ion, bicarbonate ion or carbon dioxide gas, A non-amino organic acid production method characterized in that a non-amino organic acid is produced and collected. The non-amino organic acid to be produced is preferably succinic acid, fumaric acid, malic acid or pyruvic acid, more preferably succinic acid.

非アミノ有機酸の製造に上記細菌を用いるに当たっては、寒天培地等の固体培地で斜面培養したものを直接反応に用いても良いが、上記細菌を予め液体培地で培養(種培養)したものを用いるのが好ましい。種培養に用いる培地は、細菌の培養に用いられる通常の培地を用いることができる。例えば、硫酸アンモニウム、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム等の無機塩からなる組成に、肉エキス、酵母エキス、ペプトン等の天然栄養源を添加した一般的な培地を用いることができる。種培養後の菌体は、遠心分離、膜分離等によって回収した後に、非アミノ有機酸の製造反応に用いることが好ましい。なお、種培養した細菌を有機原料を含む培地で増殖させながら、有機原料と反応させることによって非アミノ有機酸を製造してもよいし、予め増殖させて得られた菌体を有機原料を含む反応液中で有機原料と反応させることによっても非アミノ有機酸を製造してもよい。   When using the above-mentioned bacteria for the production of non-amino organic acids, slant cultures in solid media such as an agar medium may be used for the direct reaction, but the bacteria previously cultured in a liquid medium (seed culture) It is preferable to use it. As a medium used for seed culture, a normal medium used for bacterial culture can be used. For example, a general medium in which a natural nutrient source such as meat extract, yeast extract or peptone is added to a composition composed of inorganic salts such as ammonium sulfate, potassium phosphate and magnesium sulfate can be used. The bacterial cells after seed culture are preferably collected by centrifugation, membrane separation, etc., and then used for a reaction for producing a non-amino organic acid. In addition, a non-amino organic acid may be produced by reacting a seed-cultured bacterium with an organic raw material while growing it in a medium containing the organic raw material, or the cells obtained by proliferating in advance contain the organic raw material. Non-amino organic acids may also be produced by reacting with organic raw materials in the reaction solution.

本発明では細菌の菌体の処理物を使用することもできる。菌体の処理物としては、例えば、菌体をアクリルアミド、カラギーナン等で固定化した固定化菌体、菌体を破砕した破砕物、その遠心分離上清、又はその上清を硫安処理等で部分精製した画分等が挙げられる。   In the present invention, a treated product of bacterial cells can also be used. Examples of treated cells include, for example, immobilized cells obtained by immobilizing cells with acrylamide, carrageenan, etc., crushed materials obtained by crushing cells, centrifugation supernatants thereof, or partial supernatants thereof by ammonium sulfate treatment, etc. Examples include purified fractions.

本発明の製造方法に用いる有機原料としては、本細菌が資化してコハク酸を生成させうる炭素源であれば特に限定されないが、通常、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、グリセロール、シュークロース、サッカロース、デンプン、セルロース等の炭水化物;グリセリン、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられ、このうちグルコース又はシュークロースが好ましく、特にグルコースが好ましい。   The organic raw material used in the production method of the present invention is not particularly limited as long as the bacterium can assimilate and produce succinic acid. Usually, galactose, lactose, glucose, fructose, glycerol, sucrose, sucrose are used. Carbohydrates such as starch and cellulose; fermentable carbohydrates such as polyalcohols such as glycerin, mannitol, xylitol and ribitol are used, among which glucose or sucrose is preferable, and glucose is particularly preferable.

また、上記発酵性糖質を含有する澱粉糖化液、糖蜜なども使用される。これらの発酵性糖質は、単独でも組み合わせても使用できる。上記有機原料の使用濃度は特に限定されないが、コハク酸の生成を阻害しない範囲で可能な限り高くするのが有利であり、通常、5〜30%(W/V)、好ましくは10〜20%(W/V)の範囲内で反応が行われる。また、反応の進行に伴う上記有機原料の減少にあわせ、有機原料の追加添加を行っても良い。   Moreover, the starch saccharified liquid, molasses, etc. containing the said fermentable saccharide | sugar are also used. These fermentable carbohydrates can be used alone or in combination. The use concentration of the organic raw material is not particularly limited, but it is advantageous to make it as high as possible within a range not inhibiting the production of succinic acid, and is usually 5 to 30% (W / V), preferably 10 to 20%. The reaction is carried out within the range of (W / V). Further, additional addition of organic raw materials may be performed in accordance with the decrease of the organic raw materials as the reaction proceeds.

上記有機原料を含む反応液としては特に限定されず、例えば、細菌を培養するための培地であってもよいし、リン酸緩衝液等の緩衝液であってもよい。反応液は、窒素源や無機塩などを含む水溶液であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本細菌が資化してコハク酸を生成させうる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加する。また、反応時の発泡を抑えるために、培養液には市販の消泡剤を適量添加しておくことが望ましい。   The reaction solution containing the organic raw material is not particularly limited, and may be, for example, a medium for culturing bacteria or a buffer solution such as a phosphate buffer solution. The reaction solution is preferably an aqueous solution containing a nitrogen source, an inorganic salt, and the like. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated by the bacterium to produce succinic acid. Specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolysate, casein degradation product And various organic and inorganic nitrogen compounds such as peptone, yeast extract, meat extract and corn steep liquor. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, factors that promote growth such as vitamins such as biotin, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, nucleotides, and amino acids are added as necessary. In order to suppress foaming during the reaction, it is desirable to add an appropriate amount of a commercially available antifoaming agent to the culture solution.

反応液には、例えば上記した有機原料、窒素源、無機塩などのほかに、炭酸イオン、重炭酸イオン又は二酸化炭素ガス(炭酸ガス)を含有させる。炭酸イオン又は重炭酸イオンは、中和剤としても用いることのできる炭酸マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウムなどから供給されるが、必要に応じて、炭酸若しくは重炭酸又はこれらの塩或いは二酸化炭素ガスから供給することもできる。炭酸又は重炭酸の塩の具体例としては、例えば炭酸マグネシウム、炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等が挙げられる。そして、炭酸イオン、重炭酸イオンは、1~500mM、好ましくは2~300mM、さらに好ましくは3〜200mMの濃度で添加する。二酸化炭素ガスを含有させる場合は、溶液1L当たり50mg〜25g、好ましくは100mg〜15g、さらに好ましくは150mg〜10gの二酸化炭素ガスを含有させる。   The reaction liquid contains, for example, carbonate ions, bicarbonate ions, or carbon dioxide gas (carbon dioxide gas) in addition to the organic raw material, nitrogen source, inorganic salt, and the like. Carbonate ions or bicarbonate ions are supplied from magnesium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, etc., which can also be used as a neutralizing agent. It can also be supplied from these salts or carbon dioxide gas. Specific examples of the carbonate or bicarbonate salt include magnesium carbonate, ammonium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium bicarbonate, sodium bicarbonate, and potassium bicarbonate. Carbonate ions and bicarbonate ions are added at a concentration of 1 to 500 mM, preferably 2 to 300 mM, more preferably 3 to 200 mM. When carbon dioxide gas is contained, 50 mg to 25 g, preferably 100 mg to 15 g, more preferably 150 mg to 10 g of carbon dioxide gas is contained per liter of the solution.

反応液のpHは、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等を添加することによって調整することができる。本反応におけるpHは、通常、pH5〜10、好ましくはpH6〜9.5であることが好ましいので、反応中も必要に応じて反応液のpHはアルカリ性物質、炭酸塩、尿素などによって上記範囲内に調節する。   The pH of the reaction solution can be adjusted by adding sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide or the like. Since the pH in this reaction is usually pH 5 to 10, preferably 6 to 9.5, the pH of the reaction solution is adjusted within the above range by an alkaline substance, carbonate, urea or the like as needed during the reaction. To do.

本反応に用いる細菌の生育至適温度は、通常、25℃〜35℃である。反応時の温度は
、通常、25℃〜40℃、好ましくは30℃〜37℃である。反応に用いる菌体の量は、特に規定されないが、1〜700g/L、好ましくは10〜500g/L、さらに好ましくは20〜400g/Lが用いられる。反応時間は1時間〜168時間が好ましく、3時間〜72時間がより好ましい。
The optimal growth temperature for bacteria used in this reaction is usually 25 ° C to 35 ° C. The temperature during the reaction is usually 25 ° C to 40 ° C, preferably 30 ° C to 37 ° C. Although the quantity of the microbial cell used for reaction is not prescribed | regulated, 1-700 g / L, Preferably it is 10-500 g / L, More preferably, 20-400 g / L is used. The reaction time is preferably 1 hour to 168 hours, more preferably 3 hours to 72 hours.

細菌の種培養時は、通気、攪拌し酸素を供給することが必要である。一方、コハク酸など非アミノ有機酸の生成反応は、通気、攪拌して行ってもよいが、通気せず、酸素を供給しない嫌気的雰囲気下で行ってもよい。ここで言う嫌気的雰囲気下は、例えば容器を密閉して無通気で反応させる、窒素ガス等の不活性ガスを供給して反応させる、二酸化炭素ガス含有の不活性ガスを通気する等の方法によって得ることができる。   During bacterial seed culture, oxygen must be supplied by aeration and agitation. On the other hand, the reaction for producing a non-amino organic acid such as succinic acid may be carried out by aeration and stirring, but it may be carried out in an anaerobic atmosphere without aeration and without supplying oxygen. Under the anaerobic atmosphere here, for example, the container is sealed and reacted without aeration, supplied with an inert gas such as nitrogen gas and reacted, or the inert gas containing carbon dioxide gas is vented. Obtainable.

以上のような細菌反応により、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸又はピルビン酸などの非アミノ有機酸が反応液中に生成蓄積する。反応液(培養液)中に蓄積した非アミノ有機酸は、常法に従って、反応液より採取することができる。具体的には、例えば、遠心分離、ろ過等により菌体等の固形物を除去した後、イオン交換樹脂等で脱塩し、その溶液から結晶化あるいはカラムクロマトグラフィーにより精製するなどして、非アミノ有機酸を採取することができる。   By the bacterial reaction as described above, non-amino organic acids such as succinic acid, fumaric acid, malic acid or pyruvic acid are generated and accumulated in the reaction solution. The non-amino organic acid accumulated in the reaction solution (culture solution) can be collected from the reaction solution according to a conventional method. Specifically, for example, after removing solids such as bacterial cells by centrifugation, filtration, etc., desalting with an ion exchange resin or the like, crystallization from the solution or purification by column chromatography, etc. Amino organic acids can be collected.

さらに本発明においては、上記した本発明の方法によりコハク酸などの非アミノ有機酸を製造した後に、得られた非アミノ有機酸を原料として重合反応を行うことにより非アミノ有機酸含有ポリマーを製造することができる。近年、環境に配慮した工業製品が数を増す中、植物由来の原料を用いたポリマーに注目が集まってきており、特に、本発明において製造されるコハク酸は、ポリエステルやポリアミドといったポリマーに加工されて用いる事が出来る。コハク酸含有ポリマーとして具体的には、ブタンジオールやエチレングリコールなどのジオールとコハク酸を重合させて得られるコハク酸ポリエステル、ヘキサメチレンジアミンなどのジアミンとコハク酸を重合させて得られるコハク酸ポリアミドなどが挙げられる。
また、本発明の製造法により得られる非アミノ有機酸または該非アミノ有機酸を含有する組成物は食品添加物や医薬品、化粧品などにも用いることができる。
Further, in the present invention, after producing a non-amino organic acid such as succinic acid by the above-described method of the present invention, a non-amino organic acid-containing polymer is produced by performing a polymerization reaction using the obtained non-amino organic acid as a raw material. can do. In recent years, with the increase in the number of environmentally friendly industrial products, attention has been focused on polymers using plant-derived raw materials. In particular, succinic acid produced in the present invention is processed into polymers such as polyester and polyamide. Can be used. Specific examples of succinic acid-containing polymers include succinic acid polyesters obtained by polymerizing diols such as butanediol and ethylene glycol and succinic acid, succinic acid polyamides obtained by polymerizing diamines such as hexamethylenediamine and succinic acid, and the like. Is mentioned.
The non-amino organic acid obtained by the production method of the present invention or the composition containing the non-amino organic acid can also be used for food additives, pharmaceuticals, cosmetics and the like.

[実施例]
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。
[Example]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

<GDH欠損株の作製>
(A)MJ233株ゲノムDNAの抽出
A培地[尿素 2g、(NH42SO4 7g、KH2PO4 0.5g、K2HPO4 0.5g、MgSO4・7H2O 0.5g、FeSO4・7H2O 6mg、MnSO4・4−5H2O6mg、ビオチン 200μg、チアミン 100μg、イーストエキストラクト 1g、カザミノ酸 1g、グルコース 20g、蒸留水1Lに溶解]10mLに、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株を対数増殖期後期まで培養し、遠心分離(10000g、5分)により菌体を集めた。得られた菌体を10mg/mLの濃度にリゾチームを含む10mM NaCl/20mMトリス緩衝液(pH8.0)/1mM EDTA・2Na溶液0.15mLに懸濁した。次に、上記懸濁液にプロテナーゼKを、最終濃度が100μg/mLになるように添加し、37℃で1時間保温した。さらにドデシル硫酸ナトリウムを最終濃度が0.5%になるように添加し、50℃で6時間保温して溶菌した。この溶菌液に、等量のフェノール/クロロフォルム溶液を添加し、室温で10分間ゆるやかに振盪した後、全量を遠心分離(5,000×g、20分間、10〜12℃)し、上清画分を
分取し、酢酸ナトリウムを0.3Mとなるように添加した後、2倍量のエタノールを加え混合した。遠心分離(15,000×g、2分)により回収した沈殿物を70%エタノールで洗浄した後、風乾した。得られたDNAに10mMトリス緩衝液(pH7.5)−1mM EDTA・2Na溶液5mLを加え、4℃で一晩静置し、以後のPCRの鋳型DNAに使用した。
<Preparation of GDH-deficient strain>
(A) Extraction of MJ233 strain genomic DNA A medium [urea 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, FeSO 4 · 7H 2 O 6mg, MnSO 4 · 4-5H 2 O6mg, biotin 200 [mu] g, thiamine 100 [mu] g, yeast extract 1g, casamino acid 1g, glucose 20g, dissolved in distilled water 1L] 10 mL, Brevibacterium flavum MJ The -233 strain was cultured until the late logarithmic growth phase, and the cells were collected by centrifugation (10000 g, 5 minutes). The obtained cells were suspended in 0.15 mL of a 10 mM NaCl / 20 mM Tris buffer solution (pH 8.0) / 1 mM EDTA · 2Na solution containing lysozyme at a concentration of 10 mg / mL. Next, proteinase K was added to the suspension so that the final concentration was 100 μg / mL, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 1 hour. Further, sodium dodecyl sulfate was added to a final concentration of 0.5%, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 6 hours for lysis. To this lysate, add an equal amount of phenol / chloroform solution, shake gently at room temperature for 10 minutes, and then centrifuge (5,000 × g, 20 minutes, 10-12 ° C.) to obtain a supernatant. The fraction was collected and sodium acetate was added to a concentration of 0.3 M, and then twice as much ethanol was added and mixed. The precipitate collected by centrifugation (15,000 × g, 2 minutes) was washed with 70% ethanol and then air-dried. To the obtained DNA, 5 mL of a 10 mM Tris buffer (pH 7.5) -1 mM EDTA · 2Na solution was added and left overnight at 4 ° C., and used as template DNA for subsequent PCR.

(B)GDH破壊用プラスミドの構築
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来GDH遺伝子の内部配列を欠失したDNA断片の取得は、上記(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Database Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号1、配列番号2、配列番号3、配列番号4、配列番号5、および配列番号6)を用いたクロスオーバーPCRによって行った。GDH遺伝子のN末端領域のDNA断片は配列番号1と配列番号2、C末端領域のDNA断片は配列番号3と配列番号4の合成DNAをそれぞれプライマーとしてPCRを行った。反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製)0.5μL、1倍濃度添付バッファー、0.4μM各々プライマー、1mM MgSO4、 0.2μMdNTPsを混合し、全量を50μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で15秒、55℃で30秒、68℃で45秒からなるサイクルを30回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は2分、最終サイクルの68℃での保温は3分とした。次に得られた二つの増幅産物を鋳型として配列番号1、配列番号4、配列番号5、および配列番号6の合成DNAをプライマーとしてPCRを行った。反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製)0.5μL、1倍濃度添付バッファー、0.4μM各々プライマー、1mM MgSO4、0.2μMdNTPsを混合し、全量を50μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社製)を用い、94℃で15秒、55℃で30秒、68℃で1分20秒からなるサイクルを30回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は2分、最終サイクルの68℃での保温は3分とした。配列番号5と6の合成DNAは互いに相補的であり、GDH遺伝子のN末端側およびC末端側の両断片に対して相補的な配列を含んでいる。得られたGDH遺伝子の内部配列が欠失したDNA断片はQIAquick PCR Purification Kit(QIAGEN製)を用いて精製後、制限酵素SacIおよびXbaIで切断した。これによって生じた約1.3kbのDNA断片は0.8%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することで検出し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いてゲルから回収した。このDNA断片を、pKMB1(sacB遺伝子を含む:特開2005−95169)を制限酵素SacIおよびXbaIで切断して調製したDNAと混合し、ライゲーションキットver.2(宝酒造製)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、50μg/mLカナマシンおよび50μg/mLX−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素SacIおよびXbaIで切断することにより約1.3kbの挿入断片が認められ、これをpGDH1(図1)と命名した。
(B) Construction of a plasmid for GDH disruption Obtaining a DNA fragment lacking the internal sequence of the GDH gene derived from Brevibacterium flavum strain MJ233 was reported using the DNA prepared in (A) above as a template and the entire genome sequence. Synthetic DNA (SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5) designed based on the sequence around the gene of the Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain (GenBank Database Accession No. BA00000036) And by crossover PCR using SEQ ID NO: 6). PCR was performed using the DNA fragments in the N-terminal region of the GDH gene as primers with SEQ ID NOs: 1 and 2, and the DNA fragments in the C-terminal region with the synthetic DNAs in SEQ ID NOs: 3 and 4, respectively. Composition of reaction solution: 1 μL of template DNA, 0.5 μL of Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen), 1 × concentration attached buffer, 0.4 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.2 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 50 μL. Reaction temperature condition: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 68 ° C. for 45 seconds was repeated 30 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 2 minutes, and the heat retention at 68 ° C. in the final cycle was 3 minutes. Next, PCR was carried out using the obtained two amplification products as templates and the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 as primers. Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, PfxDNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.5 μL, 1-fold concentration buffer, 0.4 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.2 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 50 μL. Reaction temperature condition: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 68 ° C. for 1 minute 20 seconds was repeated 30 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 2 minutes, and the heat retention at 68 ° C. in the final cycle was 3 minutes. The synthetic DNAs of SEQ ID NOs: 5 and 6 are complementary to each other and contain sequences complementary to both N-terminal and C-terminal fragments of the GDH gene. The obtained DNA fragment lacking the internal sequence of the GDH gene was purified using QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by QIAGEN) and then cleaved with restriction enzymes SacI and XbaI. The resulting DNA fragment of about 1.3 kb was detected by 0.8% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining, and QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN From the gel. This DNA fragment was mixed with DNA prepared by cleaving pKMB1 (including sacB gene: JP-A-2005-95169) with restriction enzymes SacI and XbaI, and ligation kit ver. 2 (Takara Shuzo) were used for connection. Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kana machine and 50 μg / mL X-Gal. Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. By cutting the obtained plasmid DNA with restriction enzymes SacI and XbaI, an insert fragment of about 1.3 kb was recognized, and this was named pGDH1 (FIG. 1).

(C)GDH破壊株の作製
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株(LDH遺伝子が破壊された株:特開2005−95169)の形質転換に用いるプラスミドDNAは、上記pGDH1のプラスミドDNA用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,53,159,1970)により形質転換した大腸菌JM110株
から再調製した。ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株の形質転換は、電気パルス法(Res.Microbiol.、Vol.144, p.181-185, 1993)によって行い、得られた形質転換体をカナマイシン 50μg/mLを含むLBG(LB+グルコース)寒天培地に塗抹した。この培地上に生育した株は、pGDH1がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのGDH遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組み換えを起こした結果、同ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子およびsacB遺伝子が挿入されているはずである。次に、上記相同組み換え株をカナマイシン50μg/mLを含むLBG培地にて液体培養した。この培養液の菌体数約100万相当分を10%ショ糖含有LBG培地に塗抹にした結果、2回目の相同組み換えによりsacB遺伝子が脱落しショ糖非感受性となったと考えられる株を数十個得た。この様にして得られた株の中には、そのGDH遺伝子がpGDH1に由来する内部配列が欠失したものと野生型に戻ったものが含まれる。GDH遺伝子が変異型であるか野生型であるかの確認は、LBG培地にて液体培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し、GDH遺伝子の検出を行うことによって容易に確認できる。GDH遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号1および配列番号4)を用いて分析すると、変異型では1341bp、野生型では2556bpのDNA断片を認めるはずである。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、GDH遺伝子の内部配列が欠失した株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔGDH/ΔLDHと命名した。
(C) Preparation of GDH-disrupted strain Plasmid DNA used for transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain (LDH gene-disrupted strain: Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) is calcium chloride using the above-mentioned plasmid DNA of pGDH1. It was re-prepared from E. coli strain JM110 transformed by the method (Journal of Molecular Biology, 53, 159, 1970). The Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain was transformed by the electric pulse method (Res. Microbiol., Vol. 144, p.181-185, 1993), and the obtained transformant was treated with 50 μg / mL of kanamycin. It smeared on the containing LBG (LB + glucose) agar medium. Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pGDH1 cannot be replicated in Brevibacterium flavum MJ233 strain, the GDH gene of the plasmid and the same gene on the genome of Brevibacterium flavum MJ233 strain As a result of homologous recombination, the kanamycin resistance gene and sacB gene derived from the plasmid should be inserted on the same genome. Next, the homologous recombination strain was subjected to liquid culture in an LBG medium containing kanamycin 50 μg / mL. As a result of smearing about 1 million cells of this culture on LBG medium containing 10% sucrose, sacB gene was eliminated by the second homologous recombination, and several tens of strains considered to be insensitive to sucrose were obtained. I got it. Among the strains obtained in this manner, those in which the GDH gene has a deletion of the internal sequence derived from pGDH1 and those in which the wild type has been restored are included. Confirmation of whether the GDH gene is a mutant type or a wild type can be easily confirmed by subjecting the cells obtained by liquid culture in an LBG medium to a direct PCR reaction and detecting the GDH gene. When analyzed using primers (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 4) for PCR amplification of the GDH gene, a DNA fragment of 1341 bp in the mutant type and 2556 bp in the wild type should be observed. As a result of analyzing the strain that became insensitive to sucrose by the above method, a strain lacking the internal sequence of the GDH gene was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / ΔGDH / ΔLDH.

(D)GDH活性の測定
上記(C)で得られたGDH遺伝子欠損株ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔGDH/ΔLDHを、グルコース2%を含むA培地100mLで終夜培養を行った。得られた菌体を集菌後、50mM リン酸カリウム緩衝液(pH7.5)50mLで洗浄し、同組成の緩衝液20mLに再度懸濁させた。懸濁液にをSONIFIER 350(BRANSON製)で破砕し、遠心分離した上清を無細胞抽出液とした。得られた無細胞抽出液を用いGDH活性を測定した。酵素活性の測定は100mM Tris/HCl緩衝液(pH8.0)、20mM 塩化アンモニウム、5mM 2−オキソグルタル酸ナトリウム、0.32 mM NADH、及び無細胞抽出液を含む反応液中、25℃で反応させることにより行った。1Uは1分間に1μmolのNADHの減少を触媒する酵素量とした。その結果、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔGDH/ΔLDHにおけるGDHの比活性は0.006 U/mgタンパク質であった。なお遺伝子破壊されていない親株ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC/ΔLDH(特開2005−95169)を同様に培養した菌体でのGDHの比活性は0.082 U/mgタンパク質であった。
(D) Measurement of GDH activity The GDH gene-deficient strain Brevibacterium flavum MJ233 / ΔGDH / ΔLDH obtained in (C) above was cultured overnight in 100 mL of A medium containing 2% glucose. The obtained cells were collected, washed with 50 mL of 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), and resuspended in 20 mL of the same composition. The suspension was crushed with SONIFIER 350 (manufactured by BRANSON), and the centrifuged supernatant was used as a cell-free extract. GDH activity was measured using the obtained cell-free extract. The enzyme activity was measured by reacting at 25 ° C. in a reaction solution containing 100 mM Tris / HCl buffer (pH 8.0), 20 mM ammonium chloride, 5 mM sodium 2-oxoglutarate, 0.32 mM NADH, and cell-free extract. went. 1 U was defined as the amount of enzyme that catalyzes the decrease of 1 μmol of NADH per minute. As a result, the specific activity of GDH in Brevibacterium flavum MJ233 / ΔGDH / ΔLDH was 0.006 U / mg protein. In addition, the specific activity of GDH in the cells cultured in the same manner as the parent strain Brevibacterium flavum MJ233 / PC / ΔLDH (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) that was not gene-disrupted was 0.082 U / mg protein.

(E)PC増強株の作製
PC増強株の作製は、上記(C)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔGDH/ΔLDHにpMJPC1(PC増強用プラスミド:特開2005−95169)を導入することによって行った。
形質転換は大腸菌DH5α株から調整したpMJPC1プラスミドDNAを、上記(C)に記載した電気パルス法により導入することによって行った。得られた形質転換体をカナマイシン25μg/mLを含むLBG寒天培地に塗抹し、この培地上に生育した株から、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを抽出、制限酵素切断による解析を行った結果、同株がpMJPC1を保持していることを確認し、これをブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC/ΔGDH/ΔLDHと命名した。
(E) Production of PC-enhanced strain The PC-enhanced strain is produced by introducing pMJPC1 (plasma for PC enhancement: JP-A 2005-95169) into Brevibacterium flavum MJ233 / ΔGDH / ΔLDH produced in (C) above. Went by.
Transformation was performed by introducing pMJPC1 plasmid DNA prepared from Escherichia coli DH5α strain by the electric pulse method described in (C) above. The obtained transformant was smeared on an LBG agar medium containing 25 μg / mL of kanamycin, liquid culture was carried out from a strain grown on this medium by a conventional method, and plasmid DNA was extracted and analyzed by restriction enzyme digestion. As a result, it was confirmed that the strain had pMJPC1, and this was named Brevibacterium flavum MJ233 / PC / ΔGDH / ΔLDH.

<GDH欠損株の評価>
100mLの種培養培地(尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム
:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:1g、カザミノ酸:1g、及び蒸留水:1000mLの培地100mL)を500mLの三角フラスコにいれ、120℃、20分加熱滅菌した。これを室温まで冷やし、あらかじめ滅菌した50%グルコース水溶液を4mL、無菌濾過した5%カナマイシン水溶液を50μL添加し、実施例1の(E)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC/ΔGDH/ΔLDHを接種して24時間30℃にて培養した。
得られた全培養液を10000g、5分の遠心分離により集菌し、菌体懸濁培地(硫酸マグネシウム・7水和物:1g、硫酸第一鉄・7水和物:40mg、硫酸マンガン・水和物:40mg、D−ビオチン:400μg、塩酸チアミン:400μg、リン酸一アンモニウム:0.8g、リン酸二アンモニウム:0.8g、塩化カリウム:0.3g、硫酸アンモニウム66g、及び蒸留水:1000mL)にOD660の吸光度が80になるように懸濁した。4ml反応器に前記の菌体懸濁液0.5mlおよび基質溶液(グルコース:200g、炭酸マグネシウム:194g、及び蒸留水:1000mL)0.5mLを加えて、20%炭酸ガス、80%窒素雰囲気下、35℃で8時間反応させた後、上述の条件で遠心分離し、上清の有機酸濃度を分析した結果、コハク酸48.2g/L、アラニン1.65g/L、バリン0.85g/Lが蓄積していた。
一方、対照株としてブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC/ΔLDH株(特開2005−95169)を上記と同様にして反応させた結果、コハク酸43.5g/L、アラニン3.40g/L、バリン1.20g/Lが蓄積していた。
GDHの欠損によって、明らかなコハク酸蓄積の向上効果とアミノ酸低減効果が見られた。
<Evaluation of GDH-deficient strain>
100 mL seed culture medium (urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, monopotassium phosphate: 0.5 g, dipotassium phosphate 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate-7 water (Japanese product: 20 mg, manganese sulfate / hydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, and distilled water: 100 mL of 1000 mL medium) in a 500 mL Erlenmeyer flask The mixture was sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes. This was cooled to room temperature, 4 mL of 50% glucose aqueous solution sterilized in advance and 50 μL of 5% kanamycin aqueous solution filtered aseptically were added, and Brevibacterium flavum MJ233 / PC / ΔGDH / ΔLDH prepared in (E) of Example 1 was added. And cultured at 30 ° C. for 24 hours.
The obtained whole culture solution was collected by centrifugation at 10,000 g for 5 minutes, and the cell suspension medium (magnesium sulfate 7 hydrate: 1 g, ferrous sulfate 7 hydrate: 40 mg, manganese sulfate. Hydrate: 40 mg, D-biotin: 400 μg, thiamine hydrochloride: 400 μg, monoammonium phosphate: 0.8 g, diammonium phosphate: 0.8 g, potassium chloride: 0.3 g, ammonium sulfate 66 g, and distilled water: 1000 mL ) So that the absorbance of OD660 is 80. Add 0.5 ml of the above-mentioned cell suspension and 0.5 mL of the substrate solution (glucose: 200 g, magnesium carbonate: 194 g, and distilled water: 1000 mL) to a 4 ml reactor, under 20% carbon dioxide gas and 80% nitrogen atmosphere. , The mixture was centrifuged at 35 ° C. for 8 hours, centrifuged under the above conditions, and the organic acid concentration of the supernatant was analyzed. As a result, succinic acid 48.2 g / L, alanine 1.65 g / L, valine 0.85 g / L was accumulating.
On the other hand, as a control strain, Brevibacterium flavum MJ233 / PC / ΔLDH strain (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) was reacted in the same manner as above. As a result, succinic acid 43.5 g / L, alanine 3.40 g / L, valine 1.20 g / L was accumulated.
A clear improvement in succinic acid accumulation and an amino acid reduction effect were observed due to GDH deficiency.

プラスミドpGDH1の構築手順を示す図。下線のついた数字は各配列番号のプライマーを示す。The figure which shows the construction procedure of plasmid pGDH1. The underlined numbers indicate the primers of each SEQ ID NO.

Claims (8)

グルタメートデヒドロゲナーゼ活性が該酵素の非改変株に比べて30%以下に低減するように改変された細菌であって、グルタメートシンターゼ活性及びグルタミンシンセターゼ活性が該酵素の非改変株と比較して30%以下に低減していない細菌あるいはその処理物を、炭酸イオン、重炭酸イオン又は二酸化炭素ガスを含有する反応液中で有機原料に作用させることによって非アミノ有機酸を生成させ、該非アミノ有機酸を採取することを特徴とする非アミノ有機酸の製造方法。 A bacterium modified so that glutamate dehydrogenase activity is reduced to 30% or less compared to an unmodified strain of the enzyme, wherein glutamate synthase activity and glutamine synthetase activity are 30% compared to an unmodified strain of the enzyme. A non-amino organic acid is produced by allowing a bacterium that has not been reduced below or a treated product thereof to act on an organic raw material in a reaction solution containing carbonate ion, bicarbonate ion, or carbon dioxide gas. A method for producing a non-amino organic acid, comprising collecting the non-amino organic acid. 前記細菌が、さらに、ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が低減するように改変された細菌である、請求項1に記載の非アミノ有機酸の製造方法。 The method for producing a non-amino organic acid according to claim 1, wherein the bacterium is a bacterium further modified so that lactate dehydrogenase activity is reduced. 前記細菌が、さらに、ピルビン酸カルボキシラーゼ活性が増強するように改変された細菌である、請求項1または2に記載の非アミノ有機酸の製造方法。 The method for producing a non-amino organic acid according to claim 1 or 2, wherein the bacterium is a bacterium further modified so that pyruvate carboxylase activity is enhanced. 前記細菌が、コリネ型細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、エシェリヒア属細菌、ラクトバチルス属細菌およびサクシノバチルス属細菌よりなる群から選ばれるいずれかの細菌である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の非アミノ有機酸の製造方法。 The bacterium of any one of claims 1 to 3, wherein the bacterium is any one selected from the group consisting of coryneform bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Escherichia bacteria, Lactobacillus bacteria, and Succinobacillus bacteria. A method for producing a non-amino organic acid according to claim 1. 有機原料を嫌気的雰囲気下で作用させることを特徴する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の非アミノ有機酸の製造方法。 The method for producing a non-amino organic acid according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic raw material is allowed to act in an anaerobic atmosphere. 有機原料が、グルコースまたはシュークロースである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の非アミノ有機酸の製造方法。 The method for producing a non-amino organic acid according to any one of claims 1 to 5, wherein the organic raw material is glucose or sucrose. 非アミノ有機酸が、コハク酸である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の非アミノ有機酸の製造方法。 The manufacturing method of the non-amino organic acid as described in any one of Claims 1-6 whose non-amino organic acid is a succinic acid. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法により非アミノ有機酸を製造する工程、及び前記工程で得られた非アミノ有機酸を原料として重合反応を行う工程を含む、非アミノ有機酸含有ポリマーの製造方法。 A non-amino organic acid comprising a step of producing a non-amino organic acid by the method according to claim 1 and a step of performing a polymerization reaction using the non-amino organic acid obtained in the step as a raw material. A method for producing a containing polymer.
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