JP2008182936A - cis-ACONITIC ACID DECARBOXYLATION ENZYME AND GENE ENCODING THE SAME - Google Patents

cis-ACONITIC ACID DECARBOXYLATION ENZYME AND GENE ENCODING THE SAME Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cis-aconitic acid decarboxylation enzyme, and to provide a gene encoding the cis-aconitic acid decarboxylation enzyme catalyzing from cis-aconitic acid to itaconic acid. <P>SOLUTION: A protein comprises a specific amino acid sequence and having a cis-aconitic acid decarboxylation activity, a gene encodes the protein, a recombinant vector contains the gene, a microorganism transforms with the vector, and a method for produces itaconic acid with the microorganism or its preparation. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、cis−アコニット酸脱炭酸酵素(CAD:cis-Aconitic acid decarboxylase)およびcis−アコニット酸からイタコン酸への脱炭酸反応を触媒するcis−アコニット酸脱炭酸酵素をコードする遺伝子に関する。また、該遺伝子を含有する組換えベクターおよび該ベクターにより形質転換された微生物に関する。さらに、該微生物もしくはその調製物を用いたイタコン酸の製造方法に関する。   The present invention relates to a gene encoding cis-aconitic acid decarboxylase (CAD) and cis-aconitic acid decarboxylase that catalyzes a decarboxylation reaction from cis-aconitic acid to itaconic acid. The present invention also relates to a recombinant vector containing the gene and a microorganism transformed with the vector. Furthermore, it is related with the manufacturing method of itaconic acid using this microorganism or its preparation.

イタコン酸は、エチレン重合性不飽和二重結合やカルボキシル基を有するニ塩基酸化合物であり、これらの官能性を利用して、合成樹脂、接着剤、洗剤、ラテックス、塗料、印刷インキやアクリル繊維改質剤など広く化学工業用途の原料として使用されており、非常に有用な化合物である。   Itaconic acid is a dibasic acid compound having an ethylenically unsaturated double bond and a carboxyl group. Using these functionalities, synthetic resins, adhesives, detergents, latex, paints, printing inks and acrylic fibers It is a very useful compound that is widely used as a raw material for chemical industry applications such as modifiers.

イタコン酸の製造は、従来より、グルコース、スクロース及びフラクトースのようなモノ−及びジ−サッカライド並びにデンプン等の炭水化物を原料として発酵法により実施されている。発酵生産に使用される微生物としては、アスペルギルス(Aspergillus)属微生物(特許文献1)やリゾプス(Rhizopus)属微生物(特許文献2)などのカビ類、そして、カンジダ(Candida)属微生物(特許文献3)などの酵母類が知られている。特許文献4には、イタコン酸生産菌であるアスペルギルス・テレウス(Aspergillus terreus)の突然変異処理により高温耐性株を取得する技術が開示されている。   Itaconic acid is conventionally produced by fermentation using mono- and di-saccharides such as glucose, sucrose and fructose, and carbohydrates such as starch as raw materials. As microorganisms used for fermentation production, molds such as microorganisms belonging to the genus Aspergillus (patent document 1) and microorganisms belonging to the genus Rhizopus (patent document 2), and microorganisms belonging to the genus Candida (patent document 3). ) And other yeasts are known. Patent Document 4 discloses a technique for obtaining a high-temperature resistant strain by mutation treatment of Aspergillus terreus, which is an itaconic acid-producing bacterium.

しかしながら、上記の各種特許文献においては、培養技術が開示されているのみで、イタコン酸生産菌体内で働くイタコン酸生成代謝経路に関しては全く言及されていない。   However, the above-mentioned various patent documents only disclose a culture technique and do not mention any itaconic acid-producing metabolic pathway that works in itaconic acid-producing cells.

また、非特許文献1では、アスペルギルス・テレウス菌体内でのグルコースからイタコン酸生成に至る幾つかの可能性ある代謝経路の中でも、イタコン酸はTCA回路で生成されるcis−アコニットがcis−アコニット酸脱炭酸酵素(以下、CADともいう)の作用によりイタコン酸が生成すると特定されているものの、CADそのものに関しては、遺伝子工学的知見の提供は勿論のこと何ら解析は行われていない。   Further, in Non-Patent Document 1, among several possible metabolic pathways from glucose to itaconic acid production in Aspergillus terreus, itaconic acid is cis-aconitic acid produced by the TCA cycle. Although it has been specified that itaconic acid is produced by the action of decarboxylase (hereinafter also referred to as CAD), the CAD itself has not been provided with any genetic engineering knowledge and analysis.

さらに、非特許文献2では、アスペルギルス・テレウス株よりCADを分離・精製し、CAD溶液中でのcis−アコニット酸からイタコン酸への脱炭酸反応(セルフリー反応)に関するCAD触媒活性が調べられており、CADの分離・精製技術やその触媒機能に関する知見が開示されているが、微生物菌体内で発現されているCADの遺伝子工学的知見は何ら提供されていない。   Further, in Non-Patent Document 2, CAD was isolated and purified from Aspergillus terreus strain, and the CAD catalytic activity regarding decarboxylation reaction (cell-free reaction) from cis-aconitic acid to itaconic acid in CAD solution was investigated. However, although knowledge about the separation / purification technology of CAD and its catalytic function is disclosed, no genetic engineering knowledge of CAD expressed in microbial cells is provided.

遺伝子情報に基づく遺伝子工学的手法により、CADの高発現が可能になれば、イタコン酸の高効率な生産技術を提供することが可能となる。即ち、従来のイタコン酸生産菌に限定されない広範囲に亘る宿主の組換え技術により、CADの高生産技術の獲得や宿主の適性に応じた多様な条件や方法によるイタコン酸生産技術の確立ができる。
米国特許5,673,485号公報 特開昭61−209596号公報 特開昭55−34017号公報 特開平6−38774号公報 P.BONNARME,他5名、ジャーナル・オブ・バクテリオロジー(Journal Of Bacteriology)、6月号、1995年、p.3573−3578 LIES DWIARTI,他4名、ジャーナル・オブ・バイオサイエンス アンドバイオエンジニアリング(Journal of Bioscience and Bioengineering)、94巻、1号、29−33、2002年。
If CAD can be highly expressed by genetic engineering techniques based on genetic information, it is possible to provide a highly efficient production technology for itaconic acid. That is, it is possible to acquire a high production technology for CAD and establish itaconic acid production technology by various conditions and methods according to the suitability of the host by a wide range of host recombination technologies not limited to conventional itaconic acid-producing bacteria.
US Pat. No. 5,673,485 JP-A 61-209596 JP-A-55-34017 JP-A-6-38774 P. BONNARME and 5 others, Journal of Bacteriology, June issue, 1995, p. 3573-3578 IES DWIARTI, 4 others, Journal of Bioscience and Bioengineering, Vol. 94, No. 1, 29-33, 2002.

本発明は、cis−アコニット酸からイタコン酸への脱炭酸反応を触媒するcis−アコニット酸脱炭酸酵素(CAD)およびそれをコードする遺伝子を提供する。また、本発明は、該遺伝子を含有する組換えベクターを提供する。さらに、該ベクターにより宿主が形質転換されてなる微生物(形質転換体)を提供する。さらに、該微生物またはその調製物を用いたイタコン酸の製造方法を提供する。   The present invention provides cis-aconitic acid decarboxylase (CAD) that catalyzes the decarboxylation of cis-aconitic acid to itaconic acid and the gene that encodes it. The present invention also provides a recombinant vector containing the gene. Furthermore, a microorganism (transformant) obtained by transforming a host with the vector is provided. Furthermore, the present invention provides a method for producing itaconic acid using the microorganism or a preparation thereof.

本発明者らは、cis−アコニット酸からイタコン酸への脱炭酸反応を触媒するcis−アコニット酸脱炭酸酵素をコードする遺伝子を取得するために、例えば、アスペルギルス・テレウス(Aspergillus terreus)株が産生する全可溶性酵素蛋白よりCAD活性を有するものを選別し、そのアミノ酸配列より求めた遺伝子配列をクローニングし発現させた結果、目的とする遺伝子配列であることを見出し、この知見に基づいてさらに研究を進め、本発明を完成するに至った。   In order to obtain a gene encoding cis-aconitic acid decarboxylase that catalyzes a decarboxylation reaction from cis-aconitic acid to itaconic acid, for example, an Aspergillus terreus strain is produced. As a result of selecting the gene having CAD activity from the total soluble enzyme protein to be cloned, and cloning and expressing the gene sequence obtained from the amino acid sequence, it was found that it was the target gene sequence. The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、
[1] 以下の(a)、(b)、(c)または(d)に示す遺伝子:
(a)配列番号1に示す塩基配列のDNAからなる遺伝子:
(b)配列番号1に示す塩基配列のDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ、cis−アコニット酸脱炭酸酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAからなる遺伝子:
(c)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子:
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、cis−アコニット酸脱炭酸酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAからなる遺伝子、
[2] 以下の(a)または(b)に示すタンパク質:
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質:
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、cis−アコニット酸脱炭酸酵素活性を有するタンパク質、
[3] 前記[1]に記載の遺伝子を含有する組換えベクター、
[4] 前記[3]に記載の組換えベクターにより宿主が形質転換されてなる微生物、
[5] 宿主が、大腸菌、コリネバクテリウム属菌及び酵母の内から選ばれることを特徴とする前記[4]記載の微生物、
[6] 微生物が、エシェリヒア・コリ JM109/cad001株(受託番号FERM P−21146)である前記[5]記載の微生物、
[7] 微生物が、コリネバクテリウム・グルタミカム R/cad002株(受託番号FERM P−21147)である前記[5]記載の微生物、および
[8] 前記[4]〜[7]のいずれかに記載の微生物またはその調製物を、cis−アコニット酸を含有する液と接触させることにより、該液中にイタコン酸を生成蓄積させ、これを採取することを特徴とするイタコン酸の製造方法、
に関する。
That is, the present invention
[1] Gene shown in the following (a), (b), (c) or (d):
(A) a gene comprising DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1
(B) consisting of a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and encodes a protein having cis-aconitic acid decarboxylase activity gene:
(C) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2:
(D) From an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added, and encoding a protein having cis-aconitic acid decarboxylase activity The gene,
[2] Protein shown in the following (a) or (b):
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2:
(B) a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having cis-aconitic acid decarboxylase activity;
[3] A recombinant vector containing the gene according to [1],
[4] A microorganism obtained by transforming a host with the recombinant vector according to [3],
[5] The microorganism according to [4] above, wherein the host is selected from Escherichia coli, Corynebacterium and yeast.
[6] The microorganism according to [5] above, wherein the microorganism is Escherichia coli JM109 / cad001 strain (Accession No. FERM P-21146),
[7] The microorganism described in [5] above, wherein the microorganism is Corynebacterium glutamicum R / cad002 strain (Accession No. FERM P-21147), and [8] any one of [4] to [7] A method for producing itaconic acid, which comprises contacting the microorganism or the preparation thereof with a liquid containing cis-aconitic acid, thereby producing and accumulating itaconic acid in the liquid, and collecting it.
About.

本発明により、cis−アコニット酸脱炭酸酵素およびcis−アコニット酸からイタコン酸への脱炭酸反応を触媒するcis−アコニット酸脱炭酸酵素をコードする遺伝子を提供することができる。また、該遺伝子を含有する組換えベクターは、本発明の形質転換された微生物の生産に利用することができる。さらに、本発明の微生物は、cis−アコニット酸脱炭酸酵素を産生することができ、cis−アコニット酸脱炭酸酵素の生産に利用でき、また、該ベクターにより形質転換された微生物またはその調製物を用いて、イタコン酸を高効率で製造することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a gene encoding cis-aconitic acid decarboxylase and cis-aconitic acid decarboxylase that catalyzes a decarboxylation reaction from cis-aconitic acid to itaconic acid. In addition, the recombinant vector containing the gene can be used for the production of the transformed microorganism of the present invention. Furthermore, the microorganism of the present invention can produce cis-aconitic acid decarboxylase, can be used for production of cis-aconitic acid decarboxylase, and a microorganism transformed with the vector or a preparation thereof can be used. By using itaconic acid, it can be produced with high efficiency.

cis−アコニット酸脱炭酸酵素(CAD)は、cis−アコニット酸からイタコン酸への脱炭酸反応を触媒する蛋白酵素である。従って、このCADを微生物菌体内で著量蓄積できれば、CAD産生微生物またはその調製物により、イタコン酸を高効率・高生産性で製造することができる。
本発明のCADとしては、例えば、配列番号2に示されるアミノ酸配列を含む蛋白質が好ましく挙げられる。また、本発明のCADには、前記配列番号2において1若しくは複数個(約2〜20個、好ましくは約2〜10個程度)のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含み、かつ、CAD活性を有する蛋白質なども含まれる。
Cis-aconitic acid decarboxylase (CAD) is a protein enzyme that catalyzes the decarboxylation reaction from cis-aconitic acid to itaconic acid. Therefore, if a significant amount of this CAD can be accumulated in the microbial cells, itaconic acid can be produced with high efficiency and high productivity from the CAD-producing microorganism or its preparation.
As the CAD of the present invention, for example, a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is preferably mentioned. The CAD of the present invention includes an amino acid sequence in which one or more (about 2 to 20, preferably about 2 to 10) amino acids have been deleted, substituted or added in SEQ ID NO: 2, In addition, proteins having CAD activity are also included.

本発明で用いられるCADをコードする遺伝子としては、アスペルギルス属、カンジダ属、リゾプス属、ウスティラゴ(Ustilago)属、シュードザイマ(Pseudozyma)属、ヘリコバシディウム(Helicobacidium)属、ロドトルラ(Rhodotorula)属などの微生物由来の遺伝子、さらに好ましくは、アスペルギルス・テレウス(Aspergillus terreus)由来の遺伝子、とりわけ好ましくは、アスペルギルス・テレウス NBRC6123株(独立行政法人製品評価技術基盤機構バイオテクノロジー本部の保存株)由来の遺伝子が挙げられる。   Examples of the gene encoding CAD used in the present invention include Aspergillus genus, Candida genus, Rhizopus genus, Ustilago genus, Pseudozyma genus, Helicobacidium genus and Rhodotorula genus. A gene derived from a microorganism, more preferably a gene derived from Aspergillus terreus, particularly preferably a gene derived from Aspergillus terreus NBRC6123 strain (preservation strain of National Institute of Biotechnology, National Institute of Technology and Evaluation) It is done.

アスペルギルス・テレウス NBRC6123株由来のCADをコードするDNAを含む遺伝子としては、例えば本発明で初めて特定された配列番号1で示される塩基配列のDNAを含む遺伝子を挙げることができる。   As a gene containing DNA encoding CAD derived from Aspergillus terreus NBRC6123 strain, for example, a gene containing DNA having a base sequence represented by SEQ ID NO: 1 identified for the first time in the present invention can be mentioned.

また、前記配列番号1で示される塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、CAD活性を有する蛋白質をコードするDNAを含む遺伝子も、本発明に用いられる遺伝子である。また、本発明のDNAは、化学合成によっても調製することもできる。加えて、これら本発明のDNAから、CAD活性を有する人工変異タンパク質をコードするDNAも本発明は包含するものである。すなわち、対応する塩基配列やアミノ酸配列に関する本発明の人工変異DNAを得るには、公知の突然変異導入方法を用いればよく、例えば市販の突然変異誘発キットを用いて変異を容易に導入することができる。   A gene comprising a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and encodes a protein having CAD activity, It is a gene used in the present invention. The DNA of the present invention can also be prepared by chemical synthesis. In addition, the present invention encompasses DNAs encoding artificial mutant proteins having CAD activity from these DNAs of the present invention. That is, in order to obtain the artificial mutant DNA of the present invention relating to the corresponding base sequence or amino acid sequence, a known mutagenesis method may be used. For example, a mutation can be easily introduced using a commercially available mutagenesis kit. it can.

「ストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列」とは、例えば、配列番号1に示す塩基配列をプローブとして、コロニー・ハイブリダイゼーション法またはプラーク・ハイブリダイゼーション法などにより得られるDNAを意味する。
なお、「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、例えば、相同性が高いDNA同士、少なくとも、配列番号1で示される塩基配列と約50%以上、好ましくは約60%以上、より好ましくは約80%以上の相同性を有するDNA同士がハイブリダイズし、それより相同性が低いDNA同士がハイブリダイズしない条件、あるいは、約0.1〜2倍程度の濃度のSSC溶液(1倍濃度のSSC溶液は、150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウムからなるものをいう)、温度約65℃程度でのハイブリダイズ条件をいう。なお、相同性は塩基配列解析ソフト、例えば、EMBOSS(The European Molecular Biology Open Software Suite)などにより計算することができる。
ただし、本発明における遺伝子は、上記の遺伝子に限定されず、配列番号2で示されるアミノ酸配列を含むCADをコードする全ての遺伝子を含む。
The “base sequence that hybridizes under stringent conditions” means, for example, DNA obtained by colony hybridization method or plaque hybridization method using the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 as a probe.
“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, DNAs having high homology, at least about 50%, preferably about 60% or more, more preferably at least the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 A condition in which DNAs having a homology of about 80% or more hybridize and DNAs having lower homology do not hybridize, or an SSC solution having a concentration of about 0.1 to 2 times The SSC solution refers to a hybridization condition at a temperature of about 65 ° C., which consists of 150 mM sodium chloride and 15 mM sodium citrate). The homology can be calculated by base sequence analysis software such as EMBOSS (The European Molecular Biology Open Software Suite).
However, the gene in the present invention is not limited to the above-mentioned gene, and includes all genes encoding CAD including the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.

また、本発明において「遺伝子」または「DNA」という用語はDNAのみならずそのmRNAおよびcDNAを含むものとする。従って、本発明の遺伝子には、これらのDNA、mRNAおよびcDNAの全てが含まれる。   In the present invention, the term “gene” or “DNA” includes not only DNA but also mRNA and cDNA thereof. Accordingly, the genes of the present invention include all of these DNAs, mRNAs and cDNAs.

本発明における微生物の「調製物」とは、形質転換体にcis−アコニット酸脱炭酸酵素(CAD)を生成蓄積し抽出された酵素、好ましくは精製されて樹脂担体等に固定化された固定化酵素を意味する。さらには、CADをコードする遺伝子または該遺伝子を含むベクターにより形質転換された微生物菌体をアクリルアミドやカラギーナン等の担体上に固定化された固定化菌体も含まれる。   The “preparation” of the microorganism in the present invention refers to an enzyme that is produced by accumulating and extracting cis-aconitic acid decarboxylase (CAD) in a transformant, preferably an immobilized enzyme that is purified and immobilized on a resin carrier or the like. Means an enzyme. Furthermore, an immobilized microbial cell in which a microbial cell transformed with a gene encoding CAD or a vector containing the gene is immobilized on a carrier such as acrylamide or carrageenan is also included.

本発明のCADをコードする遺伝子または該遺伝子を含むベクターにより形質転換された微生物は、紫外線、エックス線または薬品等を用いる人工的な変異導入方法により変異しうるが、このようにして得られる変異株であっても、本発明の目的であるcis−アコニット酸からイタコン酸への脱炭酸反応を触媒する蛋白酵素を産生する能力を有するかぎり、本発明の形質転換された微生物である。   A microorganism transformed with a gene encoding CAD of the present invention or a vector containing the gene can be mutated by an artificial mutagenesis method using ultraviolet rays, X-rays, drugs, etc., and the mutant strain thus obtained Even so, as long as it has the ability to produce a protein enzyme that catalyzes the decarboxylation reaction from cis-aconitic acid to itaconic acid, which is the object of the present invention, it is a transformed microorganism of the present invention.

アスペルギルス・テレウス NBRC6123株からCADの単離およびそのアミノ酸配列を決定する。別菌株ではあるが、全ゲノムドラフトシーケンスが完了しているアスペルギルス・テレウス NIH2624株が持つ約1万個の遺伝子群より本発明の目的とする遺伝子と相同性の高い配列を選定する(推定遺伝子)。次にこれら推定遺伝子のうち、イタコン酸を生産しているアスペルギルス・テレウス NBRC6123株のなかで発現している遺伝子を探索する。最終的に選定された推定遺伝子配列は、その遺伝子機能を有するクローニングベクターを例えば大腸菌などに導入して、組換えタンパク質を発現させる。さらに、こうして発現誘導される酵素タンパク質がCAD活性を有することを確認することにより、上記のごとく選定された推定遺伝子が、本発明のCADをコードする遺伝子であると決定することができる。これら一連の実施態様を詳細に以下に記載する。   Isolation of CAD from Aspergillus tereus NBRC6123 strain and determination of its amino acid sequence. Although it is a different strain, a sequence highly homologous to the target gene of the present invention is selected from the approximately 10,000 gene group possessed by Aspergillus terreus NIH2624 strain that has completed the whole genome draft sequence (presumed gene) . Next, among these putative genes, a gene expressed in Aspergillus terreus NBRC6123 strain producing itaconic acid is searched. For the putative gene sequence finally selected, a cloning vector having the gene function is introduced into, for example, Escherichia coli to express the recombinant protein. Furthermore, by confirming that the enzyme protein thus induced for expression has CAD activity, the putative gene selected as described above can be determined to be a gene encoding the CAD of the present invention. A series of these embodiments is described in detail below.

i)アスペルギルス・テレウス NBRC6123株の培養とCADの単離
アスペルギルス・テレウス NBRC6123株を、例えば、表1に示す固体培地を用いて約30℃で好気的に培養後、例えば、表2に示す液体培地に植菌し、約1週間程度の培養を行い、菌体を回収する。
i) Cultivation of Aspergillus terreus NBRC6123 strain and isolation of CAD Aspergillus terreus NBRC6123 strain was cultured aerobically at about 30 ° C. using, for example, the solid medium shown in Table 1, and then the liquid shown in Table 2 for example. Inoculate the medium and culture for about one week to collect the cells.

なお、上記培地組成は、上記の他、アスペルギルス・テレウスにイタコン酸を生産させることができる培地組成であれば、何れも好ましく用いることができる。
菌体をろ過や遠心分離などで回収後、凍結乾燥する。この乾燥菌体を例えば、乳鉢等で磨砕後、pHが5〜7、好ましくは約6.5の緩衝液に分散させ、遠心分離などにより不溶性物質を除くことで粗酵素液を得ることができる。
粗酵素液からCADタンパク質を精製する方法は、非特許文献2に示されるような一般的なタンパク質精製に用いられる公知の技術、沈殿分画、イオン交換、疎水相互作用などのカラムクロマトグラフィー法を組み合わせることにより行うことができる。CADタンパク質の同定は、精製酵素によるcis−アコニット酸からイタコン酸への変換反応で検定を行うことにより確定できる。
In addition to the above, any medium composition can be preferably used as long as the medium composition allows Aspergillus terreus to produce itaconic acid.
The cells are collected by filtration or centrifugation, and then lyophilized. For example, after the dried cells are ground in a mortar or the like, a crude enzyme solution can be obtained by dispersing in a buffer solution having a pH of 5 to 7, preferably about 6.5, and removing insoluble substances by centrifugation or the like. it can.
The method for purifying CAD protein from the crude enzyme solution is a known technique used for general protein purification as shown in Non-Patent Document 2, column chromatography methods such as precipitation fractionation, ion exchange, and hydrophobic interaction. It can be done by combining. The identification of CAD protein can be confirmed by performing an assay by a conversion reaction from cis-aconitic acid to itaconic acid by a purified enzyme.

ii)単離されたCADのアミノ酸配列分析
精製されたCADの内部アミノ酸配列分析は、適当なタンパク質分解酵素、例えばリシルエンドペプチダーゼやトリプシンなどを用いて精製CADタンパク質を分解し、生じたペプチド断片を高速液体クロマトグラフィーや電気泳動などにより分離回収し、そのアミノ酸末端をアミノ酸配列分析装置、例えばProcise 494HT Protein Sequencing System(アプライドバイオシステムス社製)などにより決定することで行うことができる。
ii) Amino acid sequence analysis of isolated CAD Internal amino acid sequence analysis of purified CAD is performed by degrading purified CAD protein using an appropriate proteolytic enzyme such as lysyl endopeptidase or trypsin, and Separation and collection can be performed by high performance liquid chromatography or electrophoresis, and the amino acid terminals can be determined by an amino acid sequence analyzer such as Procise 494HT Protein Sequencing System (Applied Biosystems).

iii)アミノ酸配列分析に基づくCADをコードする推定遺伝子のクローニング
決定されたアミノ酸配列に対し、ブラスト(BLAST:Basic Local Alignment Search Tool)などのプログラムを用いて相同性検索を実施する。そのような解析結果を通して、高い相同性を示す遺伝子が存在すれば、そのDNA配列をPCR(Polymerase chain reaction)法により増幅するためのオリゴヌクレオチドプライマーを作製する。このようなプライマーとしては、例えば配列番号6、7の塩基配列で示されるものなどが挙げられる。PCR法は、公知のPCR装置、例えばサーマルサイクラーなどを利用することができる。PCRのサイクルは、公知の技術にしたがって行われてよく、例えば、変性、アニーリング、伸張を1サイクルとし、通常約10〜100サイクル、好ましくは約20〜50サイクルである。PCR反応の鋳型としては、イタコン酸を産生しているアスペルギルス・テレウスより単離したRNAもしくはRNAから逆転写反応により合成した一本鎖cDNA(first strand cDNA)を用いて、RT(reverse transcription)−PCRもしくはPCR法によりCADのcDNAを合成することができる。PCR法により得られた遺伝子は、適当なクローニングベクターへ導入することができる。クローニング法としては、pGEM-T easy vector system(Promega社製)、TOPO TA-cloning system(Invitrogen社製)、Mighty Cloning Kit(Takara社製)などの商業的に入手可能なPCRクローニングシステムなどを好ましく挙げることができる。
iii) Cloning of a putative gene encoding CAD based on amino acid sequence analysis A homology search is performed on the determined amino acid sequence using a program such as Blast (Basic Local Alignment Search Tool). If a gene showing high homology exists through such analysis results, an oligonucleotide primer for amplifying the DNA sequence by a PCR (Polymerase chain reaction) method is prepared. Examples of such primers include those represented by the nucleotide sequences of SEQ ID NOS: 6 and 7. For the PCR method, a known PCR device such as a thermal cycler can be used. The PCR cycle may be performed according to a known technique. For example, denaturation, annealing, and extension are defined as one cycle, and usually about 10 to 100 cycles, preferably about 20 to 50 cycles. As a template for PCR reaction, RNA isolated from Aspergillus terreus producing itaconic acid or single strand cDNA (first strand cDNA) synthesized from RNA by reverse transcription reaction, RT (reverse transcription)- CAD cDNA can be synthesized by PCR or PCR. The gene obtained by the PCR method can be introduced into an appropriate cloning vector. As a cloning method, a commercially available PCR cloning system such as pGEM-T easy vector system (Promega), TOPO TA-cloning system (Invitrogen), Mighty Cloning Kit (Takara), etc. is preferable. Can be mentioned.

次いでPCRで得られた遺伝子を含むクローニングベクターを、微生物、例えばエシェリヒア・コリ(Escherichia coli) JM109菌株などに導入し、該菌株を形質転換する。この形質転換された菌株を適当な抗生物質(例えばアンピシリン、クロラムフェニコールなど)を含む培地で培養し、培養物から菌体を回収する。回収された菌体からプラスミドDNAを抽出する。プラスミドDNAの抽出は、公知の技術によって行うことができ、また市販のプラスミドDNA抽出キットを用いて簡便に抽出することもできる。市販のプラスミド抽出キットとしては、キアクイック プラスミド精製キット(商品名:Qiaquick plasmid purification kit、キアゲン社製)などが挙げられる。この抽出されたプラスミドDNAの塩基配列を決定することにより、本発明のCADをコードする遺伝子配列を決定することができる。   Next, a cloning vector containing the gene obtained by PCR is introduced into a microorganism, for example, Escherichia coli JM109 strain, and the strain is transformed. The transformed strain is cultured in a medium containing an appropriate antibiotic (for example, ampicillin, chloramphenicol, etc.), and the cells are recovered from the culture. Plasmid DNA is extracted from the collected cells. Extraction of plasmid DNA can be performed by a known technique, or can be easily extracted using a commercially available plasmid DNA extraction kit. Examples of commercially available plasmid extraction kits include Qiaquick plasmid purification kit (trade name: Qiaquick plasmid purification kit, manufactured by Qiagen). By determining the base sequence of the extracted plasmid DNA, the gene sequence encoding the CAD of the present invention can be determined.

DNAの塩基配列の決定は、公知の方法、例えばジデオキシヌクレオチド酵素法などにより決定することができる。また、キャピラリー電気泳動システムを用いて、検出には多蛍光技術を使用して塩基配列を決定することもできる。また、DNAシークエンサー、例えばABI PRISM 3730xl DNA Analyzer(アプライドバイオシステムス社製)などを使用して決定することもできる。   Determination of the base sequence of DNA can be determined by a known method such as dideoxynucleotide enzyme method. In addition, using a capillary electrophoresis system, the base sequence can be determined using a multi-fluorescence technique for detection. It can also be determined using a DNA sequencer such as ABI PRISM 3730xl DNA Analyzer (Applied Biosystems).

上記のようにして、CADをコードする遺伝子配列を決定し、例えば配列番号1に示す塩基配列を決定しうる。次いで該塩基配列をアミノ酸配列に翻訳し、配列番号2に示すCADの全アミノ酸配列を決定することができる。   As described above, the gene sequence encoding CAD can be determined, and for example, the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 can be determined. Then, the base sequence can be translated into an amino acid sequence, and the entire amino acid sequence of CAD shown in SEQ ID NO: 2 can be determined.

iv)宿主によるCAD遺伝子の発現
次に、組換えCAD発現ベクターの作製は、全アミノ酸配列が決定された該酵素をコードする遺伝子を、適当な発現ベクターに挿入することにより行うことができる。発現ベクターとしては、例えばpET、pMal、pCold、pGEX、pCRB1とその誘導体や、一般的な細菌用プラスミド、pUC18,19、pBR322などが挙げられ、更には酵母プラスミド(YEp型、YCp型など)、ファージDNA、哺乳類細胞用のベクターとしてバキュウロウイルス、ワクシニアウイルス、アデノウイルスなどのウイルスDNA、SV40とその誘導体などが挙げられ、宿主において複製可能である限りほかのいかなるベクターも用いることができる。
iv) Expression of CAD gene by host Next, a recombinant CAD expression vector can be prepared by inserting a gene encoding the enzyme whose entire amino acid sequence has been determined into an appropriate expression vector. Examples of expression vectors include pET, pMal, pCold, pGEX, pCRB1 and derivatives thereof, general bacterial plasmids, pUC18, 19, pBR322 and the like, and yeast plasmids (YEp type, YCp type, etc.), Examples of phage DNA and mammalian cell vectors include viral DNA such as baculovirus, vaccinia virus, adenovirus, SV40 and its derivatives, and any other vector can be used as long as it can replicate in the host.

ベクターは例えば複製開始点、選択マーカー、プロモーターを含み、必要に応じてエンハンサー、転写終結配列(ターミネーター)、リボソーム結合部位、His−tagまたはGST−tagのような精製・検出用タグ配列、ポリアデニル化シグナルなどを含んでいてもよい。ベクターは、種々の制限酵素部位をその内部にもつポリリンカーを含んでいる、または単一の制限酵素部位を含んでいることが望ましい。制限酵素部位としては、例えばPstIサイト、NdeIサイト、SalIサイト、EcoRIサイトまたはHindIIIサイトなどが挙げられる。これら制限酵素サイトは、各々制限酵素PstI、NdeI、SalI、EcoRIまたはHindIIIなどで切断され得る。   The vector includes, for example, an origin of replication, a selection marker, and a promoter. If necessary, an enhancer, a transcription termination sequence (terminator), a ribosome binding site, a tag sequence for purification and detection such as His-tag or GST-tag, and polyadenylation A signal may be included. Desirably, the vector contains a polylinker with various restriction enzyme sites therein, or a single restriction enzyme site. Examples of restriction enzyme sites include PstI site, NdeI site, SalI site, EcoRI site, HindIII site and the like. These restriction enzyme sites can be cleaved with restriction enzymes PstI, NdeI, SalI, EcoRI or HindIII, respectively.

ベクターヘの遺伝子導入は、公知の手段で行なうことができる。具体的には、ベクター中の特定の制限酵素部位を特定の制限酵素によって切断し、その切断部位に本発明の遺伝子を挿入するのが好ましい。このようにして、本発明の遺伝子を含む組換えベクターを調製できる。   Gene transfer into the vector can be performed by known means. Specifically, it is preferable that a specific restriction enzyme site in the vector is cleaved with a specific restriction enzyme, and the gene of the present invention is inserted into the cleavage site. In this way, a recombinant vector containing the gene of the present invention can be prepared.

例えば、配列番号1に示した酵素遺伝子の5’末端配列の上流に、例えば制限酵素NdeIの認識配列を追加したプライマーと、3’末端配列の下流に例えば制限酵素EcoRIの認識配列を追加したプライマーを設計し、これを用いてPCR法によりCADをコードするDNAを増幅する。この増幅した断片を制限酵素NdeIと制限酵素EcoRIで処理し、同じく両制限酵素で処理した発現用ベクター、例えばpColdI(Takara社製)と連結させることにより本発明の遺伝子を含む組換えベクター、すなわちCAD発現ベクターを得ることができる。   For example, a primer added with a recognition sequence of, for example, the restriction enzyme NdeI upstream of the 5 ′ end sequence of the enzyme gene shown in SEQ ID NO: 1, and a primer added with a recognition sequence of, for example, the restriction enzyme EcoRI downstream of the 3 ′ end sequence Is used to amplify DNA encoding CAD by PCR. This amplified fragment is treated with the restriction enzyme NdeI and the restriction enzyme EcoRI, and ligated with an expression vector similarly treated with both restriction enzymes, for example, pColdI (manufactured by Takara), that is, a recombinant vector containing the gene of the present invention, CAD expression vectors can be obtained.

次いで、この発現ベクターを、宿主に挿入し、宿主(菌株)を形質転換する。本発明において形質転換の対象となる宿主は、cis−アコニット酸脱炭酸酵素活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を含む組換えベクターにより形質転換され、結果としてcis−アコニット酸脱炭酸酵素活性を発現することができる生物であれば特に制限されない。当業者であれば、適切な宿主とベクターの組み合わせを選択することができる。宿主としては、例えば細菌、例えば大腸菌(例えば、エシェリヒア・コリ JM109菌株等)、ストレプトコッカス属(Streptococcus)、スタフィロコッカス属(Staphylococcus)、エンテロコッカス属(Enterococcus)、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属菌、バチルス(Bacillus)属(例えば、枯草菌等)、ストレプトミセス(Streptomyces)など;真菌細胞、例えばアスペルギルス属菌など;酵母細胞、例えばパン酵母、メタノール資化性酵母など;昆虫細胞、例えばドロソフィラS2(Drosophila Schneider-2)、スポドプテラSf9(Spodoptera Sf9)など;ヒト培養細胞を含む哺乳類細胞、例えばCHO、COS、BHK、3T3、C127など;あるいはこれらのコンピテントセルなどが挙げられ、好ましくは大腸菌のコンピテントセルである。   Next, this expression vector is inserted into a host, and the host (strain) is transformed. In the present invention, a host to be transformed is transformed with a recombinant vector containing a gene encoding a protein having cis-aconitic acid decarboxylase activity, and as a result, expresses cis-aconitic acid decarboxylase activity. There is no particular limitation as long as it is an organism that can be used. One skilled in the art can select an appropriate host and vector combination. Examples of the host include bacteria such as Escherichia coli (eg, Escherichia coli JM109 strain), Streptococcus, Staphylococcus, Enterococcus, Corynebacterium, and Bacillus. (Bacillus) (eg, Bacillus subtilis), Streptomyces, etc .; fungal cells, eg, Aspergillus, etc .; yeast cells, eg, baker's yeast, methanol-utilizing yeast, etc .; insect cells, eg, Drosophila S2 (Drosophila Schneider-2), Spodoptera Sf9, etc .; mammalian cells including human cultured cells, such as CHO, COS, BHK, 3T3, C127, etc .; or competent cells thereof, preferably E. coli competent Cell.

形質転換は、例えば塩化カルシウム/塩化ルビジウム法、リン酸カルシウム法、DEAE−デキストラン介在トランスフェクション、電気穿孔法などの公知の方法で行うことができる。具体的には、例えば本発明の遺伝子を含む組換えベクターとエシェリヒア・コリ JM109(以下、大腸菌JM109ともいう)のコンピテントセルを接触させることにより、形質転換された微生物を得ることができる。   Transformation can be performed by a known method such as calcium chloride / rubidium chloride method, calcium phosphate method, DEAE-dextran mediated transfection, or electroporation. Specifically, for example, a transformed microorganism can be obtained by bringing a recombinant vector containing the gene of the present invention into contact with competent cells of Escherichia coli JM109 (hereinafter also referred to as E. coli JM109).

上記方法は、遺伝子工学実験の常法に基づいて行うことができる。大腸菌や放線菌等の種々の微生物のベクターの情報や外来遺伝子の導入・発現法は、多くの実験書に記載されているので(例えば、Sambrook、J.、Russel、D.W.、Molecular Cloning A Laboratory Manual、3rd Edition、CSHL Press、2001;HopwoodにD.A.、Bibb、M.J.、Chater、K.F.、Bruton、C.J.、Kieser、H.M.、Lydiate、D.J.、Smith、C.P.、Ward、J.M.、Schrempf、 H.Genetic manipulation of Streptomyces:A laboratory manual、The John lnnes institute、Norwich、UK、1985等)、それらに従ってベクターの選択、遺伝子の導入、発現を行うことができる。 The above method can be performed based on a conventional method of genetic engineering experiment. Information on vectors of various microorganisms such as E. coli and actinomycetes and methods for introducing and expressing foreign genes are described in many experimental documents (for example, Sambrook, J., Russel, DW, Molecular Cloning A Laboratory Manual). , 3 rd Edition, CSHL Press, 2001; Hopwood in DA, Bibb, MJ, Chater, KF, Bruton, CJ, Kieser, HM, Lydiate, DJ, Smith, CP, Ward, JM, Schrempf, H.Genetic manipulation of Streptomyces : A laboratory manual, The John lnnes institute, Norwich, UK, 1985, etc.), vector selection, gene introduction and expression can be performed according to them.

上記CADをコードする遺伝子を含む組換えベクターにより形質転換された微生物(以下、単に形質転換された微生物または形質転換微生物という)は下記する微生物培養培地等で、培養温度約15〜37℃、培養時間約1〜7日間、培地のpH約5.0〜8.0程度で培養されることが好ましい。
また、形質転換された微生物は、紫外線、エックス線または薬品等を用いる人工的な変異導入方法により変異しうるが、このように得られるどのような変異株であっても本発明の目的とするCAD生産能を有するかぎり、本発明の形質転換された微生物として使用することができる。
A microorganism transformed with a recombinant vector containing the gene encoding CAD (hereinafter simply referred to as a transformed microorganism or transformed microorganism) is a microorganism culture medium or the like described below, and is cultured at a culture temperature of about 15 to 37 ° C. The culture is preferably performed at a pH of about 5.0 to 8.0 for about 1 to 7 days.
In addition, the transformed microorganism can be mutated by an artificial mutagenesis method using ultraviolet rays, X-rays, chemicals, or the like, and any mutant strain obtained in this way is the CAD object of the present invention. As long as it has productivity, it can be used as the transformed microorganism of the present invention.

微生物培養培地は、通常の微生物の培養に使用される培地であれば好ましく用いることができ、例えば炭素源、窒素源、無機塩類およびその他の栄養物質等を含有する天然培地または合成培地等が用いられる。   The microorganism culture medium can be preferably used as long as it is a medium used for normal microorganism culture. For example, a natural medium or a synthetic medium containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and other nutrient substances is used. It is done.

炭素源としては、例えばグルコース、フルクトース、スクロース、マンノース、マルトース、マンニトール、キシロース、ガラクトース、澱粉、糖蜜、ソルビトールまたはグリセリン等の糖質および糖アルコール、酢酸、クエン酵、乳酸、フマル酸、マレイン酸またはグルコン酸等の有機酸、エタノールまたはプロパノール等のアルコール等が挙げられる。また、所望によりノルマルパラフィン等の炭化水素等も用いることができる。炭素源は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。これら炭素源の培地における濃度は通常約0.1〜10%(wt)程度である。   Examples of the carbon source include glucose and sugar alcohol such as glucose, fructose, sucrose, mannose, maltose, mannitol, xylose, galactose, starch, molasses, sorbitol or glycerin, acetic acid, citric fermentation, lactic acid, fumaric acid, maleic acid or Examples include organic acids such as gluconic acid, alcohols such as ethanol or propanol, and the like. Moreover, hydrocarbons, such as normal paraffin, etc. can be used if desired. A carbon source may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types. The concentration of these carbon sources in the medium is usually about 0.1 to 10% (wt).

窒素源としては、窒素化合物、例えば塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウム等の無機もしくは有機アンモニヴム化合物、尿素、アンモニア水、硝酸ナトリウムまたは硝酸カリウム等が挙げられるが、これらに限定されない。また、コーンスティープリカー、肉エキス、ベプトン、NZ−アミン、蛋白質加水分解物またはアミノ酸等の含窒素有機化合物等も使用可能である。窒素源は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。窒素源の培地濃度は、使用する窒素化合物によっても異なるが、通常約0.1〜10%(wt)程度である。   Nitrogen sources include, but are not limited to, nitrogen compounds such as inorganic or organic ammonium compounds such as ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium nitrate, and ammonium acetate, urea, aqueous ammonia, sodium nitrate, or potassium nitrate. In addition, corn steep liquor, meat extract, bepton, NZ-amine, protein hydrolyzate, nitrogen-containing organic compounds such as amino acids, and the like can also be used. A nitrogen source may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types. The medium concentration of the nitrogen source varies depending on the nitrogen compound used, but is usually about 0.1 to 10% (wt).

無機塩類としては、例えばリン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硝酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸亜鉛、硫酸コバルトまたは炭酸カルシウム等が挙げられる。これら無機塩は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。無機塩類の培地濃度は、使用する無機塩によっても異なるが、通常約0.01〜1.0%(wt)程度である。   Examples of the inorganic salts include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous nitrate, manganese sulfate, zinc sulfate, cobalt sulfate, and calcium carbonate. These inorganic salts may be used alone or in a combination of two or more. The medium concentration of inorganic salts varies depending on the inorganic salt used, but is usually about 0.01 to 1.0% (wt).

栄養物質としては、例えば肉エキス、ペプトン、ポリペプトン、酵母エキス、乾燥酵母、コーンスティープリカー、脱脂粉乳、脱脂大豆塩酸加水分解物または動植物若しくは微生物菌体のエキスやそれらの分解物等が挙げられる。栄養物質の培地濃度は、使用する栄養物質によっても異なるが、通常約0.1〜10%(wt)程度である。さらに、必要に応じて、ビタミン類を添加することもできる。ビタミン類としては、例えば、ビオチン、チアミン(ビタミンB1)、ピリドキシン(ビタミンB6)、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等が挙げられる。
培地のpHは約5.0〜8.0程度が好ましい。
好ましい微生物培養培地としては、LB(Luria−Bertani)培地、NZYM培地、TB(Terrific Broth)培地、SOB培地、2×YT培地、AHC培地、χ1776培地、M9培地、YPD培地、SD培地、YPAD培地またはSuper broth培地等が挙げられる。
Examples of the nutrient substance include meat extract, peptone, polypeptone, yeast extract, dry yeast, corn steep liquor, skim milk powder, defatted soy hydrochloride hydrolyzate, extracts of animals and plants or microbial cells, and degradation products thereof. The medium concentration of the nutrient substance varies depending on the nutrient substance used, but is usually about 0.1 to 10% (wt). Furthermore, vitamins can be added as necessary. Examples of vitamins include biotin, thiamine (vitamin B1), pyridoxine (vitamin B6), pantothenic acid, inositol, nicotinic acid and the like.
The pH of the medium is preferably about 5.0 to 8.0.
Preferred microorganism culture media include LB (Luria-Bertani) medium, NZYM medium, TB (Terrific Broth) medium, SOB medium, 2 × YT medium, AHC medium, χ1776 medium, M9 medium, YPD medium, SD medium, YPAD medium. Or a super broth culture medium etc. are mentioned.

v)発現CADによるイタコン酸生成反応
本発明のイタコン酸合成反応は、本発明の形質転換微生物の調製物である分離・精製したCADとcis−アコニット酸との接触、または、本発明の形質転換微生物細胞内における代謝産物としてのcis−アコニット酸と発現CADとの接触によって一段階合成反応として実施することができる。
形質転換微生物からCADを含む酵素液を調製するには、集めた形質転換微生物を例えば水媒体中で超音波やガラスビーズ、市販の大腸菌溶解液等で破砕した後のCADを含む遠心分離上清を回収すればよい。また、該上清から公知の技術によりCADを精製することもできる。
v) Itaconic acid production reaction by expressed CAD The itaconic acid synthesis reaction of the present invention is carried out by contacting the isolated and purified CAD which is a preparation of the transformed microorganism of the present invention with cis-aconitic acid, or the transformation of the present invention. It can be carried out as a one-step synthesis reaction by contacting cis-aconitic acid as a metabolite in microbial cells with expressed CAD.
To prepare an enzyme solution containing CAD from the transformed microorganism, the collected supernatant of the centrifuged microorganism is disrupted with, for example, ultrasonic waves, glass beads, or commercially available E. coli lysate in an aqueous medium. Can be recovered. Further, CAD can be purified from the supernatant by a known technique.

CADによりcis−アコニット酸からイタコン酸を生成させる反応は、pH約5〜7において、温度4〜50℃、特に約10〜40℃で反応させるのが好ましい。反応時間は、通常1〜48時間が好ましい。   The reaction for producing itaconic acid from cis-aconitic acid by CAD is preferably carried out at a pH of about 5 to 7 and at a temperature of 4 to 50 ° C, particularly about 10 to 40 ° C. The reaction time is usually preferably 1 to 48 hours.

以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   The present invention will be specifically described below based on examples. However, the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
アスペルギルス・テレウス NBRC6123株よりcis−アコニット酸脱炭酸酵素(CAD)の単離
アスペルギルス・テレウス NBRC6123株を表1に示す固体培地により30℃で培養した。これを表2に示す液体培地に植菌し、30℃で7日間静置培養した。培養菌体は、濾布(商品名:ミラクロス、カルビオケム社製)を用いて培養液から分離し、純水により入念に洗浄した。こうして得た菌体は、十分に水分を切り、−80℃で凍結後、凍結乾燥した。この乾燥菌体約2gに石英砂約2gを加え、乳鉢により粉砕した。これに25mlの緩衝液(0.2Mリン酸緩衝液pH6.5、1mM DTT、1mM EDTA、1μM pepstatin)を加えホモジナイズし、遠心分離(5000g,30分)することで全可溶性酵素液を得た。この酵素液から30〜60%硫酸アンモニウム沈殿画分を回収した。得られた沈殿は、5mlの緩衝液1(50mMリン酸緩衝液pH6.5、以下、緩衝液1という)に懸濁し、これをあらかじめ緩衝液1により平衡化してあった脱塩カラム(商品名:10DGカラム、バイオラッド社製)により脱塩した。これを緩衝液1により平衡化してあった陰イオン交換カラム(商品名:DEAE−HiPrep 16/10カラム、GEヘルスケアバイオサイエンス社製)に添加した。その後、20mlの緩衝液1で洗浄し、塩化ナトリウム濃度0から0.5Mのグラジエント溶出(200ml)を行い、CAD活性を含む塩化ナトリウム濃度0.18〜0.35Mの画分を回収した。なお、CAD活性の測定は、cis−アコニット酸を基質とし、生成したイタコン酸をHartfordの方法(Analytical chemistry、426-428、34巻、1962年)を用い定量することにより行った。この画分に硫酸アンモニウムを終濃度2Mとなるように添加し、あらかじめ緩衝液2(50mMリン酸緩衝液pH6.5、2M硫酸アンモニウム、以下、緩衝液2という)により平衡化した疎水性相互作用カラム(Resource ISOカラム、GEヘルスケアバイオサイエンス社製)に添加した。その後、5mlの緩衝液2で洗浄後、硫酸アンモニウム濃度2〜0Mのグラジエント溶出(45ml)を行い、CAD活性を含む画分を回収した。回収画分を上に示した手法により脱塩後、あらかじめ緩衝液1により平衡化してあったクロマトグラフィーカラム(商品名:Bio−Scale CHT2−I カラム、バイオラッド社製)に添加した。その後、5mlの緩衝液3(5mMリン酸緩衝液pH6.5、以下、緩衝液3という)で洗浄後、リン酸濃度0〜250mMのグラジエント溶出(50ml)を行い、CAD活性を含む51〜53.5mMの画分を回収した。こうして得た酵素溶液を、ドデシル硫酸ナトリウム―ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE)により分析したところ、分子量約50kDaに唯一のバンドを示した。精製酵素はSDS−PAGE後、PVDF膜(バイオラッド社製)に転写し、アミノ酸配列分析に供した。
[Example 1]
Isolation of cis-aconitic acid decarboxylase (CAD) from Aspergillus terreus NBRC6123 strain Aspergillus terreus NBRC6123 strain was cultured at 30 ° C. in the solid medium shown in Table 1. This was inoculated into a liquid medium shown in Table 2 and statically cultured at 30 ° C. for 7 days. The cultured cells were separated from the culture solution using a filter cloth (trade name: Miracloth, manufactured by Calbiochem) and washed carefully with pure water. The cells thus obtained were sufficiently drained, frozen at −80 ° C. and then lyophilized. About 2 g of quartz sand was added to about 2 g of the dried cells and pulverized with a mortar. To this, 25 ml of a buffer solution (0.2 M phosphate buffer pH 6.5, 1 mM DTT, 1 mM EDTA, 1 μM pepsin) was added, homogenized, and centrifuged (5000 g, 30 minutes) to obtain a total soluble enzyme solution. . A 30 to 60% ammonium sulfate precipitate fraction was recovered from this enzyme solution. The obtained precipitate was suspended in 5 ml of Buffer 1 (50 mM phosphate buffer pH 6.5, hereinafter referred to as Buffer 1), and this was desalted by equilibration with Buffer 1 (trade name). : 10DG column, manufactured by Bio-Rad). This was added to an anion exchange column (trade name: DEAE-HiPrep 16/10 column, manufactured by GE Healthcare Biosciences) that had been equilibrated with Buffer 1. Thereafter, the column was washed with 20 ml of buffer solution 1 and gradient elution (200 ml) with a sodium chloride concentration of 0 to 0.5 M was performed to collect fractions with a sodium chloride concentration of 0.18 to 0.35 M including CAD activity. In addition, the measurement of CAD activity was performed by quantifying the produced itaconic acid using Hartford's method (Analytical chemistry, 426-428, 34, 1962) using cis-aconitic acid as a substrate. A hydrophobic interaction column (ammonium sulfate was added to this fraction to a final concentration of 2M and equilibrated in advance with buffer 2 (50 mM phosphate buffer pH 6.5, 2M ammonium sulfate, hereinafter referred to as buffer 2) ( It was added to a Resource ISO column (manufactured by GE Healthcare Bioscience). Thereafter, after washing with 5 ml of buffer 2, gradient elution (45 ml) with an ammonium sulfate concentration of 2 to 0 M was performed to collect fractions containing CAD activity. The recovered fraction was desalted by the method shown above and then added to a chromatography column (trade name: Bio-Scale CHT2-I column, manufactured by Bio-Rad) that had been equilibrated with buffer 1 in advance. Thereafter, after washing with 5 ml of buffer 3 (5 mM phosphate buffer pH 6.5, hereinafter referred to as buffer 3), gradient elution (50 ml) with a phosphate concentration of 0 to 250 mM is performed, and 51 to 53 containing CAD activity. The 5 mM fraction was collected. The enzyme solution thus obtained was analyzed by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), and showed a unique band at a molecular weight of about 50 kDa. The purified enzyme was transferred to a PVDF membrane (manufactured by Bio-Rad) after SDS-PAGE and subjected to amino acid sequence analysis.

アミノ酸配列分析は、タンパク質分解酵素(リジルエンドペプチダーゼ)により分解し、それにより得られたペプチド断片についてアミノ末端配列決定を、プロテインシーケンサ(商品名:Procise 494HT Protein Sequencing System、アプライドバイオシステムス社製)を用いて行った。その結果、配列番号3〜5のアミノ酸配列が決定された。   The amino acid sequence analysis is performed by proteolytic enzyme (lysyl endopeptidase), amino terminal sequencing is performed on the resulting peptide fragment, protein sequencer (trade name: Procise 494HT Protein Sequencing System, manufactured by Applied Biosystems) It was performed using. As a result, the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 3 to 5 were determined.

[実施例2]
cis−アコニット酸脱炭酸酵素遺伝子の単離
同定したアミノ酸配列を用いて、前記のアスペルギルス・テレウス NIH2624株のゲノム配列に対し相同性検索を行った。その結果、アスペルギルス・テレウス NIH2624株のロバスタチン生合成遺伝子の1つであるlovFの近傍に存在する機能未知な推定遺伝子に対し、実施例1で同定した3つのアミノ酸断片(配列番号3〜5)すべてにおいて相同性が非常に高いことを見出した。そこでこの推定遺伝子の塩基配列を元にプライマー1,2(配列番号6、7)を作製し、cis−アコニット酸脱炭酸酵素遺伝子cDNAをPCR(polymerase chain reaction)により増幅を試みた。はじめに、前述のようにアスペルギルス・テレウスを液体培地で培養し、6日後に菌体を回収した。全RNAの単離は、AGPC(acid guanidinium phenol-chloroform)法(Chonczynski P.,Sacchi N.,Analytical Biochemistry,162,156−159,1987)により、菌体約0.1g(湿潤重量)を用いて行った。単離した全RNAは、RNA精製キット(商品名:oligotex-dT30 <Super> mRNA Purification Kit、Takara社製)を用い、polyA RNAを分別することにより回収した。60ngのPolyA RNAは、SuperscriptII(Invitrogen社製)により、プライマー3(配列番号8)を用いて取扱説明書に従い逆転写し、一本鎖cDNA(first strand cDNA)を得た。合成した1μlの一本鎖cDNA溶液に、0.2μMのプライマー1および2(配列番号6、7)、0.2mMのdNTP(deoxyribonucleoside triphosphate)、2UのPCR用酵素(Ex−Taq、Takara社製)、3μlのバッファ(10×Ex−Taq buffer、Takara社製)を加え、最終液量を30μlとした。PCRは、サーマルサイクラー(商品名:GeneAmp PCR System 9700、アプライドバイオシステムス社製)を用いて、反応1(94℃で30秒、58℃で30秒、72℃で1.5分、を30サイクル;反応液、dNTP 0.2mM、Ex−Taq 2U、10×Ex−Taq buffer 3μl、プライマー各0.2μM、最終液量30μl、以下、反応1という)の条件で行った。この結果得られた反応液を、アガロース電気泳動にかけた後、DNAのゲル抽出キット(商品名:Minelute Gel Extraction Kit、キアゲン社製)を用い、約1.5kbpのDNA断片をゲルから回収した。該DNA断片をpGEM−Tベクター(Promega社製)に取扱説明書に従い連結し、このベクターを用いて大腸菌JM109株を形質転換し、目的のDNA断片を含むコロニーを、シークエンスすることでDNA配列を決定した。なお、DNAシークエンサーはABI PRISM3100(アプライドバイオシステムス社製)、シークエンス反応はABI PRISM Cycle sequencing Kit(アプライドバイオシステムス社製)を用いた。
完全長cDNA配列の決定は、5’−および3’−RACE(rapid amplification of cDNA ends)−PCR法により決定した。なお、5’−RACE−PCRには、5’−Full RACE Core Set(Takara社製)を用い、取扱説明書にしたがって行った。まず、先に決定した部分CAD cDNAの塩基配列をもとに、プライマー4(配列番号9)を作製し、一本鎖cDNAを合成した。こうして得た一本鎖cDNAをコンカテマー化後、これを100倍希釈したもの1μlを鋳型とし、プライマー5、6(配列番号10、11)を用いてPCRを行った。PCR反応条件は、94℃で30秒、60℃で30秒、72℃で30秒、を30サイクルとした。100倍に希釈した該反応液1μlを鋳型とし、プライマー7,8(配列番号12、13)を用いてPCRを行った。PCR反応条件は、94℃で30秒、60℃で30秒、72℃で30秒、を22サイクルとした。3’−RACE−PCRには、5’−RACE−PCRの際に使用した一本鎖cDNA1μlを鋳型とし、プライマー1、9(配列番号6、14)を用い、反応1の条件で行った。上に示したPCRの結果得られた該反応液を、アガロース電気泳動にかけた後、DNAのゲル抽出キット(商品名:Minelute Gel Extraction Kit、キアゲン社製)を用いて、約0.6kbp(5’−RACE−PCR)および1.5kbp(3’−RACE−PCR)のDNA断片をゲルから回収した。該DNA断片をpGEM−Tベクター(Promega社製)に取扱説明書に従い連結し、このベクターを用いて大腸菌JM109株を形質転換し、目的のDNA断片を含むコロニーを、シークエンスすることでDNA配列を決定した。こうして得た配列は、上記得られたCAD遺伝子断片の塩基配列と約300bp以上にわたり同一の配列をもち、これらの配列を連結することにより完全長CAD遺伝子cDNA配列(配列番号1)を決定することができた。また、連結後の配列から推定されるCADアミノ酸配列(配列番号2)には、精製酵素より決定されたN末端アミノ酸配列が存在していた(配列番号3〜5、配列番号2中のアミノ酸61〜68、218〜229、392〜399)。
[Example 2]
Isolation of cis-aconitic acid decarboxylase gene Using the identified amino acid sequence, homology search was performed on the genome sequence of Aspergillus tereus NIH2624 strain. As a result, all of the three amino acid fragments (SEQ ID NOs: 3 to 5) identified in Example 1 were used for a putative gene with unknown function existing in the vicinity of lovF, which is one of the lovastatin biosynthesis genes of Aspergillus terreus NIH2624 strain. It was found that the homology was very high. Therefore, primers 1 and 2 (SEQ ID NOs: 6 and 7) were prepared based on the base sequence of this putative gene, and cis-aconitic acid decarboxylase gene cDNA was amplified by PCR (polymerase chain reaction). First, Aspergillus terreus was cultured in a liquid medium as described above, and the cells were collected after 6 days. Isolation of total RNA uses about 0.1 g (wet weight) of bacterial cells by the AGPC (acid guanidinium phenol-chloroform) method (Chonczynski P., Sacchi N., Analytical Biochemistry, 162, 156-159, 1987). I went. The isolated total RNA was recovered by fractionating polyA RNA using an RNA purification kit (trade name: oligotex-dT30 <Super> mRNA Purification Kit, manufactured by Takara). 60 ng of PolyA RNA was reverse-transcribed with Superscript II (manufactured by Invitrogen) using primer 3 (SEQ ID NO: 8) according to the instruction manual to obtain single-stranded cDNA (first strand cDNA). To 1 μl of the synthesized single-stranded cDNA solution, 0.2 μM of primers 1 and 2 (SEQ ID NOs: 6 and 7), 0.2 mM of dNTP (deoxyribonucleoside triphosphate), 2 U of PCR enzyme (Ex-Taq, manufactured by Takara) ) 3 μl of buffer (10 × Ex-Taq buffer, manufactured by Takara) was added to make the final volume 30 μl. For PCR, a thermal cycler (trade name: GeneAmp PCR System 9700, manufactured by Applied Biosystems) was used to perform reaction 1 (94 ° C. for 30 seconds, 58 ° C. for 30 seconds, 72 ° C. for 1.5 minutes, 30 minutes). Cycle: reaction solution, dNTP 0.2 mM, Ex-Taq 2U, 10 × Ex-Taq buffer 3 μl, primer 0.2 μM, final solution volume 30 μl, hereinafter referred to as reaction 1). The resulting reaction solution was subjected to agarose electrophoresis, and then a DNA fragment of about 1.5 kbp was recovered from the gel using a DNA gel extraction kit (trade name: Minelute Gel Extraction Kit, manufactured by Qiagen). The DNA fragment was ligated to a pGEM-T vector (Promega) according to the instruction manual, Escherichia coli JM109 strain was transformed using this vector, and the colony containing the target DNA fragment was sequenced to sequence the DNA sequence. Were determined. The DNA sequencer was ABI PRISM 3100 (Applied Biosystems), and the sequence reaction was ABI PRISM Cycle sequencing Kit (Applied Biosystems).
The full-length cDNA sequence was determined by 5'- and 3'-RACE (rapid amplification of cDNA ends) -PCR. In addition, 5'-RACE-PCR was performed according to the instruction manual using 5'-Full RACE Core Set (manufactured by Takara). First, primer 4 (SEQ ID NO: 9) was prepared based on the previously determined base sequence of partial CAD cDNA, and single-stranded cDNA was synthesized. After concatemerizing the single-stranded cDNA thus obtained, PCR was carried out using primers 5 and 6 (SEQ ID NOs: 10 and 11) using 1 μl of a 100-fold dilution as a template. PCR reaction conditions were 30 cycles of 94 ° C. for 30 seconds, 60 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds. PCR was performed using primers 1 and 8 (SEQ ID NOS: 12 and 13) using 1 μl of the reaction solution diluted 100-fold as a template. The PCR reaction conditions were 94 ° C. for 30 seconds, 60 ° C. for 30 seconds, 72 ° C. for 30 seconds, and 22 cycles. 3′-RACE-PCR was carried out under the conditions of reaction 1 using primers 1 and 9 (SEQ ID NOs: 6 and 14) using 1 μl of single-stranded cDNA used in 5′-RACE-PCR as a template. The reaction solution obtained as a result of the PCR shown above was subjected to agarose electrophoresis and then about 0.6 kbp (5 mg) using a DNA gel extraction kit (trade name: Minelute Gel Extraction Kit, manufactured by Qiagen). '-RACE-PCR) and 1.5 kbp (3'-RACE-PCR) DNA fragments were recovered from the gel. The DNA fragment was ligated to a pGEM-T vector (Promega) according to the instruction manual, Escherichia coli JM109 strain was transformed using this vector, and the colony containing the target DNA fragment was sequenced to sequence the DNA sequence. Were determined. The sequence obtained in this way has the same sequence over the base sequence of the obtained CAD gene fragment over about 300 bp, and the full-length CAD gene cDNA sequence (SEQ ID NO: 1) is determined by linking these sequences. I was able to. Further, the CAD amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) deduced from the sequence after ligation had the N-terminal amino acid sequence determined by the purified enzyme (SEQ ID NO: 3 to 5, amino acid 61 in SEQ ID NO: 2). -68, 218-229, 392-399).

[実施例3]
cis−アコニット酸脱炭酸酵素遺伝子の大腸菌による発現
CAD cDNAの5’−および3’−末端にそれぞれNdeIおよびHindIII認識配列を付加させたDNA断片を、プライマー10、11(配列番号15、16)を用い、反応1の条件で増幅した。増幅産物は、上述の方法によりpGEM−Tベクターへ連結した。このように作製されたプラスミドからNdeI,HindIIIにより切り出したCAD cDNAを含むDNA断片を調製し、これを発現ベクターpColdI(Takara社製)のNdeI−HindIIIサイトに挿入したプラスミドpCADを作製した。作製したプラスミドを図1に示す。このプラスミドを大腸菌JM109株へ導入し、形質転換株エシェリヒア・コリ JM109/cad001株を得た。エシェリヒア・コリ JM109/cad001株は、日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6(郵便番号305−8566)の独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに寄託した(受託日:2006年12月27日、受託番号:FERM P−21146)。形質転換株エシェリヒア・コリ JM109/cad001株は、100mlのLB液体培地で濁度0.5になるまで37℃で増殖させた後、培養温度を15℃とし、1時間後、IPTG(Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside)を0.1mMとなるように添加することでCADタンパク質の発現を誘導した。24時間後菌体を回収した(乾燥菌体重量:39mg)。この菌体を1.8mlの50mMリン酸緩衝液pH7.0に懸濁させ、200μlの菌体溶解バッファ(商品名:FastBreak Cell Lysis Reagent、Promega社製)を添加し、転倒混和した。15分後、遠心分離(10,000g,5分)により不溶性物質を分離し、細胞抽出液を得た。こうして調製した細胞抽出液は、35700unitのCADを含んでいた(1Unitは、1分間に1μmolのアコニット酸をイタコン酸へ変換する酵素量)。組換えCAD酵素の分離精製は、組換えタンパク質精製キット(商品名:Ni-NTA Fast Start Kit、キアゲン社製)を用いて行った。調製した細胞抽出液に終濃度0.3M塩化ナトリウム、および5mMイミダゾールを添加した。この溶液をNi−NTAカラムに添加し、8mlの洗浄液(50mMリン酸緩衝液pH7、0.3M塩化ナトリウム、60mMイミダゾール)により洗浄し、その後、2mlの溶離液(50mMリン酸緩衝液pH7、0.3M塩化ナトリウム、200mMイミダゾール)により組換えCADを溶出した。精製CADのドデシル硫酸ナトリウム―ポリアクリルアミドゲル電気泳動による分析結果を、図2に示した。エシェリヒア・コリ JM109/cad001株により発現させたCADは、アスペルギルス・テレウス NBRC6123株からCADを分離精製した(実施例1)場合より、はるかに容易な方法で同程度の純度のCADを得られることがわかった。なお、図2において、実施例3で分離精製されたCAD(レーン3)はHis−tag配列などの付加によりアスペルギルス・テレウス NBRC6123株から分離精製したCAD(レーン2)よりも、分子量が約1.3kDa大きくなっている。
[Example 3]
Expression of cis-aconitic acid decarboxylase gene in E. coli DNA fragments having NdeI and HindIII recognition sequences added to the 5'- and 3'-ends of CAD cDNA were used as primers 10, 11 (SEQ ID NOs: 15 and 16). Used and amplified under the conditions of Reaction 1. The amplification product was ligated to the pGEM-T vector by the method described above. A DNA fragment containing CAD cDNA excised from Ndel and HindIII from the plasmid thus prepared was prepared, and a plasmid pCAD was prepared by inserting this into the NdeI-HindIII site of the expression vector pColdI (manufactured by Takara). The prepared plasmid is shown in FIG. This plasmid was introduced into Escherichia coli JM109 strain to obtain a transformant Escherichia coli JM109 / cad001 strain. Escherichia coli JM109 / cad001 strain was deposited at the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), 1st-6th, 1st East, Tsukuba City, Ibaraki, Japan (zip code 305-8666). December 27, 2006, accession number: FERM P-21146). The transformed strain Escherichia coli JM109 / cad001 strain was grown at 37 ° C. in 100 ml of LB liquid medium until the turbidity reached 0.5, then the culture temperature was 15 ° C., and after 1 hour, IPTG (Isopropyl-β -D-thiogalactopyranoside) was added to a concentration of 0.1 mM to induce CAD protein expression. After 24 hours, the cells were collected (dry cell weight: 39 mg). This bacterial cell was suspended in 1.8 ml of 50 mM phosphate buffer pH 7.0, 200 μl of bacterial cell lysis buffer (trade name: FastBreak Cell Lysis Reagent, manufactured by Promega) was added and mixed by inversion. After 15 minutes, insoluble materials were separated by centrifugation (10,000 g, 5 minutes) to obtain a cell extract. The cell extract thus prepared contained 35700 units of CAD (1 Unit is the amount of enzyme that converts 1 μmol of aconitic acid to itaconic acid per minute). The separation and purification of the recombinant CAD enzyme was performed using a recombinant protein purification kit (trade name: Ni-NTA Fast Start Kit, manufactured by Qiagen). A final concentration of 0.3 M sodium chloride and 5 mM imidazole were added to the prepared cell extract. This solution is added to a Ni-NTA column and washed with 8 ml of washing solution (50 mM phosphate buffer pH 7, 0.3 M sodium chloride, 60 mM imidazole), and then 2 ml of eluent (50 mM phosphate buffer pH 7, 0). The recombinant CAD was eluted with 3M sodium chloride, 200 mM imidazole). The analysis results of purified CAD by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis are shown in FIG. The CAD expressed by Escherichia coli JM109 / cad001 strain can obtain CAD with the same degree of purity by a much easier method than that obtained by separating and purifying CAD from Aspergillus terreus NBRC6123 strain (Example 1). all right. In FIG. 2, the CAD (lane 3) separated and purified in Example 3 has a molecular weight of about 1. 5 compared with the CAD (lane 2) separated and purified from Aspergillus terreus NBRC6123 strain by adding His-tag sequence or the like. It is 3 kDa larger.

[実施例4]
組換えCADの活性に及ぼすpHの影響
組換えCAD酵素は、実施例3と同様にして、細胞抽出液を調製し、精製した。組換えCADの活性に与えるpHの影響は、pH5〜6の酢酸種緩衝液、およびpH6〜8のリン酸緩衝液を用いて検討した。反応液の組成は、130μlの0.2M酢酸またはリン酸緩衝液、50μl(6μg)の精製CAD、20μlの10mMのcis−アコニット酸であった。反応条件は、30℃、1時間反応させた。反応液を前述のHartfordの方法により分析し、イタコン酸を定量した。その結果を図3に示す。この結果から、pH6.0付近が、最も高いCAD活性を呈する反応条件であることが明らかとなった。
[Example 4]
Effect of pH on the activity of recombinant CAD A recombinant CAD enzyme was prepared and purified in the same manner as in Example 3. The effect of pH on the activity of recombinant CAD was examined using an acetic acid seed buffer at pH 5-6 and a phosphate buffer at pH 6-8. The composition of the reaction was 130 μl 0.2 M acetic acid or phosphate buffer, 50 μl (6 μg) purified CAD, 20 μl 10 mM cis-aconitic acid. The reaction was performed at 30 ° C. for 1 hour. The reaction solution was analyzed by the aforementioned Hartford method, and itaconic acid was quantified. The result is shown in FIG. From this result, it became clear that pH 6.0 vicinity is reaction conditions which exhibit the highest CAD activity.

[実施例5]
cis−アコニット酸脱炭酸酵素遺伝子のコリネバクテリウム属菌による発現
工業的に広く利用されているグラム陽性細菌コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)を宿主とする組換えCADの発現システムを作製した。CAD cDNAの5’−および3’−末端にそれぞれEcoRIおよびBamHI認識配列を付加させたDNA断片を、プライマー12、13(配列番号17、18)を用いて、反応1の条件で増幅した。増幅産物は、上述の方法によりpGEM−Tベクターへ連結し、DNA配列を確認した。このように作製されたプラスミドからEcoRI、BamHIにより切り出したCAD cDNAを含むDNA断片を調製し、これをコリネバクテリウム発現ベクターpCRB1のEcoRI−BamHIサイトに挿入したプラスミドpCAD2を作製した(図4)。このプラスミドをコリネバクテリウム・グルタミカム R株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターFERM P−18976)へ導入し、形質転換株コリネバクテリウム・グルタミカム R/cad002を得た。コリネバクテリウム・グルタミカム R/cad002株は、日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6(郵便番号305−8566)の独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに寄託した(受託日:2006年12月27日、受託番号:FERM P−21147)。形質転換株は、100mlの表3に示すA液体培地で33℃、好気的に培養した。約24時間後、菌体を遠心分離(5000g,5分)により回収した(乾燥菌体重量:80mg)。回収した菌体を5mlの50mMリン酸緩衝液pH7.0に懸濁させ、約0.5gのグラスビーズを加えた後、超音波破砕機(商品名:Biorupter、コスモバイオ社製)により15分間破砕した。遠心分離(10,000g,5分)により不溶性物質を分離し、細胞抽出液を得た。このようにして得た細胞抽出液は、19300unitのCADを含んでいた。
[Example 5]
Expression of cis-aconitic acid decarboxylase gene by Corynebacterium sp. A recombinant CAD expression system was produced using the gram-positive bacterium Corynebacterium glutamicum widely used in industry as a host. DNA fragments having EcoRI and BamHI recognition sequences added to the 5′- and 3′-ends of CAD cDNA were amplified under the conditions of reaction 1 using primers 12 and 13 (SEQ ID NOs: 17 and 18). The amplified product was ligated to the pGEM-T vector by the method described above, and the DNA sequence was confirmed. A DNA fragment containing CAD cDNA excised from EcoRI and BamHI was prepared from the plasmid thus prepared, and a plasmid pCAD2 was prepared by inserting it into the EcoRI-BamHI site of the corynebacterium expression vector pCRB1 (FIG. 4). This plasmid was introduced into Corynebacterium glutamicum R strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary FERM P-18976) to obtain a transformed strain Corynebacterium glutamicum R / cad002. Corynebacterium glutamicum R / cad002 strain was deposited with the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), 1st, 1st, 1st-6, Tsukuba, Ibaraki, Japan (zip code 305-8666). Date: December 27, 2006, accession number: FERM P-21147). The transformed strain was cultured aerobically at 33 ° C. in 100 ml of the liquid A medium shown in Table 3. After about 24 hours, the cells were collected by centrifugation (5000 g, 5 minutes) (dry cell weight: 80 mg). The collected cells are suspended in 5 ml of 50 mM phosphate buffer pH 7.0, about 0.5 g of glass beads are added, and then 15 minutes by an ultrasonic crusher (trade name: Biorupter, manufactured by Cosmo Bio). It was crushed. Insoluble material was separated by centrifugation (10,000 g, 5 minutes) to obtain a cell extract. The cell extract thus obtained contained 19300 units of CAD.

[比較例]
実施例3および5で得られたエシェリヒア・コリ JM109/cad001株、およびコリネバクテリウム・グルタミカム R/cad002株を宿主とする組換えCADの生産速度と、アスペルギルス・テレウス NBRC6123株による生産速度を比較した。アスペルギルス・テレウスは、実施例1に示した条件に従い培養した。すなわち、70mlのイタコン酸生産培地(前記表2記載)を含む500mlのフラスコ3本にアスペルギルス・テレウス NBRC6123株を植菌し、30℃で6日間培養した。濾布(商品名:ミラクロス)を用いて、菌体を洗浄・回収後、凍結乾燥した(乾燥菌体重量:733mg)。この菌体から実施例1に示した方法により粗酵素液(10ml)から66200unitのCADを得た。エシェリヒア・コリ JM109/cad001株およびコリネバクテリウム・グルタミカム R/cad002株による組換えCAD生産速度は、実施例3および5に示した結果より算出した。その結果、エシェリヒア・コリ JM109/cad001株での生産性は、約61倍程度、コリネバクテリウム・グルタミカム R/cad002株では、約16倍程度、アスペルギルス・テレウス NBRC6123株の場合よりも顕著に向上していることが明らかとなった。イタコン酸の生産速度の比較結果を表4に示す。
[Comparative example]
The production rate of recombinant CAD using Escherichia coli JM109 / cad001 strain and Corynebacterium glutamicum R / cad002 strain obtained in Examples 3 and 5 as a host was compared with that of Aspergillus tereus NBRC6123 strain. . Aspergillus terreus was cultured according to the conditions shown in Example 1. That is, Aspergillus terreus NBRC6123 strain was inoculated into three 500 ml flasks containing 70 ml of itaconic acid production medium (described in Table 2 above) and cultured at 30 ° C. for 6 days. The cells were washed and collected using a filter cloth (trade name: Miracloth) and then freeze-dried (dry cell weight: 733 mg). From this microbial cell, 66200 unit of CAD was obtained from the crude enzyme solution (10 ml) by the method shown in Example 1. The recombinant CAD production rate by Escherichia coli JM109 / cad001 strain and Corynebacterium glutamicum R / cad002 strain was calculated from the results shown in Examples 3 and 5. As a result, the productivity of Escherichia coli JM109 / cad001 strain is about 61 times higher, and that of Corynebacterium glutamicum R / cad002 strain is about 16 times higher than that of Aspergillus terreus NBRC6123 strain. It became clear that. Table 4 shows a comparison result of the production rate of itaconic acid.

本発明により、cis−アコニット酸脱炭酸酵素(CAD)をコードする遺伝子を導入・高発現した組換え微生物またはその調製物を用いて、イタコン酸を高効率に製造し、合成樹脂、接着剤、洗剤、ラテックス、塗料、印刷インキやアクリル繊維改質剤など広く化学工業用途の原料として使用することができる。   According to the present invention, itaconic acid can be produced with high efficiency using a recombinant microorganism or a preparation thereof that has introduced and highly expressed a gene encoding cis-aconitic acid decarboxylase (CAD), a synthetic resin, an adhesive, It can be widely used as a raw material for chemical industry, such as detergent, latex, paint, printing ink and acrylic fiber modifier.

図1は、実施例3において作製したベクターpCADを示す。FIG. 1 shows the vector pCAD prepared in Example 3. 図2は、実施例1記載のアスペルギルス・テレウス NBRC6123株(レーン2)および実施例3記載のエシェリヒア・コリ JM109/cad001株(レーン3)より精製したCADのポリアクリルアミドゲル電気泳動の結果を示す(レーン1は分子量マーカーを示す)。FIG. 2 shows the results of polyacrylamide gel electrophoresis of CAD purified from Aspergillus terreus NBRC6123 strain (lane 2) described in Example 1 and Escherichia coli JM109 / cad001 strain (lane 3) described in Example 3 (lane 3). Lane 1 shows molecular weight markers). 図3は、CAD活性の至適pHを示す。FIG. 3 shows the optimum pH for CAD activity. 図4は、実施例5において作製したベクターpCAD2を示す。FIG. 4 shows the vector pCAD2 prepared in Example 5.

Claims (8)

以下の(a)、(b)、(c)または(d)に示す遺伝子:
(a)配列番号1に示す塩基配列のDNAからなる遺伝子:
(b)配列番号1に示す塩基配列のDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ、cis−アコニット酸脱炭酸酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAからなる遺伝子:
(c)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子:
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、cis−アコニット酸脱炭酸酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAからなる遺伝子。
Genes shown in the following (a), (b), (c) or (d):
(A) a gene comprising DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1
(B) consisting of a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and encodes a protein having cis-aconitic acid decarboxylase activity gene:
(C) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2:
(D) From an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added, and encoding a protein having cis-aconitic acid decarboxylase activity The gene that becomes.
以下の(a)または(b)に示すタンパク質:
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質:
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、cis−アコニット酸脱炭酸酵素活性を有するタンパク質。
Proteins shown in the following (a) or (b):
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2:
(B) A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having cis-aconitic acid decarboxylase activity.
請求項1に記載の遺伝子を含有する組換えベクター。   A recombinant vector containing the gene according to claim 1. 請求項3に記載の組換えベクターにより宿主が形質転換されてなる微生物。   A microorganism obtained by transforming a host with the recombinant vector according to claim 3. 宿主が、大腸菌、コリネバクテリウム属菌および酵母の内から選ばれることを特徴とする請求項4記載の微生物。   The microorganism according to claim 4, wherein the host is selected from Escherichia coli, Corynebacterium, and yeast. 微生物が、エシェリヒア・コリ JM109/cad001株(受託番号FERM P−21146)である請求項5記載の微生物。   The microorganism according to claim 5, which is Escherichia coli JM109 / cad001 strain (Accession No. FERM P-21146). 微生物が、コリネバクテリウム・グルタミカム R/cad002株(受託番号FERM P−21147)である請求項5記載の微生物。   The microorganism according to claim 5, wherein the microorganism is Corynebacterium glutamicum R / cad002 strain (Accession No. FERM P-21147). 請求項4〜7のいずれかに記載の微生物またはその調製物を、cis−アコニット酸を含有する液と接触させることにより、該液中にイタコン酸を生成蓄積させ、これを採取することを特徴とするイタコン酸の製造方法。   The microbe or preparation thereof according to any one of claims 4 to 7 is brought into contact with a liquid containing cis-aconitic acid, thereby producing and accumulating itaconic acid in the liquid, and collecting this. A method for producing itaconic acid.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8143036B2 (en) 2009-05-11 2012-03-27 Industrial Technology Research Institute Genetically modified microorganisms for producing itaconic acid with high yields
US8192965B2 (en) 2009-08-25 2012-06-05 Industrial Technology Research Institute Producing Itaconic acid in yeast using glycerol as the substrate
US8338158B2 (en) 2009-06-30 2012-12-25 Industrial Technology Research Institute Cis-aconitate decarboxylase mutants having improved enzymatic activity
KR101751684B1 (en) * 2015-11-25 2017-06-28 한국생명공학연구원 Method for producing itaconic acid using CadA gene substituted with synonymous codon of N-terminal region
EP3211100A1 (en) * 2011-12-22 2017-08-30 Ibis Biosciences, Inc. Amplification primers and methods

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6012010627; JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING Vol.94, No.1, 2002, p.29-33 *
JPN6012010628; AF141925, Aspergillus terreus lovastatin biosynthesis gene cluster, partial [online] , 1999 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8143036B2 (en) 2009-05-11 2012-03-27 Industrial Technology Research Institute Genetically modified microorganisms for producing itaconic acid with high yields
US8338158B2 (en) 2009-06-30 2012-12-25 Industrial Technology Research Institute Cis-aconitate decarboxylase mutants having improved enzymatic activity
US8192965B2 (en) 2009-08-25 2012-06-05 Industrial Technology Research Institute Producing Itaconic acid in yeast using glycerol as the substrate
EP3211100A1 (en) * 2011-12-22 2017-08-30 Ibis Biosciences, Inc. Amplification primers and methods
KR101751684B1 (en) * 2015-11-25 2017-06-28 한국생명공학연구원 Method for producing itaconic acid using CadA gene substituted with synonymous codon of N-terminal region

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