JP2008301766A - Culture medium for producing lactic acid, and method for producing lactic acid - Google Patents

Culture medium for producing lactic acid, and method for producing lactic acid Download PDF

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Nanao Higuchi
七生 樋口
Kenji Sawai
健司 澤井
Takashi Mimizuka
孝 耳塚
Hideki Sawai
秀樹 澤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently improve the yield of lactic acid in a method for producing the lactic acid, using microorganisms having the ability of synthesizing lactic acid. <P>SOLUTION: The method for producing the lactic acid comprises culturing the microorganism having the ability to synthesize the lactic acid by using a culture medium comprising folic acid. The culture medium for producing the lactic acid comprises the folic acid. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、微生物を培養する発酵によって乳酸を製造するための培地ならびに微生物を培養する発酵による乳酸の製造法に関する。   The present invention relates to a medium for producing lactic acid by fermentation for culturing microorganisms and a method for producing lactic acid by fermentation for culturing microorganisms.

環境問題の悪化が懸念される中、持続可能な資源循環型社会の構築が求められており、素材分野でも生物資源由来の材料を用いたグリーンプラスチックと呼ばれる工業原料の生産が盛んに行われている。それらの中でも乳酸を原料とするポリ乳酸は、優れた性質を持つポリマーとして注目され、次世代の素材として期待が集まっている。   While there are concerns about the worsening of environmental problems, there is a need to build a sustainable resource recycling society, and in the materials field, production of industrial raw materials called green plastics using materials derived from biological resources is actively performed. Yes. Among them, polylactic acid using lactic acid as a raw material has attracted attention as a polymer having excellent properties, and is expected as a next-generation material.

原料となる乳酸は、主にショ糖、グルコース、でんぷん等を炭素源とする、発酵法によって製造されてきた。しかしながら、現段階では、生産量や生産収率などに多くの課題が残っており、ポリマー原料としての乳酸を市場に安定供給できるまでには至っていない。   Lactic acid as a raw material has been produced by a fermentation method mainly using sucrose, glucose, starch or the like as a carbon source. However, at the present stage, many problems remain in the production amount and production yield, and the lactic acid as a polymer raw material cannot be stably supplied to the market.

酵母を用いた乳酸の発酵生産では、酵母を培養する培地として一般的に知られているYPAD培地(非特許文献1)やYPADに含まれている酵母エキス、ペプトンを、過剰に添加した培地で、培養を行うことにより、乳酸の生産量及び生産収率が向上することは良く知られている。しかしながらこのような培地における乳酸生産では、培地のコストが問題となっていた。   In fermentation production of lactic acid using yeast, a YPAD medium (Non-patent Document 1) generally known as a medium for culturing yeast, a yeast extract and peptone contained in YPAD are added in excess. It is well known that the amount of lactic acid produced and the production yield are improved by culturing. However, in the production of lactic acid in such a medium, the cost of the medium has been a problem.

そこで、安価な培地を用いた乳酸製造に効果的な培地成分の検討が行われている。これまでに、乳酸生産性を向上させる培地成分としては、ニコチン酸(非特許文献2)や、脂肪酸(特許文献1および非特許文献3、4参照。)が提案されている。これらは、ニコチン酸は、乳酸脱水素酵素(ldh)が必要とする補酵素であるNADHの前駆体であることが、また脂肪酸は、乳酸生産時に酵母中の不飽和脂肪酸含有量が低下することが知られており、これらを添加することによって、培地中の炭素源あたりの乳酸生産収率を向上させているものである。   Therefore, studies are being made on effective medium components for lactic acid production using an inexpensive medium. So far, nicotinic acid (Non-Patent Document 2) and fatty acids (see Patent Document 1 and Non-Patent Documents 3 and 4) have been proposed as medium components for improving lactic acid productivity. These are that nicotinic acid is a precursor of NADH, a coenzyme required by lactate dehydrogenase (ldh), and that fatty acids have a reduced content of unsaturated fatty acids in yeast during lactic acid production. Is known, and the addition of these improves the lactic acid production yield per carbon source in the medium.

しかしながら、これらの方法を用いても、産業的に必要とされる乳酸の生産収率には至っておらず、培地価格も高価格のままである。また、酵母エキスやペプトンを用いることによって、乳酸生産後の生成過程の煩雑化など、実用化への課題が多く残っている。   However, even if these methods are used, the production yield of lactic acid required industrially has not been reached, and the medium price remains high. Moreover, many problems remain in practical use, such as the complexity of the production process after lactic acid production, by using yeast extract or peptone.

従って、より効果的に乳酸の生産収率を向上させる方法が望まれている。
特開2000−37185号公報 「メソッド イン イースト ジェネティクス(Methods in Yeast Genetics)」、ColdSpring Harbor Laboratory Volume194、1991年、12〜18頁 アプライド アンド エンバイロンメンタル マイクロバイオロジー(Applied and Environmental Microbiology)、71、2789(2005) 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)、99、512(2005) アプライド アンド エンバイロンメンタル マイクロバイオロジー(Applied and Environmental Microbiology)、69、1499(2003)
Therefore, a method for improving the production yield of lactic acid more effectively is desired.
JP 2000-37185 A "Methods in East Genetics", Cold Spring Harbor Laboratory Volume 194, 1991, pp. 12-18. Applied and Environmental Microbiology, 71, 2789 (2005) Journal of Bioscience and Bioengineering, 99, 512 (2005) Applied and Environmental Microbiology, 69, 1499 (2003)

本発明は、微生物を培養する発酵によって、乳酸を、低コスト且つ高い乳酸生産効率(対糖収率)で製造することを課題とする。   An object of the present invention is to produce lactic acid at low cost and high lactic acid production efficiency (for sugar yield) by fermentation for culturing microorganisms.

上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、乳酸合成能力を持つ酵母を用いた乳酸発酵において、葉酸を培地に添加することにより、高い対糖収率で乳酸を製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies by the present inventors in order to solve the above problems, lactic acid can be produced at a high sugar yield by adding folic acid to the medium in lactic acid fermentation using yeast having lactic acid synthesis ability. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、乳酸合成能力を有する微生物を培養する発酵によって乳酸を製造するための培地であって、葉酸又は葉酸前駆体を10μg/L以上70μg/L以下含む乳酸製造用培地である。   That is, the present invention is a medium for producing lactic acid by fermentation for culturing a microorganism having lactic acid synthesis ability, and is a medium for producing lactic acid containing folic acid or a folic acid precursor in an amount of 10 μg / L to 70 μg / L.

本発明の乳酸製造用培地の好ましい態様は、サトウキビの圧搾汁を含むものである。   The preferable aspect of the culture medium for lactic acid production of this invention contains sugarcane pressing juice.

また、本発明の乳酸製造用培地の好ましい態様は、乳酸合成能力を有する微生物が酵母である。   In a preferred embodiment of the lactic acid production medium of the present invention, the microorganism having the ability to synthesize lactic acid is yeast.

また、本発明は、上記本発明の乳酸製造用培地を用いる乳酸の製造方法である。   Moreover, this invention is a manufacturing method of lactic acid using the culture medium for lactic acid manufacture of the said invention.

さらに、本発明は、乳酸合成能力を有する微生物を培養する発酵によって乳酸を製造する方法であって、葉酸又は葉酸前駆体を10μg/L以上70μg/L以下含む培地を用いる乳酸の製造方法である。   Furthermore, the present invention is a method for producing lactic acid by fermentation of culturing a microorganism having lactic acid synthesis ability, and is a method for producing lactic acid using a medium containing folic acid or a folic acid precursor in an amount of 10 μg / L to 70 μg / L. .

本発明の乳酸の製造方法の好ましい態様は、微生物が酵母である。より好ましい態様は、該酵母がサッカロミセス(Saccharomyces)属に属する酵母である。   In a preferred embodiment of the method for producing lactic acid according to the present invention, the microorganism is yeast. In a more preferred embodiment, the yeast belongs to the genus Saccharomyces.

また、本発明の乳酸の製造方法の好ましい態様は、酵母が、乳酸脱水素酵素遺伝子が導入された酵母である。また、本発明の乳酸の製造方法の好ましい態様は、該乳酸脱水素酵素遺伝子が、ゼノプス・レービス(Xenopus laevis)由来のL−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子である。また、本発明の乳酸の製造方法の好ましい態様は、該L−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子が配列番号1に示す塩基配列を有する遺伝子である。   In a preferred embodiment of the method for producing lactic acid according to the present invention, the yeast is a yeast into which a lactate dehydrogenase gene has been introduced. In a preferred embodiment of the method for producing lactic acid of the present invention, the lactate dehydrogenase gene is a gene encoding L-lactate dehydrogenase derived from Xenopus laevis. Moreover, the preferable aspect of the manufacturing method of lactic acid of this invention is a gene in which the gene which codes this L-lactic acid dehydrogenase has the base sequence shown to sequence number 1.

また本発明の乳酸の製造方法の好ましい態様は、上記L−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子が、L−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子の発現を可能とするプロモーターの下流に導入されている。また、本発明の乳酸の製造方法の好ましい態様は、L−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子が、染色体上のピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子のプロモーターの下流に発現可能な状態で導入されている。   In a preferred embodiment of the method for producing lactic acid according to the present invention, the gene encoding L-lactate dehydrogenase is introduced downstream of a promoter that enables expression of the gene encoding L-lactate dehydrogenase. . In a preferred embodiment of the method for producing lactic acid according to the present invention, a gene encoding L-lactate dehydrogenase is introduced in a state that can be expressed downstream of a promoter of pyruvate decarboxylase 1 gene on the chromosome. .

また、本発明の乳酸の製造方法の好ましい態様は、微生物を25〜37℃の培地中で培養する。   Moreover, the preferable aspect of the manufacturing method of lactic acid of this invention culture | cultivates microorganisms in a 25-37 degreeC culture medium.

本発明によれば、微生物を培養する発酵によって、乳酸を、低コスト且つ高い乳酸生産効率で製造することが可能になる。   According to the present invention, lactic acid can be produced at low cost and high lactic acid production efficiency by fermentation for culturing microorganisms.

本発明は、乳酸合成能力を有する微生物を培養する発酵によって乳酸を製造するための培地であって、葉酸又は葉酸前駆体を10μg/L以上70μg/L以下含む乳酸製造用培地である。   The present invention is a medium for producing lactic acid by fermentation of culturing microorganisms having lactic acid synthesis ability, and is a medium for producing lactic acid containing folic acid or a folic acid precursor in an amount of 10 μg / L to 70 μg / L.

本発明の乳酸製造用培地に含まれる葉酸又は葉酸前駆体の濃度は、10μg/L以上70μg/L以下である。好ましくは、培地中に葉酸又は葉酸前駆体を20μg/L〜60μg/L含むものであり、より好ましくは30μg/L〜50μg/L含むものである。   The concentration of folic acid or folic acid precursor contained in the lactic acid production medium of the present invention is 10 μg / L or more and 70 μg / L or less. Preferably, the medium contains 20 μg / L to 60 μg / L of folic acid or folic acid precursor, more preferably 30 μg / L to 50 μg / L.

本発明の乳酸製造用培地に含まれる葉酸は、ビタミンM、ビタミンB9、プテロイルグルタミン酸とも呼ばれ、水溶性ビタミンに分類される生理活性物質である。葉酸は、微生物内で種々の還元を受け、ジヒドロ葉酸を経てテトラヒドロ葉酸に変換された後、主にC1代謝に関与する補酵素として作用する。   Folic acid contained in the lactic acid production medium of the present invention is also called vitamin M, vitamin B9, and pteroylglutamic acid, and is a physiologically active substance classified as a water-soluble vitamin. Folic acid undergoes various reductions in microorganisms and is converted into tetrahydrofolic acid via dihydrofolic acid, and then acts mainly as a coenzyme involved in C1 metabolism.

本発明の乳酸製造用培地において、葉酸は、葉酸を含有する天然物として含まれていても良い。葉酸を含有する天然物としては、緑黄色野菜をはじめ、サトウキビ、甜菜、キャッサバ、トウモロコシ等が挙げられ、これらのなかでもサトウキビを好ましく用いることができる。   In the lactic acid production medium of the present invention, folic acid may be included as a natural product containing folic acid. Examples of natural products containing folic acid include green and yellow vegetables, sugar cane, sugar beet, cassava, corn, and the like, among which sugar cane is preferably used.

また、葉酸は前躯体の形で培地中に含まれていてもよい。ここでいう葉酸の前駆体とは、培養中に微生物内または培養液中で葉酸に変換されるものをいう。葉酸の前躯体としては、例えばパラアミノ安息香酸や、テトラヒドロ葉酸、などが挙げられ、これらのなかでもパラアミノ安息香酸を好ましく用いることができる。   Folic acid may also be contained in the medium in the form of a precursor. The term “folic acid precursor” as used herein refers to a substance converted into folic acid in a microorganism or in a culture solution during culture. Examples of the precursor of folic acid include paraaminobenzoic acid and tetrahydrofolic acid. Among these, paraaminobenzoic acid can be preferably used.

葉酸の培地への添加時期は、培養前でも培養開始後でもよく、添加回数も1回でも2回以上であっても良い。   The folic acid may be added to the medium before or after the culture, and the number of additions may be once or twice or more.

本発明の乳酸製造用培地は、微生物が資化し得る炭素源、窒素源および/又は無機塩類等を発酵原料として含んでいてもよい。また、本発明の乳酸製造用培地は、動植物煮出し汁、土壌や腐植質の抽出液等の天然物をほぼそのままの組成で利用する天然培地、市販されている化学品から調製される合成培地、合成培地に天然物を添加した半合成培地のいずれを用いても良い。   The medium for lactic acid production of the present invention may contain a carbon source, a nitrogen source and / or inorganic salts that can be assimilated by microorganisms as fermentation raw materials. The lactic acid production medium of the present invention is a natural medium that uses natural products such as animal and plant broth, soil and humic extracts in an almost intact composition, a synthetic medium prepared from commercially available chemicals, Any of a semi-synthetic medium obtained by adding a natural product to a synthetic medium may be used.

上記の炭素源としては、グルコース、シュークロース、フラクトース、ガラクトース、ラクトース等の糖類、これら糖類を含有するデンプン、デンプン加水分解物、サトウキビやトウモロコシの圧搾汁、甘藷糖蜜、甜菜糖蜜、ハイテストモラセス、また酢酸等の有機酸、エタノールなどのアルコール類、グリセリンなどを使用することができる。   Examples of the carbon source include sugars such as glucose, sucrose, fructose, galactose, and lactose, starch containing these sugars, starch hydrolyzate, sugar cane and corn press juice, sugar cane molasses, sugar beet molasses, high test molasses, Moreover, organic acids, such as acetic acid, alcohols, such as ethanol, glycerol, etc. can be used.

これらの炭素源のなかでも、サトウキビの圧搾汁が好ましい。サトウキビの圧搾汁を例えば8000rpmで遠心後、上澄を例えばヴィヴァフロー50(VIVAFLOW)(サルトリウス・エー・ジー・バイオテクノロジー(Satorius AG Biotechnology)社製)でろ過した透過液を用いることが、特に好ましい。サトウキビは、フィルター処理や、オートクレーブ処理などによって滅菌することができ、オートクレーブの回数は、一回でも複数回でも良い。また、サトウキビの中には葉酸が含まれている場合があり、上記の葉酸を含む天然物としてこれを添加して使用することもできる。サトウキビの圧搾汁は、特に微生物として酵母を用いる場合に、好ましい炭素源として用いることができる。   Of these carbon sources, sugar cane juice is preferred. It is particularly preferable to use a permeate obtained by centrifuging the sugar cane juice at, for example, 8000 rpm and then filtering the supernatant with, for example, Vivaflow 50 (manufactured by Satorius AG Biotechnology). . Sugarcane can be sterilized by filtering or autoclaving, and the number of autoclaves may be one or more. In addition, folic acid may be contained in sugarcane, and it can be used as a natural product containing folic acid. Sugar cane press juice can be used as a preferred carbon source, particularly when yeast is used as a microorganism.

また、上記の窒素源としては、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硫酸アンモニウム等の硫酸塩類、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用される。   Examples of the nitrogen source include ammonia gas, aqueous ammonia, ammonium salts, sulfates such as urea and ammonium sulfate, nitrates, and other organic nitrogen sources used as auxiliary substances such as oil cakes, soybean hydrolysate, casein Decomposed products, other amino acids, vitamins, corn steep liquor, yeast or yeast extract, meat extract, peptides such as peptone, various fermented cells and hydrolysates thereof are used.

また、上記の無機塩類としては、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、マンガン塩等を適宜添加することができる。   Moreover, as said inorganic salt, a phosphate, magnesium salt, calcium salt, iron salt, manganese salt etc. can be added suitably.

本発明において、使用する微生物が栄養要求性である場合、すなわち微生物が生育するために特定の栄養素を必要とする場合には、本発明の乳酸製造用培地は、その栄養素または該栄養素を含む物質もしくは該栄養素に変換される物質を含むことが好ましい。   In the present invention, when the microorganism to be used is auxotrophic, that is, when a specific nutrient is required for the growth of the microorganism, the medium for producing lactic acid of the present invention is the nutrient or a substance containing the nutrient. Or it is preferable to contain the substance converted into this nutrient.

微生物が栄養要求性である場合の必要とする栄養素の具体例としては、メチオニン、チロシン、イソロイシン、フェニルアラニン、グルタミン酸、トレオニン、アスパラギン酸、バリン、セリン、アルギニン、ウラシル、アデニン、リシン、トリプトファン、ロイシン、ヒスチジン等が知られている。例えば、微生物が酵母である場合は、酵母が要求する栄養素は、ヒスチジン、ロイシン、リジン、トリプトファン、ウラシル、アデニンである。   Specific examples of nutrients required when the microorganism is auxotrophic include methionine, tyrosine, isoleucine, phenylalanine, glutamic acid, threonine, aspartic acid, valine, serine, arginine, uracil, adenine, lysine, tryptophan, leucine, Histidine and the like are known. For example, when the microorganism is yeast, the nutrients required by the yeast are histidine, leucine, lysine, tryptophan, uracil, and adenine.

栄養要求性を示す微生物が有する遺伝子型としては、メチオニン要求性:met1、met2、met3、met4、met5、met6、met7、met8、met10、met13、met14、met20、チロシン要求性:tyr1、イソロイシン、バリン要求性:ilv1、ilv2、ilv3、ilv5、フェニルアラニン要求性:pha2、グルタミン酸要求性:GLU3、トレオニン要求性thr1、thr4、アスパラギン酸要求性:asp1、asp5、セリン要求性:ser1、ser2、アルギニン要求性:arg1、arg3、arg4、arg5、arg8、arg9、arg80、arg81、arg82、arg84、ウラシル要求性:ura1、ura2、ura3、ura4、ura6、アデニン要求性:ade1、ade2、ade3、ade4、ade5、ade6、ade8、ade9、ade12、ADE15、リシン要求性:lys1、lys2、lys4、lys5、lys7、lys9、lys11、lys13、lys14、トリプトファン要求性:trp1、trp2、trp3、trp4、trp5、ロイシン要求性:leu1、leu2、leu3、leu4、leu5、ヒスチジン要求性:his1、his2、his3、his4、his5、his6、his7、his8などが主に利用されている。   The genotypes of microorganisms exhibiting auxotrophy include methionine requirement: met1, met2, met3, met4, met5, met6, met7, met8, met10, met13, met14, met20, tyrosine requirement: tyr1, isoleucine, valine. Requirements: ilv1, ilv2, ilv3, ilv5, phenylalanine requirement: pha2, glutamate requirement: GLU3, threonine requirement thr1, thr4, aspartate requirement: asp1, asp5, serine requirement: ser1, ser2, arginine requirement : Arg1, arg3, arg4, arg5, arg8, arg9, arg80, arg81, arg82, arg84, uracil requirements: ura1, ura2, ura3, ura4, ura6, adenine required : Ade1, ade2, ade3, ade4, ade5, ade6, ade8, ade9, ade12, ADE15, lysine requirements: lys1, lys2, lys4, lys5, lys7, lys9, lys11, lys13, lys14, trp 1 Trp2, trp3, trp4, trp5, leucine requirement: leu1, leu2, leu3, leu4, leu5, histidine requirement: his1, his2, his3, his4, his5, his6, his7, his8, etc. are mainly used.

本発明の乳酸生産用培地に含まれる上記炭素源、窒素源、無機塩類、栄養素等の各成分は、培養開始時に一括して添加してもよいし、培養中分割してあるいは連続的に添加することもできる。また、消泡剤も必要に応じて使用する。   Each component such as the carbon source, nitrogen source, inorganic salts, and nutrients contained in the lactic acid production medium of the present invention may be added all at once at the start of the culture, or divided or continuously added during the culture. You can also An antifoaming agent is also used as necessary.

本発明の乳酸生産用培地の好ましい具体的な例として、表1に示す組成の培地(以下、MMF3と略すことがある)、表2に示す組成の培地(以下、CMF4培地と略すことがある)等があげられる。   Preferred specific examples of the lactic acid production medium of the present invention include a medium having the composition shown in Table 1 (hereinafter sometimes abbreviated as MMF3) and a medium having the composition shown in Table 2 (hereinafter abbreviated as CMF4 medium). ) Etc.

Figure 2008301766
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Figure 2008301766
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MMF3培地は、次のように調製することができる。例えば、表1に示された栄養素のうちビタミン類、金属塩についてはそれぞれフィルター処理により滅菌を、それ以外については、糖、アミノ酸及び核酸、無機塩類のグループに分け、グループごとにオートクレーブ処理により滅菌し、室温以下まで冷却した後、表1に示す濃度となるように調製する。葉酸は、フィルターろ過により滅菌し必要量を添加することができる。   MMF3 medium can be prepared as follows. For example, among the nutrients shown in Table 1, vitamins and metal salts are sterilized by filtering, and the others are divided into sugar, amino acid, nucleic acid and inorganic salt groups, and each group is sterilized by autoclaving. And after cooling to room temperature or lower, the concentration shown in Table 1 is prepared. Folic acid can be sterilized by filtration and added in the required amount.

CMF4培地は、次のように調製することができる。例えば、まず、サトウキビの圧搾汁を8000rpmで遠心後、上澄を例えばヴィヴァフロー50(VIVAFLOW)(サルトリウス・エー・ジー・バイオテクノロジー(Satorius AG Biotechnology)社製)でろ過し、サトウキビ圧搾汁ろ過液を調製しておく。次に、表2に示すアミノ酸、核酸及び硫酸アンモニウムをそれぞれオートクレーブにより処理して滅菌し、室温以下まで冷却した後、サトウキビ圧搾汁ろ過液と合わせ、表2に示す濃度となるように調製する。葉酸は、フィルター処理によって滅菌し、必要量を添加することができる。   CMF4 medium can be prepared as follows. For example, first, sugarcane press juice is centrifuged at 8000 rpm, and the supernatant is filtered using, for example, Vivaflow 50 (Satorius AG Biotechnology), and the sugar cane press filtrate is used. Prepare in advance. Next, the amino acids, nucleic acids and ammonium sulfate shown in Table 2 are each sterilized by autoclaving, cooled to room temperature or lower, and then combined with the sugar cane juice filtrate to prepare the concentrations shown in Table 2. Folic acid can be sterilized by filtration and added in the required amount.

本発明の乳酸生産用培地において使用される微生物としては、例えば、発酵工業においてよく使用されるパン酵母などの酵母、大腸菌、コリネ型細菌や乳酸菌などのバクテリア、糸状菌、放線菌、動物細胞および昆虫細胞などが挙げられる。使用する微生物は、自然環境から単離されたものでもよく、また、突然変異や遺伝子組換えによって一部性質が改変されたものであってもよい。   Examples of microorganisms used in the lactic acid production medium of the present invention include yeasts such as baker's yeast often used in the fermentation industry, bacteria such as E. coli, coryneform bacteria and lactic acid bacteria, filamentous fungi, actinomycetes, animal cells, and Examples include insect cells. The microorganism to be used may be isolated from the natural environment, or may be partially modified by mutation or genetic recombination.

これらの微生物のうち、酵母が好適である。酵母としては、サッカロミセス属(Saccharomyces)属に属する酵母が挙げられる、さらにこのなかでも(Genus Saccharomyces)に属する酵母とサッカロミセス・セレビセ(Saccharomyces cerevisiae)に属する酵母が挙げられる。   Of these microorganisms, yeast is preferred. Examples of the yeast include yeasts belonging to the genus Saccharomyces, and among these, yeasts belonging to (Genus Saccharomyces) and yeasts belonging to Saccharomyces cerevisiae.

本発明の乳酸生産用培地において使用される乳酸合成能力を有する微生物としては、乳酸脱水素酵素(乳酸合成素酵素)を有する微生物、乳酸脱水素酵素が導入された微生物等を用いることができる。例えば、乳酸脱水素酵素遺伝子が導入された酵母、大腸菌、コリネ型細菌や乳酸菌などのバクテリア、糸状菌、放線菌、動物細胞及び昆虫細胞等が挙げられる。乳酸菌は、乳酸脱水素酵素遺伝子を導入せずに乳酸合成能力を有する微生物としてそのまま使用することができる。   Examples of the microorganism having lactic acid synthesis ability used in the lactic acid production medium of the present invention include microorganisms having lactate dehydrogenase (lactic acid synthase), microorganisms into which lactate dehydrogenase has been introduced, and the like. For example, yeast, Escherichia coli, bacteria such as coryneform bacteria and lactic acid bacteria, filamentous fungi, actinomycetes, animal cells and insect cells into which a lactate dehydrogenase gene has been introduced may be mentioned. Lactic acid bacteria can be used as they are as microorganisms capable of synthesizing lactic acid without introducing a lactate dehydrogenase gene.

本発明において、乳酸脱水素酵素を遺伝子(ldh遺伝子)とは、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)とピルビン酸を乳酸と酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD+)に変換する活性を持つ乳酸脱水素酵素をコードしている遺伝子である。   In the present invention, a lactate dehydrogenase gene (ldh gene) is a lactic acid having an activity to convert reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and pyruvate into lactic acid and oxidized nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +). This gene encodes dehydrogenase.

乳酸脱水素酵素は、微生物の種類に応じてもしくは微生物内においても各種同族体が存在する。また、本発明において使用される微生物が有する又は微生物に導入される乳酸脱水素酵素には、天然由来の乳酸脱水素酵素の他、化学合成的あるいは遺伝子工学的手法で人工的に合成された乳酸脱水素酵素も包含される。 まず、天然由来の乳酸脱水素酵素としては、乳酸菌などの原核生物もしくはカビなどの真核微生物由来のもの、ウシ、カエルもしくはヒトなどの哺乳類を含む高等真核生物由来の乳酸脱水素酵素遺伝子にコードされるタンパク質からなる酵素を挙げることができる。これらのうち、カエル由来の乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子としては、アオガエル科(Rhacophoridae)、アカガエル科(Ranidae)、アマガエル科(Hylidae)、ジムグリガエル科(Microhylidae)、ヒキガエル科(Bufonidae)、クサガエル科(Hyperoliidae)、スキアシガエル科(Pelobatinae)、スズガエル科(Discoglossidae)、コモリガエル科(Pipidae)に属するldh遺伝子が挙げられ、これらの中でもコモリガエル科(Pipidae)に属するldh遺伝子を用いることが好ましい。コモリガエル科に属するカエルの中でも、入手が容易であるゼノプス・レービス(Xenopus laevis)由来の乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子、特にL−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子であることがさらに好ましい。具体的には、特に好ましいldh遺伝子は、配列番号1に示す塩基配列を有するldh遺伝子である。   Lactate dehydrogenase has various homologues depending on the type of microorganism or in the microorganism. The lactate dehydrogenase possessed by the microorganism used in the present invention or introduced into the microorganism includes naturally occurring lactate dehydrogenase, as well as lactic acid artificially synthesized by chemical synthesis or genetic engineering techniques. Also included are dehydrogenases. First, naturally occurring lactate dehydrogenases include prokaryotic organisms such as lactic acid bacteria or those derived from eukaryotic microorganisms such as fungi, and lactate dehydrogenase genes derived from higher eukaryotes including mammals such as cattle, frogs and humans. Mention may be made of enzymes consisting of the encoded protein. Among these, the genes encoding frog-derived lactate dehydrogenase include Rhocophoridae, Ranaidae, Hyridae, Microhyridae, Bufondae, Examples include ldh genes belonging to the family Hyperideidae, Pelobatinae, Discoglossidae, and Pipidae, among which the ldh gene belonging to Pipidae is preferably used. Among the frogs belonging to the frog family, it is more preferable to use a gene encoding lactate dehydrogenase derived from Xenopus laevis, which is easily available, particularly a gene encoding L-lactate dehydrogenase. Specifically, a particularly preferred ldh gene is the ldh gene having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1.

また、本発明において微生物に導入されるldh遺伝子には、遺伝的多型性や、変異誘発などによる変異型の遺伝子も含まれる。ここでいう遺伝的多型性とは、遺伝子上の自然突然変異により遺伝子の塩基配列が一部変化しているものである。また、変異誘発とは、人工的に遺伝子に変異を導入することをいい、例えば、部位特異的変異導入用キット(Mutan-K(タカラバイオ社製))を用いる方法や、ランダム変異導入用キット(BD Diversify PCR Random Mutagenesis(CLONTECH社製))を用いる方法などがある。   In addition, the ldh gene introduced into the microorganism in the present invention includes genetic polymorphisms and mutated genes caused by mutagenesis. Here, the genetic polymorphism means that the base sequence of a gene is partially changed due to a natural mutation on the gene. Mutagenesis refers to artificially introducing a mutation into a gene. For example, a method using a site-specific mutagenesis kit (Mutan-K (manufactured by Takara Bio Inc.)) or a random mutagenesis kit. (BD Diversify PCR Random Mutagenesis (manufactured by CLONTECH)).

さらに、酵素活性が強化された乳酸脱水素酵素をコードするDNAが導入された微生物を用いることが好ましい。酵素活性が強化された乳酸脱水素酵素をコードするDNAとしては、例えば、部位特異的変異導入法を用いた変異手法によって得られる酵素活性が強い乳酸脱水素酵素をコードするDNAや、強力なプロモーターの支配下に乳酸脱水素酵素をコードするDNAを連結したDNAなどを挙げることができる。   Furthermore, it is preferable to use a microorganism into which DNA encoding lactate dehydrogenase with enhanced enzyme activity has been introduced. Examples of DNA encoding lactate dehydrogenase with enhanced enzyme activity include, for example, DNA encoding lactate dehydrogenase with strong enzyme activity obtained by a mutation technique using site-directed mutagenesis, and a strong promoter And the like can be exemplified by DNA linked with DNA encoding lactate dehydrogenase under the control of

本発明の乳酸の製造方法は、乳酸合成能力を有する微生物を培養する発酵によって乳酸を製造する方法であって、葉酸又は葉酸前駆体を10μg/L以上70μg/L以下含む培地を用いる製造方法である。   The method for producing lactic acid according to the present invention is a method for producing lactic acid by fermentation of cultivating a microorganism having a lactic acid synthesis ability, and is a production method using a medium containing 10 μg / L to 70 μg / L of folic acid or a folic acid precursor. is there.

また、本発明の乳酸の製造方法は、前記の、葉酸又は葉酸前駆体を10μg/L以上70μg/L以下含む本発明の乳酸製造用培地を用いる製造方法である。   Moreover, the manufacturing method of the lactic acid of this invention is a manufacturing method using the culture medium for lactic acid manufacture of this invention which contains the above-mentioned folic acid or a folic acid precursor 10 microgram / L or more and 70 microgram / L or less.

本発明の乳酸の製造方法において用いる葉酸又は葉酸前駆体は、前記前記本発明の乳酸生産用培地において使用されるものと同様である。葉酸は、葉酸そのものであっても、葉酸を含有する天然物を用いても、葉酸の前駆体であってもよい。   The folic acid or folic acid precursor used in the lactic acid production method of the present invention is the same as that used in the lactic acid production medium of the present invention. Folic acid may be folic acid itself, a natural product containing folic acid, or a precursor of folic acid.

本発明の乳酸の製造方法は、葉酸又は葉酸前駆体を10μg/L以上70μg/L以下の濃度含む培地を用いる。前記本発明の乳酸生産用培地において使用されるものと同様に、好ましくは、葉酸又は葉酸前駆体の濃度を20μg/L〜60μg/L、より好ましくは30μg/L〜50μg/Lとする。   The method for producing lactic acid according to the present invention uses a medium containing folic acid or a folic acid precursor at a concentration of 10 μg / L to 70 μg / L. Similarly to the lactic acid production medium of the present invention, the concentration of folic acid or folic acid precursor is preferably 20 μg / L to 60 μg / L, more preferably 30 μg / L to 50 μg / L.

本発明の乳酸の製造方法において使用される微生物は、前記本発明の乳酸生産用培地において使用されるものと同様に、乳酸合成能力を有する微生物であって、乳酸脱水素酵素(乳酸合成素酵素)を有する微生物、乳酸脱水素酵素が導入された微生物等を用いることができる。微生物としては、前記と同様に、具体的には、酵母、大腸菌、コリネ型細菌などのバクテリア、糸状菌、放線菌、動物細胞および昆虫細胞などが挙げられ、これらのなかでも酵母が好ましい。   The microorganism used in the method for producing lactic acid of the present invention is a microorganism having a lactic acid synthesis ability similar to that used in the lactic acid production medium of the present invention, and is a lactic acid dehydrogenase (lactic acid synthase). ), Microorganisms into which lactate dehydrogenase has been introduced, and the like. Specific examples of the microorganism include bacteria such as yeast, Escherichia coli, and coryneform bacteria, filamentous fungi, actinomycetes, animal cells, and insect cells. Among these, yeast is preferable.

本発明の乳酸の製造方法に用いられる微生物として酵母を用いる場合には、乳酸脱水素酵素(Lactate dehydrogenase;乳酸合成酵素)をコードする遺伝子を遺伝子組み換え等の手法を用いて導入した酵母を用いることができるが、酵母が既に目的とする乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子を有している場合は、必ずしも該遺伝子を導入する必要はない。   When yeast is used as the microorganism used in the method for producing lactic acid of the present invention, a yeast into which a gene encoding lactate dehydrogenase (lactic acid synthase) has been introduced using a technique such as genetic recombination should be used. However, when yeast already has a gene encoding the desired lactate dehydrogenase, it is not always necessary to introduce the gene.

本発明の乳酸の製造方法で使用する酵母としては、乳酸脱水素酵素遺伝子を導入しうる酵母が好ましく、サッカロミセス(Saccharomyces)属、シゾサッカロミセス(Schizosaccharomyces)属又はクリベロミセス(Kluyveromyces)属に属する酵母が挙げられる。好ましくは、サッカロミセス・セレビセ(Saccharomyces cerevisiae)であって、具体的には、NBRC10505株、NBRC10506株が好ましい。   The yeast used in the method for producing lactic acid of the present invention is preferably a yeast into which a lactate dehydrogenase gene can be introduced, and yeast belonging to the genus Saccharomyces, Schizosaccharomyces, or Kluyveromyces is used. Can be mentioned. Saccharomyces cerevisiae is preferable, and specifically, NBRC10505 strain and NBRC10506 strain are preferable.

酵母に導入する乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子としては、前記本発明の乳酸生産用培地において使用されるものと同様に、乳酸菌などの原核生物もしくはカビなどの真核微生物由来のもの、ウシ、カエルもしくはヒトなどの哺乳類を含む高等真核生物由来の乳酸脱水素酵素遺伝子を挙げることができる。これらのうち、カエル由来の乳酸脱水素酵素遺伝子としては、アオガエル科(Rhacophoridae)、アカガエル科(Ranidae)、アマガエル科(Hylidae)、ジムグリガエル科(Microhylidae)、ヒキガエル科(Bufonidae)、クサガエル科(Hyperoliidae)、スキアシガエル科(Pelobatinae)、スズガエル科(Discoglossidae)、コモリガエル科(Pipidae)に属するldh遺伝子が挙げられ、これらの中でもコモリガエル科(Pipidae)に属するldh遺伝子を用いることが好ましい。コモリガエル科に属するカエルの中でも、入手が容易であるゼノプス・レービス(Xenopus laevis)由来の乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子、特にL−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子であることがさらに好ましい。具体的には、特に好ましい乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子としては、配列番号1に示す塩基配列を有するL−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子である。   As a gene encoding lactate dehydrogenase to be introduced into yeast, as in the lactic acid production medium of the present invention, a prokaryote such as lactic acid bacteria or a eukaryotic microorganism such as mold, bovine, Examples thereof include lactate dehydrogenase genes derived from higher eukaryotes including mammals such as frogs and humans. Among these, the frog-derived lactate dehydrogenase genes include Rhocophoridae, Ranadae, Hyridae, Microhydridae, Bufondae, and Hydraid H ), Ldh genes belonging to the family Pelobatinae, Discogrossidae, and Pipidae, among which the ldh gene belonging to Pipidae is preferably used. Among the frogs belonging to the frog family, it is more preferable to use a gene encoding lactate dehydrogenase derived from Xenopus laevis, which is easily available, particularly a gene encoding L-lactate dehydrogenase. Specifically, a particularly preferable gene encoding lactate dehydrogenase is a gene encoding L-lactate dehydrogenase having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1.

酵母への乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子の導入は、該遺伝子を遺伝子組み換え等の手法を用いて行うことができる。乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子(ldh遺伝子)を酵母に導入する方法としては、例えば、ldh遺伝子をクローニングし、クローニングした該遺伝子を組み込んだ発現ベクターを酵母に形質転換する方法、クローニングした該遺伝子を染色体上の目的箇所に相同組換えで挿入する方法等が挙げられるが、これらに限られるものではない。   Introduction of a gene encoding lactate dehydrogenase into yeast can be performed using a technique such as gene recombination. Examples of a method for introducing a gene (ldh gene) encoding lactate dehydrogenase into yeast include, for example, a method of cloning the ldh gene, transforming an expression vector incorporating the cloned gene into yeast, and the cloned gene However, the method is not limited to these.

本発明で使用するldh遺伝子をクローニングする方法としては特に制限はなく、既知の手法を用いることができる。例えば、既知の遺伝子情報に基づき、PCR(Polymerase Chain Reaction)法を用いて必要な遺伝領域を増幅取得する方法や、ゲノムライブラリーやcDNAライブラリーより相同性や酵素活性を指標としてクローニングする方法などが挙げられる。また、既知のタンパク質情報に基づき化学合成的又は遺伝子工学的に合成する方法も可能である。   The method for cloning the ldh gene used in the present invention is not particularly limited, and a known technique can be used. For example, based on known gene information, a method for amplifying and obtaining a necessary genetic region using PCR (Polymerase Chain Reaction) method, a method for cloning from a genomic library or cDNA library using homology or enzyme activity as an index, etc. Is mentioned. A method of chemical synthesis or genetic engineering based on known protein information is also possible.

クローニングしたldh遺伝子を組み込む発現ベクターとしては、酵母で汎用的に利用される発現ベクターを用いることができる。酵母で汎用的に利用される発現ベクターとしては、酵母細胞内での自立的複製に必要な配列、大腸菌細胞内での自立的複製に必要な配列、酵母選択マーカー及び大腸菌選択マーカーを有しており、また、組み込んだldh遺伝子を発現させるために、その発現を調節するオペレーター、プロモーター、ターミネーター又はエンハンサー等のいわゆる調節配列をも有していることが望ましい。   As an expression vector for incorporating the cloned ldh gene, an expression vector generally used in yeast can be used. The expression vector that is widely used in yeast has a sequence necessary for autonomous replication in yeast cells, a sequence necessary for autonomous replication in E. coli cells, a yeast selection marker, and an E. coli selection marker. In addition, in order to express the incorporated ldh gene, it is desirable to have a so-called regulatory sequence such as an operator, promoter, terminator or enhancer that regulates the expression.

ここで、酵母細胞内での自立的複製に必要な配列とは、例えば、酵母の自立複製開始点(ARS1)とセントロメア配列の対もしくは酵母の2μmプラスミドの複製開始点であり、大腸菌内での自立的複製に必要な配列とは、例えば、大腸菌のColE1複製開始点である。また、酵母選択マーカーとしては、URA3又はTRP1等の栄養要求性相補的遺伝子もしくはG418耐性遺伝子又はネオマイシン耐性遺伝子等の薬剤耐性遺伝子が挙げられ、大腸菌の選択マーカーとしては、アンピシリン耐性遺伝子又はカナマイシン耐性遺伝子等の抗生物質耐性遺伝子が挙げられる。調節配列としては、GAPDH(グリセルアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼ)プロモーター、ADH(アルコールデヒドロゲナーゼ)プロモーター、GAPDHターミネーターが挙げられる。しかしながら、発現ベクターはこれらに限定されるものではない。   Here, the sequence necessary for autonomous replication in yeast cells is, for example, a yeast autonomous replication origin (ARS1) and a centromere sequence pair or the replication origin of a yeast 2 μm plasmid. The sequence necessary for autonomous replication is, for example, the ColE1 replication origin of Escherichia coli. Examples of yeast selection markers include auxotrophic complementary genes such as URA3 or TRP1, or drug resistance genes such as G418 resistance gene or neomycin resistance gene. Examples of selection markers for Escherichia coli include ampicillin resistance gene or kanamycin resistance gene. And antibiotic resistance genes such as Examples of regulatory sequences include GAPDH (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) promoter, ADH (alcohol dehydrogenase) promoter, and GAPDH terminator. However, the expression vector is not limited to these.

上記L−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子は、発現ベクターの該遺伝子を発現可能にするプロモーターの下流に導入することが好ましい。得られたldh遺伝子発現ベクターを、後述する方法により酵母に形質転換することにより、ldh遺伝子を酵母に導入することができる。   The gene encoding the L-lactate dehydrogenase is preferably introduced downstream of a promoter that enables expression of the gene in an expression vector. The ldh gene can be introduced into yeast by transforming the obtained ldh gene expression vector into yeast by the method described later.

また、L−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子は、染色体上のピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子(pdc1遺伝子)のプロモーターの下流に発現可能な状態で導入することが好ましい。ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子をプロモーターの下流に相同組み換えで挿入する方法としては、ldh遺伝子の上流及び下流に、導入目的箇所に相同的な部分を付加するようにデザインしたプライマーを用いてPCRを行い、得られたPCR断片を後述する方法により酵母に形質転換する方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。また、形質転換株の選択を容易にするために、上記PCR断片には酵母選択マーカーが含まれることが好ましい。   The gene encoding L-lactate dehydrogenase is preferably introduced in a state that can be expressed downstream of the promoter of pyruvate decarboxylase 1 gene (pdc1 gene) on the chromosome. As a method of inserting the pyruvate decarboxylase 1 gene into the downstream of the promoter by homologous recombination, PCR is performed using primers designed to add a homologous portion to the target site upstream and downstream of the ldh gene. A method of transforming the obtained PCR fragment into yeast by the method described later is not limited thereto. In order to facilitate selection of transformants, the PCR fragment preferably contains a yeast selection marker.

ここで用いるPCR断片を調整する方法は、例えば、下記(1)〜(3)のステップ1〜3の工程により行うことができる。その概略を図1に示す。   The method of adjusting the PCR fragment used here can be performed, for example, by the steps 1 to 3 of the following (1) to (3). The outline is shown in FIG.

(1)ステップ1:ldh遺伝子の下流にターミネーターがつながったプラスミドを鋳型とし、プライマー1,2をセットとしてldh遺伝子及びターミネーターを含む断片をPCRで増幅する。プライマー1は、導入目的箇所の上流側に相同的な配列40bp以上を付加するようデザインし、プライマー2は、ターミネーターより下流のプラスミド由来の配列をもとにデザインする。好ましくは、プライマー1に付加する導入目的箇所の上流側に相同的な配列は、ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子(pdc1遺伝子)の上流に相同的な配列である。   (1) Step 1: A plasmid containing a terminator connected to the downstream of the ldh gene is used as a template, and a fragment containing the ldh gene and the terminator is amplified by PCR using primers 1 and 2 as a set. Primer 1 is designed so as to add a homologous sequence of 40 bp or more upstream of the target introduction site, and primer 2 is designed based on a sequence derived from a plasmid downstream from the terminator. Preferably, the sequence homologous to the upstream side of the introduction target site added to the primer 1 is a sequence homologous upstream of the pyruvate decarboxylase 1 gene (pdc1 gene).

(2)ステップ2:酵母選択マーカーを持つプラスミド、例えばpRS424、pRS426等を鋳型として、プライマー3,4をセットとして酵母選択マーカーを含む断片をPCRで増幅する。プライマー3は、ステップ1のPCR断片のターミネーターより下流の配列と相同性のある配列が30bp以上を付加するようにデザインし、プライマー4には、導入目的箇所の下流側に相同的な配列40bp以上を付加するようデザインする。好ましくは、プライマー4に付加する導入目的箇所の下流側に相同的な配列は、pdc1遺伝子の下流に相同的な配列である。   (2) Step 2: A fragment containing a yeast selection marker is amplified by PCR using a plasmid having a yeast selection marker, for example, pRS424, pRS426, etc. as a template and primers 3 and 4 as a set. Primer 3 is designed so that a sequence homologous to the sequence downstream from the terminator of the PCR fragment in Step 1 adds 30 bp or more, and primer 4 has a sequence of 40 bp or more homologous downstream of the target site of introduction. Design to add. Preferably, the sequence homologous to the downstream side of the target site to be added to the primer 4 is a sequence homologous downstream of the pdc1 gene.

(3)ステップ3:ステップ1,2で得られたPCR断片を混合したものを鋳型とし、プライマー1,4をセットとしてPCRを行うことにより、両末端に導入目的箇所の上流側及び下流側に相同的な配列が付加された、ldh遺伝子、ターミネーター及び酵母選択マーカーを含むPCR断片が得られる。好ましくは、前記PCR断片は、両末端にpdc1遺伝子の上流及び下流に相同的な配列が付加された、ldh遺伝子、ターミネーター及びマーカー遺伝子を含むPCR断片である。   (3) Step 3: PCR is carried out using the mixture of the PCR fragments obtained in Steps 1 and 2 as a template and Primers 1 and 4 as a set, so that both ends are upstream and downstream of the introduction target site. A PCR fragment containing the ldh gene, terminator, and yeast selectable marker with homologous sequences added is obtained. Preferably, the PCR fragment is a PCR fragment containing an ldh gene, a terminator, and a marker gene with homologous sequences added upstream and downstream of the pdc1 gene at both ends.

上記で得られたldh遺伝子発現ベクターまたはPCR断片を酵母に導入するには、形質転換、形質導入、トランスフェクション、コトランスフェクションまたはエレクトロポレーション等の方法を用いることができる。具体的には、例えば、酢酸リチウムを用いる方法やプロトプラスト法等がある。   In order to introduce the ldh gene expression vector or PCR fragment obtained above into yeast, methods such as transformation, transduction, transfection, co-transfection or electroporation can be used. Specific examples include a method using lithium acetate and a protoplast method.

得られた形質転換株の培養方法としては、例えば、「M.D. Rose et al.,"Methods In Yeast Genetics", Cold Spring Harbor Laboratory Press (1990)」等に記載されている既知の方法を用いることができる。ldh遺伝子発現ベクター又はPCR断片が導入された酵母は、発現ベクター又はPCR断片が有する酵母選択マーカーによって、栄養非添加培地又は薬剤添加培地で培養することにより選択することができる。   As a method for culturing the obtained transformant, for example, a known method described in “MD Rose et al.,“ Methods In Yeast Genetics ”, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1990)” may be used. it can. Yeast into which the ldh gene expression vector or PCR fragment has been introduced can be selected by culturing in a nutrient-free medium or a drug-added medium according to the yeast selection marker possessed by the expression vector or PCR fragment.

本発明のldh遺伝子が導入された酵母を培養することにより、培地中に乳酸を製造することができる。   By culturing the yeast introduced with the ldh gene of the present invention, lactic acid can be produced in the medium.

導入する発現ベクターを酵母内に保持させるのであれば、選択マーカーによる選択圧をかけた培地を用いることが好ましい。培地としては、例えば、ベクターの持つ選択マーカーに符号するアミノ酸を除去した合成培地などが挙げられる。特に好ましい培地は、炭素源としてグルコースを1〜10%、窒素源としてYeast Nitrogen Base without amino acid(DIFCO社製)を0.67%含有し、適切なアミノ酸を添加した合成培地である。   If the expression vector to be introduced is to be retained in yeast, it is preferable to use a medium to which a selective pressure is applied by a selection marker. Examples of the medium include a synthetic medium in which an amino acid encoded by a selection marker possessed by a vector is removed. A particularly preferable medium is a synthetic medium containing 1 to 10% of glucose as a carbon source and 0.67% of Yeast Nitrogen Base without amino acid (manufactured by DIFCO) as a nitrogen source and supplemented with an appropriate amino acid.

本発明の乳酸の製造方法において、微生物の培養は、振とう培養もしくは撹拌培養などで行うことができる。さらに、培養形態として、回分培養、半回分培養、連続培養などで行うことができる。酸素供給条件は特に限定されるものではないが、好気的条件下あるいは微好気条件下で行うことができる。培養温度は摂氏25〜35度がよく、培養時間は、通常24時間〜5日間である。培養中の培養液のpHは2.5〜5.0に保持することが望ましく、このpHの調整は、アルカリ溶液、アンモニア、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム等を用いて行うことができる。   In the method for producing lactic acid according to the present invention, microorganisms can be cultured by shaking culture or stirring culture. Furthermore, as a culture form, batch culture, semi-batch culture, continuous culture and the like can be performed. The oxygen supply conditions are not particularly limited, but can be performed under aerobic conditions or microaerobic conditions. The culture temperature is preferably 25 to 35 degrees Celsius, and the culture time is usually 24 hours to 5 days. It is desirable to maintain the pH of the culture medium during culture at 2.5 to 5.0, and this pH can be adjusted using an alkaline solution, ammonia, calcium carbonate, calcium hydroxide, or the like.

本発明の乳酸の製造方法において、葉酸の培地への添加は、培養前でも培養開始後でもよく、また葉酸の添加回数は1回でも2回以上であってもよい。また、上記炭素源、窒素源、無機塩類、栄養素等の各成分は、培養開始時に一括して添加してもよいし、培養中分割してあるいは連続的に添加することもできる。また、消泡剤も必要に応じて使用してもよい。   In the method for producing lactic acid of the present invention, folic acid may be added to the medium before or after the start of culture, and the number of additions of folic acid may be once or twice or more. In addition, each component such as the carbon source, nitrogen source, inorganic salts, and nutrients may be added all at once at the start of the culture, or may be added in portions during the culture or continuously. Moreover, you may use an antifoamer as needed.

乳酸の製造に際しては、まず、本発明の酵母を前培養し、前培養液を新しい培地に移して本培養することにより、培養液中に乳酸を製造することができる。培養温度は、菌株の増殖が実質的に阻害されず乳酸を生産し得る範囲であれば特に制限されるものでないが、好ましくは摂氏20〜40度の範囲の温度であり、より好ましくは摂氏25〜37度の範囲の温度であり、さらに好ましくは摂氏30〜34度である。培養には、静置、撹拌または振とうのいずれの方法も採用し得る。   In the production of lactic acid, first, the yeast of the present invention is pre-cultured, and the pre-culture solution is transferred to a new medium to perform main culture, whereby lactic acid can be produced in the culture solution. The culture temperature is not particularly limited as long as the growth of the strain is not substantially inhibited and lactic acid can be produced, but is preferably a temperature in the range of 20 to 40 degrees Celsius, more preferably 25 degrees Celsius. The temperature is in the range of -37 degrees, more preferably 30-34 degrees Celsius. Any method of standing, stirring or shaking can be employed for the culture.

上記のような条件で培養することにより、培地中に1〜20%の乳酸を得ることができる。得られた乳酸の測定法に特に制限はないが、例えば、HPLCを用いる方法や、F-キット(ロシュ社製)を用いる方法などがある。   By culturing under the above conditions, 1-20% lactic acid can be obtained in the medium. The method for measuring the obtained lactic acid is not particularly limited, and examples include a method using HPLC and a method using F-kit (Roche).

本発明において、乳酸脱水素酵素活性とは、ピルビン酸とNADHを乳酸とNAD+に変換する活性を示す。また限定されるわけではないが、乳酸脱水素酵素活性は比活性を指標として比較できる。すなわち、ldh遺伝子導入方法及び遺伝的バックグラウンドが同じ酵母を同条件で培養し、培養菌体から抽出したタンパク質を用いてNADHの減少に伴う340nmにおける吸光度の変化を測定する。その際に、室温において1分間当たりに1μmolのNADHを減少させる酵素量を1単位(Unit)と定義する事により、乳酸脱水素酵素の比活性は式(1)であらわせる。ここで、Δ340は1分間あたりの340nmの吸光度の減少量、6.22はNADHのミリモル分子吸光係数である。   In the present invention, lactate dehydrogenase activity indicates the activity of converting pyruvate and NADH into lactic acid and NAD +. Although not limited, lactate dehydrogenase activity can be compared using specific activity as an index. That is, yeast having the same ldh gene introduction method and the same genetic background is cultured under the same conditions, and the change in absorbance at 340 nm due to the decrease in NADH is measured using a protein extracted from the cultured cells. At that time, the specific activity of lactate dehydrogenase is expressed by the formula (1) by defining the amount of enzyme that decreases 1 μmol of NADH per minute at room temperature as 1 unit (Unit). Here, Δ340 is the decrease in absorbance at 340 nm per minute, and 6.22 is the mmol molecular extinction coefficient of NADH.

Figure 2008301766
Figure 2008301766

得られた培養液中の乳酸は、従来から知られている方法によって、精製することができる。例えば、微生物を遠心分離した発酵液をpH1以下にしてからジエチルエーテルや酢酸エチル等で抽出する方法、イオン交換樹脂に吸着、洗浄した後、溶出する方法、酸触媒の存在下でアルコールと反応させてエステルとしてから蒸留する方法、カルシウム塩やリチウム塩として晶析する方法などがある。   Lactic acid in the obtained culture broth can be purified by a conventionally known method. For example, a method in which a fermentation broth obtained by centrifuging microorganisms is adjusted to pH 1 or less and then extracted with diethyl ether, ethyl acetate or the like, a method in which it is adsorbed and washed on an ion exchange resin, and then eluted, or reacted with alcohol in the presence of an acid catalyst. Then, there are a method of distilling as an ester and a method of crystallization as a calcium salt or a lithium salt.

また培地中の葉酸濃度は、例えば以下に示す条件でHPLCにより測定できる。   Further, the folic acid concentration in the medium can be measured by HPLC under the following conditions, for example.

カラム:TSK-GEL ODS−80TM 4.6×250mm
移動相:A=0.3%リン酸水溶液、B=アセトニトリル
検出方法:電気伝導度
温度:50℃
Column: TSK-GEL ODS-80TM 4.6 × 250mm
Mobile phase: A = 0.3% phosphoric acid aqueous solution, B = acetonitrile Detection method: electrical conductivity Temperature: 50 ° C

以下、上記ldhとしてカエル由来のL−ldh遺伝子、酵母としてサッカロミセス・セレビセ(Saccharomyces cerevisiae)を選定して具体的な実施形態を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the L-ldh gene derived from a frog is selected as the ldh and Saccharomyces cerevisiae is selected as the yeast to show specific embodiments, and the present invention will be described in more detail. The technical scope of the present invention Is not limited to the following examples.

(参考例1: 乳酸合成能力を持つ酵母の造成)
ldh遺伝子として、配列番号1に示す塩基配列を有するゼノプス・レービス(Xenopus laevis)由来のldh遺伝子を使用した。ldh遺伝子のクローニングはPCR法により行った。PCRには、ゼノプス・レービスの腎臓由来cDNAライブラリー(STRATAGENE社製)より付属のプロトコールに従い調製したファージミドDNAを鋳型とした。
(Reference Example 1: Construction of yeast having lactic acid synthesis ability)
The ldh gene derived from Xenopus laevis having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 was used as the ldh gene. The ldh gene was cloned by the PCR method. For PCR, phagemid DNA prepared from a Xenopus laevis kidney-derived cDNA library (manufactured by STRATAGENE) according to the attached protocol was used as a template.

PCR増幅反応には、KOD-Plus polymerase(東洋紡社製)を用い、反応バッファー、dNTPmixなどは付属のものを使用した。上記のように付属のプロトコールに従い調整したファージミドDNAを50ng/サンプル、プライマーを50pmol/サンプル、及びKOD-Plus polymeraseを1ユニット/サンプルになるように50μlの反応系に調製した。反応溶液をPCR増幅装置iCycler(BIO−RAD社製)により94℃の温度で5分熱変成させた後、94℃(熱変成):30秒、55℃(プライマーのアニール):30秒、68℃(相補鎖の伸張):1分を1サイクルとして30サイクル行い、その後4℃の温度に冷却した。なお、遺伝子増幅用プライマー(配列番号2,3)は、5末端側にはSalI認識配列、3末端側にはNotI認識配列がそれぞれ付加されるようにして作製した。   For the PCR amplification reaction, KOD-Plus polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was used, and the attached reaction buffer, dNTPmix, etc. were used. A 50 μl reaction system was prepared so that the phagemid DNA prepared as described above was 50 ng / sample, the primer was 50 pmol / sample, and the KOD-Plus polymerase was 1 unit / sample. The reaction solution was thermally denatured at 94 ° C. for 5 minutes with a PCR amplification apparatus iCycler (manufactured by BIO-RAD), then 94 ° C. (thermal denature): 30 seconds, 55 ° C. (primer annealing): 30 seconds, 68 C. (Complementary strand extension): One cycle was performed for 30 cycles, and then cooled to a temperature of 4.degree. The gene amplification primers (SEQ ID NOs: 2 and 3) were prepared such that a SalI recognition sequence was added to the 5 terminal side and a NotI recognition sequence was added to the 3 terminal side.

PCR増幅断片を精製し、末端をT4 polynucleotide Kinase(タカラバイオ社製)によりリン酸化後、pUC118ベクター(制限酵素HincIIで切断し、切断面を脱リン酸化処理したもの)にライゲーションした。ライゲーションは、DNA Ligation Kit Ver.2(タカラバイオ社製)を用いて行った。ライゲーション溶液を大腸菌DH5αのコンピテント細胞(タカラバイオ社製)に形質転換し、抗生物質アンピシリンを50μg/mLを含むLBプレートに蒔いて一晩培養した。生育したコロニーについて、ミニプレップでプラスミドDNAを回収し、制限酵素SalI及びNotIで切断し、ldh遺伝子が挿入されているプラスミドを選抜した。これら一連の操作は、全て付属のプロトコールに従い行った。   The PCR amplified fragment was purified, the end was phosphorylated with T4 polynucleotide Kinase (manufactured by Takara Bio Inc.), and then ligated to the pUC118 vector (cut with the restriction enzyme HincII and the cut surface was dephosphorylated). Ligation was performed using DNA Ligation Kit Ver.2 (Takara Bio Inc.). The ligation solution was transformed into competent cells of Escherichia coli DH5α (manufactured by Takara Bio Inc.) and plated on an LB plate containing 50 μg / mL of the antibiotic ampicillin and cultured overnight. For the grown colonies, plasmid DNA was collected with a miniprep, cut with restriction enzymes SalI and NotI, and a plasmid into which the ldh gene was inserted was selected. All of these series of operations were performed according to the attached protocol.

上記ldh遺伝子が挿入されたpUC118ベクターを制限酵素SalI及びNotIで切断し、DNA断片を1%アガロースゲル電気泳動により分離、定法に従いldh遺伝子を含む断片を精製した。得られたldh遺伝子を含む断片を、図2に示す発現ベクターpTRS11のXhoI/NotI切断部位にライゲーションし、上記と同様な方法でプラスミドDNAを回収し、制限酵素XhoI及びNotIで切断することにより、ldh遺伝子が挿入された発現ベクターを選抜した。以後、このようにして作成したldh遺伝子を組み込んだ発現ベクターをpTRS102とする。   The pUC118 vector in which the ldh gene was inserted was cleaved with restriction enzymes SalI and NotI, the DNA fragments were separated by 1% agarose gel electrophoresis, and the fragment containing the ldh gene was purified according to a conventional method. The fragment containing the obtained ldh gene was ligated to the XhoI / NotI cleavage site of the expression vector pTRS11 shown in FIG. 2, the plasmid DNA was recovered by the same method as above, and cleaved with restriction enzymes XhoI and NotI. An expression vector into which the ldh gene was inserted was selected. Hereinafter, an expression vector incorporating the ldh gene prepared in this manner is referred to as pTRS102.

得られた発現ベクターpTS102を増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド(配列番号4,5)をプライマーセットとしたPCRにより、ldh遺伝子及びGAPDHターミネーター配列を含む1.3kbのDNA断片を増幅した(図1のステップ1に相当)。ここで配列番号4は、pdc1遺伝子の上流65bpに相同性のある配列が付加されるようデザインした。   A 1.3 kb DNA fragment containing the ldh gene and the GAPDH terminator sequence was amplified by PCR using the obtained expression vector pTS102 as an amplification template and oligonucleotides (SEQ ID NOs: 4 and 5) as primer sets (step of FIG. 1). 1). Here, SEQ ID NO: 4 was designed to add a sequence having homology to 65 bp upstream of the pdc1 gene.

次に、プラスミド酵母選択用マーカーを持つプラスミドpRS424を増幅鋳型として、オリゴヌクレオチド(配列番号6,7)をプライマーセットとしたPCRにより、酵母選択マーカーであるTRP1遺伝子を含む1.2kbのDNA断片を増幅した。ここで、配列番号7は、pdc1遺伝子の下流65bpに相同性のある配列が付加されるようデザインした。   Next, a 1.2 kb DNA fragment containing the TRP1 gene as a yeast selection marker was obtained by PCR using plasmid pRS424 having a plasmid yeast selection marker as an amplification template and oligonucleotides (SEQ ID NOs: 6 and 7) as primer sets. Amplified. Here, SEQ ID NO: 7 was designed so that a sequence having homology was added to 65 bp downstream of the pdc1 gene.

それぞれのDNA断片を1.5%アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製した。ここで得られた各1.3kb断片、1.2kb断片を混合したものを増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド(配列番号:4,7)をプライマーセットとしたPCR法によって、ldh遺伝子、GAPDHターミネーター及びTRP1遺伝子が連結された約2.5kbのDNA断片を増幅した。   Each DNA fragment was separated by 1.5% agarose gel electrophoresis and purified according to a conventional method. A mixture of each 1.3 kb fragment and 1.2 kb fragment obtained here was used as an amplification template, and a PCR method using oligonucleotides (SEQ ID NOs: 4 and 7) as primer sets was used for ldh gene, GAPDH terminator and TRP1. A DNA fragment of about 2.5 kb to which the gene was linked was amplified.

上記のDNA断片を1.5%アガロースゲル電気泳動により分離、常法に従い精製後、酵母サッカロミセス・セレビセNBRC10505株に形質転換し、トリプトファン非添加培地で培養することにより、ldh遺伝子が染色体上のpdc1遺伝子プロモーターの下流に導入されている形質転換株を選択した。   The above DNA fragment is separated by 1.5% agarose gel electrophoresis, purified according to a conventional method, transformed into yeast Saccharomyces cerevisiae NBRC10505, and cultured in a medium without tryptophan, whereby the ldh gene is transformed into pdc1 on the chromosome. A transformant introduced downstream of the gene promoter was selected.

上記のようにして得られた形質転換株が、ldh遺伝子が染色体上のpdc1遺伝子プロモーターの下流に導入されている酵母であることの確認は下記のように行った。まず、形質転換株のゲノムDNAをゲノムDNA抽出キットGenとるくん(タカラバイオ社製)により調製し、これを増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド(配列番号7,8)をプライマーセットとしたPCRにより、約2.8kbの増幅DNA断片が得られることで確認した。なお、非形質転換株では、上記PCRによって約2.1kbの増幅DNA断片が得られる。以下、上記ldh遺伝子が染色体上のpdc1遺伝子プロモーターの下流に導入された形質転換株を、B2株とする。   Confirmation that the transformant obtained as described above was a yeast in which the ldh gene was introduced downstream of the pdc1 gene promoter on the chromosome was performed as follows. First, the genomic DNA of the transformant was prepared using a genomic DNA extraction kit Gen Toru-kun (manufactured by Takara Bio Inc.), and this was used as an amplification template, and by PCR using oligonucleotides (SEQ ID NOs: 7 and 8) as primer sets, This was confirmed by obtaining an amplified DNA fragment of 2.8 kb. For non-transformed strains, an amplified DNA fragment of about 2.1 kb can be obtained by the PCR. Hereinafter, the transformed strain in which the ldh gene is introduced downstream of the pdc1 gene promoter on the chromosome is referred to as B2 strain.

(比較例1:葉酸を添加しないMMF3培地を用いたL−乳酸生産性テスト)
表1に示した最小合成培地(以下、MMF3と略す)10mLを試験管に取り、そこに参考例1において作成した少量のB2株を植菌し、30℃で一晩培養した(前々培養)。次に、MMF3培地100mLを500ml容三角フラスコにいれ、各前々培養液をそれぞれ全量植菌し、30℃で24時間振とう培養した(前培養)。続いて、MMF3培地を1L投入したミニジャーファメンター(丸菱バイオエンジ社製、容量5L)に、前培養開始から24時間後の前培養液をそれぞれ全量植菌した。培養は攪拌速度(120rpm)、通気量(0.1L/min)、温度(30℃)、pH(pH5)を一定にして行った(本培養)。本培養開始後10時間毎の培養液を遠心分離し、得られた上清を膜濾過した後、下記に示す条件でHPLCによりL−乳酸の生産量を測定した。測定結果から算出したL−乳酸の生産量を図3に、乳酸生産収率(対糖収率:培地中に投入した炭素源あたりの乳酸生産量)を表3に示した。
(Comparative Example 1: L-lactic acid productivity test using MMF3 medium without addition of folic acid)
Take 10 mL of the minimum synthetic medium (hereinafter abbreviated as MMF3) shown in Table 1 in a test tube, inoculate a small amount of the B2 strain prepared in Reference Example 1, and culture overnight at 30 ° C. (pre-culture) ). Next, 100 ml of MMF3 medium was placed in a 500 ml Erlenmeyer flask, and each pre-culture solution was inoculated in its entirety and cultured with shaking at 30 ° C. for 24 hours (pre-culture). Subsequently, a pre-culture solution 24 hours after the start of the preculture was inoculated in a total amount in a mini jar fermenter (manufactured by Maruhishi Bioengine, 5 L) charged with 1 L of MMF3 medium. The culture was carried out at a constant stirring speed (120 rpm), aeration volume (0.1 L / min), temperature (30 ° C.) and pH (pH 5) (main culture). The culture solution was centrifuged every 10 hours after the start of the main culture, the obtained supernatant was subjected to membrane filtration, and the production amount of L-lactic acid was measured by HPLC under the following conditions. The L-lactic acid production amount calculated from the measurement results is shown in FIG. 3, and the lactic acid production yield (sugar yield: lactic acid production amount per carbon source introduced into the medium) is shown in Table 3.

カラム:Shim−Pack SPR−H(島津社製)
移動相:5mM p−トルエンスルホン酸(流速0.8mL/min)
反応液:5mM p−トルエンスルホン酸、20mM ビストリス、0.1mM EDTA・2Na(流速0.8mL/min)
検出方法:電気伝導度
温度:45℃。
Column: Shim-Pack SPR-H (manufactured by Shimadzu Corporation)
Mobile phase: 5 mM p-toluenesulfonic acid (flow rate 0.8 mL / min)
Reaction solution: 5 mM p-toluenesulfonic acid, 20 mM Bistris, 0.1 mM EDTA · 2Na (flow rate 0.8 mL / min)
Detection method: electrical conductivity Temperature: 45 ° C.

(実施例1:葉酸を添加したMMF3培地を用いたL−乳酸生産性テスト1)
比較例1と同様に前培養液まで調製し、葉酸10μgとMMF3培地を1L投入したミニジャーファメンター(丸菱バイオエンジ社製、容量5L)に、前培養液全量を植菌した。その後、比較例1と同様の方法で培養し、乳酸を測定した。測定結果から算出したL−乳酸の生産量を図3に、乳酸生産収率(対糖収率)を表3に示した。
(Example 1: L-lactic acid productivity test 1 using MMF3 medium supplemented with folic acid)
A pre-culture solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, and the entire amount of the pre-culture solution was inoculated into a mini jar fermenter (manufactured by Maruhishi Bio-Engineering Co., Ltd., volume 5 L) charged with 10 L of folic acid and 1 L of MMF3 medium. Then, it culture | cultivated by the method similar to the comparative example 1, and measured lactic acid. The production amount of L-lactic acid calculated from the measurement results is shown in FIG. 3, and the lactic acid production yield (sugar yield) is shown in Table 3.

(実施例2:葉酸を添加したMMF3培地を用いたL−乳酸生産性テスト2)
比較例1と同様に前培養液まで調製し、葉酸30μgとMMF3培地を1L投入したミニジャーファメンター(丸菱バイオエンジ社製、容量5L)に、前培養液全量を植菌した。その後、比較例1と同様の方法で培養し、乳酸を測定した。測定結果から算出したL−乳酸の生産量を図3に、乳酸生産収率(対糖収率)を表3に示した。
(Example 2: L-lactic acid productivity test 2 using MMF3 medium supplemented with folic acid)
A pre-culture solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, and the whole pre-culture solution was inoculated into a mini jar fermenter (manufactured by Maruhishi Bioengineering Co., Ltd., volume 5 L) charged with 30 μg of folic acid and 1 L of MMF3 medium. Then, it culture | cultivated by the method similar to the comparative example 1, and measured lactic acid. The production amount of L-lactic acid calculated from the measurement results is shown in FIG. 3, and the lactic acid production yield (sugar yield) is shown in Table 3.

(実施例3:葉酸を添加したMMF3培地を用いたL−乳酸生産性テスト3)
比較例1と同様に前培養液まで調製し、葉酸40μgとMMF3培地を1L投入したミニジャーファメンター(丸菱バイオエンジ社製、容量5L)に、前培養液全量を植菌した。その後、比較例1と同様の方法で培養し、乳酸を測定した。測定結果から算出したL−乳酸の生産量を図3に、乳酸生産収率(対糖収率)を表3に示した。
(Example 3: L-lactic acid productivity test 3 using MMF3 medium supplemented with folic acid)
A pre-culture solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, and the whole amount of the pre-culture solution was inoculated into a mini jar fermenter (manufactured by Maruhishi Bio-Engineering Co., Ltd., volume 5 L) charged with 40 L of folic acid and 1 L of MMF3 medium. Then, it culture | cultivated by the method similar to the comparative example 1, and measured lactic acid. The production amount of L-lactic acid calculated from the measurement results is shown in FIG.

(実施例4:葉酸を添加したMMF3培地を用いたL−乳酸生産性テスト4)
比較例1と同様に前培養液まで調製し、葉酸50μgとMMF3培地を1L投入したミニジャーファメンター(丸菱バイオエンジ社製、容量5L)に、前培養液全量を植菌した。その後、比較例1と同様の方法で培養し、乳酸を測定した。測定結果から算出したL−乳酸の生産量を図3に、乳酸生産収率(対糖収率)を表3に示した。
(Example 4: L-lactic acid productivity test 4 using MMF3 medium supplemented with folic acid)
A pre-culture solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, and the whole amount of the pre-culture solution was inoculated into a mini jar fermenter (manufactured by Maruhishi Bio-Engineering Co., Ltd., volume 5 L) charged with 50 L of folic acid and 1 L of MMF3 medium. Then, it culture | cultivated by the method similar to the comparative example 1, and measured lactic acid. The production amount of L-lactic acid calculated from the measurement results is shown in FIG. 3, and the lactic acid production yield (sugar yield) is shown in Table 3.

Figure 2008301766
Figure 2008301766

比較例1、実施例1〜4の結果、葉酸非添加条件下(比較例1)では乳酸の生産収率が40.2%であるのに対し、葉酸を添加条件下(実施例1〜4)では乳酸の生産収率(対糖収率)が向上した。特に、葉酸30μg/L添加条件下(実施例3)では、乳酸の生産収率は57.3%まで向上した。葉酸の添加が乳酸の生産収率向上に効果的であった。   As a result of Comparative Example 1 and Examples 1 to 4, the production yield of lactic acid was 40.2% under the conditions where folic acid was not added (Comparative Example 1), whereas folic acid was added (Examples 1 to 4). ) Improved the production yield of lactic acid (yield to sugar). In particular, the production yield of lactic acid was improved to 57.3% under the condition of adding 30 μg / L of folic acid (Example 3). Addition of folic acid was effective in improving the production yield of lactic acid.

(比較例2:葉酸を添加しないCMF4培地を用いたL−乳酸生産性テスト)
参考例1において作製したB2株を用いて、次のように、葉酸を添加した培地を用いた乳酸発酵試験を行った。
(Comparative Example 2: L-lactic acid productivity test using CMF4 medium without folic acid added)
Using the B2 strain prepared in Reference Example 1, a lactic acid fermentation test using a medium to which folic acid was added was performed as follows.

表2に示した組成の培地(以下、CMF4培地と略す)10mLを試験管に取り、そこに少量のB2株を植菌し、30℃で一晩培養した(前々培養)。次に、CMF4培地100mLを500ml容三角フラスコにいれ、各前々培養液をそれぞれ全量植菌し、30℃で24時間振とう培養した(前培養)。続いて、CMF4培地を1L投入したミニジャーファメンター(丸菱バイオエンジ社製、容量5L)に、前培養開始から24時間後の前培養液をそれぞれ全量植菌し、攪拌速度(120rpm)、通気量(0.1L/min)、温度(30℃)、pH(pH5)を一定にして培養を行った(本培養)。本培養開始後10時間毎の培養液を遠心分離し、得られた上清を膜濾過した後、比較例1と同様の方法でHPLCによりL−乳酸量を測定した。測定結果から算出したL−乳酸の生産量を図4に、乳酸生産収率(対糖収率)を表4に示した。   10 mL of a medium having the composition shown in Table 2 (hereinafter abbreviated as CMF4 medium) was placed in a test tube, a small amount of B2 strain was inoculated therein, and cultured overnight at 30 ° C. (pre-culture). Next, 100 mL of CMF4 medium was placed in a 500 mL Erlenmeyer flask, and each pre-culture solution was inoculated in its entirety and cultured with shaking at 30 ° C. for 24 hours (pre-culture). Subsequently, a pre-culture solution 24 hours after the start of pre-culture was inoculated in a mini jar fermenter (manufactured by Maruhishi Bio-Engineering Co., Ltd., volume 5 L) into which 1 L of CMF4 medium was added, and the stirring speed (120 rpm), Cultivation was performed with the aeration rate (0.1 L / min), temperature (30 ° C.), and pH (pH 5) being constant (main culture). The culture solution was centrifuged every 10 hours after the start of the main culture, and the obtained supernatant was subjected to membrane filtration. Then, the amount of L-lactic acid was measured by HPLC in the same manner as in Comparative Example 1. The L-lactic acid production amount calculated from the measurement results is shown in FIG. 4, and the lactic acid production yield (vs. sugar yield) is shown in Table 4.

(実施例5:葉酸を添加したCMF4培地を用いたL−乳酸生産性テスト1)
比較例2と同様に前培養液まで調製し、葉酸10μgとCMF4培地を1L投入したミニジャーファメンター(丸菱バイオエンジ社製、容量5L)に、前培養液全量を植菌した。その後、比較例1と同様の方法で培養し、乳酸を測定した。測定結果から算出したL−乳酸の生産量を図4に、乳酸生産収率(対糖収率)を表4に示した。
(Example 5: L-lactic acid productivity test 1 using CMF4 medium supplemented with folic acid)
A pre-culture solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, and the entire amount of the pre-culture solution was inoculated into a mini jar fermenter (manufactured by Maruhishi Bio-Engineering Co., Ltd., volume 5 L) charged with 10 L of folic acid and 1 L of CMF4 medium. Then, it culture | cultivated by the method similar to the comparative example 1, and measured lactic acid. The L-lactic acid production amount calculated from the measurement results is shown in FIG. 4, and the lactic acid production yield (vs. sugar yield) is shown in Table 4.

(実施例6:葉酸を添加したCMF4培地を用いたL−乳酸生産性テスト2)
比較例2と同様に前培養液まで調製し、葉酸30μgとCMF4培地を1L投入したミニジャーファメンター(丸菱バイオエンジ社製、容量5L)に、前培養液全量を植菌した。その後、比較例1と同様の方法で培養し、乳酸を測定した。測定結果から算出したL−乳酸の生産量を図4に、乳酸生産収率(対糖収率)を表4に示した。
(Example 6: L-lactic acid productivity test 2 using CMF4 medium supplemented with folic acid)
A pre-culture solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, and the entire pre-culture solution was inoculated into a mini jar fermenter (manufactured by Maruhishi Bioengineering Co., Ltd., volume 5 L) charged with 30 μg of folic acid and 1 L of CMF4 medium. Then, it culture | cultivated by the method similar to the comparative example 1, and measured lactic acid. The L-lactic acid production amount calculated from the measurement results is shown in FIG. 4, and the lactic acid production yield (vs. sugar yield) is shown in Table 4.

(実施例7:葉酸を添加したCMF4培地を用いたL−乳酸生産性テスト3)
比較例2と同様に前培養液まで調製し、葉酸40μgとCMF4培地を1L投入したミニジャーファメンター(丸菱バイオエンジ社製、容量5L)に、前培養液全量を植菌した。その後、比較例1と同様の方法で培養し、乳酸を測定した。測定結果から算出したL−乳酸の生産量を図4に、乳酸生産収率(対糖収率)を表4に示した。
(Example 7: L-lactic acid productivity test 3 using CMF4 medium supplemented with folic acid)
A pre-culture solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, and the entire pre-culture solution was inoculated into a mini jar fermenter (manufactured by Maruhishi Bio-Engineering Co., Ltd., volume 5 L) charged with 40 μg of folic acid and 1 L of CMF4 medium. Then, it culture | cultivated by the method similar to the comparative example 1, and measured lactic acid. The production amount of L-lactic acid calculated from the measurement results is shown in FIG.

(実施例8:葉酸を添加したCMF4培地を用いたL−乳酸生産性テスト4)
比較例2と同様に前培養液まで調製し、葉酸50μgとCMF4培地を1L投入したミニジャーファメンター(丸菱バイオエンジ社製、容量5L)に、前培養液全量を植菌した。その後、比較例1と同様の方法で培養し、乳酸を測定した。測定結果から算出したL−乳酸の生産量を図4に、乳酸生産収率(対糖収率)を表4に示した。
(Example 8: L-lactic acid productivity test 4 using CMF4 medium supplemented with folic acid)
A pre-culture solution was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, and the entire amount of the pre-culture solution was inoculated into a mini jar fermenter (manufactured by Maruhishi Bio-Engineering Co., Ltd., volume 5 L) charged with 50 L of folic acid and 1 L of CMF4 medium. Then, it culture | cultivated by the method similar to the comparative example 1, and measured lactic acid. The L-lactic acid production amount calculated from the measurement results is shown in FIG. 4, and the lactic acid production yield (vs. sugar yield) is shown in Table 4.

Figure 2008301766
Figure 2008301766

比較例2、実施例5〜8の結果、葉酸非添加条件下(比較例2)では乳酸の生産収率が65.3%であるのに対し、葉酸を添加条件下(実施例5〜8)では乳酸の生産収率(対糖収率)が向上した。特に、葉酸を30μg/Lまたは50μg/L添加した条件下(実施例5、7)では、乳酸の生産収率は71%まで向上した。葉酸の添加が乳酸の生産収率向上に効果的であった。   As a result of Comparative Example 2 and Examples 5 to 8, the production yield of lactic acid was 65.3% under the condition where folic acid was not added (Comparative Example 2), whereas the condition where folic acid was added (Examples 5 to 8). ) Improved the production yield of lactic acid (yield to sugar). In particular, under the conditions where folic acid was added at 30 μg / L or 50 μg / L (Examples 5 and 7), the production yield of lactic acid was improved to 71%. Addition of folic acid was effective in improving the production yield of lactic acid.

本発明によれば、乳酸合成能力を持つ微生物を用いた乳酸の発酵生産において、乳酸生産量(対糖収率)が向上し、効率的に乳酸を製造することができる。   According to the present invention, in fermentation production of lactic acid using a microorganism capable of synthesizing lactic acid, the amount of lactic acid produced (yield to sugar) is improved, and lactic acid can be produced efficiently.

図1は、pdc1遺伝子プロモーター下流にldh遺伝子を導入する方法を説明する概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a method for introducing an ldh gene downstream of the pdc1 gene promoter. 図2は、本発明で用いられる酵母発現ベクターpTRS11のフィジカルマップを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a physical map of the yeast expression vector pTRS11 used in the present invention. 図3は、MMF3培地における葉酸の添加による乳酸生産量増加効果を表すグラフである。横軸は培養時間、縦軸はL−乳酸の生産量を表す。FIG. 3 is a graph showing the effect of increasing the amount of lactic acid produced by the addition of folic acid in the MMF3 medium. The horizontal axis represents the culture time, and the vertical axis represents the production amount of L-lactic acid. 図4は、CMF4培地における葉酸の添加による乳酸生産量増加効果を表すグラフである。横軸は培養時間、縦軸はL−乳酸の生産量を表す。FIG. 4 is a graph showing the effect of increasing the amount of lactic acid produced by the addition of folic acid in the CMF4 medium. The horizontal axis represents the culture time, and the vertical axis represents the production amount of L-lactic acid.

配列番号1―カエル由来L-乳酸脱水素酵素:DNA
配列番号2―人工DNA配列の説明:合成DNA
配列番号4―人工DNA配列の説明:合成DNA
配列番号5―人工DNA配列の説明:合成DNA
配列番号6―人工DNA配列の説明:合成DNA
配列番号7―人工DNA配列の説明:合成DNA
配列番号8―人工DNA配列の説明:合成DNA
SEQ ID NO: 1—Frog-derived L-lactate dehydrogenase: DNA
SEQ ID NO: 2—Description of Artificial DNA Sequence: Synthetic DNA
SEQ ID NO: 4—Description of Artificial DNA Sequence: Synthetic DNA
SEQ ID NO: 5—Description of Artificial DNA Sequence: Synthetic DNA
SEQ ID NO: 6—Description of Artificial DNA Sequence: Synthetic DNA
SEQ ID NO: 7--Description of Artificial DNA Sequence: Synthetic DNA
SEQ ID NO: 8--Description of Artificial DNA Sequence: Synthetic DNA

Claims (13)

乳酸合成能力を有する微生物を培養する発酵によって乳酸を製造するための培地であって、葉酸又は葉酸前駆体を10μg/L以上70μg/L以下含む乳酸製造用培地。   A medium for producing lactic acid by fermentation of culturing a microorganism having a lactic acid synthesis ability, the medium comprising folic acid or a folic acid precursor in an amount of 10 μg / L to 70 μg / L. サトウキビの圧搾汁を含む請求項1に記載の乳酸製造用培地。   The medium for lactic acid production according to claim 1, comprising sugarcane press. 微生物が酵母である請求項1又は2に記載の乳酸製造用培地。   The medium for producing lactic acid according to claim 1 or 2, wherein the microorganism is yeast. 請求項1〜3のいずれかに記載の乳酸製造用培地を用いる乳酸の製造方法。   The manufacturing method of lactic acid using the culture medium for lactic acid manufacture in any one of Claims 1-3. 乳酸合成能力を有する微生物を培養する発酵によって乳酸を製造する方法であって、葉酸又は葉酸前駆体を10μg/L以上70μg/L以下含む培地を用いる乳酸の製造方法。   A method for producing lactic acid by fermentation of culturing a microorganism having lactic acid synthesis ability, wherein a medium containing folic acid or a folic acid precursor in an amount of 10 μg / L to 70 μg / L is used. 微生物が酵母である請求項5に記載の乳酸の製造方法。   The method for producing lactic acid according to claim 5, wherein the microorganism is yeast. 酵母がサッカロミセス(Saccharomyces)属に属する酵母である請求項8に記載の乳酸の製造方法。   The method for producing lactic acid according to claim 8, wherein the yeast belongs to the genus Saccharomyces. 酵母が、乳酸脱水素酵素遺伝子が導入された酵母である請求項6又は7に記載の乳酸の製造方法。   The method for producing lactic acid according to claim 6 or 7, wherein the yeast is a yeast into which a lactate dehydrogenase gene has been introduced. 乳酸脱水素酵素遺伝子が、ゼノプス・レービス(Xenopus laevis)由来のL−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子である請求項8に記載の乳酸の製造方法。   The method for producing lactic acid according to claim 8, wherein the lactate dehydrogenase gene is a gene encoding L-lactate dehydrogenase derived from Xenopus laevis. L−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子が、配列番号1に示す塩基配列を有する遺伝子である請求項9に記載の乳酸の製造方法。   The method for producing lactic acid according to claim 9, wherein the gene encoding L-lactate dehydrogenase is a gene having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. L−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子が、L−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子の発現を可能とするプロモーターの下流に導入されている請求項9又は10に記載の乳酸の製造方法。   The method for producing lactic acid according to claim 9 or 10, wherein a gene encoding L-lactate dehydrogenase is introduced downstream of a promoter that enables expression of the gene encoding L-lactate dehydrogenase. L−乳酸脱水素酵素をコードする遺伝子が、染色体上のピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子のプロモーターの下流に発現可能な状態で導入されている請求項9〜11のいずれかに記載の乳酸の製造方法。   The production of lactic acid according to any one of claims 9 to 11, wherein a gene encoding L-lactate dehydrogenase is introduced in a state capable of being expressed downstream of a promoter of pyruvate decarboxylase 1 gene on a chromosome. Method. 微生物を25〜37℃の培地中で培養する請求項5〜12のいずれかに記載の乳酸の製造方法。
The method for producing lactic acid according to any one of claims 5 to 12, wherein the microorganism is cultured in a medium at 25 to 37 ° C.
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