JP2009261262A - Polypeptide having d-lactic acid dehydrogenase activity, polynucleotide encoding the polypeptide and method for producing d-lactic acid - Google Patents

Polypeptide having d-lactic acid dehydrogenase activity, polynucleotide encoding the polypeptide and method for producing d-lactic acid Download PDF

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秀樹 澤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new polypeptide having D-lactic acid dehydrogenase activity for producing D-lactic acid, to provide a polynucleotide encoding the polypeptide, and to provide a host cell to which the polynucleotide is introduced. <P>SOLUTION: The polypeptide having the D-lactic acid dehydrogenase activity comprises any one of the following amino acid sequences (A) to (C): (A) a specific amino acid sequence; (B) an amino acid sequence having one or several amino acids substituted, deleted, inserted and/or added with, from and/or to the amino acid sequence; and (C) an amino acid sequence having at least 80% or more homology with the amino acid sequence. The polynucleotide encodes the polypeptide. The host cell into which the polynucleotide is introduced is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、D−乳酸を製造するための新規なD−乳酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチド、該ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドおよび該ポリヌクレオチドが導入された宿主細胞に関し、さらに該宿主細胞を培養することを含むD−乳酸の製造方法に関する。   The present invention relates to a novel polypeptide having D-lactic acid dehydrogenase activity for producing D-lactic acid, a polynucleotide encoding the polypeptide, and a host cell into which the polynucleotide has been introduced, and further culturing the host cell. The present invention relates to a method for producing D-lactic acid.

生分解性ポリマーであるポリ乳酸は、カーボンニュートラルの考え方から強い注目を浴びており、その原料である乳酸には高純度、効率的かつ安価な製造法が求められている。   Polylactic acid, which is a biodegradable polymer, has attracted a great deal of attention from the viewpoint of carbon neutral, and high purity, efficient and inexpensive production methods are required for lactic acid, which is a raw material.

現在生産されているポリ乳酸の大部分はL−乳酸ポリマーであるが、乳酸にはL−乳酸とD−乳酸の2種類の光学異性体があり、D−乳酸についてもポリマー原料や農薬、医薬の中間体として近年注目が集まりつつある。但しいずれの用途においても、原料たるL−乳酸、D−乳酸には高い物質純度と光学純度が要求され、特にポリ乳酸の製造においては、非常に高い物質純度と光学純度が要求されるのが事実である。   Most of the polylactic acid currently produced is L-lactic acid polymer, but lactic acid has two types of optical isomers, L-lactic acid and D-lactic acid. In recent years, it has been attracting attention as an intermediate. However, in any application, L-lactic acid and D-lactic acid as raw materials are required to have high substance purity and optical purity, and particularly in production of polylactic acid, very high substance purity and optical purity are required. It is a fact.

自然界には乳酸菌などの乳酸を効率良く生産する細菌が存在し、それらを用いた乳酸製造法の中には既に実用化されているものもある。例えば、L−乳酸を効率良く生産させる細菌としてラクトバシラス・デルブレッキィ(Lactobacillus delbrueckiiなどがある。また、D−乳酸を効率良く生産させる細菌としてバシラス・ラエボラクティカス(Bacillus laevolacticus)の微生物などが知られており(特許文献1)、D−乳酸デヒドロゲナーゼ酵素遺伝子も単離されている(特許文献2)。いずれの場合も嫌気培養で乳酸の蓄積量は高いレベルに達しているが、L−乳酸発酵の場合はD−乳酸が、D−乳酸発酵の場合はL−乳酸が副産物として生成し光学純度の低下をもたらす。そして、これらを分離することは非常に困難である。 In nature, there are bacteria that efficiently produce lactic acid such as lactic acid bacteria, and some lactic acid production methods using these bacteria have already been put into practical use. For example, Lactobacillus delbrueckii ( Lactobacillus delbrueckii) is a bacterium that efficiently produces L-lactic acid, and a Bacillus laevolacticus microorganism is known as a bacterium that efficiently produces D-lactic acid. (Patent Document 1) and a D-lactate dehydrogenase enzyme gene have also been isolated (Patent Document 2) In either case, the amount of accumulated lactic acid has reached a high level in anaerobic culture. In the case of D-lactic acid, D-lactic acid is produced as a by-product in the case of D-lactic acid fermentation, resulting in a decrease in optical purity, and it is very difficult to separate them.

そのような乳酸の光学純度低下を回避するには、乳酸を本来生産しない微生物によってD−乳酸を生産することが効果的である。乳酸を生産しない微生物の1つには酵母が挙げられる。酵母の中でもパン酵母が好適であり、さらには、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)はゲノム情報が豊富で、遺伝子組換え宿主としての実績が十分にあるため、特にこの目的に適している。 In order to avoid such a decrease in the optical purity of lactic acid, it is effective to produce D-lactic acid by a microorganism that does not originally produce lactic acid. One microorganism that does not produce lactic acid is yeast. Among yeast, baker's yeast is preferable, and Saccharomyces cerevisiae is particularly suitable for this purpose because it has abundant genome information and has a sufficient track record as a genetically modified host.

これまで、酵母によってD−乳酸を生産させようとする試みはいくつか存在しており、
バシラス・ラエボラクティカス由来のD−乳酸デヒドロゲナーゼ酵素遺伝子を導入したD−乳酸の生産(特許文献2)、乳酸菌の一種であるロイコノストック・メセントロイデス(Leuconostoc mesenteroides)由来のD−乳酸デヒドロゲナーゼ酵素遺伝子を導入したワイン酵母の例(特許文献3)等が知られている。ところが、前者では乳酸の生産量および効率、後者では培養時間が4日間と長く乳酸の生産速度が遅いこと、加えて、培養に天然培地を用いるために培養液中に培地由来の大量の不純物を含むことが問題であり、更に高効率かつ高生産速度で、不純物の少ないD−乳酸を製造する方法の確立が望まれていた。
特開2003−088392 特開2007−074939 WO2004/104202A1
So far, there have been several attempts to produce D-lactic acid by yeast,
Production of D-lactic acid into which D-lactate dehydrogenase enzyme gene derived from Bacillus laevolacticus has been introduced (Patent Document 2), D-lactate dehydrogenase derived from Leuconostoc mesenteroides , a kind of lactic acid bacteria An example of wine yeast into which an enzyme gene has been introduced (Patent Document 3) is known. However, in the former, the production amount and efficiency of lactic acid, and in the latter, the cultivation time is as long as 4 days and the production rate of lactic acid is slow. In addition, since a natural medium is used for cultivation, a large amount of impurities derived from the medium is contained in the culture medium. Inclusion is a problem, and it has been desired to establish a method for producing D-lactic acid with low impurities and high efficiency and high production rate.
JP2003-088392 JP2007-074939 WO2004 / 104202A1

本発明の目的は、宿主細胞に導入、発現させることで、D−乳酸発酵により適したD−乳酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドおよび該ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a polypeptide having D-lactate dehydrogenase activity more suitable for D-lactate fermentation by introduction and expression in a host cell, and a polynucleotide encoding the polypeptide.

本発明者らは、種々のD−乳酸デヒドロゲナーゼについて鋭意検討した結果、D−乳酸の産生量を増大させ、同時に副産物の生成が少ないD−乳酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドおよびそれをコードするポリヌクレオチドを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies on various D-lactate dehydrogenases, the present inventors have found that a polypeptide having D-lactate dehydrogenase activity that increases the production amount of D-lactate and at the same time generates little by-products, and a polynucleotide encoding the same. The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、以下の態様からなる。   That is, this invention consists of the following aspects.

(1)下記(A)から(C)の何れかのアミノ酸配列からなり、D−乳酸デヒドロゲナーゼ酵素活性を有するポリペプチド。
(A)配列番号1に記載のアミノ酸配列。
(B)配列番号1に記載のアミノ酸配列において、1から数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入および/または付加されているアミノ酸配列。
(C)配列番号1に記載のアミノ酸配列との相同性が少なくとも80%以上のアミノ酸配列。
(1) A polypeptide having the amino acid sequence of any one of (A) to (C) below and having D-lactate dehydrogenase enzyme activity.
(A) The amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
(B) An amino acid sequence in which one to several amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.
(C) an amino acid sequence having at least 80% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1.

(2)下記(a)から(c)の何れかの塩基配列からなり、かつD−乳酸デヒドロゲナーゼ酵素活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
(a)配列番号1に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする塩基配列。
(b)配列番号1に記載のアミノ酸配列において、1から数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入および/または付加されているアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする塩基配列。
(c)配列番号1に記載のアミノ酸配列との相同性が少なくとも80%以上のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする塩基配列。
(2) A polynucleotide encoding a polypeptide comprising the base sequence of any one of (a) to (c) below and having D-lactate dehydrogenase enzyme activity.
(A) a base sequence encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(B) A base sequence encoding a polypeptide consisting of an amino acid sequence in which one to several amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.
(C) a base sequence encoding a polypeptide comprising an amino acid sequence having at least 80% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1.

(3)下記(d)から(f)の何れかの塩基配列からなり、かつD−乳酸デヒドロゲナーゼ酵素活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
(d)配列番号2に記載の塩基配列。
(e)配列番号2に記載の塩基配列において、1から数個の塩基が置換、欠失、挿入および/または付加されている塩基配列。
(f)配列番号2に記載の塩基配列もしくはその相補配列の全体またはそれらの一部と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からなるポリヌクレオチド。
(3) A polynucleotide encoding a polypeptide having the base sequence of any one of (d) to (f) below and having D-lactate dehydrogenase enzyme activity.
(D) The base sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
(E) A base sequence in which one to several bases are substituted, deleted, inserted and / or added in the base sequence shown in SEQ ID NO: 2.
(F) A polynucleotide comprising a base sequence that hybridizes under stringent conditions with the whole or a part of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 or a part thereof.

(4)請求項2または3に記載のポリヌクレオチドが導入された宿主細胞。   (4) A host cell into which the polynucleotide according to claim 2 or 3 is introduced.

(5)前記細胞が細菌、酵母、動物細胞または昆虫細胞であることを特徴とする、(4)に記載の宿主細胞。   (5) The host cell according to (4), wherein the cell is a bacterium, yeast, animal cell or insect cell.

(6)前記酵母がサッカロマイセス・セレビシエである(5)に記載の宿主細胞。   (6) The host cell according to (5), wherein the yeast is Saccharomyces cerevisiae.

(7)(4)〜(6)に記載の宿主細胞を培養することを含む、D−乳酸の製造方法。   (7) A method for producing D-lactic acid, comprising culturing the host cell according to (4) to (6).

本発明によれば、細胞、特に酵母におけるD−乳酸発酵に適したD−乳酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドおよびそれをコードするポリヌクレオチドが提供され、D−乳酸を高生産可能な形質転換体を容易に得ることができ、ひいては、D−乳酸を効率よく高純度で生産することができる。   According to the present invention, a polypeptide having D-lactate dehydrogenase activity suitable for D-lactate fermentation in cells, particularly yeast, and a polynucleotide encoding the same are provided, and a transformant capable of producing D-lactate at high yield is provided. D-lactic acid can be efficiently produced with high purity.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(ポリペプチド、ポリヌクレオチド)
本発明において、D−乳酸デヒドロゲナーゼ(以下、D−LDHともいう)活性とは、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D−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+)に変換する活性である。
(Polypeptide, Polynucleotide)
In the present invention, D-lactate dehydrogenase (hereinafter, also referred to as D-LDH) activity means reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and pyruvate to D-lactic acid and oxidized nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +). Activity to convert.

本発明におけるD−LDH活性を有するポリペプチドはホタテガイ(Patinopecten yessoensis)由来のD−LDHとして配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドである。さらに、本発明におけるポリペプチドは、前記配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドのホモログも包含しており、これらのホモログは、配列番号1に示すアミノ酸配列において、1から数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入および/または付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチドでありかつD−LDH活性を有しているポリペプチド、または配列番号1に示すアミノ配列との相同性が少なくとも80%以上、好ましくは90%、より好ましくは95%以上のアミノ酸配列を有しかつD−LDH活性を有しているポリペプチドを含んでいる。なお、アミノ酸配列の相同性は、この分野で汎用されているソフトウェアであるBLASTを用いて容易に調べることができる。BLASTは、NCBI(National Center for Biotechnology Information)のホームページで誰でも利用可能であり、デフォルトのパラメーターを用いて容易に同一性を調べることができる。 Polypeptide having D-LDH activity in the present invention is a polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 as D-LDH from scallop (Patinopecten yessoensis). Furthermore, the polypeptide in the present invention also includes a homologue of a polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and these homologues are composed of 1 to several amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. A polypeptide having a substituted, deleted, inserted and / or added amino acid sequence and having D-LDH activity, or at least 80% homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 , Preferably 90%, more preferably 95% or more of a polypeptide having D-LDH activity. In addition, the homology of an amino acid sequence can be easily examined using BLAST which is software widely used in this field. BLAST is available to anyone on the NCBI (National Center for Biotechnology Information) homepage, and can be easily checked for identity using default parameters.

また、前記配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドのホモログは、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドよりD−LDH活性が向上していても良いし、熱安定性が向上していてもよい。そのようなポリペプチドは、配列番号1に示すアミノ酸配列からなるポリペプチドを基に人工的にデザインしても良いし、天然から分離しても良い。   In addition, the homologue of the polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 may have improved D-LDH activity and improved thermal stability than the polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. May be. Such a polypeptide may be artificially designed based on the polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or may be separated from nature.

本発明のポリヌクレオチドは前記D−LDH活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドであり、好ましくはDNAまたはRNAであり、cDNA、ゲノムDNA、合成DNA、mRNA、合成RNA、レプリコンRNAなど、その由来を問うものではない。また、1本鎖でも、その相補鎖を有する2本鎖であってもよい。また、天然のあるいは人工のヌクレオチド誘導体を含んでいてもよい。   The polynucleotide of the present invention is a polynucleotide encoding the polypeptide having the D-LDH activity, preferably DNA or RNA, and derived from cDNA, genomic DNA, synthetic DNA, mRNA, synthetic RNA, replicon RNA, etc. Is not a question. Further, it may be a single strand or a double strand having its complementary strand. In addition, natural or artificial nucleotide derivatives may be included.

本発明のポリヌクレオチドとして好ましくは、配列番号2に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドまたはそのホモログである。本発明のポリヌクレオチドのホモログとしては、例えば、配列番号2に記載の塩基配列において、1から数個の塩基が置換、欠失、挿入および/または付加されている塩基配列からなるポリヌクレオチド、あるいは配列番号2に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド若しくはその相補鎖の全体またはその一部とストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチドであって、同時にD−LDH活性を有するポリペプチドをコードしているものが挙げられる。ストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチドとは、例えば、もとの塩基配列の任意の少なくとも20個、好ましくは25個、より好ましくは少なくとも30個の連続した配列を一つあるいは複数個選択したポリヌクレオチドをプローブとして、当業者の周知のハイブリダイセーション技術(Current Protocols I Molecular Biology edit. Ausubel et al., (1987) Publish . John Wily & SonsSectoin 6.3-6.4)などを用いて、ハイブリダイズするポリヌクレオチドである。ここでストリンジェントな条件としては、例えば50%ホルムアミド存在下でハイブリダイゼーション温度が37℃、より厳しい条件としては42℃、さらに厳しい条件としては65℃で、0.1〜2倍濃度のSSC(saline-sodium citrate)溶液(1倍濃度のSSC溶液の組成:150mM 塩化ナトリウム、15mM クエン酸ナトリウム)を用いて洗浄することにより達成することができる。また、本発明のポリヌクレオチドのホモログは、配列番号2の塩基配列に対して、少なくとも80%、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上の相同性を有する塩基配列からなることが好ましい。なお、ポリヌクレオチドの塩基配列の相同性は、遺伝子解析プログラムBLASTなどによって決定することができる。   The polynucleotide of the present invention is preferably a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 or a homologue thereof. As a homologue of the polynucleotide of the present invention, for example, a polynucleotide comprising a base sequence in which one to several bases are substituted, deleted, inserted and / or added in the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, or A polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with the polynucleotide comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 or the whole or a part of its complementary strand, and simultaneously encodes a polypeptide having D-LDH activity Things. As the polynucleotide that hybridizes under stringent conditions, for example, one or a plurality of contiguous sequences of at least 20, preferably 25, more preferably at least 30 of the original base sequence were selected. Polynucleotides that can be hybridized using a polynucleotide as a probe and hybridization techniques known to those skilled in the art (Current Protocols I Molecular Biology edit. Ausubel et al., (1987) Publish. John Wily & SonsSectoin 6.3-6.4). It is a nucleotide. Here, as stringent conditions, for example, in the presence of 50% formamide, the hybridization temperature is 37 ° C., more severe conditions are 42 ° C., more severe conditions are 65 ° C., and 0.1 to 2 times the concentration of SSC ( saline-sodium citrate) solution (composition of 1-fold concentration SSC solution: 150 mM sodium chloride, 15 mM sodium citrate). In addition, the homologue of the polynucleotide of the present invention preferably comprises a base sequence having at least 80%, preferably 90% or more, more preferably 95% or more homology with the base sequence of SEQ ID NO: 2. The homology of the nucleotide sequence of the polynucleotide can be determined by a gene analysis program BLAST or the like.

本発明のポリペプチドはホタテガイから公知の方法により抽出、またはペプチド合成法として知られる公知の方法を用いて調製することができ、また、本発明のポリペプチドのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチドを用いて、遺伝子組換え技術により調製することもできる。   The polypeptide of the present invention can be extracted from scallops by a known method, or can be prepared by using a known method known as a peptide synthesis method, and a polynucleotide encoding the amino acid sequence of the polypeptide of the present invention is used. It can also be prepared by gene recombination techniques.

本発明のポリヌクレオチドは、実施例に記載されるようにホタテガイからクローニングすることで調整することができるが、化学的に合成または長鎖DNAの合成方法として知られている藤本らの手法(藤本英也、合成遺伝子の作製法、植物細胞工学シリーズ7 植物のPCR実験プロトコール、1997、秀潤社、p95−100)を採用して合成することもできる。   The polynucleotide of the present invention can be prepared by cloning from scallops as described in the Examples. However, the method of Fujimoto et al. Hideya, Synthetic Gene Production Method, Plant Cell Engineering Series 7 Plant PCR Experiment Protocol, 1997, Shujunsha, p95-100).

また、本発明のポリペプチドまたはポリヌクレオチドは、アミノ酸配列または塩基配列に、部位特異的変位導入法(Current Protocols I Molecular Biology edit. Ausubel etal., (1987) Publish . John Wily & Sons Sectoin 8.1-8.5)等を用いて、適宜、置換、欠失、挿入、および/または付加変異を導入することで適宜改変することができる。また、このようなポリペプチドのアミノ酸配列またはポリヌクレオチドの塩基配列の改変は、人工的に変異を導入しあるいは合成したものに限られず、人工的な変異処理に基づいてあるいはこれに限られず自然界におけるアミノ酸の変異によっても生じたものも包含される。   In addition, the polypeptide or polynucleotide of the present invention can be converted into a site-specific displacement introduction method (Current Protocols I Molecular Biology edit. Ausubel etal., (1987) Publish. John Wily & Sons Sectoin 8.1-8.5). ) And the like, and can be appropriately modified by introducing substitution, deletion, insertion, and / or addition mutation. Moreover, the modification of the amino acid sequence of such a polypeptide or the base sequence of a polynucleotide is not limited to artificially introduced or synthesized mutations, but based on or not limited to artificial mutation treatment in nature. Those caused by amino acid mutations are also included.

(ポリヌクレオチド構築物)
本発明のポリヌクレオチドを用いて宿主細胞を形質転換して、このポリヌクレオチドによってコードされるポリペプチドを発現させることにより、そのD−LDH活性により宿主細胞においてD−乳酸を産生させることができる。形質転換にあたっては、本発明のポリヌクレオチドからなるポリヌクレオチドセグメントを宿主細胞内で発現可能とする、ポリヌクレオチド構築物を用いる。形質転換のためのポリヌクレオチド構築物の好ましい態様としては、プラスミド(DNA)、バクテリオファージ(DNA)、レトロトランスポゾン(DNA)、人工染色体(YAC、PAC、BAC、MAC等)、レプリコンRNAを、外来遺伝子の導入形態(染色体外あるいは染色体内)や宿主細胞の種類に応じて選択して採用することができる。したがって、本発明のポリヌクレオチド構築物は、本発明のポリヌクレオチドの他、これらのいずれかの態様のベクターの構成セグメントを備えることができる。好ましい原核細胞性ベクター、真核細胞性ベクター、動物細胞性ベクター、植物細胞性ベクターは当該分野において周知である。
(Polynucleotide construct)
By transforming a host cell with the polynucleotide of the present invention and expressing a polypeptide encoded by this polynucleotide, D-lactic acid can be produced in the host cell by its D-LDH activity. For transformation, a polynucleotide construct that enables expression of a polynucleotide segment comprising the polynucleotide of the present invention in a host cell is used. As a preferable embodiment of the polynucleotide construct for transformation, plasmid (DNA), bacteriophage (DNA), retrotransposon (DNA), artificial chromosome (YAC, PAC, BAC, MAC, etc.), replicon RNA, foreign gene Can be selected and employed according to the type of introduction (extrachromosomal or intrachromosomal) and the type of host cell. Accordingly, the polynucleotide construct of the present invention can comprise the constituent segments of the vector of any of these aspects in addition to the polynucleotide of the present invention. Preferred prokaryotic, eukaryotic, animal and plant cell vectors are well known in the art.

なお、プラスミドDNAとしては、例えば、pRS413、pRS415、pRS416、YCp50、pAUR112またはpAUR123などのYCp型大腸菌−酵母シャトルベクター、pYES32またはYEp13などのYEp型大腸菌−酵母シャトルベクター、pRS403、pRS404、pRS405、pRS406、pAUR101またはpAUR135などのYIp型大腸菌−酵母シャトルベクター、大腸菌由来のプラスミド(pBR322、pBR325、pUC18、pUC19、pUC119、pTV118N、pTV119N、pBluescript、pHSG298、pHSG396又はpTrc99AなどのColE系プラスミド、pACYC177又はpACYC184などのp1A系プラスミド、pMW118、pMW119、pMW218又はpMW219などのpSC101系プラスミド等)、枯草菌由来のプラスミド(例えば、pUB110、pTP5等)などを挙げることができる。   Examples of plasmid DNA include YCp type E. coli-yeast shuttle vectors such as pRS413, pRS415, pRS416, YCp50, pAUR112 and pAUR123, YEp type E. coli-yeast shuttle vectors such as pYES32 and YEp13, pRS403, pRS404, pRS405, pRS406. YIp type E. coli-yeast shuttle vectors such as pAUR101 or pAUR135, plasmids derived from E. coli (pBR322, pBR325, pUC18, pUC19, pUC119, pTV118N, pTV119N, pBluescript, pHSG298, pHSG396, AC7 such as pCrc P1A plasmid, pM 118, pMW119, pMW218 or pSC101-based plasmids such as pMW219 and the like), plasmids derived from Bacillus subtilis (e.g., and the like pUB110, pTP5, etc.).

ファージDNAとしては、λファージ(Charon4A、Charon21A、EMBL3、EMBL4、λgt100、gt11、zap)、φX174、M13mp18又はM13mp19などを挙げることができる。   Examples of the phage DNA include λ phage (Charon 4A, Charon 21A, EMBL3, EMBL4, λgt100, gt11, zap), φX174, M13mp18, and M13mp19.

レトロトランスポゾンとしては、Ty因子などを挙げることができる。YACとしては、pYACC2などを挙げることができる。   Examples of the retrotransposon include Ty factor. Examples of YAC include pYACC2.

レプリコンRNAとしては、ブロモモザイクウイルス由来レプリコンを挙げることができる。   Examples of replicon RNA include bromomosaic virus-derived replicons.

前記ポリヌクレオチド構築物のうち、特にDNA構築物を作製するには、本発明のDNAを含むフラグメントなどを適当な制限酵素で切断し、使用するベクターDNAの制限酵素部位あるいはマルチクローニングサイトに挿入等をすることによる。本発明のDNA構築物の第1の態様は、本発明のDNAからなるDNAセグメントを発現可能に連結されるプロモーターセグメントを備えている。すなわち、プロモーターにより制御可能にそのプロモーターの下流側に本発明のDNAセグメントが連結されている。   Among the polynucleotide constructs described above, in particular, in order to prepare a DNA construct, a fragment containing the DNA of the present invention is cleaved with an appropriate restriction enzyme and inserted into a restriction enzyme site or a multicloning site of the vector DNA to be used. It depends. The first aspect of the DNA construct of the present invention comprises a promoter segment that is linked so that the DNA segment comprising the DNA of the present invention can be expressed. That is, the DNA segment of the present invention is linked to the downstream side of the promoter so that it can be controlled by the promoter.

本発明のポリペプチドの発現にあっては、酵母における発現が好ましいことから、前記ポリヌクレオチド構築物においては酵母中で発現するプロモーターを使用することが好ましい。かかるプロモーターとしては、例えば、ピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子プロモーター、グリセルアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子プロモーター、gal1プロモーター、gal10プロモーター、ヒートショックタンパク質プロモーター、MFα1プロモーター、PH05プロモーター、PGKプロモーター、GAPプロモーター、ADHプロモーター、AOX1プロモーターなどを使用することが好ましい。特に、サッカロマイセス属由来のピルビン酸脱炭酸酵素1(PDC1)プロモーターまたはグリセルアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子プロモーターが好ましく、サッカロマイセス・セレビシエ由来のピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子プロモーターまたはグリセルアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子プロモーターを利用することがより好ましい。これらのプロモーターは、サッカロマイセス属のエタノール発酵経路において高発現されているからである。なお、かかるプロモーター配列は、サッカロマイセス属酵母のPDC1遺伝子またはグリセルアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子のゲノムDNAを鋳型とするPCR増幅法によって単離することができる。   In the expression of the polypeptide of the present invention, since expression in yeast is preferable, it is preferable to use a promoter that is expressed in yeast in the polynucleotide construct. Examples of such promoters include pyruvate decarboxylase gene promoter, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase gene promoter, gal1 promoter, gal10 promoter, heat shock protein promoter, MFα1 promoter, PH05 promoter, PGK promoter, GAP promoter, It is preferable to use an ADH promoter, an AOX1 promoter, or the like. In particular, a pyruvate decarboxylase 1 (PDC1) promoter or glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase gene promoter derived from the genus Saccharomyces is preferable, and a pyruvate decarboxylase 1 gene promoter or glyceraldehyde-3 derived from Saccharomyces cerevisiae is preferable. -More preferably, a phosphate dehydrogenase gene promoter is used. This is because these promoters are highly expressed in the ethanol fermentation pathway of Saccharomyces. Such a promoter sequence can be isolated by a PCR amplification method using the PDC1 gene of Saccharomyces yeast or the genomic DNA of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase gene as a template.

また、前記ポリヌクレオチド構築物であるDNA構築物の第2の態様は、本発明のDNAの他、宿主染色体の相同組換えのためのDNAセグメントを備える。相同組換え用DNAセグメントは、宿主染色体において本発明のDNAを導入しようとするターゲット部位近傍のDNA配列と相同なDNA配列である。相同組換え用DNAセグメントは、少なくとも1個備えられ、好ましくは、2個備えられている。例えば、2個の相同組換え用DNAセグメントを、染色体上のターゲット部位の上流側と下流側のDNAに相同なDNA配列とし、これらのDNAセグメントの間に本発明のDNAを連結することが好ましい。   The second aspect of the DNA construct which is the polynucleotide construct comprises a DNA segment for homologous recombination of the host chromosome in addition to the DNA of the present invention. The DNA segment for homologous recombination is a DNA sequence that is homologous to the DNA sequence in the vicinity of the target site to which the DNA of the present invention is to be introduced in the host chromosome. At least one, preferably two, DNA segments for homologous recombination are provided. For example, it is preferable that two DNA segments for homologous recombination are DNA sequences that are homologous to DNA upstream and downstream of the target site on the chromosome, and the DNA of the present invention is linked between these DNA segments. .

相同組換えにより宿主染色体に本発明のDNAを導入する場合、宿主染色体上のプロモーターにより制御可能に本発明のDNAを導入することができる。この場合、目的遺伝子の導入によって、同時に、本来当該プロモーターによって制御されるべき内在性遺伝子を破壊し、この内在性遺伝子に替えて外来の本発明のDNAを発現させることができる。特に、当該プロモーターが、宿主細胞において高発現プロモーターである場合に有用である。   When the DNA of the present invention is introduced into a host chromosome by homologous recombination, the DNA of the present invention can be introduced in a controllable manner by a promoter on the host chromosome. In this case, the introduction of the target gene can simultaneously destroy the endogenous gene that should be controlled by the promoter, and the exogenous DNA of the present invention can be expressed in place of the endogenous gene. It is particularly useful when the promoter is a high expression promoter in the host cell.

かかる発現系を宿主染色体上に創出するには、宿主染色体において高発現遺伝子をターゲットとし、この遺伝子を制御するプロモーターの下流にプロモーターにより制御を受けるように本発明のDNAを導入するようにすることが好ましい。酵母などのエタノール発酵性微生物を宿主とする場合、ピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子、特にピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子をターゲットとし、内在性のピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子プロモーターの制御下にD−LDH活性ポリペプチドをコードするDNAを導入することができる。この場合、相同組換え用DNAセグメントは、ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子のD−LDHの構造遺伝子領域あるいはその近傍の配列(開始コドンの近傍の配列、開始コドンの上流域の配列、構造遺伝子内の配列などを含む)と相同とすることができる。好ましくは、サッカロマイセス属、特にセレビシエを宿主として、この宿主のピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子をターゲットとするDNA構築物とする。かかるDNA構築物によれば、ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子の破壊とこの構造遺伝子部分のD−LDHによる置換を同時に達成することができる。ピルビン酸脱炭酸酵素1は、ピルビン酸からアセトアルデヒドへの付加逆反応を媒介する酵素であり、この遺伝子を破壊することにより、アセトアルデヒドを経たエタノール産生が抑制されることが期待されるとともに、ピルビン酸を基質とするD−LDHによる乳酸産生が促進されることが期待できる。   In order to create such an expression system on the host chromosome, a highly expressed gene is targeted in the host chromosome, and the DNA of the present invention is introduced downstream of the promoter controlling this gene so as to be controlled by the promoter. Is preferred. When an ethanol-fermenting microorganism such as yeast is used as a host, D-LDH activity is controlled under the control of an endogenous pyruvate decarboxylase gene promoter by targeting a pyruvate decarboxylase gene, particularly a pyruvate decarboxylase 1 gene. DNA encoding the polypeptide can be introduced. In this case, the DNA segment for homologous recombination is the D-LDH structural gene region of pyruvate decarboxylase 1 gene or a sequence in the vicinity thereof (sequence in the vicinity of the start codon, sequence in the upstream region of the start codon, And the like) and the like. Preferably, a Saccharomyces genus, particularly a cerevisiae, is used as a host, and a DNA construct targeting the pyruvate decarboxylase 1 gene of this host is used. According to such a DNA construct, destruction of the pyruvate decarboxylase 1 gene and replacement of this structural gene part with D-LDH can be achieved simultaneously. Pyruvate decarboxylase 1 is an enzyme that mediates an addition reverse reaction from pyruvate to acetaldehyde. By destroying this gene, ethanol production via acetaldehyde is expected to be suppressed, and pyruvate It can be expected that lactic acid production by D-LDH using as a substrate is promoted.

なお、第1のDNA構築物あっても、宿主染色体との相同組換えのためのDNAセグメントを備えることにより、相同組換え用のDNA構築物とすることができる。第1のDNA構築物にあっては、DNA構築物中のプロモーターセグメントを、宿主染色体との相同組換え用のDNAセグメントに兼用することもできる。例えば、宿主サッカロマイセス・セレビシエに対して、サッカロマイセス・セレビシエ宿主染色体にあるプロモーター、例えば、ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子プロモーターをプロモーターセグメントとして有するDNA構築物は、当該遺伝子をターゲット部位とするターゲティングベクターを構成する。この場合、ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子の構造遺伝子領域に対する相同配列を備えることが好ましい。   Even the first DNA construct can be made into a DNA construct for homologous recombination by providing a DNA segment for homologous recombination with the host chromosome. In the first DNA construct, the promoter segment in the DNA construct can also be used as a DNA segment for homologous recombination with the host chromosome. For example, for a host Saccharomyces cerevisiae, a DNA construct having a promoter segment in the Saccharomyces cerevisiae host chromosome, for example, a pyruvate decarboxylase 1 gene promoter, as a promoter segment constitutes a targeting vector having the gene as a target site. . In this case, it is preferable to provide a homologous sequence to the structural gene region of the pyruvate decarboxylase 1 gene.

なお、DNA構築物には、ターミネーター他、必要に応じてエンハンサーなどのシスエレメント、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)を連結することができる。選択マーカーとしては、特に限定しないで、薬剤抵抗性遺伝子、栄養要求性遺伝子などを始めとする公知の各種選択マーカー遺伝子を利用できる。例えば、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等を使用することができる。   In addition, a terminator, a cis element such as an enhancer, a splicing signal, a poly A addition signal, a selection marker, and a ribosome binding sequence (SD sequence) can be linked to the DNA construct as necessary. The selectable marker is not particularly limited, and various known selectable marker genes such as drug resistance genes and auxotrophic genes can be used. For example, a dihydrofolate reductase gene, an ampicillin resistance gene, a neomycin resistance gene, etc. can be used.

(ポリヌクレオチド構築物による形質転換)
一旦、ポリヌクレオチド構築物が構築されたら、適当な宿主細胞に、トランスフォーメーション法や、トランスフェクション法、接合法、プロトプラスト融合、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、酢酸リチウム法、パーティクルガン法、リン酸カルシウム沈殿法、アグロバクテリウム法、PEG法、直接マイクロインジェクション法等の各種の適切な手段のいずれかにより、これを導入することができる。ポリヌクレオチド構築物の導入後、その受容細胞は、選択培地で培養される。
(Transformation with polynucleotide construct)
Once the polynucleotide construct is constructed, transformation, transfection, conjugation, protoplast fusion, electroporation, lipofection, lithium acetate, particle gun, calcium phosphate precipitation can be performed on appropriate host cells. It can be introduced by any suitable means such as Agrobacterium method, PEG method, direct microinjection method. After introduction of the polynucleotide construct, the recipient cells are cultured in a selective medium.

宿主細胞は特に限定されないが、エッシェリシア・コリ(Escherichia coli)、バシラス・サチルス(Bacillus subtilis)などの細菌、酵母、sf9、sf21等の昆虫細胞、COS細胞、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)などの動物細胞などとすることができる。好ましくは、サッカロマイセス属、シゾサッカロマイセス属、ピキア属などの酵母、特に、アルコール発酵やパン製造に利用されるパン酵母であり、さらに好ましくは、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)であり、具体例としては、サッカロマイセス・セレビシエNBRC10505株である。また、本発明においてパン酵母とは、第一にパンの製造に用いる酵母であり、第二に該パン酵母との交配によって得られた酵母であり、それが実験用の酵母として用いられているものでもよい。 Host cells are not particularly limited, but bacteria such as Escherichia coli and Bacillus subtilis , insect cells such as yeast, sf9 and sf21, COS cells, and Chinese hamster ovary cells (CHO cells) It can be an animal cell or the like. Preferably, yeasts such as Saccharomyces genus, Schizosaccharomyces genus, Pichia genus, particularly baker's yeast used for alcoholic fermentation and bread production, more preferably Saccharomyces cerevisiae , as a specific example Is Saccharomyces cerevisiae NBRC10505 strain. In the present invention, the baker's yeast is a yeast used first for the production of bread, and secondly a yeast obtained by mating with the baker's yeast, and is used as an experimental yeast. It may be a thing.

前記ポリヌクレオチド構築物によって形質転換された形質転換体においては、ポリヌクレオチド構築物の構成成分が染色体上あるいは染色体外因子(人工染色体を含む)上に存在することになる。なお、ポリヌクレオチド構築物が染色体外に維持されている場合、あるいは、ランダムインテグレーションにより染色体に組み込まれている場合には、D−LDHの基質であるピルビン酸を基質とする他の酵素、例えば、ピルビン酸脱炭酸酵素の遺伝子(サッカロマイセス属酵母においては、ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子)は、ターゲティングベクターによりノックアウトされていることが好ましい。上述のポリヌクレオチド構築物であって、相同組換えを達成できるポリヌクレオチド構築物が導入されると、宿主染色体上の所望のプロモーターあるいは当該プロモーターと置換された当該プロモーターのホモログの下流に当該プロモーターによって制御可能に連結された本発明のポリヌクレオチドであるポリヌクレオチドセグメントが存在することになる。サッカロマイセス属酵母の形質転換体にあっては、宿主染色体上において、ピルビン酸脱炭酸酵素1遺伝子プロモーターあるいは当該プロモーターと置換された当該プロモーターのホモログの下流に当該プロモーターによって制御可能に本発明のポリヌクレオチドを備えることが好ましい。また、通常、相同組換え体における本発明のポリヌクレオチドの下流側には、選択マーカー遺伝子や、破壊された構造遺伝子の一部(ポリヌクレオチド構築物上の相同配列に対応する部位)が存在する。   In the transformant transformed with the polynucleotide construct, the components of the polynucleotide construct are present on the chromosome or on extrachromosomal factors (including artificial chromosomes). When the polynucleotide construct is maintained extrachromosomally or is integrated into the chromosome by random integration, other enzymes using pyruvate, which is a substrate of D-LDH, for example, pyruvin The gene for acid decarboxylase (pyruvate decarboxylase 1 gene in Saccharomyces yeasts) is preferably knocked out by a targeting vector. When a polynucleotide construct capable of achieving homologous recombination is introduced, it can be controlled by the promoter downstream of a desired promoter on the host chromosome or a homologue of the promoter replaced with the promoter. There will be a polynucleotide segment which is a polynucleotide of the present invention linked to. In the transformant of Saccharomyces yeast, on the host chromosome, the polynucleotide of the present invention is controllable by the promoter downstream of the pyruvate decarboxylase 1 gene promoter or a homologue of the promoter replaced with the promoter. It is preferable to provide. Further, usually, a selection marker gene and a part of a disrupted structural gene (site corresponding to the homologous sequence on the polynucleotide construct) are present downstream of the polynucleotide of the present invention in the homologous recombinant.

なお、所望のプロモーター下に本発明のポリヌクレオチドが導入されたか否かの確認は、PCR法やサザンハイブリダイゼーション法により行うことができる。例えば、形質転換体からDNAを調製し、導入部位特異的プライマーによりPCRを行い、PCR産物について、電気泳動において予期されるバンドを検出することによって確認できる。あるいは蛍光色素などで標識したプライマーでPCRを行うことでも確認できる。これらの方法は、当業者において周知である。   Whether or not the polynucleotide of the present invention has been introduced under a desired promoter can be confirmed by PCR or Southern hybridization. For example, it can be confirmed by preparing DNA from a transformant, performing PCR with an introduction site-specific primer, and detecting the expected band in electrophoresis for the PCR product. Alternatively, it can be confirmed by performing PCR with a primer labeled with a fluorescent dye or the like. These methods are well known to those skilled in the art.

(D−乳酸の製造)
前記ポリヌクレオチド構築物が導入されて得られる形質転換体を培養することにより、外来遺伝子の発現産物であるD−乳酸脱水素酵素の作用で、培養物中にD−乳酸が生成する。培養物からD−乳酸を分離する工程を実施することにより、D−乳酸を得ることができる。なお、本発明において培養物とは、培養上清の他、培養細胞あるいは菌体、細胞若しくは菌体の破砕物を包含している。本発明の形質転換体の培養にあたっては、形質転換体の種類に応じて培養条件を選択することができる。このような培養条件は、当業者においては周知である。
(Production of D-lactic acid)
By culturing the transformant obtained by introducing the polynucleotide construct, D-lactic acid is produced in the culture by the action of D-lactate dehydrogenase, which is an expression product of a foreign gene. D-lactic acid can be obtained by carrying out the step of separating D-lactic acid from the culture. In the present invention, the culture includes cultured cells or microbial cells, or crushed cells or cells in addition to the culture supernatant. In culturing the transformant of the present invention, culture conditions can be selected according to the type of transformant. Such culture conditions are well known to those skilled in the art.

細菌や酵母等の微生物を宿主として得られた形質転換体を培養する培地としては、微生物が資化可能な炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転換体の培養を効率的に行うことができる培地であれば、天然培地、合成培地のいずれも使用することができる。炭素源としては、グルコース、フルクトース、スクロース、デンプン等の炭水化物、酢酸、プロピオン酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアルコールを用いることができる。窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸もしくは有機酸のアンモニウム塩またはその他の含窒素化合物の他、ペプトン、肉エキス、コーンスティープリカー等を用いることができる。無機物としては、リン酸第一カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウムなどを用いることができる。   As a medium for cultivating transformants obtained using microorganisms such as bacteria and yeast as a host, it contains carbon sources, nitrogen sources, inorganic salts, etc. that can be assimilated by the microorganisms, so that the transformants can be cultured efficiently. As long as the medium can be used, either a natural medium or a synthetic medium can be used. As the carbon source, carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose, and starch, organic acids such as acetic acid and propionic acid, and alcohols such as ethanol and propanol can be used. As the nitrogen source, ammonium salt of inorganic acid or organic acid such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, ammonium phosphate or other nitrogen-containing compounds, peptone, meat extract, corn steep liquor, etc. may be used. it can. Examples of inorganic substances that can be used include potassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate.

動物細胞を宿主として得られた形質転換体を培養する培地としては、一般に使用されているRPMI1640倍地、DMEM倍地またはこれらの培地にウシ胎児血清などを添加した培地を用いることができる。培養は、通常、5%CO存在下、37℃で1〜30日行う。培養中は必要に応じてカナマイシン、ペニシリンなどの抗生物質を培地に添加してもよい。 As a medium for culturing a transformant obtained by using animal cells as a host, generally used RPMI 1640 medium, DMEM medium, or a medium obtained by adding fetal calf serum or the like to these mediums can be used. The culture is usually performed at 37 ° C. for 1 to 30 days in the presence of 5% CO 2 . During the culture, antibiotics such as kanamycin and penicillin may be added to the medium as necessary.

昆虫細胞を宿主として得られた形質転換体を培養する培地としては、一般に使用されているGrace倍地、TC−100倍地またはこれらの培地にウシ胎児血清などを添加した培地を用いることができる。培養は、通常、27℃で1〜30日行う。培養中は必要に応じてカナマイシン、ペニシリンなどの抗生物質を培地に添加してもよい。   As a medium for culturing a transformant obtained using insect cells as a host, generally used Grace medium, TC-100 medium, or a medium obtained by adding fetal calf serum or the like to these mediums can be used. . The culture is usually performed at 27 ° C. for 1 to 30 days. During the culture, antibiotics such as kanamycin and penicillin may be added to the medium as necessary.

前記形質転換体の培養は、通常、振とう培養または通気攪拌培養等の好気条件下から、通気を実施しないような嫌気条件下までの範囲で、乳酸の生産性が良い条件を設定することができるが、微好気から嫌気の条件下が好適に用いられる。培養温度は25℃〜37℃で行うことができるが、30℃〜33℃が好適である。D−乳酸が培地中に蓄積するにしたがって培養液のpHが低下するため、アルカリ、好ましくは二価イオンの水酸化物によって中和することもできる。また後段における乳酸の精製を容易にするために中和を行わずに培養することもできる。   The culture of the transformant should usually be performed under conditions where productivity of lactic acid is good, in a range from aerobic conditions such as shaking culture or aeration and agitation culture to anaerobic conditions in which aeration is not performed. However, conditions of slight aerobic to anaerobic are preferably used. The culture temperature can be 25 ° C to 37 ° C, preferably 30 ° C to 33 ° C. Since the pH of the culture solution decreases as D-lactic acid accumulates in the medium, it can be neutralized with an alkali, preferably a hydroxide of divalent ions. Further, in order to facilitate the purification of lactic acid in the subsequent stage, it can be cultured without neutralization.

上記のようにして得られたD−乳酸培養液からD−乳酸を精製するには、従来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、得られたD−乳酸培養液からフィルターにて菌体を分離した後、pHを1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に溶出する方法、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、ナノフィルターで精製する方法またはそれらの組み合わせなどがあるが、好ましくは、ナノフィルターで精製する方法または得られたD−乳酸培養液からフィルターにて菌体を分離した後、水分を蒸発させた濃縮D−乳酸溶液を蒸留する方法が挙げられる。ここで、蒸留する際には蒸留原液の水分濃度が一定になるように水分を供給しながら蒸留するのが好ましい。D−乳酸水溶液の留出後は、水分を加熱蒸発することにより濃縮し、目的とする濃度の精製D−乳酸を得ることができる。留出液として低沸点成分(エタノール、酢酸等)を含むD−乳酸水溶液を得た場合は、低沸点成分をD−乳酸濃縮過程で除去することが好ましい。なお、蒸留操作後の留出液について必要に応じてイオン交換樹脂、活性炭、クロマト分離等による不純物除去を行い、さらに高純度のD−乳酸を得ることもできる。   In order to purify D-lactic acid from the D-lactic acid culture solution obtained as described above, it can be purified by a conventionally known method. For example, after separating cells from the obtained D-lactic acid culture solution with a filter, the pH is adjusted to 1 or less and then extracted with diethyl ether, ethyl acetate or the like, or the method is eluted after adsorbing and washing with an ion exchange resin. There are a method of distilling as an ester by reacting with alcohol in the presence of an acid catalyst, a method of crystallizing as a calcium salt or a lithium salt, a method of purifying with a nanofilter, or a combination thereof. Examples thereof include a method of purification or a method of distilling a concentrated D-lactic acid solution obtained by evaporating moisture after separating cells from the obtained D-lactic acid culture solution using a filter. Here, when distilling, it is preferable to distill while supplying moisture so that the concentration of water in the distillation stock solution is constant. After distilling off the D-lactic acid aqueous solution, the water can be concentrated by heating to evaporate to obtain purified D-lactic acid having a target concentration. When a D-lactic acid aqueous solution containing a low-boiling component (ethanol, acetic acid, etc.) is obtained as a distillate, it is preferable to remove the low-boiling component during the D-lactic acid concentration process. In addition, impurities can be removed from the distillate after the distillation operation by ion exchange resin, activated carbon, chromatographic separation, or the like, if necessary, to obtain higher purity D-lactic acid.

以下、実施例をもって本発明の実施の態様を説明するが、これらは単なる例示であり本発明を何等制限するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by way of examples, but these are merely examples and do not limit the present invention in any way.

(実施例1)ホタテガイ由来D−LDH遺伝子のクローニング
ホタテガイ(Patinopecten yessoensis)の貝柱を破砕し、得られた破砕物からQuick prep mRNA purification kit(GEヘルスケアバイオサイエンス株式会社製)を用いてポリA(+)RNAを単離し、SuperScript II Reverse Transcriptase(インビトロジェン社製)を用いOligo d(T)をプライマーとしてcDNAを合成した。次に、この反応液を鋳型として用い、D−LDHにおいて高く保存されているDNA配列に注目してデザインした配列番号3および配列番号4記載のオリゴDNAをプライマーとしてPCRを行い、ホタテガイ由来D−LDHの部分配列を増幅した。PCRは以下の条件で行った。95℃(3分間):{95℃(30秒間)−45℃(30秒間)−72℃(30秒間)}×35サイクル:72℃(5分間)。続いて1.0 %アガロースゲルを用いた電気泳動によって増幅DNA断片の確認をおこない、600bpの増幅断片をQIA quick Gel extraction kit(QIAGEN社製)を用いて精製した後、プラスミドベクターpGEMt-easy(プロメガ株式会社製)にクローニングし、DNA配列の決定を行った。塩基配列の決定は、Taq DyeDeoxy Terminator Cycle Sequencing Kit(アプライドバイオケミカル社製)を用いSangerの方法に従って行った。
(Example 1) were crushed scallop from D-LDH gene cloning scallop (Patinopecten yessoensis) scallops, using the obtained crushed material from Quick prep mRNA purification kit (GE Healthcare Bio-Sciences KK) poly A (+) RNA was isolated, and cDNA was synthesized using Oligo d (T) as a primer using SuperScript II Reverse Transcriptase (Invitrogen). Next, using this reaction solution as a template, PCR was performed using oligo DNAs of SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4 designed by paying attention to highly conserved DNA sequences in D-LDH, and scallop-derived D- A partial sequence of LDH was amplified. PCR was performed under the following conditions. 95 ° C. (3 minutes): {95 ° C. (30 seconds) −45 ° C. (30 seconds) −72 ° C. (30 seconds)} × 35 cycles: 72 ° C. (5 minutes). Subsequently, the amplified DNA fragment was confirmed by electrophoresis using a 1.0% agarose gel, the 600 bp amplified fragment was purified using QIA quick Gel extraction kit (manufactured by QIAGEN), and then the plasmid vector pGEMt-easy ( And the DNA sequence was determined. The base sequence was determined according to the method of Sanger using Taq DyeDeoxy Terminator Cycle Sequencing Kit (Applied Biochemical).

次に、5’RACE及び3’RACE法を用いて、ホタテガイ由来D−LDHの全ORF配列を明らかにした。5’RACEは以下の方法で行った。まず、ホタテガイのポリA(+)RNAを鋳型に、SuperScript II Reverse Transcriptase(インビトロジェン社製)を用い配列番号5記載のオリゴDNAをプライマーとしてcDNAの合成を行った。次に、Terminal deoxynucleotidyl transferase(New England Biolabs社製)を用い、反応液にdCTPを加えることで、cDNAの3’末端にpoly(C)tailの付与を行った。この反応液をQIA quick PCR purification kit(キアゲン社製)を用いて精製し、それを鋳型として配列番号5および配列番号6記載のオリゴDNAをプライマーとして1度目のPCRを行い、さらに、その反応液を鋳型として配列番号7および配列番号8記載のオリゴDNAをプライマーとして2度目のPCRを行った。続いて1.0%アガロースゲルを用いた電気泳動によって増幅DNA断片の確認をおこない、増幅断片をQIA quick Gel extraction kit(QIAGEN社製)を用いて精製した後、プラスミドベクターpGEMt-easy(プロメガ株式会社製)にクローニングし、DNA配列の決定を行った。塩基配列の決定は、Taq DyeDeoxy Terminator Cycle Sequencing Kit(アプライドバイオケミカル社製)を用いSangerの方法に従って行った。   Next, the entire ORF sequence of scallop-derived D-LDH was revealed using 5'RACE and 3'RACE methods. 5 'RACE was performed by the following method. First, cDNA was synthesized by using SuperScript II Reverse Transcriptase (manufactured by Invitrogen) as a template and scallop poly A (+) RNA as a template and using the oligo DNA described in SEQ ID NO: 5 as a primer. Next, using terminal deoxynucleotidyl transferase (manufactured by New England Biolabs), poly (C) tail was added to the 3 ′ end of the cDNA by adding dCTP to the reaction solution. This reaction solution was purified using a QIA quick PCR purification kit (Qiagen), and the PCR was performed for the first time using the oligo DNAs described in SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 as primers as a template. PCR was performed a second time using the oligo DNAs described in SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8 as primers. Subsequently, the amplified DNA fragment was confirmed by electrophoresis using a 1.0% agarose gel, the amplified fragment was purified using a QIA quick Gel extraction kit (manufactured by QIAGEN), and then plasmid vector pGEMt-easy (Promega stock) The DNA sequence was determined. The base sequence was determined according to the method of Sanger using Taq DyeDeoxy Terminator Cycle Sequencing Kit (Applied Biochemical).

3’RACEは以下の方法で行った。まず、ホタテガイのポリA(+)RNAを鋳型に、SuperScript II Reverse Transcriptase(インビトロジェン社製)を用いOligo d(T)をプライマーとしてcDNAの合成を行った。次に、この反応液を鋳型としてOligo d(T)および配列番号9記載のオリゴDNAをプライマーとして1度目のPCRを行い、さらに、その反応液を鋳型としてOligo d(T)および配列番号10記載のオリゴDNAをプライマーとして2度目のPCRを行った。続いて1.0%アガロースゲルを用いた電気泳動によって増幅DNA断片の確認をおこない、増幅断片をQIA quick Gel extraction kit(キアゲン社製)を用いて精製した後、プラスミドベクターpGEMt-easy(プロメガ株式会社製)にクローニングし、DNA配列の決定を行った。塩基配列の決定は、Taq DyeDeoxy Terminator Cycle Sequencing Kit(アプライドバイオケミカル社製)を用いSangerの方法に従って行った。   3'RACE was performed by the following method. First, cDNA was synthesized using scallop poly A (+) RNA as a template and SuperScript II Reverse Transcriptase (manufactured by Invitrogen) using Oligo d (T) as a primer. Next, the first PCR is performed using this reaction solution as a template and Oligo d (T) and the oligo DNA described in SEQ ID NO: 9 as primers. Further, Oligo d (T) and SEQ ID NO: 10 are described using the reaction solution as a template. PCR was performed a second time using the oligo DNA as a primer. Subsequently, the amplified DNA fragment was confirmed by electrophoresis using a 1.0% agarose gel, the amplified fragment was purified using QIA quick Gel extraction kit (manufactured by Qiagen), and then plasmid vector pGEMt-easy (Promega stock) The DNA sequence was determined. The base sequence was determined according to the method of Sanger using Taq DyeDeoxy Terminator Cycle Sequencing Kit (Applied Biochemical).

本発明のホタテガイ由来D−LDHのアミノ酸配列(配列番号1)およびORF配列(配列番号2)は、上記の方法で得られた配列をつなぎ合わせて決定した。   The amino acid sequence (SEQ ID NO: 1) and ORF sequence (SEQ ID NO: 2) of scallop-derived D-LDH of the present invention were determined by joining the sequences obtained by the above method.

(実施例2)ホタテガイ由来D−LDH発現プラスミドの構築
ホタテガイ由来D−LDHのORF5’側とORF3’側に相当する配列番号11および配列番号12記載のオリゴDNAをプライマーとして、ホタテガイのポリA(+) RNAから合成したcDNAを鋳型にPCRを行なった。得られたDNA断片を制限酵素XhoIおよびNotIで切断し、同じく制限酵素XhoIおよびNotIで切断した酵母発現用ベクターpTRS11(図1)の切断部位に導入した。以後、このプラスミドベクターをpTRS11PyDLDHと呼称する。ここでpTRS11ベクターは、pNV11ベクター(Nature, vol357, 25 JUNE 1992, p700)を制限酵素XhoIで切断し、セルフライゲーションすることで作成した。
(Example 2) Construction of D-LDH expression plasmid derived from scallop D-LDH Using scallop poly A (SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 12 corresponding to the ORF 5 'side and ORF 3' side) as primers, +) PCR was performed using cDNA synthesized from RNA as a template. The obtained DNA fragment was cleaved with restriction enzymes XhoI and NotI, and introduced into the cleavage site of yeast expression vector pTRS11 (FIG. 1) cleaved with restriction enzymes XhoI and NotI. Hereinafter, this plasmid vector is referred to as pTRS11PyDLDH. Here, the pTRS11 vector was prepared by cleaving the pNV11 vector (Nature, vol357, 25 JUNE 1992, p700) with the restriction enzyme XhoI and self-ligating.

(実施例3)ホタテガイ由来D−LDH発現プラスミドの酵母への導入
実施例2のようにして得られたpTRS11PyDLDHを酵母サッカロマイセス・セレビシエ NBRC10505株に形質転換した。形質転換は、YEASTMAKER Yeast Transformation System(クローンテック社製)を用いた酢酸リチウム法により行った。詳細は、付属のプロトコールに従った。宿主とするサッカロマイセス・セレビシエ NBRC10505株はウラシル合成能を欠損した株であり、pTRS11PyDLDHの持つURA3遺伝子の働きにより、ウラシル非添加培地上でpTRS11PyDLDHの導入された形質転換体の選択が可能である。
(Example 3) Introduction of scallop-derived D-LDH expression plasmid into yeast pTRS11PyDLDH obtained as in Example 2 was transformed into the yeast Saccharomyces cerevisiae NBRC10505 strain. Transformation was performed by the lithium acetate method using YEASTMAKER Yeast Transformation System (Clontech). For details, the attached protocol was followed. The Saccharomyces cerevisiae NBRC10505 strain used as a host is a strain lacking the ability to synthesize uracil, and by the action of the URA3 gene possessed by pTRS11PyDLDH, a transformant having pTRS11PyDLDH introduced therein can be selected on a uracil-free medium.

このようにして得られた形質転換体へのD−LDH遺伝子発現ベクター導入の確認は、ウラシル非添加の液体培地で培養した形質転換株から、ゲノムDNA抽出キットGenとるくん(タカラバイオ社製)によりプラスミドDNAを含むゲノムDNAを抽出し、これを鋳型として用いたPCRにより行った。プライマーには、ホタテガイ由来D−LDH遺伝子をクローニングした際に用いたプライマーを使用した。その結果、全ての形質転換体において、ホタテガイ由来D−LDH遺伝子が導入されていることを確認した。   Confirmation of D-LDH gene expression vector introduction into the transformant thus obtained was performed using a genomic DNA extraction kit Gen Toru-kun (manufactured by Takara Bio Inc.) from a transformant cultured in a liquid medium not added with uracil. The genomic DNA containing plasmid DNA was extracted by PCR and PCR was performed using this as a template. The primer used when cloning the scallop-derived D-LDH gene was used. As a result, it was confirmed that the scallop-derived D-LDH gene was introduced into all the transformants.

(実施例4)D−乳酸生産性テスト
実施例3のようにして得られたpTRS11PyDLDHが導入されたサッカロマイセス・セレビシエ NBRC10505株(以下NBRC10505/pTRS11PyDLDH株と示す)を用いてD−乳酸生産性テストを行った。
(Example 4) D-lactic acid productivity test A D-lactic acid productivity test was carried out using the Saccharomyces cerevisiae NBRC10505 strain (hereinafter referred to as NBRC10505 / pTRS11PyDLDH strain) into which pTRS11PyDLDH obtained as in Example 3 was introduced. went.

表1に示した組成の培地(以下、SC−Ura培地と略す。)10mLを試験管に取り、そこに少量の各株を植菌し、30℃で一晩培養した(前培養)。次に、SC−Ura培地10mLを試験管にいれ、各前培養液をそれぞれ100μL植菌し、30℃で振とう培養した(本培養)。本培養開始後40時間の培養液を遠心分離し、上清に含まれる乳酸を下記に示す条件でHPLCにより測定した。   10 mL of a medium having the composition shown in Table 1 (hereinafter abbreviated as SC-Ura medium) was placed in a test tube, a small amount of each strain was inoculated therein, and cultured overnight at 30 ° C. (preculture). Next, 10 mL of SC-Ura medium was put in a test tube, 100 μL of each preculture was inoculated, and cultured with shaking at 30 ° C. (main culture). The culture solution for 40 hours after the start of the main culture was centrifuged, and lactic acid contained in the supernatant was measured by HPLC under the following conditions.

カラム:Shim−Pack SPR−H(株式会社島津製作所製)
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.

測定結果から算出したD−乳酸の蓄積濃度を表2に示す。   Table 2 shows the accumulated concentration of D-lactic acid calculated from the measurement results.

Figure 2009261262
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Figure 2009261262
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(実施例5)ホタテガイ由来D−LDH遺伝子の酵母染色体への導入
実施例2で得られたホタテガイ由来D−LDH遺伝子を含むpTRS11PyDLDHを鋳型として配列番号13および14記載のオリゴDNAをプライマーとしたPCRにより、各D−LDH遺伝子を含む約1.1kbのDNA断片を増幅した(図2のステップ1に相当)。ここで配列番号13記載のオリゴDNA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にデザインした。
(Example 5) Introduction of scallop-derived D-LDH gene into yeast chromosome PCR using pTRS11PyDLDH containing scallop-derived D-LDH gene obtained in Example 2 as a template and oligo DNAs described in SEQ ID NOs: 13 and 14 as primers Thus, a DNA fragment of about 1.1 kb containing each D-LDH gene was amplified (corresponding to step 1 in FIG. 2). Here, the oligo DNA described in SEQ ID NO: 13 was designed so that a sequence having homology was added to the upstream 65 bp of the PDC1 gene.

次にプラスミドpRS424(GenBank Accession Number:U03453)を鋳型として配列番号15および16記載のオリゴDNAをプライマーとしたPCRにより、酵母選択マーカーであるTRP1遺伝子を含む約1.4kbのDNA断片を増幅した(図2のステップ2に相当)。ここで配列番号16に記載のオリゴDNA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にデザインした。
DNA断片を1.5%アガロースゲル電気泳動により分離した後、QIA quick Gel extraction kit(キアゲン社製)を用いて精製した。ここで得られたD−LDH遺伝子を含む1.1kb断片、TRP1遺伝子を含む1.4kb断片をそれぞれ混合したものを鋳型として配列番号13および16記載のオリゴDNAをプライマーとしたPCRによりD−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(図2のステップ3に相当)。
Next, a DNA fragment of about 1.4 kb containing the TRP1 gene as a yeast selection marker was amplified by PCR using plasmid pRS424 (GenBank Accession Number: U03453) as a template and the oligo DNAs described in SEQ ID NOs: 15 and 16 as primers (see FIG. Equivalent to step 2 in FIG. 2). Here, the oligo DNA described in SEQ ID NO: 16 was designed so that a sequence having homology was added to 65 bp downstream of the PDC1 gene.
The DNA fragments were separated by 1.5% agarose gel electrophoresis, and then purified using QIA quick Gel extraction kit (Qiagen). D-LDH was obtained by PCR using a mixture of the obtained 1.1 kb fragment containing the D-LDH gene and the 1.4 kb fragment containing the TRP1 gene as a template and using the oligo DNAs described in SEQ ID NOs: 13 and 16 as primers. A DNA fragment of about 2.5 kb to which the gene, GAPDH terminator and TRP1 gene were linked was amplified (corresponding to step 3 in FIG. 2).

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、QIA quick Gel extraction kit(キアゲン社製)を用いて精製後、サッカロマイセス・セレビシエ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、D−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 fragments are separated by 1.5% agarose gel electrophoresis, purified using QIA quick Gel extraction kit (manufactured by Qiagen), transformed into Saccharomyces cerevisiae NBRC10505 strain, and cultured in a tryptophan-free medium. Thus, a transformant in which the D-LDH gene was introduced downstream of the PDC1 gene promoter on the chromosome was selected.

上記のようにして得られた形質転換株が、D−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17、18)をプライマーセットとしたPCRにより、約3.2kb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2.4kbの増幅DNA断片が得られる。以下、ホタテガイに由来するD−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、PyDLDH株とする。   Confirmation that the transformant obtained as described above was a yeast in which the D-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 with a genomic DNA extraction kit Gen Toru-kun (manufactured by Takara Bio Inc.), and this was used as an amplification template, and PCR was performed using oligonucleotides (SEQ ID NOs: 17 and 18) as primer sets. This was confirmed by obtaining a 3.2 kb amplified DNA fragment. In the non-transformed strain, an amplified DNA fragment of about 2.4 kb can be obtained by the PCR. Hereinafter, a transformant in which the D-LDH gene derived from scallop is introduced downstream of the PDC1 gene promoter on the chromosome is referred to as a PyDLDH strain.

(実施例6)D−乳酸生産性テスト
実施例5のようにして得られたPyDLDH株および表3に示した組成の培地(以下、SC−Trp培地と略す。)を用いて実施例4と同様の方法でD−乳酸生産性テストを行った。測定の結果、いずれの実験区においてもL−乳酸は検出されなかった。乳酸の蓄積および測定限界から導かれる光学純度を表4に示す。
(Example 6) D-lactic acid productivity test Example 4 was performed using the PyDLDH strain obtained as in Example 5 and a medium having the composition shown in Table 3 (hereinafter abbreviated as SC-Trp medium). A D-lactic acid productivity test was conducted in the same manner. As a result of the measurement, L-lactic acid was not detected in any experimental group. Table 4 shows the optical purity derived from the accumulation of lactic acid and the measurement limit.

Figure 2009261262
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Figure 2009261262
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(実施例7)D−乳酸生産性テスト
実施例5のようにして得られたPyDLDH株を用いてD−乳酸生産性テストを行った。SC−Trp培地10mLを試験管に取り、そこに少量のPyDLDH株及びを植菌し、30℃で一晩培養した(前々培養)。次に、SC−Trp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、SC−Trp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℃)、1Nの水酸化カルシウムによりpH(pH5)を一定にして培養を行った(本培養)。本培養開始後40時間の培養液を遠心分離した後、実施例4に記した条件で乳酸および酢酸を測定し、対糖収率は次式で計算した。
対糖収率(%)=乳酸総生産量/培養系に添加したグルコース総量。
(Example 7) D-lactic acid productivity test A D-lactic acid productivity test was carried out using the PyDLDH strain obtained as in Example 5. 10 mL of SC-Trp medium was placed in a test tube, a small amount of PyDLDH strain and the like were inoculated therein, and cultured overnight at 30 ° C. (pre-culture). Next, 100 mL of SC-Trp 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, the 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) charged with 1 L of SC-Trp medium, and the stirring speed (120 rpm ), Aeration volume (0.1 L / min), temperature (30 ° C.), and 1N calcium hydroxide to maintain the pH (pH 5) constant (main culture). After centrifuging the culture solution for 40 hours after the start of the main culture, lactic acid and acetic acid were measured under the conditions described in Example 4, and the yield to sugar was calculated by the following equation.
Sugar yield (%) = total amount of lactic acid / total amount of glucose added to the culture system.

測定の結果、L−乳酸は検出されなかった。乳酸の蓄積および測定限界から導かれる光学純度を表5に示す。   As a result of the measurement, L-lactic acid was not detected. Table 5 shows the optical purity derived from the accumulation of lactic acid and the measurement limit.

Figure 2009261262
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(実施例8)乳酸の精製
実施例7で得られた培養液をpHが2.0になるまで濃硫酸(和光純薬製)を滴下後、1時間25℃で撹拌し、培養液中の乳酸カルシウムを乳酸と硫酸カルシウムに変換した。次いで、沈殿した硫酸カルシウムを、定性濾紙No2(アドバンテック製)を用いて吸引濾過により濾別した。さらに、不純物を分離するため、ナノフィルター(ピペラジンポリアミド半透膜UTC60、東レ株式会社製)に濾液を通し、透過水を回収した。透過水に含まれる乳酸と酢酸の濃度を、実施例4に記載した方法で分析した結果、透過水には18.6g/Lの乳酸と0.18g/Lの酢酸が含まれており、高純度の乳酸が精製された(表6)。
(Example 8) Purification of lactic acid Concentrated sulfuric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added dropwise to the culture solution obtained in Example 7 until the pH was 2.0, and then stirred at 25 ° C for 1 hour. Calcium lactate was converted into lactic acid and calcium sulfate. Next, the precipitated calcium sulfate was filtered off by suction filtration using qualitative filter paper No. 2 (manufactured by Advantech). Further, in order to separate impurities, the filtrate was passed through a nanofilter (piperazine polyamide semipermeable membrane UTC60, manufactured by Toray Industries, Inc.) to collect permeated water. As a result of analyzing the concentration of lactic acid and acetic acid contained in the permeated water by the method described in Example 4, the permeated water contained 18.6 g / L lactic acid and 0.18 g / L acetic acid. Purified lactic acid was purified (Table 6).

Figure 2009261262
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(比較例1)バシラス・ラエボラクティカス由来D−LDH発現プラスミドが導入された酵母のD−乳酸生産性テスト
バシラス・ラエボラクティカス由来のD−LDH発現プラスミドが導入されたNBRC10505/pTM63株(特開2007−74939参照)を用いて、実施例4と同一の条件でD−乳酸生産性テストを行った。測定結果から算出したD−乳酸の蓄積濃度を表2に示す。
(比較例2)ロイコノストック・メセントロイデス(Leuconostoc mesenteroides)由来、フゾバクテリウム・ヌクレアトム(Fusobacterium nucleatum)由来、クロストリジウム・アセトブチリカム(Clostridium acetobutylicum)由来、サイクロフレクサス・トルクイズ(Psychroflexus torquis)由来の各D−LDH遺伝子のクローニング
ロイコノストック・メセントロイデス(NBRC3426)を独立行政法人製品評価技術基盤機構生物遺伝資源部門(NBRC)より、フゾバクテリウム・ヌクレアトム(ATCC25586)、クロストリジウム・アセトブチリカム(ATCC824)、サイクロフレクサス・トルクイズ(ATCC700755)をAmerican Type Culture Collection(ATCC)より入手し、Genとるくん(タカラバイオ社製)を用いてゲノムDNAの精製をおこなった。このゲノムDNAを鋳型にPCRを行い、配列番号19から22に記載した各D−LDHをコードするDNA断片を得た。
Comparative Example 1 D-Lactic Acid Productivity Test of Yeast Introduced with Bacillus laevolacticus-derived D-LDH Expression Plasmid NBRC10505 / pTM63 strain into which a D-LDH expression plasmid derived from Bacillus laevolacticus was introduced (See JP 2007-74939), and the D-lactic acid productivity test was performed under the same conditions as in Example 4. Table 2 shows the accumulated concentration of D-lactic acid calculated from the measurement results.
(Comparative Example 2) Leuconostoc Looking At Troy Death (Leuconostoc mesenteroides) derived from, Fusobacterium Nukureatomu (Fusobacterium nucleatum) derived from Clostridium acetobutylicum (Clostridium acetobutylicum) derived from, cyclo-off Lexus Torukuizu (Psychroflexus torquis) from each D- Cloning of LDH gene Leuconostoc mescentroides (NBRC3426) from the National Institute of Biotechnology Resources (NBRC), Fusobacterium nucleatom (ATCC25586), Clostridium acetobutylicum (ATCC824), Cycloflexus Torque (A TCC70075) was obtained from American Type Culture Collection (ATCC), and genomic DNA was purified using Gen Toru-kun (manufactured by Takara Bio Inc.). PCR was performed using this genomic DNA as a template, and DNA fragments encoding each D-LDH described in SEQ ID NOs: 19 to 22 were obtained.

プライマーとして、ロイコノストック・メセントロイデス由来のD−LDH遺伝子(Accession No. AB233384、配列番号19)の増幅には配列番号23および24記載のオリゴDNAを、フゾバクテリウム・ヌクレアトム由来のD−LDH遺伝子(Accession No. AE009951、配列番号20)の増幅には配列番号25および26記載のオリゴDNAを、クロストリジウム・アセトブチリカム由来のD−LDH遺伝子(Accession No. AE001437、配列番号21)の増幅には配列番号27および28記載のオリゴDNAを、サイクロフレクサス・トルクイズ由来のD−LDH遺伝子(Accession No. NZ_AAPR01000005で登録されている全ゲノム配列よりD−LDH遺伝子領域を参照、配列番号22)の増幅には配列番号29および30記載のオリゴDNAを用いた。   As a primer, for amplification of the D-LDH gene derived from Leuconostoc mescentroides (Accession No. AB233384, SEQ ID NO: 19), the oligo DNA described in SEQ ID NOs: 23 and 24 was used, and the D-LDH gene derived from Fusobacterium nucleatom For the amplification of (Accession No. AE009951, SEQ ID NO: 20), the oligo DNA described in SEQ ID NOs: 25 and 26 was used. For the amplification of the D-LDH gene derived from Clostridium acetobutylicum (Accession No. AE001437, SEQ ID NO: 21), SEQ ID NO: The oligo DNAs described in 27 and 28 were used to amplify the cycloflexus torques-derived D-LDH gene (refer to the D-LDH gene region from the whole genome sequence registered under Accession No. NZ_AAPR01000005, SEQ ID NO: 22). Oligo DNAs described in SEQ ID NOs: 29 and 30 were used.

上記のようにして得られた増幅断片は、プラスミドベクターpTRS11にクローニングした。以後これらのプラスミドベクターを、それぞれpTRS11LmDLDH、pTRS11FnDLDH、pTRS11CaDLDH、pTRS11PtDLDH、と呼称する。   The amplified fragment obtained as described above was cloned into the plasmid vector pTRS11. Hereinafter, these plasmid vectors are referred to as pTRS11LmDLDH, pTRS11FnDLDH, pTRS11CaDLDH, and pTRS11PtDLDH, respectively.

(比較例3)各D−LDH遺伝子の酵母染色体への導入
特開2007−74939で開示されるバシラス・ラエボラクティカス由来D−LDH伝子を含むpTM63、比較例2で得られたロイコノストック・メセントロイデス、フゾバクテリウム・ヌクレアトム、クロストリジウム・アセトブチリカム、サイクロフレクサス・トルクイズ由来D−LDH遺伝子をそれぞれ含むpTRS11LmDLDH、pTRS11FnDLDH、pTRS11CaDLDH、pTRS11PtDLDHを鋳型として、それぞれ、配列番号14と31、配列番号14と32、配列番号14と33、配列番号14と34、配列番号14と35に記載のオリゴDNAをプライマーとしたPCRにより、各D−LDH遺伝子を含む約1.1kbのDNA断片を増幅した(図2のステップ1に相当)。ここで配列番号31から35記載のオリゴDNA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にデザインした。
(Comparative Example 3) Introduction of each D-LDH gene into yeast chromosome pTM63 containing Bacillus laevolacticus-derived D-LDH gene disclosed in JP-A-2007-74939, Leucono obtained in Comparative Example 2 SEQ ID NOs: 14 and 31, SEQ ID NOs: 14 and 31, respectively, using pTRS11LmDLDH, pTRS11FnDLDH, pTRS11CaDLDH, pTRS11PtDLDH including D-LDH genes derived from Stock Mecentroides, Fusobacterium nucleatum, Clostridium acetobutylicum, and Cycloflexus torqueis, respectively. 32, a DNA fragment of about 1.1 kb containing each D-LDH gene was amplified by PCR using oligo DNAs described in SEQ ID NOs: 14 and 33, SEQ ID NOs: 14 and 34, and SEQ ID NOs: 14 and 35 as primers. (Corresponding to step 1 in FIG. 2). Here, the oligo DNAs described in SEQ ID NOs: 31 to 35 were designed so that a sequence having homology was added to the upstream 65 bp of the PDC1 gene.

次に、実施例5記載の方法によって、酵母選択マーカーであるTRP1遺伝子を含む約1.4kbのDNA断片を増幅した(図2のステップ2に相当)。それぞれのDNA断片を、実施例5記載の方法によって精製した。ここで得られた各D−LDH遺伝子を含む1.1kb断片、TRP1遺伝子を含む1.4kb断片をそれぞれ混合したものを鋳型として配列番号16と31、配列番号16と32、配列番号16と33、配列番号16と34、配列番号16と35記載のオリゴDNAをプライマーとしたPCRにより各D−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(図2のステップ3に相当)。   Next, a DNA fragment of about 1.4 kb containing the TRP1 gene, which is a yeast selection marker, was amplified by the method described in Example 5 (corresponding to step 2 in FIG. 2). Each DNA fragment was purified by the method described in Example 5. The obtained mixture of 1.1 kb fragment containing each D-LDH gene and 1.4 kb fragment containing TRP1 gene was used as a template to obtain SEQ ID NO: 16 and 31, SEQ ID NO: 16 and 32, SEQ ID NO: 16 and 33, respectively. A DNA fragment of about 2.5 kb to which each D-LDH gene, GAPDH terminator and TRP1 gene were linked was amplified by PCR using oligo DNAs described in SEQ ID NOs: 16 and 34 and SEQ ID NOs: 16 and 35 as primers (FIG. 2). Equivalent to step 3).

上記のDNA断片を実施例5記載の方法によって精製後、サッカロマイセス・セレビシエ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、各D−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。このようにして得られた形質転換株が、各D−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を実施例5記載の方法で確認した。以下、バシラス・ラエボラクティカス、ロイコノストック・メセントロイデス、フゾバクテリウム・ヌクレアトム、クロストリジウム・アセトブチリカム、サイクロフレクサス・トルクイズのそれぞれに由来するD−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、それぞれ、BlDLDH株、LmDLDH株、FnDLDH株、CaDLDH株、PtDLDH株とする。   After purifying the above DNA fragment by the method described in Example 5, it is transformed into Saccharomyces cerevisiae NBRC10505 strain and cultured in a medium without tryptophan, so that each D-LDH gene is located downstream of the PDC1 gene promoter on the chromosome. An introduced transformant was selected. It was confirmed by the method described in Example 5 that the transformant thus obtained was a yeast in which each D-LDH gene was introduced downstream of the PDC1 gene promoter on the chromosome. In the following, D-LDH genes derived from Bacillus laevolyticus, Leuconostoc mescentroides, Fusobacterium nucleatum, Clostridium acetobutylicum and Cycloflexus torques are introduced downstream of the PDC1 gene promoter on the chromosome. These transformed strains are designated as BLDLDH strain, LmDLDH strain, FnDLDH strain, CaDLDH strain, and PtDLDH strain, respectively.

(比較例4)D−乳酸生産性テスト
比較例3のようにして得られたBlDLDH株、FnDLDH株、CaDLDH株、PtDLDH株を用いて、実施例6記載の方法によって、D−乳酸生産性テストを行った。測定結果から算出したD−乳酸の蓄積濃度を表4に示す。
Comparative Example 4 D-Lactic Acid Productivity Test Using the BlDLDH strain, FnDLDH strain, CaDLDH strain, and PtDLDH strain obtained as in Comparative Example 3, the D-lactic acid productivity test was performed according to the method described in Example 6. Went. Table 4 shows the accumulated concentration of D-lactic acid calculated from the measurement results.

(比較例5)D−乳酸生産性テスト
比較例3のようにして得られたLmDLDH株を用いて、実施例7記載の方法によって、D−乳酸生産性テストを行った。測定結果から算出したD−乳酸の対糖収率、乳酸、および酢酸の蓄積濃度を表5に示す。また、D−乳酸の光学純度測定を実施例6に記した条件で行った。測定の結果、L−乳酸は検出されなかった。乳酸の蓄積および測定限界から導かれる光学純度を表5に示す。その結果、ロイコノストック・メセントロイデス由来のD−LDH遺伝子を導入した酵母と、ホタテ由来のD−LDH遺伝子を導入した酵母の合成培地を用いたD−乳酸の発酵成績は、後者が、収率、副生物の生成の両方において優れていた。
(Comparative Example 5) D-lactic acid productivity test A D-lactic acid productivity test was carried out by the method described in Example 7 using the LmDLDH strain obtained as in Comparative Example 3. Table 5 shows the sugar yield of D-lactic acid calculated from the measurement results, and the accumulated concentrations of lactic acid and acetic acid. The optical purity of D-lactic acid was measured under the conditions described in Example 6. As a result of the measurement, L-lactic acid was not detected. Table 5 shows the optical purity derived from the accumulation of lactic acid and the measurement limit. As a result, the fermentation results of D-lactic acid using the synthetic medium of yeast introduced with D-LDH gene derived from Leuconostoc mescentroides and yeast introduced with D-LDH gene derived from scallop are the latter, It was excellent in both yield and by-product formation.

(比較例6)乳酸の精製
比較例5で得られた培養液を、実施例8と同様の方法で精製した結果、透過水には16.5g/Lの乳酸と0.62g/Lの酢酸が含まれていた(表6)。
(Comparative Example 6) Purification of lactic acid The culture solution obtained in Comparative Example 5 was purified by the same method as in Example 8. As a result, 16.5 g / L lactic acid and 0.62 g / L acetic acid were used as permeated water. (Table 6).

以上、実施例と比較例で示したように、種々のD−LDHを酵母に導入し乳酸発酵力価を検討した結果、ホタテ由来のD−LDH遺伝子を導入した酵母を用いると、不純物の混入の少ない高純度の乳酸を、高収率で製造できることが明らかとなった。   As described above, as shown in Examples and Comparative Examples, various D-LDHs were introduced into yeast, and as a result of examining the lactic acid fermentation titer, when yeast introduced with a scallop-derived D-LDH gene was used, impurities were mixed. It has been clarified that high-purity lactic acid with a small amount can be produced in a high yield.

図1は、本発明で用いられる酵母用発現ベクターpTRS11のフィジカルマップを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a physical map of the expression vector pTRS11 for yeast used in the present invention. 図2は、PDC1遺伝子プロモーター下流にD−LDH遺伝子を導入する方法を説明する概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method for introducing the D-LDH gene downstream of the PDC1 gene promoter.

Claims (7)

下記(A)から(C)の何れかのアミノ酸配列からなり、D−乳酸デヒドロゲナーゼ酵素活性を有するポリペプチド。
(A)配列番号1に記載のアミノ酸配列。
(B)配列番号1に記載のアミノ酸配列において、1から数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入および/または付加されているアミノ酸配列。
(C)配列番号1に記載のアミノ酸配列との相同性が少なくとも80%以上のアミノ酸配列。
A polypeptide having the amino acid sequence of any one of (A) to (C) below and having D-lactate dehydrogenase enzyme activity.
(A) The amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
(B) An amino acid sequence in which one to several amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.
(C) an amino acid sequence having at least 80% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
下記(a)から(c)の何れかの塩基配列からなり、かつD−乳酸デヒドロゲナーゼ酵素活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
(a)配列番号1に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする塩基配列。
(b)配列番号1に記載のアミノ酸配列において、1から数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入および/または付加されているアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする塩基配列。
(c)配列番号1に記載のアミノ酸配列との相同性が少なくとも80%以上のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする塩基配列。
A polynucleotide comprising a nucleotide sequence of any one of (a) to (c) below and encoding a polypeptide having D-lactate dehydrogenase enzyme activity.
(A) a base sequence encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(B) A base sequence encoding a polypeptide consisting of an amino acid sequence in which one to several amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.
(C) a base sequence encoding a polypeptide comprising an amino acid sequence having at least 80% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
下記(d)から(f)の何れかの塩基配列からなり、かつD−乳酸デヒドロゲナーゼ酵素活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
(d)配列番号2に記載の塩基配列。
(e)配列番号2に記載の塩基配列において、1から数個の塩基が置換、欠失、挿入および/または付加されている塩基配列。
(f)配列番号2に記載の塩基配列もしくはその相補配列の全体またはそれらの一部と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からなるポリヌクレオチド。
A polynucleotide encoding a polypeptide having the nucleotide sequence of any one of (d) to (f) below and having D-lactate dehydrogenase enzyme activity.
(D) The base sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
(E) A base sequence in which one to several bases are substituted, deleted, inserted and / or added in the base sequence shown in SEQ ID NO: 2.
(F) A polynucleotide comprising a base sequence that hybridizes under stringent conditions with the whole or a part of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 or a part thereof.
請求項2または3に記載のポリヌクレオチドが導入された宿主細胞。   A host cell into which the polynucleotide according to claim 2 or 3 has been introduced. 前記細胞が細菌、酵母、動物細胞または昆虫細胞である請求項4に記載の宿主細胞。   The host cell according to claim 4, wherein the cell is a bacterium, yeast, animal cell or insect cell. 前記酵母がサッカロマイセス・セレビシエである請求項5に記載の宿主細胞。   The host cell according to claim 5, wherein the yeast is Saccharomyces cerevisiae. 請求項4〜6に記載の宿主細胞を培養することを含む、D−乳酸の製造方法。   A method for producing D-lactic acid, comprising culturing the host cell according to claim 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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RU2815942C1 (en) * 2020-08-19 2024-03-25 Тяньцзинь Инститьют Оф Индастриал Байотекнолоджи, Чайниз Экэдеми Оф Сайенсиз Polynucleotide having promoter activity, and use of polynucleotide for producing amino acid

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