JP2010057396A - New microorganism having putrescine synthesis ability, putrescine synthesis gene and production method of putrescine - Google Patents

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聡 米田
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充生 小畑
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microorganism having high productivity of putrescine as compared to that of conventional microorganisms and to provide a putrescine synthesis gene having excellent putrescine synthesis ability. <P>SOLUTION: The microorganism has a 16S rDNA sequence having ≥90% homology to a base sequence made of a specific sequence and belongs to the genus Citrobacter having ability of producing putrescine. Examples of those microorganisms belonging to Citrobacter include Citrobacter sp. PR-144-5-1 strain (accession number:NITE P-620). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ナイロン46の原料となるプトレスシン(1,4−ジアミノブタン)を製造する能力を持つ微生物、プトレスシン合成遺伝子及びその微生物若しくはその遺伝子を用いたプトレスシンの製造方法に関する。   The present invention relates to a microorganism capable of producing putrescine (1,4-diaminobutane) as a raw material for nylon 46, a putrescine synthesis gene, and a method for producing putrescine using the microorganism or the gene.

ナイロン46は、1,4−ジアミノブタン(以下、プトレスシンという)またはその機能誘導体とアジピン酸またはその機能誘導体とからつくられ、ナイロン66を中心とした汎用ポリアミドよりも耐熱性が高いことを特徴とする。また、ナイロン46は、優れた耐熱性に加えて、引張強度,曲げ強度,衝撃強度などの機械的強度、摺動特性、耐疲労性にも優れていることから、自動車部品、電子部品などへの利用価値が大きく、有用なエンジニアリングプラスチックスとして需要も拡大している。   Nylon 46 is made of 1,4-diaminobutane (hereinafter referred to as putrescine) or a functional derivative thereof and adipic acid or a functional derivative thereof, and is characterized by higher heat resistance than a general-purpose polyamide centering on nylon 66. To do. In addition to excellent heat resistance, nylon 46 also has excellent mechanical strength such as tensile strength, bending strength, impact strength, sliding properties, and fatigue resistance. The use value is large, and demand is expanding as useful engineering plastics.

ナイロン46の原料であるプトレスシンは、アクリロニトリルにシアン化水素を反応させてコハク酸ニトリルとし、次いで水素添加することにより化学合成される(非特許文献1)。しかしながら、この化学合成では猛毒のシアン化水素を使用しており、環境負荷が大きく、製造コストも高くつく。   Putrescine, which is a raw material of nylon 46, is chemically synthesized by reacting acrylonitrile with hydrogen cyanide to succinic nitrile, and then adding hydrogen (Non-patent Document 1). However, this chemical synthesis uses highly toxic hydrogen cyanide, which has a large environmental burden and high manufacturing costs.

一方、微生物学的にプトレスシンを生産する方法についても報告があり、大腸菌(非特許文献2)、乳酸菌(非特許文献3)が使用されている。しかしながら、従来の微生物は、生産能力が低く、10日間の培養で培養液1Lあたり多くても0.3グラム程度であり、また、生産したプトレスシンが代謝され、菌内または培養液中に多くは蓄積させることができない。さらに、プトレスシンを合成するエンテロバクター属に属する微生物も報告されている(特許文献1)。特許文献1に開示された微生物は、非特許文献1乃至3に開示された微生物と比較すると非常に優れたプトレスシン合成能を有しているが、プトレスシン生産をより高効率で行うためには、より優れたプトレスシン合成能を有する微生物や、プトレスシン合成に関与する新規遺伝子が望まれる。   On the other hand, there have been reports on microbiological methods for producing putrescine, and Escherichia coli (Non-patent Document 2) and lactic acid bacteria (Non-patent Document 3) are used. However, conventional microorganisms have a low production capacity, which is about 0.3 gram per liter of the culture solution after 10 days of culture, and the produced putrescine is metabolized and accumulated in the bacteria or in the culture solution. I can't. Furthermore, microorganisms belonging to the genus Enterobacter that synthesize putrescine have also been reported (Patent Document 1). The microorganism disclosed in Patent Document 1 has a very excellent ability to synthesize putrescine compared to the microorganisms disclosed in Non-Patent Documents 1 to 3, but in order to perform putrescine production with higher efficiency, A microorganism having a better ability to synthesize putrescine and a novel gene involved in the synthesis of putrescine are desired.

ファインケミカルマーケットデータ、第1巻、1999、株式会社シーエムシーFine Chemical Market Data, Volume 1, 1999, CMC Corporation The Acetylation of Polyamines in Escherichia coli’ DONALD T. DUBIN AND SANFORD M. ROSENTHAL The Jounal of Biological Chemistry Vol.235,No.3,March 1960The Acetylation of Polyamines in Escherichia coli ’DONALD T. DUBIN AND SANFORD M. ROSENTHAL The Jounal of Biological Chemistry Vol.235, No.3, March 1960 M.E.Arena, et al., Journal of Applied Microbiology 2001, 90(2), 158-162M.E.Arena, et al., Journal of Applied Microbiology 2001, 90 (2), 158-162 特開2006−191808号公報JP 2006-191808 A

従って、本発明は、従来の微生物に比べてプトレスシン生産能の高い微生物を提供すること、プトレスシン合成に関与する遺伝子を提供すること、及び該微生物若しくは該遺伝子を用いてプトレスシンを効率的にかつ安価に生産する方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a microorganism having a higher ability to produce putrescine than conventional microorganisms, provides a gene involved in putrescine synthesis, and efficiently and inexpensively putrescine using the microorganism or the gene. The purpose is to provide a production method.

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を重ね、様々な環境から採取した微生物をプトレスシン合成能を指標としてスクリーニングしたところ、シトロバクター属に属する微生物の中に、飛躍的に高いプトレスシン生産能を示す微生物を見いだし、本発明を完成した。   The present inventor conducted extensive studies to solve the above problems, and screened microorganisms collected from various environments using the ability to synthesize putrescine. As a result, among the microorganisms belonging to the genus Citrobacter, the production of putrescine was dramatically high. The present inventors have found a microorganism exhibiting ability and completed the present invention.

すなわち、本発明に係る新規微生物は、配列番号1に示す塩基配列と90%以上相同な16S rDNA配列を有し、かつ、プトレスシン生産能を有するシトロバクター属に属する微生物である。本発明に係るシトロバクター属に属する微生物としては、シトロバクター・エスピー(Citrobacter sp.)PR-144-5-1株(寄託番号:NITE P-620)を例示することができる。   That is, the novel microorganism according to the present invention is a microorganism belonging to the genus Citrobacter having a 16S rDNA sequence that is 90% or more homologous to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having the ability to produce putrescine. Examples of the microorganism belonging to the genus Citrobacter according to the present invention include Citrobacter sp. PR-144-5-1 strain (deposit number: NITE P-620).

また、本発明に係るプトレスシン合成遺伝子は、以下の(a)〜(c)のいずれかのタンパク質をコードしている。
(a)配列番号3に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号3に示すアミノ酸配列において、1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、プトレスシン合成能を有するタンパク質
(c)配列番号3に示すアミノ酸配列に対して95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、プトレスシン合成能を有するタンパク質
The putrescine synthetic gene according to the present invention encodes any one of the following proteins (a) to (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 (b) consisting of an amino acid sequence in which one or a plurality of amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, and the ability to synthesize putrescine (C) a protein comprising an amino acid sequence having a homology of 95% or more with respect to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, and having a putrescine synthesis ability

また、本発明に係るプトレスシン合成遺伝子としては、例えば、以下の(a)〜(c)のいずれかのポリヌクレオチドを含む。
(a)配列番号2に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b)配列番号2に示す塩基配列において、1又は複数個の塩基が欠失、置換、付加又は挿入された塩基配列からなり、プトレスシン合成能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c)配列番号2に示す塩基配列の相補鎖に対して、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り、プトレスシン合成能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
The putrescine synthetic gene according to the present invention includes, for example, any of the following polynucleotides (a) to (c).
(A) a polynucleotide comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) a base sequence shown in SEQ ID NO: 2 consisting of a base sequence in which one or more bases are deleted, substituted, added or inserted, and putrescine synthesis A polynucleotide encoding a protein having the ability to synthesize putrescine, comprising a base sequence that hybridizes under stringent conditions to a complementary strand of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 nucleotide

さらに、本発明に係るプトレスシンの製造方法は、上述した本発明に係る微生物若しくは上述した本発明に係るプトレスシン合成遺伝子を発現する微生物を、プトレスシン生成のための基質と窒素源を添加した培地にて培養し、培養物中からプトレスシンを採取するものである。ここで、プトレスシン生成のための基質としては、アルギニン又はオルニチンを挙げることができる。   Furthermore, the method for producing putrescine according to the present invention includes the above-described microorganism according to the present invention or the above-described microorganism expressing the putrescine synthetic gene according to the present invention in a medium to which a substrate for producing putrescine and a nitrogen source are added. Culturing and collecting putrescine from the culture. Here, examples of the substrate for producing putrescine include arginine and ornithine.

本発明によれば、プトレスシン高生産能を有する微生物が提供される。従って、この微生物をプトレスシン生成のための基質と培養することにより、エンジニアリングプラスチックとして有用なナイロン46の原料であるプトレスシンを安価に高生産することができる。   According to the present invention, a microorganism having high ability to produce putrescine is provided. Therefore, by culturing this microorganism with a substrate for producing putrescine, putrescine, which is a raw material of nylon 46 useful as an engineering plastic, can be produced at high cost at a low cost.

また、本発明によれば、プトレスシン合成能に優れた新規なプトレスシン合成遺伝子が提供される。従って、この新規なプトレスシン合成遺伝子を利用することによって、従来公知のプトレスシン合成遺伝子を利用した場合と比較してプトレスシンを高効率に生産することができる。   In addition, according to the present invention, a novel putrescine synthesis gene excellent in putrescine synthesis ability is provided. Therefore, by using this novel putrescine synthesizing gene, putrescine can be produced with higher efficiency than in the case of using a conventionally known putrescine synthesizing gene.

以下、本発明を詳細に説明する。
1.プトレスシン生産能を有する微生物
本発明の微生物は、配列番号1に示す塩基配列と90%以上相同な16S rDNA配列を有し、かつ、プトレスシン生産能を有する微生物である。このような微生物の例としては、本発明者らが、愛知県岡崎市で採取した土壌サンプルから分離したPR-144-5-1株を挙げることができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
1. Microorganism having the ability to produce putrescine The microorganism of the present invention is a microorganism having a 16S rDNA sequence that is 90% or more homologous to the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having the ability to produce putrescine. As an example of such a microorganism, PR-144-5-1 strain isolated from a soil sample collected by the present inventors in Okazaki City, Aichi Prefecture can be mentioned.

PR-144-5-1株の16S rDNA遺伝子の塩基配列を配列番号1に示す。配列番号1に示した塩基配列に基づいて、NCBIのプログラム BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)を用いて同定を行ったところ、PR-144-5-1株はシトロバクター属に属することがわかった。すなわち、PR-144-5-1株の16S rDNA遺伝子の塩基配列がCitrobacterの16s rDNAが形成するクラスター内に含まれ、Citrobacter murliniae CDC2970-59株の16S rDNA遺伝子と99.0%の相同率を示し、Citrobacter braakii CDC080-58株の16S rDNA遺伝子と98.9%の相同率を示した。また、PR-144-5-1株の16S rDNA遺伝子との相同率が97.0%以上を示したのはCitrobacter由来の16s rDNAのみであった。よって、PR-144-5-1株はシトロバクター属に属するが公知の種には分類されなかった。したがって、本菌株は、Citrobacter sp. PR-144-5-1株と命名された。本菌株は、2008年7月31日付で独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センター(NPMD)(千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8)に受託番号NITE P-620として寄託されている。   The base sequence of 16S rDNA gene of PR-144-5-1 strain is shown in SEQ ID NO: 1. Based on the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, identification was performed using NCBI program BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/). PR-144-5-1 The strain was found to belong to the genus Citrobacter. That is, the base sequence of 16S rDNA gene of PR-144-5-1 strain is included in the cluster formed by 16s rDNA of Citrobacter, and shows 99.0% homology with 16S rDNA gene of Citrobacter murliniae CDC2970-59 strain, Citrobacter braakii showed a 98.9% homology with the 16S rDNA gene of CDC080-58. Further, only Citrobacter-derived 16s rDNA showed a homology rate of PR-144-5-1 with the 16S rDNA gene of 97.0% or more. Therefore, PR-144-5-1 strain belongs to the genus Citrobacter but was not classified as a known species. Therefore, this strain was named Citrobacter sp. PR-144-5-1 strain. This strain was deposited under the accession number NITE P-620 on July 31, 2008 at the National Institute of Technology and Evaluation (NPMD) (2-5-8 Kazusa Kamashita, Kisarazu City, Chiba Prefecture). ing.

本発明に係る微生物には、上記PR-144-5-1株のほか、その類縁微生物も含まれる。PR-144-5-1株の類縁微生物としては、例えば、16S rDNA遺伝子の塩基配列が、配列番号1の塩基配列と90%以上、好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上相同である微生物であって、かつ、プトレスシン高生産能を有する微生物をいう。ここで、プトレスシン高生産能とは、例えば、1日あたり、0.1g/L以上、好ましくは0.5g/L以上のプトレスシンを生産する能力をいう。   In addition to the PR-144-5-1 strain, the microorganisms according to the present invention include related microorganisms. As a related microorganism of PR-144-5-1 strain, for example, the nucleotide sequence of 16S rDNA gene is 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 98% or more, most preferably, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. Refers to a microorganism that is 99% or more homologous and has a high ability to produce putrescine. Here, the high productivity of putrescine means, for example, the ability to produce 0.1 g / L or more, preferably 0.5 g / L or more of putrescine per day.

PR-144-5-1株の類縁微生物は、上記プトレスシン生産能と配列番号1に記載の塩基配列を指標として単離することができる。例えば、後記実施例に示すように、土壌サンプルを、アルギニンを含む培地に添加して嫌気的条件下で培養し、培養液をGC/MS分析してプトレスシン高生産が認められた土壌サンプルを選抜する(一次スクリーニング)。次に、選抜した土壌サンプルの培養液をプレート上で培養し、コロニーを形成させて微生物を単離し、さらに単離した微生物を嫌気的条件で培養し、GC/MS分析してプトレスシン高生産が認められた微生物を選択し(二次スクリーニング)、この微生物菌株の16S rDNAの塩基配列について、NCBIのプログラム BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)の塩基配列データベースに対して相同性検索を行う。   A related microorganism of the PR-144-5-1 strain can be isolated using the above-mentioned putrescine production ability and the base sequence described in SEQ ID NO: 1 as indicators. For example, as shown in the Examples below, a soil sample is added to a medium containing arginine and cultured under anaerobic conditions, and the culture solution is subjected to GC / MS analysis to select a soil sample in which high production of putrescine is recognized. (Primary screening). Next, the culture solution of the selected soil sample is cultured on a plate, colonies are formed and microorganisms are isolated.The isolated microorganisms are cultured under anaerobic conditions, and GC / MS analysis is performed to increase the production of putrescine. Recognized microorganisms (secondary screening), and the nucleotide sequence database of NCBI program BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) for the 16S rDNA nucleotide sequence of this microorganism strain A homology search is performed on.

本発明の微生物は、公知のシトロバクター属に属する微生物と同様な方法により培養・増殖することができる。培地としては、資化可能な炭素源、窒素源、無機塩類及び必要な栄養源を適当に含有する培地であれば、天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。炭素源としては、該微生物が資化し得るものであればよく、グルコース、フラクトース、スクロース、デンプン等の炭水化物、酢酸、プロピオン酸、マレイン酸、フマル酸、リンゴ酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアルコール類が用いられる。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若しくは有機酸のアンモニウム塩、又はペプトン、酵母エキス、麦芽エキス、肉エキス、コーンスチープリカー等の含窒素化合物が用いられる。無機塩類としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウム等が用いられる。   The microorganism of the present invention can be cultured and propagated in the same manner as known microorganisms belonging to the genus Citrobacter. As the medium, any of a natural medium and a synthetic medium may be used as long as the medium appropriately contains an assimitable carbon source, nitrogen source, inorganic salts, and necessary nutrient sources. Any carbon source may be used as long as the microorganism can assimilate, carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose, and starch, organic acids such as acetic acid, propionic acid, maleic acid, fumaric acid, and malic acid, ethanol, propanol, and the like Alcohols are used. Examples of nitrogen sources include ammonium salts of inorganic or organic acids such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, and ammonium phosphate, or nitrogen-containing compounds such as peptone, yeast extract, malt extract, meat extract, and corn steep liquor. Used. As the inorganic salts, monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, calcium carbonate and the like are used.

培養温度は、本発明微生物の生育温度の範囲、好ましくは最適生育温度の範囲に設定すればよく、例えば25〜40℃の範囲が挙げられる。培養時間は、通常、24〜72時間程度行う。また、培養期間中、pHは5.0〜7.0に保持することが好ましい。培地のpHの調整は、無機又は有機酸、アルカリ溶液等を用いて行う。   What is necessary is just to set the culture temperature to the range of the growth temperature of the microorganisms of this invention, Preferably the range of the optimal growth temperature, for example, the range of 25-40 degreeC is mentioned. The culture time is usually about 24 to 72 hours. Moreover, it is preferable to maintain pH at 5.0-7.0 during a culture | cultivation period. The pH of the medium is adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, or the like.

2.本発明のプトレスシン合成遺伝子
本発明に係るプトレスシン合成遺伝子は、上述した本発明に係る微生物のゲノムにおいて、大腸菌のSpeF遺伝子の塩基配列に基づいて同定することができる。また、上述した本発明に係る微生物のゲノムを抽出し、大腸菌のSpeF遺伝子の塩基配列に基づいて設計したプローブ或いはプライマーセットを用いて、定法に従って単離することができる。なお、大腸菌のSpeF 遺伝子は、オルニチンデカルボキシラーゼをコードしており、Kashiwagi, K.らの論文(J. Biol. Chem. "Coexistence of the genes for putrescine transport protein and ornithine decarboxylase at 16 min on Escherichia coli chromosome." (1991)、Volume 266、p20922-20927)に開示されている。
2. The putrescine synthetic gene of the present invention can be identified based on the base sequence of the SpeF gene of E. coli in the genome of the microorganism of the present invention described above. The genome of the microorganism according to the present invention described above can be extracted and isolated according to a conventional method using a probe or primer set designed based on the base sequence of the SpeF gene of Escherichia coli. The SpeF gene of Escherichia coli encodes ornithine decarboxylase, and a paper by Kashiwagi, K. et al. (J. Biol. Chem. "Coexistence of the genes for putrescine transport protein and ornithine decarboxylase at 16 min on Escherichia coli chromosome. (1991), Volume 266, p20922-20927).

本発明に係る微生物のうちCitrobacter sp. PR-144-5-1株から単離したプトレスシン合成遺伝子の塩基配列及び当該遺伝子によりコードされるタンパク質のアミノ酸配列を、それぞれ配列番号2及び3に示す。すなわち、本発明に係るプトレスシン合成遺伝子の一例としては、配列番号3に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチドを挙げることができる。また、同様に、本発明に係るプトレスシン合成遺伝子の一例としては、配列番号2に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドを挙げることができる。   Among the microorganisms according to the present invention, the base sequence of the putrescine synthesis gene isolated from Citrobacter sp. PR-144-5-1 strain and the amino acid sequence of the protein encoded by the gene are shown in SEQ ID NOs: 2 and 3, respectively. That is, as an example of the putrescine synthetic gene according to the present invention, a polynucleotide encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 can be mentioned. Similarly, as an example of the putrescine synthetic gene according to the present invention, a polynucleotide comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 can be mentioned.

但し、本発明に係るプトレスシン合成遺伝子は、配列番号3に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするものに限定されない。本発明に係るプトレスシン合成遺伝子としては、配列番号3に示すアミノ酸配列において、1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、プトレスシン合成能を有するタンパク質をコードするものであっても良い。ここで、複数個のアミノ酸とは、例えば、2〜70個のアミノ酸を挙げることができ、好ましくは2〜50個、より好ましくは2〜30個、更に好ましくは2〜15個、最も好ましくは2〜10個のアミノ酸を挙げることができる。   However, the putrescine synthetic gene according to the present invention is not limited to the one encoding the protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. The putrescine synthetic gene according to the present invention encodes a protein having the ability to synthesize putrescine, comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. It may be a thing. Here, examples of the plurality of amino acids include 2 to 70 amino acids, preferably 2 to 50, more preferably 2 to 30, further preferably 2 to 15, most preferably Mention may be made of 2 to 10 amino acids.

なお、アミノ酸の欠失、置換若しくは付加は、上記遺伝子をコードする塩基配列を、当該技術分野で公知の手法によって改変することによって行うことができる。塩基配列に変異を導入するには、Kunkel法またはGapped duplex法等の公知手法又はこれに準ずる方法により行うことができ、例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutant-KやMutant-G(何れも商品名、TAKARA社製))等を用いて、あるいはLA PCR in vitro Mutagenesisシリーズキット(商品名、TAKARA社製)を用いて変異が導入される。   In addition, amino acid deletion, substitution, or addition can be performed by modifying the base sequence encoding the gene by a technique known in the art. Mutation can be introduced into a base sequence by a known method such as Kunkel method or Gapped duplex method or a method according thereto, for example, a mutation introduction kit (for example, Mutant-) using site-directed mutagenesis. Mutations are introduced using K, Mutant-G (both trade names, manufactured by TAKARA) or the like, or LA PCR in vitro Mutagenesis series kit (trade name, manufactured by TAKARA).

さらに、本発明に係るプトレスシン合成遺伝子としては、配列番号3に示すアミノ酸配列に対して95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、プトレスシン合成能を有するタンパク質をコードするものをあげることができる。配列番号3に示すアミノ酸配列は、大腸菌由来のプトレスシン合成遺伝子がコードするタンパク質のアミノ酸配列に対して91.7%の相同性を有している。このような高い相同性を有しているにも拘わらず、配列番号3に示すアミノ酸配列からなるタンパク質は、大腸菌由来のプトレスシン合成遺伝子によりコードされるタンパク質と比較して、非常に優れたプトレスシン合成能を有している。したがって、配列番号3に示したアミノ酸配列を基準として95%以上の相同性、好ましくは98%以上の相同性、より好ましくは99%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなるタンパク質は、同様に非常に優れたプトレスシン合成能を有するものと考えられる。なお、相同性の値は、blastアルゴリズムを実装したコンピュータプログラム及び遺伝子配列情報を格納したデータベースを用いてデフォルトの設定で求められる値を意味する。   Furthermore, examples of the putrescine synthesis gene according to the present invention include an amino acid sequence having 95% or more homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 and encoding a protein having putrescine synthesis ability. . The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 has 91.7% homology to the amino acid sequence of the protein encoded by the putrescine synthesis gene derived from E. coli. Despite having such a high homology, the protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 is superior to the protein encoded by the putrescine synthesis gene derived from E. coli. Have the ability. Therefore, a protein comprising an amino acid sequence having 95% or more homology, preferably 98% or more homology, more preferably 99% or more homology based on the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 is very It is considered to have excellent ability to synthesize putrescine. The homology value means a value obtained by default setting using a computer program in which the blast algorithm is implemented and a database storing gene sequence information.

さらにまた、本発明に係るプトレスシン合成遺伝子としては、配列番号2に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドを含むものに限定されず、例えば、配列番号2に示す塩基配列において、1又は複数個の塩基が欠失、置換、付加又は挿入された塩基配列からなり、プトレスシン合成能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドを含むものが挙げられる。ここで、複数個の塩基とは、例えば、2〜200個の塩基を挙げることができ、好ましくは2〜150個、より好ましくは2〜100個、更に好ましくは2〜50個、最も好ましくは2〜30個の塩基を挙げることができる。塩基配列に変異を導入する手法は上述した方法と同様である。   Furthermore, the putrescine synthetic gene according to the present invention is not limited to the one containing the polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, and for example, in the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, one or more bases Examples include those comprising a nucleotide sequence consisting of a base sequence that is deleted, substituted, added or inserted and encoding a protein having the ability to synthesize putrescine. Here, examples of the plurality of bases include 2 to 200 bases, preferably 2 to 150, more preferably 2 to 100, still more preferably 2 to 50, and most preferably. 2-30 bases can be mentioned. The method for introducing a mutation into the base sequence is the same as that described above.

さらにまた、本発明に係るプトレスシン合成遺伝子としては、配列番号2に示す塩基配列の相補鎖に対して、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り、プトレスシン合成能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドを含むものであっても良い。ここで、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするとは、60℃で2×SSC洗浄条件下で結合を維持することを意味する。ハイブリダイゼーションは、J. Sambrook et al. Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory(1989)に記載されている方法等、従来公知の方法で行うことができる。   Furthermore, the putrescine synthesizing gene according to the present invention comprises a base sequence that hybridizes under stringent conditions to the complementary strand of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, and encodes a protein having the ability to synthesize putrescine. It may contain a polynucleotide. Here, hybridizing under stringent conditions means maintaining binding at 60 ° C. under 2 × SSC washing conditions. Hybridization can be performed by a conventionally known method such as the method described in J. Sambrook et al. Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory (1989).

以上で説明した本発明に係るプトレスシン合成遺伝子は、定法に従って、適当な宿主内で発現可能となるように発現ベクターに組み込むことができる。宿主としては、特に限定されないが、大腸菌や枯草菌等の細菌、酵母、植物細胞、昆虫細胞及び動物細胞が挙げられる。また、発現ベクターとしては、使用する宿主に応じて適宜選択することができ、例えばプラスミド、シャトルベクター、ヘルパープラスミドなどが挙げられる。   The putrescine synthetic gene according to the present invention described above can be incorporated into an expression vector so that it can be expressed in an appropriate host according to a conventional method. Although it does not specifically limit as a host, Bacteria, such as colon_bacillus | E._coli and Bacillus subtilis, yeast, a plant cell, an insect cell, and an animal cell are mentioned. The expression vector can be appropriately selected depending on the host to be used, and examples thereof include plasmids, shuttle vectors, helper plasmids and the like.

プラスミドDNAとしては、大腸菌由来のプラスミド(例えばpBR322、pBR325、pUC118、pUC119、pUC18、pUC19、pBluescript等)、枯草菌由来のプラスミド(例えばpUB110、pTP5等)、酵母由来のプラスミド(例えばYEp13、YCp50等)などが挙げられ、ファージDNAとしてはλファージ(Charon4A、Charon21A、EMBL3、EMBL4、λgt10、λgt11、λZAP等)が挙げられる。さらに、レトロウイルス又はワクシニアウイルスなどの動物ウイルス、バキュロウイルスなどの昆虫ウイルスベクターを用いることもできる。   As plasmid DNA, plasmids derived from E. coli (eg, pBR322, pBR325, pUC118, pUC119, pUC18, pUC19, pBluescript, etc.), plasmids derived from Bacillus subtilis (eg, pUB110, pTP5, etc.), yeast-derived plasmids (eg, YEp13, YCp50, etc.) And λ phage (Charon4A, Charon21A, EMBL3, EMBL4, λgt10, λgt11, λZAP, etc.). Furthermore, animal viruses such as retrovirus or vaccinia virus, and insect virus vectors such as baculovirus can also be used.

ベクターに本発明に係るプトレスシン合成遺伝子を挿入するには、まず、精製されたプトレスシン合成遺伝子を含むポリヌクレオチドを適当な制限酵素で切断し、適当なベクター DNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入して連結する方法などが採用される。また、本発明に係るプトレスシン合成遺伝子は、発現ベクターにおいて遺伝子発現を制御できる制御領域と連結されていても良い。制御領域としては、従来公知のプロモーター、エンハンサー等を挙げることができる。   In order to insert the putrescine synthetic gene according to the present invention into a vector, first, a purified polynucleotide containing the putrescine synthetic gene is cleaved with an appropriate restriction enzyme and inserted into a restriction enzyme site or a multiple cloning site of an appropriate vector DNA. Then, a method of connecting them is adopted. The putrescine synthetic gene according to the present invention may be linked to a control region capable of controlling gene expression in an expression vector. Examples of the control region include conventionally known promoters and enhancers.

3.本発明の微生物又はプトレスシン合成遺伝子を用いるプトレスシン製造
上述した本発明に係る微生物及び本発明に係るプトレスシン合成遺伝子は、プトレスシンの製造に使用することができる。上記1において得られた微生物菌株を、プトレスシン生成のための基質と窒素源を添加した培地にて培養し、プトレスシンを生産することができる。或いは、上記2において得られたプトレスシン合成遺伝子を導入した宿主を、同様にプトレスシン生成のための基質と窒素源を添加した培地にて培養し、プトレスシンを生産することができる。プトレスシン生成のための基質としては、好適にはアルギニンであるが、オルニチンであってもよい。また、窒素源としては、特に限定はされないが、前記の窒素源のうち、酵母エキス、肉エキスなどの天然窒素源が好ましい。培養は、例えば、25〜40℃で24〜72時間程度行う。なお、培養に際しては、好気的条件とすることが好ましい。
3. Production of putrescine using the microorganism of the present invention or putrescine synthetic gene The microorganism according to the present invention described above and the putrescine synthetic gene according to the present invention can be used for the production of putrescine. The microorganism strain obtained in the above 1 can be cultured in a medium to which a substrate for producing putrescine and a nitrogen source are added to produce putrescine. Alternatively, the host into which the putrescine synthetic gene obtained in 2 above has been introduced can be similarly cultured in a medium to which a substrate for producing putrescine and a nitrogen source have been added to produce putrescine. The substrate for producing putrescine is preferably arginine, but may be ornithine. Moreover, although it does not specifically limit as a nitrogen source, Natural nitrogen sources, such as a yeast extract and a meat extract, are preferable among the said nitrogen sources. The culture is performed at 25 to 40 ° C. for about 24 to 72 hours, for example. In the culture, it is preferable to use aerobic conditions.

また、より増殖能の高い菌株を用いた方が、単位培養液及び単位時間当たりのプトレスシン生産量が高くなるため、まず前培養によって菌体を活性化させ、これをプトレスシン生産用の本培養の培地に接種して培養を行うことが好ましい。   In addition, since the production of putrescine per unit culture solution and unit time is higher when a strain with higher growth ability is used, the cells are first activated by pre-culture, and this is used in the main culture for producing putrescine. It is preferable to inoculate the medium and culture.

また、培地には、基質と窒素源を少なくとも含有していればよく、その他の成分については、当該技術分野で通常用いられる前記の炭素源、無機塩類等を添加することができる。   The medium only needs to contain at least a substrate and a nitrogen source, and the other carbon components, inorganic salts, and the like that are usually used in the technical field can be added to other components.

微生物菌株の培地への使用量は、例えば、菌体を接種する場合、培地1Lあたり、0.1〜2.0mg、好ましくは0.2〜0.5mgであればよく、基質含有量により適宜増減すればよい。基質は培養開始時にその全量を添加しても、培養中に連続的または間欠的に添加してもよい。また、生成したプトレスシンを培養終了後に一括して取り出しても、培養中に連続的または間欠的に取り出してもよい。   The amount of the microbial strain used in the medium may be, for example, 0.1 to 2.0 mg, preferably 0.2 to 0.5 mg per 1 L of the medium when inoculated with bacterial cells, and may be appropriately increased or decreased depending on the substrate content. The total amount of the substrate may be added at the start of the culture, or may be added continuously or intermittently during the culture. Moreover, the produced putrescine may be taken out after completion of the culture, or may be taken out continuously or intermittently during the culture.

本発明における培養は、培養液中の所望のプトレスシン生成量が最高に達した時点で終了させることができるように、培養液中のプトレスシンをガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー等の周知の方法により測定しながら行うことが好ましい。   The culture in the present invention can be terminated when the desired production amount of putrescine in the culture solution reaches the maximum, so that the putrescine in the culture solution can be gas chromatographed, high performance liquid chromatography, thin layer chromatography, etc. It is preferable to carry out the measurement while measuring by a known method.

培養液中に蓄積されたプトレスシンは、培養終了後、常法によって培養液から精製する。精製は、当該技術分野において通常使用されている周知の手段、例えば、ろ過、遠心分離、イオン交換又は吸着クロマトグラフィー、溶媒抽出等の操作が必要に応じて、適宜組み合わせて行えばよい。微生物の形態は、特に限定されず、微生物の菌体、菌体処理物のいずれであってもよい。菌体処理物としては、例えば、菌体破砕物、培養物(菌体、培養上清)から抽出した酵素などをいう。   Putrescine accumulated in the culture solution is purified from the culture solution by a conventional method after completion of the culture. The purification may be performed by appropriately combining well-known means usually used in the technical field, for example, filtration, centrifugation, ion exchange or adsorption chromatography, solvent extraction, and the like as necessary. The form of the microorganism is not particularly limited, and may be either a microorganism cell or a treated cell of the microorganism. Examples of the processed microbial cells include crushed cells, enzymes extracted from cultures (bacteria and culture supernatant), and the like.

微生物の菌体または菌体処理物は固定化して用いることもできる。固定化法としては、従来公知の担体結合法、架橋化法、包括法などの方法が挙げられる。担体結合法では、担体に菌体や酵素を固定化させるが、固定化は物理的吸着、イオン結合、共有結合のいずれであってもよい。担体としては多糖(アセチルセルロース、アガロース)、無機物質(多孔質ガラス、金属酸化物)、合成高分子(ポリアクリルアミド、ポリスチレン)等が用いられる。架橋化法では、グルタルアルデヒド等の二官能性試薬を用いて菌体や酵素同士を架橋、結合させることによって固定化する。また、包括法では、多糖(アルギン酸、カラギーナン)、ポリアクリルアミド、コラーゲン、ポリウレタン等の高分子ゲルの格子や半透膜カプセルに酵素や菌体を包み込むことによって固定化する。   The microbial cells or the processed microbial cells can be immobilized and used. Examples of the immobilization method include conventionally known methods such as a carrier binding method, a crosslinking method, and a comprehensive method. In the carrier binding method, cells or enzymes are immobilized on a carrier, but the immobilization may be any of physical adsorption, ionic bond, and covalent bond. As the carrier, polysaccharides (acetylcellulose, agarose), inorganic substances (porous glass, metal oxide), synthetic polymers (polyacrylamide, polystyrene) and the like are used. In the cross-linking method, the cells are immobilized by cross-linking and bonding the cells and enzymes using a bifunctional reagent such as glutaraldehyde. In the enveloping method, the enzyme and the fungus body are immobilized by wrapping them in a lattice or semipermeable membrane capsule of a polymer gel such as polysaccharide (alginic acid, carrageenan), polyacrylamide, collagen, polyurethane or the like.

以上で説明した本発明に係るプトレスシンの製造方法では、上述した本発明に係る微生物或いは本発明に係るプトレスシン合成遺伝子を使用しているため、従来公知のプトレスシン合成遺伝子を使用した場合と比較して生産性が向上したものとなる。特に、本発明に係るプトレスシン合成遺伝子を用いた組換え体、例えば組み換え大腸菌を用いた場合には、一日あたり2.4g/L以上のプトレスシンを合成することができる。これは、従来公知の大腸菌由来のプトレスシン合成遺伝子(SpeF遺伝子)を用いた組み換え大腸菌を用いた場合の約2.5〜3.0倍以上の生産量の差となる。   In the method for producing putrescine according to the present invention described above, since the microorganism according to the present invention described above or the putrescine synthetic gene according to the present invention is used, compared with the case where a conventionally known putrescine synthetic gene is used. Productivity is improved. In particular, when a recombinant using the putrescine synthetic gene according to the present invention, for example, recombinant Escherichia coli, 2.4 g / L or more of putrescine can be synthesized per day. This is a production difference of about 2.5 to 3.0 times or more when using recombinant Escherichia coli using a conventionally known putrescine synthesis gene (SpeF gene) derived from Escherichia coli.

以下、実施例を用いて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。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited to a following example.

〔実施例1〕
本実施例では、プトレスシン合成能に優れた新規微生物を単離した。日本各地で採集した土壌検体を下記表1に示す組成のpH指示薬を添加した液体培地に添加し、混合ガス(組成=窒素:二酸化炭素:水素=8:1:1)下、30℃にて7日間培養した。プトレスシンはアルカリ性なので、培養液が橙色から赤色に変化した培養液を、前記表1に示す組成の培地に寒天1.5g/Lを加えた固体培地にて混合ガス(組成は上記と同様)下で培養した。
[Example 1]
In this example, a novel microorganism having an excellent ability to synthesize putrescine was isolated. Soil samples collected in various parts of Japan are added to a liquid medium supplemented with a pH indicator having the composition shown in Table 1 below, and at 30 ° C. under a mixed gas (composition = nitrogen: carbon dioxide: hydrogen = 8: 1: 1). Cultured for 7 days. Since putrescine is alkaline, the culture solution in which the culture solution is changed from orange to red is mixed with a medium having the composition shown in Table 1 above with agar 1.5 g / L in a mixed gas (composition is the same as above). Cultured.

Figure 2010057396
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次に、プレート上のコロニー周囲の固体培地が橙色から赤色へ変化した菌を単離し、再び液体培地(表2)にて単離菌を混合ガス(組成は上記と同様)下で培養し、培養液をシリル化処理後、表3に示す条件にてガスクロマトグラフ質量分析計(GC/MS)で分析し、プトレスシン生産量を測定した。   Next, isolate the bacteria whose solid medium around the colony on the plate has changed from orange to red, and again culture the isolated bacteria in a liquid medium (Table 2) under a mixed gas (same composition as above), After the silylation treatment of the culture solution, it was analyzed with a gas chromatograph mass spectrometer (GC / MS) under the conditions shown in Table 3, and the putrescine production amount was measured.

Figure 2010057396
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Figure 2010057396
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その結果、プトレスシンを高生産(0.6以上/L/4日)する菌株を取得し、PR-144-5-1株と命名した。PR-144-5-1株は、2008年7月31日付で独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センター(NPMD)(千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8)に受託番号NITE P-620として寄託されている。   As a result, a strain capable of producing putrescine at high production (0.6 or more / L / 4 days) was obtained and named PR-144-5-1 strain. As of July 31, 2008, PR-144-5-1 shares were registered with NITE (National Institute of Technology and Evaluation) (NPMD) (2-5-8 Kazusa Kamashichi, Kisarazu City, Chiba Prefecture) with the accession number NITE. Deposited as P-620.

PR-144-5-1株の同定
PR-144-5-1株の16S rDNA塩基配列による相同性検索を以下のようにして行った。ゲノムの抽出には、InstraGene Matrix(BIO RAD, CA, USA)を使用し、操作はBIO RAD社のプロトコールに従った。抽出したゲノムDNAを鋳型とし、プライマー9F(5'-GAGTTTGATCCTGGCTCAG-3':配列番号4)及びプライマー1510R(5'-GGCTACCTTGTTACGA-3':配列番号5)を用いて、PCR(Ready-To-Go PCR Beads:Amersham Pharmacia Biotech, NJ, USAを使用)により16S ribosomal RNA遺伝子(16S rDNA)の全塩基配列1500〜1600bpの領域を増幅した。その後、増幅された16S rDNAをシーケンシングし(ABI PRISM 3100 DNA Sequencer:Applied Biosystems, CA, USAを使用)、16S rDNAの塩基配列を決定した。決定した塩基配列を配列番号1に示す。
Identification of PR-144-5-1 strain
The homology search of PR-144-5-1 strain by 16S rDNA base sequence was performed as follows. For the extraction of the genome, InstraGene Matrix (BIO RAD, CA, USA) was used, and the operation followed the protocol of BIO RAD. Using the extracted genomic DNA as a template, PCR (Ready-To-Go) using primer 9F (5′-GAGTTTGATCCTGGCTCAG-3 ′: SEQ ID NO: 4) and primer 1510R (5′-GGCTACCTTGTTACGA-3 ′: SEQ ID NO: 5) PCR Beads: Amersham Pharmacia Biotech, NJ, USA) was used to amplify a region of the entire base sequence 1500-1600 bp of the 16S ribosomal RNA gene (16S rDNA). Thereafter, the amplified 16S rDNA was sequenced (ABI PRISM 3100 DNA Sequencer: Applied Biosystems, CA, USA), and the base sequence of 16S rDNA was determined. The determined base sequence is shown in SEQ ID NO: 1.

得られた16S rDNAの塩基配列を用いて相同性検索を行った。相同性検索を行う際のデータベースとして、MicroSeq Microbial Identification System Software V.1.4.1(Applied Biosystem, CA, USA)を使用した。さらに、BLAST(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)を用いてGeneBankDNA塩基配列データベース(GeneBank/DDBJ/EMBL)に対して相同性検索を行った。その結果、PR-144-5-1株の16S rDNA遺伝子の塩基配列がCitrobacterの16s rDNAが形成するクラスター内に含まれ、Citrobacter murliniae CDC2970-59株の16S rDNA遺伝子と99.0%の相同率を示し、Citrobacter braakii CDC080-58株の16S rDNA遺伝子と98.9%の相同率を示した。また、PR-144-5-1株の16S rDNA遺伝子との相同率が97.0%以上を示したのはCitrobacter由来の16s rDNAのみであった。よって、PR-144-5-1株はシトロバクター属に属するが公知の種には分類されなかった。したがって、本菌株をCitrobacter sp. PR-144-5-1株と命名した。   A homology search was performed using the base sequence of the obtained 16S rDNA. MicroSeq Microbial Identification System Software V.1.4.1 (Applied Biosystem, CA, USA) was used as a database for homology search. Furthermore, a homology search was performed on the GeneBank DNA base sequence database (GeneBank / DDBJ / EMBL) using BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/). As a result, the base sequence of 16S rDNA gene of PR-144-5-1 strain is included in the cluster formed by 16s rDNA of Citrobacter and shows 99.0% homology with 16S rDNA gene of Citrobacter murliniae CDC2970-59 strain The Citrobacter braakii CDC080-58 strain showed a 98.9% homology with the 16S rDNA gene. Further, only Citrobacter-derived 16s rDNA showed a homology rate of PR-144-5-1 with the 16S rDNA gene of 97.0% or more. Therefore, PR-144-5-1 strain belongs to the genus Citrobacter but was not classified as a known species. Therefore, this strain was named Citrobacter sp. PR-144-5-1 strain.

〔実施例2〕
本実施例では、実施例1で同定されたCitrobacter sp. PR-144-5-1株からプトレスシン合成遺伝子をクローニングした。本実施例では表2に示した組成の培地(M11培地)及び表4に示した組成の培地(LB培地及びプトレスシン生産培地)を使用した。
[Example 2]
In this example, the putrescine synthesis gene was cloned from the Citrobacter sp. PR-144-5-1 strain identified in Example 1. In this example, a medium (M11 medium) having the composition shown in Table 2 and a medium (LB medium and putrescine production medium) having the composition shown in Table 4 were used.

Figure 2010057396
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なお、Glcoseは20%濃度で作製(オートクレーブ滅菌)し、0.4%になるよう培地に添加した。また、ThiamineとTryptophanは×100で作製し0.22μlフィルターで除菌した。さらに、Sol.1とSol.2は×10で作製しフィルター滅菌した。   Glcose was prepared at 20% concentration (autoclave sterilization) and added to the medium to 0.4%. Thiamine and Tryptophan were prepared in × 100 and sterilized with a 0.22 μl filter. Furthermore, Sol.1 and Sol.2 were prepared at x10 and sterilized by filter.

詳述は省略するが、Citrobacter sp. PR-144-5-1株から新規プトレスシン合成遺伝子を以下のように同定した。先ず、新規プトレスシン合成遺伝子の前半部分は、Citrobacter sp. PR-144-5-1株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、大腸菌におけるSpeF遺伝子の塩基配列に基づいて設計した縮重プライマーを用いたPCRによって増幅し、ベクターにライゲーションした後、塩基配列を決定した。これにより、新規プトレスシン合成遺伝子の前半部分の約1600bpを同定した。 Although detailed description is omitted, a novel putrescine synthesis gene was identified from Citrobacter sp. PR-144-5-1 as follows. First, the first half of the new putrescine synthesis gene is Citrobacter sp. Amplified by PCR using genomic DNA extracted from PR-144-5-1 strain as a template, degenerate primers designed based on the SpeF gene base sequence in E. coli, ligated to the vector, and then base sequence determined did. As a result, about 1600 bp of the first half of the novel putrescine synthesis gene was identified.

次に、新規プトレスシン合成遺伝子の後半部分を同定するため、大腸菌由来のSpeF遺伝子の一部を増幅して得られたDNA断片をサザンハイブリダイゼーションの際のプローブとして使用した。サザンハイブリダイゼーションは定法に従って行った。すなわち、先ず、M11培地にて3〜4日間培養したCitrobacter sp. PR-144-5-1株からQIAGEN DNeasy Tissue Kit (QIAGEN社製)を使用してプロトコールに従ってゲノムDNAを抽出した。このゲノムDNAを複数の制限酵素処理によって断片化してアガロースゲル電気泳動を行い、メンブランフィルターに転写した。そして、上記プローブとハイブリダイズした断片を切り出し、その後、切り出した断片を用いてセルフライゲーション及びインパースPCR法を行うことにより、プトレスシン合成遺伝子の塩基配列を決定した。   Next, in order to identify the latter half of the novel putrescine synthesis gene, a DNA fragment obtained by amplifying a part of the SpeF gene derived from E. coli was used as a probe for Southern hybridization. Southern hybridization was performed according to a standard method. That is, first, genomic DNA was extracted from Citrobacter sp. PR-144-5-1 strain cultured in M11 medium for 3-4 days using QIAGEN DNeasy Tissue Kit (manufactured by QIAGEN) according to the protocol. This genomic DNA was fragmented by a plurality of restriction enzyme treatments, subjected to agarose gel electrophoresis, and transferred to a membrane filter. Then, the fragment hybridized with the probe was excised, and then the excised fragment was used for self-ligation and impurse PCR to determine the base sequence of the putrescine synthetic gene.

以上の実験から新規プトレスシン合成遺伝子を含む領域の塩基配列が決定されたため、Citrobacter sp. PR-144-5-1株のゲノムDNAからPCRによってプトレスシン合成遺伝子を増幅するためのプライマーを以下のように設計した。
・Primer 1 (SpeFF-B) 5’-CTGGATCCATGTCAGAATTAAAAATTGCCGTAAGCC-3’(配列番号6)
・Primer 2 (SpeFR1-E) 5’-CTGAATTCCTCATAACATTTCCCCTTTCAACAGA-3’(配列番号7)
また、Citrobacter sp. PR-144-5-1株のゲノムDNAを鋳型とし、上記プライマーセット(Primer 1 (SpeFF-B)及びPrimer 2 (SpeFR1-E))を使用したPCRは表5に示した反応液組成(なお、滅菌水で計100μlとした)で行った。
Since the nucleotide sequence of the region containing the novel putrescine synthetic gene was determined from the above experiment, primers for amplifying the putrescine synthetic gene by PCR from the genomic DNA of Citrobacter sp. PR-144-5-1 were as follows: Designed.
-Primer 1 (SpeFF-B) 5'-CTGGATCCATGTCAGAATTAAAAATTGCCGTAAGCC-3 '(SEQ ID NO: 6)
-Primer 2 (SpeFR1-E) 5'-CTGAATTCCTCATAACATTTCCCCTTTCAACAGA-3 '(SEQ ID NO: 7)
Table 5 shows PCR using the genomic DNA of Citrobacter sp. PR-144-5-1 as a template and the above primer sets (Primer 1 (SpeFF-B) and Primer 2 (SpeFR1-E)). The reaction was carried out with the composition of the reaction solution (to a total of 100 μl with sterile water).

Figure 2010057396
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また、PCRの反応条件は、94℃で1分の後、(98℃で10秒、68℃で1分及び72℃で3分を1サイクルとして25サイクルである。PCRの結果として約2199bpのDNA断片が増幅された。増幅されたDNA断片をゲルから切り出し、BamH I及びEcoR Iで処理し、同じくBamH I及びEcoR I処理したpETBlue-2(Novagen社製)にクローニングし、大腸菌JM109株を形質転換した。シークエンスを行いCitrobacter sp. PR-144-5-1株由来の新規なプトレスシン合成遺伝子がクローニングされたことを確認した。新規プロレスシン合成遺伝子の塩基配列及び当該遺伝子によりコードされるタンパク質のアミノ酸配列を、それぞれ配列番号2及び3に示した。また、プラスミドをSma IとBamH Iで処理した後、Klenow Fragmentで5’突出末端を平滑化してからライゲーションすることで、フレームのずれを修正し、得られた発現ベクターをpET-S-Fとした。pET-S-FをNovaBlue〔DE3〕(Novagen社製)に導入し、新規なプトレスシンを生産するための形質転換体(組換え大腸菌pET-S-Fと称す)を得た。   PCR reaction conditions were 1 minute at 94 ° C, followed by 25 cycles (1 cycle at 98 ° C for 10 seconds, 68 ° C for 1 minute and 72 ° C for 3 minutes. As a result of PCR, about 2199 bp) The amplified DNA fragment was excised from the gel, treated with BamH I and EcoR I, cloned into pETBlue-2 (Novagen) treated with BamH I and EcoR I, and Escherichia coli JM109 strain was isolated. It was confirmed that the novel putrescine synthetic gene from Citrobacter sp.PR-144-5-1 was cloned and the nucleotide sequence of the novel proresin synthetic gene and the protein encoded by the gene The amino acid sequences of are shown in SEQ ID NOs: 2 and 3, respectively, and after treating the plasmid with Sma I and BamH I, the 5 ′ protruding ends were smoothed with Klenow Fragment and then ligated, thereby shifting the frame. Corrected and obtained The expression vector was pET-SF, and pET-SF was introduced into NovaBlue [DE3] (Novagen) to obtain a transformant (referred to as recombinant E. coli pET-SF) for producing a new putrescine. .

また、比較のため大腸菌におけるSpeF遺伝子をPCRによって増幅し、同様にして発現ベクターを構築し、大腸菌由来のプトレスシン合成遺伝子を発現する形質転換体(組換え大腸菌pET-E-Fと称す)も作製した。   For comparison, the SpeF gene in E. coli was amplified by PCR, an expression vector was constructed in the same manner, and a transformant expressing the putrescine synthesis gene derived from E. coli (referred to as recombinant E. coli pET-E-F) was also prepared.

以上のようにして得られた組換え大腸菌pET-S-F及び組換え大腸菌pET-E-FをLB培地を用いて37℃で前培養した。次に、プトレスシン生産培地に前培養液を2%となるように植菌し、本培養を開始した。4時間後、IPTGとオルニチンを添加し、プトレスシン合成遺伝子遺伝子の発現を誘導するとともにプトレスシン合成を開示させた。培養液を数時間毎にサンプリングを行し、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC/MS)で分析し、プトレスシン生産を分析した。なおGC/MSの分析条件は上記表2に示した通りである。   Recombinant E. coli pET-S-F and recombinant E. coli pET-E-F obtained as described above were pre-cultured at 37 ° C. using LB medium. Next, the preculture was inoculated into the putrescine production medium to 2%, and the main culture was started. After 4 hours, IPTG and ornithine were added to induce expression of the putrescine synthesis gene and to disclose putrescine synthesis. The culture was sampled every few hours and analyzed with a gas chromatograph mass spectrometer (GC / MS) to analyze putrescine production. GC / MS analysis conditions are as shown in Table 2 above.

上述した培養試験を2回行い、一回目の結果を図1に示し、二回目の結果を図2に示した。図1及び2に示すように、Citrobacter sp. PR-144-5-1株由来のプトレスシン合成遺伝子を導入した組換え大腸菌pET-S-Fは、組換え大腸菌pET-E-F及び野生型大腸菌と比較して非常に優れた生産性でプトレスシンを合成していることが明らかとなった。以上の結果から、実施例2でクローニングしたCitrobacter sp. PR-144-5-1株由来のプトレスシン合成遺伝子は、従来公知の大腸菌由来プトレスシン合成遺伝子と比較して優れたプトレスシン合成能を有していることが判明した。   The above-described culture test was performed twice, the first result is shown in FIG. 1, and the second result is shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, recombinant E. coli pET-SF introduced with a putrescine synthesis gene derived from Citrobacter sp. PR-144-5-1 strain was compared with recombinant E. coli pET-EF and wild type E. coli. It was revealed that putrescine was synthesized with very good productivity. From the above results, the putrescine synthesizing gene derived from Citrobacter sp. PR-144-5-1 cloned in Example 2 has superior ability to synthesize putrescine as compared with the conventionally known E. coli-derived putrescine synthesizing gene. Turned out to be.

組換え大腸菌pET-S-F及び組換え大腸菌pET-E-Fにおけるプトレスシン生産能を検討した一回目の培養試験の結果を示す特性図である。It is a characteristic figure which shows the result of the 1st culture test which examined the putrescine production ability in recombinant Escherichia coli pET-S-F and recombinant Escherichia coli pET-E-F. 組換え大腸菌pET-S-F及び組換え大腸菌pET-E-Fにおけるプトレスシン生産能を検討した二回目の培養試験の結果を示す特性図である。It is a characteristic figure which shows the result of the 2nd culture test which examined the putrescine production ability in recombinant Escherichia coli pET-S-F and recombinant Escherichia coli pET-E-F.

Claims (6)

配列番号1に示す塩基配列と90%以上相同な16S rDNA配列を有し、かつ、プトレスシン生産能を有するシトロバクター属に属する微生物。   A microorganism belonging to the genus Citrobacter having a 16S rDNA sequence that is 90% or more homologous to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having the ability to produce putrescine. シトロバクター属に属する微生物が、シトロバクター・エスピー(Citrobacter sp.)PR-144-5-1株(寄託番号:NITE P-620)である、請求項1記載の微生物。   The microorganism according to claim 1, wherein the microorganism belonging to the genus Citrobacter is Citrobacter sp. PR-144-5-1 strain (deposit number: NITE P-620). 以下の(a)〜(c)のいずれかのタンパク質をコードするプトレスシン合成遺伝子。
(a)配列番号3に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号3に示すアミノ酸配列において、1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、プトレスシン合成能を有するタンパク質
(c)配列番号3に示すアミノ酸配列に対して95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、プトレスシン合成能を有するタンパク質
A putrescine synthetic gene encoding any one of the following proteins (a) to (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 (b) consisting of an amino acid sequence in which one or a plurality of amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, and the ability to synthesize putrescine (C) a protein comprising an amino acid sequence having a homology of 95% or more with respect to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, and having a putrescine synthesis ability
以下の(a)〜(c)のいずれかのポリヌクレオチドを含むこと特徴とする請求項3記載のプトレスシン合成遺伝子。
(a)配列番号2に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b)配列番号2に示す塩基配列において、1又は複数個の塩基が欠失、置換、付加又は挿入された塩基配列からなり、プトレスシン合成能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c)配列番号2に示す塩基配列の相補鎖に対して、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り、プトレスシン合成能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
The putrescine synthetic gene according to claim 3, comprising any one of the following polynucleotides (a) to (c):
(A) a polynucleotide comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) a base sequence shown in SEQ ID NO: 2 consisting of a base sequence in which one or more bases are deleted, substituted, added or inserted, and putrescine synthesis A polynucleotide encoding a protein having the ability to synthesize putrescine, comprising a base sequence that hybridizes under stringent conditions to a complementary strand of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 nucleotide
請求項1又は2記載の微生物若しくは請求項3又は4記載のプトレスシン合成遺伝子を発現する微生物を、プトレスシン生成のための基質と窒素源を添加した培地にて培養し、培養物中からプトレスシンを採取することを特徴とする、プトレスシンの製造方法。   The microorganism according to claim 1 or 2 or the microorganism expressing the putrescine synthesis gene according to claim 3 or 4 is cultured in a medium to which a substrate for producing putrescine and a nitrogen source are added, and the putrescine is collected from the culture. A method for producing putrescine, comprising: プトレスシン生成のための基質が、アルギニンまたはオルニチンである、請求項5記載のプトレスシンの製造方法。   The method for producing putrescine according to claim 5, wherein the substrate for producing putrescine is arginine or ornithine.
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