JP2012044868A - High-temperature-resistant bacterium producible of 5-ketogluconic acid, and method for producing 5-ketogluconic acid using the high-temperature-resistant bacterium - Google Patents

High-temperature-resistant bacterium producible of 5-ketogluconic acid, and method for producing 5-ketogluconic acid using the high-temperature-resistant bacterium Download PDF

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Kazuo Adachi
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Moonmangmee Duangtip
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-temperature-resistant bacterium which can be applied to industrial production of 5-keto-D-gluconic acid.SOLUTION: There are provided a high-temperature-resistant bacterium which belongs to the genus Gluconobacter and can produce 5-keto-D-gluconic acid at 30 to 38°C, or the high-temperature-resistant bacterium which is a mutant strain produced by disrupting an FAD-GADH gene; and a method for producing 5-keto-D-gluconic acid, in which the 5-keto-D-gluconic acid is produced by culturing the high-temperature-resistant bacterium at 30 to 37°C in the presence of PQQ and/or a Ca ion.

Description

本発明は、高温で5−ケトグルコン酸(5KGA)産生能を有する高温耐性菌、および該高温耐性菌を用いた5KGAの製造法に関する。   The present invention relates to a thermotolerant bacterium having an ability to produce 5-ketogluconic acid (5KGA) at a high temperature, and a method for producing 5KGA using the thermotolerant bacterium.

グルコノバクターは、糖、糖アルコール、糖酸などの広い範囲の化合物を酸化することができ、酸化された産物を高い収率で培地中に蓄積できる酢酸菌の種類である。これらの酸化反応に関与する酵素は、D−グルコース、D−ソルビトール、D−マンニトール、グリセロール、グルコン酸やケトグルコン酸の脱水素酵素である。それら全ての酵素は、細胞質膜表層に固く結合しており、基質から引き抜かれた電子は、ユビキノンを介して末端のユビキノン酸化酵素へ伝達され、その電子伝達反応に伴って生物エネルギーを生成する。   Gluconobacter is a type of acetic acid bacterium that can oxidize a wide range of compounds such as sugars, sugar alcohols, and sugar acids, and can accumulate the oxidized products in a medium with high yield. Enzymes involved in these oxidation reactions are D-glucose, D-sorbitol, D-mannitol, glycerol, gluconic acid and ketogluconic acid dehydrogenase. All of these enzymes are tightly bound to the surface layer of the cytoplasmic membrane, and the electrons extracted from the substrate are transferred to the terminal ubiquinone oxidase through ubiquinone, and bioenergy is generated along with the electron transfer reaction.

D−グルコースのケト−D−グルコン酸への酸化は、細胞膜外に存在する酵素により触媒されることが知られている。D−グルコースは、膜結合ピロロキノリンキノン(PQQ)−グルコース脱水素酵素により、グルコノ−δ−ラクトンへ酸化され、グルコノ−δ−ラクトンは、グルコノラクトナーゼにより、D−グルコン酸へ変換される。グルコノバクター菌で見られたケトグルコン酸の形成は、膜結合グルコン酸脱水素酵素の2つのタイプにより触媒されることをMatsushitaらは報告している(非特許文献1)。1つは、FAD含有2−ケトグルコン酸生産酵素、すなわちFAD−グルコン酸脱水素酵素(FAD−GADH:Gluconate 2−dehydrogenase flavoprotein)、もう1つは、PQQ含有5ケト−D−ケトグルコン酸生産酵素、すなわちPQQ−グリセロ−ル脱水素酵素(PQQ−GLDH:Pyrroloquinoline quinone−glycerol dehydrogenase)である(図1)。また、FAD−GADHが、3つのサブユニットを持つことは、Shinagawaらにより報告されており(非特許文献2)、3つのサブユニットとは、FAD含有脱水素酵素サブユニット、three−heme含有チトクロームCサブユニット、そして未公知の小さなサブユニットである。5KGA生産を触媒する後者の酵素は、PQQ含有ポリオール脱水素酵素と同一であることが、Matsushitaらにより明らかにされており(非特許文献3)、PQQ−GLDHは、D−アラビトール脱水素酵素、D−ソルビトール脱水素酵素、あるいはグリセロール脱水素酵素など、種々の糖アルコールの酸化酵素として知られている。PQQ−GLDHは、多方面の基質と反応できるが、いわゆる「Bertrand−Hudson法」に従って反応が触媒される高い立体特異性をもつ。この酵素は、5KGAをD−グルコン酸から生産するために、D−グルコン酸のC5位置だけを酸化することができるが、D−グルコン酸との酵素親和性は低い。この酵素の遺伝子は、グルコノバクター・サブオキシダンス IFO3255からクローニングされ、2つのオープンリーディングフレームが見出された。1つは、5−膜貫通領域の疎水性領域蛋白をコードすると推定され、もう1つは、いくつかのPQQ依存酵素に類似した脱水素酵素サブユニットをコードしていて、特に膜結合グルコース脱水素酵素のPQQドメインに類似している。一方、細胞質に位置する2KGA還元酵素や5KGA還元酵素は、輸送蛋白により、細胞質に輸送された後で、2KGAや5KGAをそれぞれD−グルコン酸へ変換し、資化するために機能している。   It is known that the oxidation of D-glucose to keto-D-gluconic acid is catalyzed by enzymes present outside the cell membrane. D-glucose is oxidized to glucono-δ-lactone by membrane-bound pyrroloquinoline quinone (PQQ) -glucose dehydrogenase, and glucono-δ-lactone is converted to D-gluconic acid by gluconolactonase. . Matsushita et al. Report that the formation of ketogluconic acid observed in Gluconobacter is catalyzed by two types of membrane-bound gluconate dehydrogenase (Non-patent Document 1). One is FAD-containing 2-ketogluconic acid producing enzyme, that is, FAD-gluconate dehydrogenase (FAD-GADH), and the other is PQQ-containing 5-keto-D-ketogluconic acid producing enzyme, In other words, it is PQQ-glycerol dehydrogenase (PQQ-GLDH) (FIG. 1). In addition, it is reported by Shinagawa et al. That FAD-GADH has three subunits (Non-patent Document 2). The three subunits include FAD-containing dehydrogenase subunits and three-heme-containing cytochromes. C subunit, and unknown small subunit. It has been clarified by Matsushita et al. That the latter enzyme that catalyzes 5KGA production is the same as the PQQ-containing polyol dehydrogenase (Non-Patent Document 3). PQQ-GLDH is a D-arabitol dehydrogenase, It is known as an oxidase of various sugar alcohols such as D-sorbitol dehydrogenase or glycerol dehydrogenase. PQQ-GLDH can react with various substrates, but has high stereospecificity in which the reaction is catalyzed according to the so-called “Bertrand-Hudson method”. This enzyme can oxidize only the C5 position of D-gluconic acid in order to produce 5KGA from D-gluconic acid, but the enzyme affinity with D-gluconic acid is low. The gene for this enzyme was cloned from Gluconobacter suboxydans IFO 3255 and two open reading frames were found. One is presumed to encode a hydrophobic region protein of the 5-transmembrane region, and the other encodes a dehydrogenase subunit similar to several PQQ-dependent enzymes, particularly membrane-bound glucose dehydration. Similar to the PQQ domain of elementary enzymes. On the other hand, 2KGA reductase and 5KGA reductase located in the cytoplasm function to convert and assimilate 2KGA and 5KGA into D-gluconic acid after being transported to the cytoplasm by transport proteins.

5KGAは酒石酸、キシル酸、ビタミンCや重要な香料化合物などの原料となる有用な物質である(非特許文献4)。Greyらは、5KGAを使用したビタミンCの生産方法を提供しており、今日工業的に行われているReichsteind法よりも、緩和な条件下で工業的に製造可能な方法である(特許文献1、2)。   5KGA is a useful substance that is a raw material for tartaric acid, xylic acid, vitamin C, and important fragrance compounds (Non-patent Document 4). Grey et al. Provide a method for producing vitamin C using 5KGA, which is a method that can be industrially produced under milder conditions than the Reichstein method that is industrially performed today (Patent Document 1). 2).

ほとんどのグルコノバクター菌株は、D−グルコースから2KGAと5KGAを生産する。このように、グルコノバクター菌による5KGAは、主な副生産物として2KGAを生産し、2つのケトグルコン酸の生産は生体内で競合する。本発明者らは、D-グルコ−スの基質に対し、変換率が80%以上である5KGAを特異的生産するグルコノバクター菌を野生株から選別する方法を報告した(特許文献3)。また、2KGA生産がFAD−GADH遺伝子に触媒されることから、グルコノバクター・オキシダンス 621H (グルコノバクター・サブオキシダンス IFO12528と同一)のFAD−GADH欠損変異株を作製し、D−グルコースからほとんど特異的に5KGAを生産させたという報告がある(非特許文献5)。しかしながら、この常温菌株を使った5KGAの生産のための最適温度は20℃近辺である。工業的規模の培養工程では、培養温度の上昇を下げるための冷却装置が必要である。コスト削減の面からも、より高温で5KGAを生産する菌株が望まれている。本発明者らは、タイ国において、種々の材料から得られた菌株について高温耐性を有するグルコノバクター属菌を報告した(非特許文献6)。しかしながら、高い5KGA生産株については明らにしていない。
Matsushita,K.,et al,1994.p.247−301.In D.W.T.A.H.Rose(ed.),Advance In Microbial Pysiology,vol.36.Academic Press Ltd.,London Shinagawa,E.,et al,Agricultural Biological Chemistry 48:1517−1522,1984 Matsushita,K.,et al,Applied and Environmental Microbiology 69:1959−1966,2003 Salusjarvi,T.,et al,Applied Microbiology and Biotechnology 65:306−314,2004 Elfari,M.,et al,Applied Microbiology and Biotechnology 66:668−674,2005 Moonmangmee,D.,et al,Bioscience,Biotechnology and Biochemistry 64:2306−2315,2000 米国特許公報第2421621号 米国特許公報第2421612号 特開2008−237191号公報
Most Gluconobacter strains produce 2KGA and 5KGA from D-glucose. Thus, 5KGA by Gluconobacter bacteria produces 2KGA as a major byproduct, and the production of the two ketogluconic acids competes in vivo. The present inventors have reported a method of selecting Gluconobacter bacteria that specifically produce 5KGA having a conversion rate of 80% or more from a wild strain with respect to a D-glucose substrate (Patent Document 3). Moreover, since 2KGA production is catalyzed by the FAD-GADH gene, a FAD-GADH-deficient mutant of Gluconobacter oxydans 621H (identical to Gluconobacter suboxydans IFO12528) is prepared, and D-glucose is used. There is a report that 5KGA was produced almost specifically (Non-patent Document 5). However, the optimum temperature for the production of 5KGA using this cold strain is around 20 ° C. In an industrial scale culture process, a cooling device is required to reduce the increase in culture temperature. From the viewpoint of cost reduction, a strain that produces 5KGA at a higher temperature is desired. The present inventors reported the gluconobacter genus microbe which has high temperature tolerance about the strain obtained from various materials in Thailand (nonpatent literature 6). However, the high 5KGA production strain is not disclosed.
Matsushita, K .; , Et al, 1994. p. 247-301. In D. W. T.A. A. H. Rose (ed.), Advance In Microbiology Pyology, vol. 36. Academic Press Ltd. , London Shinagawa, E .; , Et al, Agricultural Biological Chemistry 48: 1517-1522, 1984. Matsushita, K .; , Et al, Applied and Environmental Microbiology 69: 1959-1966, 2003. Salusjarvi, T .; , Et al, Applied Microbiology and Biotechnology 65: 306-314, 2004. Elfari, M .; , Et al, Applied Microbiology and Biotechnology 66: 668-674, 2005. Moonangmee, D.M. , Et al, Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 64: 2306-2315, 2000. U.S. Pat. No. 2,421,621 U.S. Pat. No. 2,421,612 JP 2008-237191 A

本発明は、工業的な5KGA生産に応用できる高温耐性菌を提供することをその主な課題とする。   The main object of the present invention is to provide high-temperature resistant bacteria that can be applied to industrial 5KGA production.

本発明者等は、常温菌が生育できない37℃の高温で生育し、5KGAを生産できる菌株をスクリーニングすることにより、新規な3種の高温耐性グルコノバクター属菌を分離した。さらに、FAD−GADH遺伝子系の破壊を行うことにより、5KGAを特異的に生産できることを見出し、本発明を完成させた。   The present inventors isolated three novel high-temperature-resistant Gluconobacter species by screening strains that can grow at a high temperature of 37 ° C. and cannot produce 5KGA. Furthermore, the present invention was completed by finding that 5KGA can be produced specifically by disrupting the FAD-GADH gene system.

すなわち、本発明は以下の(1)〜(5)を提供する。   That is, the present invention provides the following (1) to (5).

(1)グルコノバクター属に属し、30〜38℃で5KGA産生能を有する高温耐性菌、またはその変異株である5KGA産生能を有する高温耐性菌。   (1) A thermotolerant bacterium belonging to the genus Gluconobacter and having 5KGA producing ability at 30 to 38 ° C., or a mutant strain thereof, having 5KGA producing ability.

(2)上記(1)に記載の変異株が、FAD−GADH遺伝子を破壊した変異株である高温耐性菌。   (2) A thermotolerant bacterium in which the mutant strain described in (1) above is a mutant strain in which the FAD-GADH gene is disrupted.

(3)FAD−GADH遺伝子を破壊した変異株が、配列番号7,8,9に示す塩基配列を有するDNA断片を増幅して得られたPCR産物に、カナマイシンカセットを挿入したプラスミドを細胞内に導入して相同組み換えを行うことにより構築した株である上記(2)に記載の高温耐性菌。   (3) A plasmid in which a kanamycin cassette is inserted into a PCR product obtained by amplifying a DNA fragment having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7, 8, or 9 from a mutant strain in which the FAD-GADH gene is disrupted is introduced into the cell. The thermotolerant bacterium according to (2) above, which is a strain constructed by introduction and homologous recombination.

(4)グルコノバクター・フラテウリ THE42株(受託番号 NITE−P−655)、グルコノバクター・フラテウリ THG 42株(受託番号 NITE−P−657)、グルコノバクター・フラテウリ THF55株(受託番号 NITE−P−659)、グルコノバクター・フラテウリ THE42 gndG::Km株(受託番号 NITE−P−656)、グルコノバクター・フラテウリ THG42 gndG::Km株(受託番号 NITE−P−658)、グルコノバクター・フラテウリ THF55 gndG::Km株(受託番号 NITE−P−660)から選ばれる1種以上の5KGA産生能を有する高温耐性菌。   (4) Gluconobacter fratheuri THE42 strain (Accession number NITE-P-655), Gluconobacter fratheuri THG 42 strain (Accession number NITE-P-657), Gluconobacter fratheuri THF55 strain (Accession number NITE- P-659), Gluconobacter frateuri THE42 gndG :: Km strain (Accession number NITE-P-656), Gluconobacter frateuri THG42 gndG :: Km strain (Accession number NITE-P-658), Gluconobacter・ Frateuri THF55 gndG :: Km strain (Accession No. NITE-P-660), one or more thermotolerant bacteria having the ability to produce 5KGA.

(5)上記(1)〜(4)のいずれかに記載のグルコノバクター属に属する高温耐性菌を、PQQおよび/またはCaイオン存在下、30〜37℃で培養して5KGAを生産させ、5KGAを採取することを特徴とする、5KGAの製造方法。   (5) The high-temperature resistant bacterium belonging to the genus Gluconobacter according to any one of (1) to (4) above is cultured at 30 to 37 ° C. in the presence of PQQ and / or Ca ions to produce 5KGA. A method for producing 5KGA, wherein 5KGA is collected.

本発明により、有用な工業製品の原料となる5KGAを、高温条件下で培養することが可能となり、培養中の適正な温度を維持するために、常温菌では必要とされる高い冷却コストを削減することができる。また、変異株は5KGAを特異的に生産するため、精製工程が容易で工業的に有利である。   According to the present invention, 5KGA, which is a raw material for useful industrial products, can be cultured under high temperature conditions, and in order to maintain an appropriate temperature during the culture, the high cooling cost required for psychrophilic bacteria is reduced. can do. Further, since the mutant strain specifically produces 5KGA, the purification process is easy and industrially advantageous.

本発明の高温耐性菌は、30〜38℃の高温で5KGAを生産できるグルコノバクター属菌である。グルコノバクター属菌としては、例えばグルコノバクター・サブオキシダンス(Gluconobacter suboxydans)、グルコノバクター・オキシダンス(Gluconobacter oxydans)、グルコノバクター・フラテウリ(Gluconobacter frateurii)などがあげられるが、さらに、これらの野生株を形質転換した変異株であっても良い。   The high-temperature-resistant bacteria of the present invention are Gluconobacter bacteria that can produce 5KGA at a high temperature of 30 to 38 ° C. Examples of the genus Gluconobacter include Gluconobacter suboxydans, Gluconobacter oxydans, Gluconobacter frateuri, and the like. It may be a mutant strain obtained by transforming a wild strain.

本発明の高温耐性菌は、以下のスクリーニング法で得ることができる。すなわち、初期スクリーニングとして、適切な培地、例えばポテト寒天培地に保存した高温耐性グルコノバクター属菌から1つのコロニーをグルコース−グルコン酸培地に接種し、30℃〜37℃で2〜3日間培養し、培地中に茶色の化合物を生産した菌株を2,5−ジケトグルコン酸(2,5DKGA)生産株として除外する。2,5DKGAは,いくつかのグルコノバクター属菌に存在する膜結合FAD−2−ケトグルコン酸脱水素酵素により触媒された2KGA酸化産物である。2,5DKGAを多く生産する菌株は、2KGAを多く形成し、5KGA形成は低いと予想されるため、それらの菌株は除くことが望ましい。残りの菌について、さらに30〜38℃で、グルコース−グルコン酸培地で培養し、培養液の5KGAを定量することで、5KGA生産株を選ぶ。5KGAの生産量は、例えば、還元反応により発色するレゾルシノール試薬による発色反応などで調べることができる。   The thermotolerant bacterium of the present invention can be obtained by the following screening method. That is, as an initial screening, one colony is inoculated into a glucose-gluconic acid medium from a high temperature-resistant Gluconobacter bacterium stored in an appropriate medium, for example, a potato agar medium, and cultured at 30 ° C. to 37 ° C. for 2 to 3 days. The strain that produced a brown compound in the medium is excluded as a 2,5-diketogluconic acid (2,5DKGA) producing strain. 2,5DKGA is a 2KGA oxidation product catalyzed by membrane-bound FAD-2-ketogluconate dehydrogenase present in some Gluconobacter species. Strains that produce a large amount of 2,5DKGA form a large amount of 2KGA and the formation of 5KGA is expected to be low, so it is desirable to exclude those strains. The remaining bacteria are further cultured in a glucose-gluconic acid medium at 30 to 38 ° C., and 5KGA producing strain is selected by quantifying 5KGA in the culture solution. The production amount of 5KGA can be examined, for example, by a color development reaction with a resorcinol reagent that develops color by a reduction reaction.

得られた高温耐性グルコノバクター属の野生株は、日本国に寄託されている。受託番号は、グルコノバクター・フラテウリ THE42株が、受託番号 NITE−P−655、グルコノバクター・フラテウリ THG 42株が、受託番号 NITE−P−657、グルコノバクター・フラテウリ THF55株が、受託番号 NITE−P−659である。   The obtained high temperature resistant Gluconobacter wild strain has been deposited in Japan. The accession number is the Gluconobacter frateuri THE42 strain, the accession number NITE-P-655, the Gluconobacter frateuri THG42 strain is the accession number NITE-P-657, and the Gluconobacter frateuri THF55 strain is the accession number. NITE-P-659.

本発明の高温で5KGA生産能を有する高温耐性グルコノバクター属菌の変異株は、親株として上記野生株だけではなく、2,5DKGA生産株からも選ぶことができ、親株の2KGAを形成に関与する酵素であるFAD−GADH遺伝子を破壊することによって、特異的に5KGAの生産を行うよう改変されたものである。FAD−GADH遺伝子が破壊された欠損株は、野生株の染色体上のFAD−GADH遺伝子、またはその一部のDNA配列を欠失、あるいは該遺伝子の内部に薬剤耐性遺伝子を挿入するなどして正常に機能する酵素を産生しないように修飾した遺伝子を含むDNAで菌を形質転換し、染色体上の正常な遺伝子との間で相同組換えを起こさせることにより、染色体上の該遺伝子を破壊することによって作製する。このような相同組換えの遺伝子置換による遺伝子破壊は、直鎖状DNAやプラスミドを用いる方法として既に確立している。本発明の高温耐性グルコノバクター属菌のFAD−GADH遺伝子破壊株の作製は、以下の操作方法、手順で行なうことができる。   The mutant strain of the genus Gluconobacter having high temperature resistance of 5KGA of the present invention can be selected not only from the above wild strain but also from the 2,5DKGA production strain as a parent strain and involved in the formation of the parent strain 2KGA. It has been modified to specifically produce 5KGA by disrupting the FAD-GADH gene, which is an enzyme that performs The defective strain in which the FAD-GADH gene is disrupted is normal by deleting the FAD-GADH gene on the chromosome of the wild strain or a part of its DNA sequence or inserting a drug resistance gene into the gene. By transforming a bacterium with a DNA containing a gene modified so as not to produce a functional enzyme, and causing homologous recombination with a normal gene on the chromosome, the gene on the chromosome is destroyed. To make. Such gene disruption by homologous recombination gene replacement has already been established as a method using linear DNA or plasmid. Preparation of the FAD-GADH gene disruption strain of the high temperature tolerance Gluconobacter genus bacteria of this invention can be performed with the following operation methods and procedures.

1)高温耐性グルコノバクター属菌からDNAの抽出を行う。高温耐性グルコノバクター属菌のからのゲノムDNA抽出法は、Sambrookらの方法(Sambrook,J.,et al,1989.Molecular cloning:a laboratory manual,2nd ed.Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,N.Y.)により行うことができる。   1) Extract DNA from high temperature resistant Gluconobacter spp. Genomic DNA extraction method from high temperature resistant Gluconobacter genus is described in the method of Sambrook et al. (Sambrook, J., et al., 1989. Molecular cloning: a laboratory manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor Label LaborlaborLaborLaboratoryLaboratoryLaboratoryLaboratory , NY)).

2)ターゲットとなるFAD−GADH遺伝子のクローニングをする。FAD−GADH遺伝子のクローニングは、常温性グルコノバクター属菌や、エルビニア菌のGADHの遺伝子の中の脱水素酵素サブユニットに維持されている領域からデザインしたプライマーを用いたPCR法や、FAD−GADH遺伝子を用いたハイブリダイゼーションにより行うことができるが、最も効率的な方法としては、グルコノバクター・オキシダンス 621Hのゲノムで報告されている、FAD−GADH遺伝子の配列を基にデザインしたプライマーを用い、1)で得られたゲノムDNAを鋳型としてPCRを行い、FAD−GADH遺伝子の全長を含む遺伝子をPCRにより増幅・取得することができる。クローニングした遺伝子の全配列は、ABI PRISM 310(PE Biosystems社製)を使用して、GENETYX−MAC(Software Development,Tokyo,Japan)やClone Manager(Scientific and Educational Software,Cary,NC)などのソフトウエアで解析し、配列データを得ることができる。また、ホモロジー検索や整列解析(alignment)は、それぞれBLAST(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)やCLUSTAL W(www.ebi.ac.uk/clustalw)を使用して得ることができる。   2) The target FAD-GADH gene is cloned. Cloning of the FAD-GADH gene can be carried out by PCR using primers designed from the region maintained in the dehydrogenase subunit in the gene for genus Gluconobacter or Erwinia GADH, FAD- Although it can be performed by hybridization using the GADH gene, the most efficient method is to use a primer designed based on the sequence of the FAD-GADH gene reported in the genome of Gluconobacter oxydans 621H. Using the genomic DNA obtained in 1) as a template, PCR can be performed, and a gene containing the full length of the FAD-GADH gene can be amplified and obtained by PCR. The entire sequence of the cloned gene can be obtained from GENETYX-MAC (Software Development, Tokyo, Japan) or Clone Manager (Scientific and Educational Software) using ABI PRISM 310 (manufactured by PE Biosystems). To obtain sequence data. In addition, homology search and alignment analysis are performed using BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) and CLUSTAL W (www.ebi.ac.uk/clustalw), respectively. Obtainable.

本発明のFAD−GADH遺伝子をクローニングして得られるDNA断片としては、gndF(配列番号7)、gndG(配列番号8)、gndH(配列番号9)などがあげられる。これらのDNA断片は増幅して、FAD−GADH遺伝子破壊用プラスミドに使用することができる。   Examples of the DNA fragment obtained by cloning the FAD-GADH gene of the present invention include gndF (SEQ ID NO: 7), gndG (SEQ ID NO: 8), gndH (SEQ ID NO: 9) and the like. These DNA fragments can be amplified and used as a plasmid for FAD-GADH gene disruption.

3)クローニングした遺伝子の配列情報を基に、FAD−GADH遺伝子破壊用プラスミドを作製する。FAD−GADH遺伝子の破壊用プラスミドの作製は、高温耐性グルコノバクター属菌内で複製不可能なpGEM−T Easy Vector等の大腸菌ベクターに、PCRで増幅したFAD−GADH遺伝子を組み込み、得られたDNAの制限酵素サイトに、カナマイシン等の薬剤耐性物質等からなるカセットを挿入して作製することができる。   3) A FAD-GADH gene disruption plasmid is prepared based on the sequence information of the cloned gene. The FAD-GADH gene disruption plasmid was prepared by incorporating the PCR-amplified FAD-GADH gene into an E. coli vector such as pGEM-T Easy Vector that cannot replicate in the high temperature resistant Gluconobacter genus. It can be prepared by inserting a cassette made of a drug resistant substance such as kanamycin into the restriction enzyme site of DNA.

4)ついで、プラスミド導入によるFAD−GADH遺伝子破壊株の作製を行う。FAD−GADH遺伝子破壊株の作製は、上記遺伝子破壊用プラスミドを、高温耐性グルコノバクター属菌への電気パルス法(Agric.Biol.Chem.,54:443−447,1990、Res.Microbiol.,144:181−185,1993)や、プラスミドを接合法(transconjugation)などの高効率遺伝子導入法により細胞内に導入し、染色体への相同性組換えにより、FAD−GADH遺伝子を破壊(または不活性化)することにより行うことができる。FAD−GADH遺伝子の破壊の確認は、薬剤耐性遺伝子断片が染色体に挿入されている菌株を、適切な濃度の当該薬剤を含むプレート培地上に塗布することにより形質転換された高温耐性グルコノバクター属菌を選抜し、選抜した菌株で2KGA生産のための酵素活性が消失していることを確かめることにより行うことができる。   4) Next, a FAD-GADH gene-disrupted strain is prepared by introducing a plasmid. The FAD-GADH gene disruption strain was prepared by subjecting the plasmid for gene disruption to an electric pulse method (Agric. Biol. Chem., 54: 443-447, 1990, Res. Microbiol. 144: 181-185, 1993) and plasmids are introduced into cells by a highly efficient gene transfer method such as conjugation, and the FAD-GADH gene is disrupted (or inactivated) by homologous recombination to the chromosome. Can be performed. Confirmation of the disruption of the FAD-GADH gene is performed by applying a strain in which a drug resistance gene fragment is inserted into a chromosome onto a plate medium containing an appropriate concentration of the drug, and transforming it to a high temperature resistant Gluconobacter genus. This can be done by selecting the fungus and confirming that the selected bacterial strain has lost the enzyme activity for 2KGA production.

上記の如くして作製された、本発明の形質転換した高温耐性グルコノバクター属菌は、適切な培地、例えばポテト寒天培地(20gグリセロール、5gグルコース、10g酵母エキス、10gポリペプトン、2g寒天、100mlのポテトエキスを蒸留水で1Lとする)で、0〜5℃の低温で保存しておくことができる。長期間の保存は50%グリセロールを含むポテト培地を用い、−80℃で行うことが出来る。   The transformed high temperature tolerant Gluconobacter bacterium of the present invention prepared as described above is prepared by using a suitable medium such as potato agar medium (20 g glycerol, 5 g glucose, 10 g yeast extract, 10 g polypeptone, 2 g agar, 100 ml). Can be stored at a low temperature of 0 to 5 ° C. Long-term storage can be performed at −80 ° C. using a potato medium containing 50% glycerol.

本発明の形質転換した高温耐性グルコノバクター属菌の変異株としては次の菌があげられる。グルコノバクター・フラテウリ THE42株(受託番号 NITE−P−655)の変異株が、グルコノバクター・フラテウリ THE42 gndG::Km株で、受託番号 NITE−P−656として日本国に寄託されている。また、グルコノバクター・フラテウリTHG 42株(受託番号 NITE−P−657)の変異株は、グルコノバクター・フラテウリ THG42 gndG::Km株で、受託番号 NITE−P−658として同様に寄託されており、さらに、グルコノバクター・フラテウリ THF55株(受託番号 NITE−P−659)の変異株は、グルコノバクター・フラテウリ THF55 gndG::Kmで、受託番号 NITE−P−660として同様に寄託されている。   Examples of the mutant strain of the transformed high temperature resistant Gluconobacter genus of the present invention include the following bacteria. A mutant strain of Gluconobacter frateuri THE42 strain (Accession No. NITE-P-655) is a Gluconobacter frateuri THE42 gndG :: Km strain and has been deposited in Japan as Accession No. NITE-P-656. The mutant strain of Gluconobacter frateuri THG 42 (accession number NITE-P-657) is Gluconobacter frateuri THG42 gndG :: Km strain, which was similarly deposited as accession number NITE-P-658. In addition, the mutant strain of Gluconobacter frateuri THF55 (accession number NITE-P-659) is Gluconobacter frateuri THF55 gndG :: Km, and has been deposited in the same manner as accession number NITE-P-660. Yes.

本発明の5KGAの生産においては、本発明の高温耐性グルコノバクター属菌の野生株または変異株を、好気条件下で増殖培養し、培地中に5KGAを生成蓄積させることができる。   In the production of 5KGA of the present invention, the wild strain or mutant strain of the high temperature-resistant Gluconobacter genus of the present invention can be grown and cultured under aerobic conditions, and 5KGA can be produced and accumulated in the medium.

本発明の高温耐性グルコノバクター属菌の培養は、炭素源、窒素源および無機塩等を含む通常の栄養培地を用いて行うことが出来る。炭素源として、例えば、グルコース、ガラクトース、フルクトースやマンノースなどの単糖類、ラクトース、シュークロース、マルトースなどの二糖類、グルコン酸ナトリウムやグルコン酸ポタジウムなどのグルコン酸塩、グリセリン、マルチトール、ラクリトール、マンニトール、ソルビトール、キシリトール、アラビトールなどの糖アルコール類が用いられ、このうち、グルコースまたはグルコン酸が好ましく、グルコースが最も好ましい。   The culture of the high temperature resistant Gluconobacter genus of the present invention can be performed using a normal nutrient medium containing a carbon source, a nitrogen source, an inorganic salt, and the like. Examples of the carbon source include monosaccharides such as glucose, galactose, fructose and mannose, disaccharides such as lactose, sucrose and maltose, gluconates such as sodium gluconate and potassium gluconate, glycerin, maltitol, lacriitol, mannitol Sugar alcohols such as sorbitol, xylitol, and arabitol are used. Among these, glucose or gluconic acid is preferable, and glucose is most preferable.

窒素源としては、例えばアンモニア、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウムまたは尿素等をそれぞれ単独もしくは混合して用いることが出来る。また、無機塩として、例えばリン酸一水素カリウム、リン酸ニ水素カリウムまたは硫酸マグネシウム等を使用することが出来る。この他にも必要に応じて、ポリペプトン、肉エキス、酵母エキス、ポテトエキス、コーンスティープリカー等の各種栄養素を培地に適宜添加することもできる。   As the nitrogen source, for example, ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium nitrate, urea or the like can be used alone or in combination. Further, as the inorganic salt, for example, potassium monohydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate or magnesium sulfate can be used. In addition, various nutrients such as polypeptone, meat extract, yeast extract, potato extract, and corn steep liquor can be appropriately added to the medium as necessary.

また、本発明においては、5KGAの生産に関わる酵素のために培地にコファクターを添加することができる。本発明の5KGAの生産に関わるPQQ−GLDHは、高温耐性グルコノバクター属菌を高温で生育するとき、酵素の構造的な変化を起こすことが明らかになっている。そのため、培地にコファクターを補充することにより酵素の活性を高い状態で維持することができる。コファクターとしては、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、アンモニウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンがあげられ、これらのイオンは、塩化マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの化合物で培地中に添加することができる。好ましい化合物としては、塩化マグネシウム、炭酸マグネシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウムであり、最も好ましいのは、塩化カルシウムである。これらの化合物の培地への添加量は、1〜50mM、好ましくは5mMである。   In the present invention, a cofactor can be added to the medium for the enzyme involved in the production of 5KGA. It has been clarified that PQQ-GLDH involved in the production of 5KGA of the present invention causes a structural change of the enzyme when a high temperature resistant Gluconobacter bacterium is grown at high temperature. Therefore, the enzyme activity can be maintained at a high level by supplementing the medium with a cofactor. Examples of cofactors include magnesium ions, calcium ions, ammonium ions, sodium ions, and potassium ions. These ions include magnesium chloride, magnesium carbonate, calcium chloride, calcium carbonate, ammonium carbonate, sodium carbonate, and potassium carbonate. Compounds can be added to the medium. Preferred compounds are magnesium chloride, magnesium carbonate, calcium chloride, and calcium carbonate, and most preferred is calcium chloride. The amount of these compounds added to the medium is 1 to 50 mM, preferably 5 mM.

さらに、本発明における5KGAの生産に関わる酵素活性のため、培地に添加するコファクターとして、補酵素のピロロキノリンキノン(PQQ)があげられる。酵素活性を維持するために、補酵素の培地への補充を行い、5KGAの生産を高めることができる。PQQの添加量は、0.1〜100μM、好ましくは1〜10μMを培地中に添加する。   Furthermore, the coenzyme pyrroloquinoline quinone (PQQ) may be mentioned as a cofactor to be added to the medium for the enzyme activity involved in 5KGA production in the present invention. In order to maintain the enzyme activity, supplementation of the coenzyme to the medium can be performed to increase the production of 5KGA. The addition amount of PQQ is 0.1-100 μM, preferably 1-10 μM is added to the medium.

培養は、通常、通気撹拌または振盪等の好気的条件下、28℃〜38℃、好ましくは30〜37℃の温度で行うことができる。培養時のpHは約5〜7の範囲がよく、培養中のpH調整は酸またはアルカリを添加することにより行うことが出来る。培養期間は、1〜7日間、好ましくは2〜5日間行うことにより5KGAが得られる。5KGAの生産は、最初の成長段階で見られるが、最も高い生産量は、成長安定期に見られる。   Cultivation can usually be performed at a temperature of 28 ° C. to 38 ° C., preferably 30 to 37 ° C. under aerobic conditions such as aeration stirring or shaking. The pH during culture is preferably in the range of about 5 to 7, and pH adjustment during culture can be performed by adding an acid or an alkali. The culture period is 1 to 7 days, preferably 2 to 5 days, to obtain 5KGA. Production of 5KGA is seen in the first growth stage, but the highest production is seen in the stable growth period.

本発明の高温耐性グルコノバクター属菌の培養菌体および培地からの5KGAの回収は、一般的な発酵生産法に準じて行うことができ、例えば遠心分離、膜分離、カラムクロマトグラフィー等の公知の方法を用いることができる。   The recovery of 5KGA from the cultured cells and medium of the high-temperature-resistant Gluconobacter genus of the present invention can be performed according to a general fermentation production method, for example, known methods such as centrifugation, membrane separation, column chromatography, etc. This method can be used.

以下、本発明を更に詳しく説明するため、実施例を挙げるが本発明はこれに限定されない。 Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in more detail, but the present invention is not limited thereto.

<グルコノバクター菌の高温耐性5KGA生産株のスクリーニング> <Screening of high temperature resistant 5KGA production strain of Gluconobacter>

1.野生株のスクリーニング
スクリーニング実験に使用する全てのグルコノバクター菌は、タイ国の種々の材料からMoonmangmee,D.らの方法(Bioscience,Biotechnology and Biochemistry 64:2306−2315,2000)で分離し、ポテト寒天培地(20gグリセロール、5gグルコース、10g酵母エキス、10gポリペプトン、2g寒天、100mlのポテトエキスを蒸留水で1Lとする)に保存した。初期スクリーニングのために、分離菌全てから1つのコロニーを2%グルコース−グルコン酸培地(20gグルコース、20gグルコン酸ナトリウム、3gポリペプトン、3g酵母エキスを蒸留水で1Lとする)に接種し、30℃で48時間、または37℃で60時間培養し、培地中に茶色の化合物を生産した菌株を2,5−ジケトグルコン酸生産株として除外した。その後、200μlの培地と、1mlのResorcinol試薬(0.5%Resorcinol49ml、濃塩酸168ml、蒸留水273ml)とを、80℃で20分間反応させた。Resorcinol試薬とD−グルコースの反応生成物は赤い化合物で、5KGAの場合は黒い茶系緑色の沈殿が生じた。一方、D−グルコン酸と2KGAは確認反応生産物には見出されなかった。高温耐性の5KGA生産株として最も優れた菌株を得るために、初期スクリーニングで分離した24株の菌(表1)をポテト培地(20gグリセロール、5gグルコース、10g酵母エキス、10gポリペプトン、100mlのポテトエキスを蒸留水で1Lとする)で1日予備培養し、その後、培養液10μlを2%グルコース−グルコン酸培地の1mlに接種し、30℃で36時間、または37℃で48時間培養した。培養液は、Resorcinol試薬で反応させた。さらに、生育と5KGA蓄積は、反応で生じた反応生産物の吸光度を測定することにより比較した。
1. Screening of wild strains All Gluconobacter bacteria used in the screening experiments were obtained from various materials in Thailand from Moonangmee, D. et al. (Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 64: 2306-2315, 2000), and potato agar medium (20 g glycerol, 5 g glucose, 10 g yeast extract, 10 g polypeptone, 2 g agar, 100 ml potato extract with 1 L of distilled water. And saved. For initial screening, one colony from all isolates was inoculated into 2% glucose-gluconate medium (20 g glucose, 20 g sodium gluconate, 3 g polypeptone, 3 g yeast extract to 1 L with distilled water), 30 ° C. The strains that were cultured for 48 hours at 37 ° C. or 60 hours at 37 ° C. and produced a brown compound in the medium were excluded as 2,5-diketogluconic acid producing strains. Thereafter, 200 μl of the medium and 1 ml of Resorcinol reagent (0.5% Resorcinol 49 ml, concentrated hydrochloric acid 168 ml, distilled water 273 ml) were reacted at 80 ° C. for 20 minutes. The reaction product of the Resorcinol reagent and D-glucose was a red compound, and in the case of 5KGA, a black brownish green precipitate was formed. On the other hand, D-gluconic acid and 2KGA were not found in the confirmed reaction product. In order to obtain the best strain as a high temperature resistant 5KGA producing strain, 24 strains (Table 1) isolated in the initial screening were prepared from potato medium (20 g glycerol, 5 g glucose, 10 g yeast extract, 10 g polypeptone, 100 ml potato extract. 1 μl with distilled water), and 10 μl of the culture solution was inoculated into 1 ml of 2% glucose-gluconic acid medium and cultured at 30 ° C. for 36 hours or 37 ° C. for 48 hours. The culture solution was reacted with the Resorcinol reagent. Furthermore, growth and 5KGA accumulation were compared by measuring the absorbance of the reaction product produced by the reaction.

2.2KGAと5KGAの決定
2KGAと5KGAは、それぞれ2KGA還元酵素と5KGA還元酵素により、Saichana.Iらの方法(Bioscience,Biotechnology and Biochemistry 71:2478−2486,2007)に準じて酵素的に定量した。2KGAと5KGAの定性分析は、薄層クロマトグラフィー分析で行った。サンプルはシリカゲル60プレート(メルク製)にスポットし、酢酸エチル:酢酸:メタノール:無イオン水(6:1.5:1.5:1)を含む溶媒で展開した。プレートを乾燥し、発色試薬(2gのジフェニルアミン、2mlのアニリン、100mlのアセトン、15mlのリン酸の使用前調整液)をスプレーし、発色するまで120℃で10〜20分間加熱した。5KGAと2KGAは、それぞれ濃紫色と、赤褐色のスポットとして現れた。
2.2 Determination of KGA and 5KGA 2KGA and 5KGA were obtained from Saichana. The amount was enzymatically determined according to the method of I et al. (Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 71: 2478-2486, 2007). Qualitative analysis of 2KGA and 5KGA was performed by thin layer chromatography analysis. The sample was spotted on a silica gel 60 plate (Merck) and developed with a solvent containing ethyl acetate: acetic acid: methanol: non-ionized water (6: 1.5: 1.5: 1). The plate was dried and sprayed with a color reagent (2 g diphenylamine, 2 ml aniline, 100 ml acetone, 15 ml phosphoric acid pre-use preparation) and heated at 120 ° C. for 10-20 minutes until color developed. 5KGA and 2KGA appeared as dark purple and reddish brown spots, respectively.

3.スクリーニング結果
24分離株の中の3株、THE42,THF55,THG42について、30℃、37℃の両方で5KGAの高い生産が見られた(表1)。
3. Screening results Three of the 24 isolates, THE42, THF55, and THG42, showed high production of 5 KGA at both 30 ° C and 37 ° C (Table 1).

Figure 2012044868
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選ばれた3つの高温耐性菌による5KGAの形成は、図2のTLCにより確認し、3つの菌株の生育と生産の特徴については、30℃と37℃における2KGAと5KGA生産を、常温菌の5KGA生産グルコノバクター・サブオキシダンス IFO12528菌と、比較して検討した。結果を表2に示した。3つの高温耐性菌は、生育も、主生産物として2KGAを生産することも同じであった。30℃、48時間の培養で、常温菌は高温耐性菌に比べ、低い生育、低い2KGA生産、高い5KGA生産を示した。37℃では、30℃よりも全ての菌の生育が遅いことから、2KGAと5KGAの生産物を高めるために培養時間を72時間とした。常温菌は、37℃でほとんど成長せず、低い2KGAと5KGAの生産を示した。この温度で3つの高温耐性菌は、30℃と比較して、生育、および2KGAと5KGAの生産は低いものの、常温菌では不可能であった37℃での成長と5KGA生産の可能性を示した。 The formation of 5KGA by the selected three thermotolerant bacteria was confirmed by TLC in FIG. 2. Regarding the characteristics of the growth and production of the three strains, 2KGA and 5KGA production at 30 ° C. and 37 ° C. Production Gluconobacter suboxydans IFO12528 bacteria were compared and examined. The results are shown in Table 2. The three thermotolerant bacteria were the same in both growth and production of 2KGA as the main product. After culturing at 30 ° C. for 48 hours, the thermophilic bacteria showed lower growth, lower 2KGA production, and higher 5KGA production than the thermotolerant bacteria. At 37 ° C., the growth of all the bacteria was slower than at 30 ° C., so that the culture time was 72 hours in order to increase 2KGA and 5KGA products. Thermophilic bacteria grew little at 37 ° C, indicating low 2KGA and 5KGA production. Three thermotolerant bacteria at this temperature showed growth and growth at 37 ° C and the possibility of 5KGA production, which was not possible with room temperature bacteria, although growth and production of 2KGA and 5KGA were low compared to 30 ° C. It was.

Figure 2012044868
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<高温耐性グルコノバクター菌の変異株の作製>
高温耐性グルコノバクター菌について、特異的に5KGAを生産する菌を作製した。2KGAはFAD−グルコン酸脱水素酵素(FAD−GADH)により生成される。5KGAと競合して、主生産物に2KGAを生産する分離した高温耐性グルコノバクター菌において、FAD−GADH遺伝子を破壊することにより、2KGA生産を排除した。以下のクローニングに使用するプライマーは、表3に示した。
<Production of mutant strain of high temperature resistant Gluconobacter>
About high temperature tolerance Gluconobacter microbe, the microbe which produces 5KGA specifically was produced. 2KGA is produced by FAD-gluconate dehydrogenase (FAD-GADH). In isolated high temperature resistant Gluconobacter bacteria that compete with 5KGA and produce 2KGA as the main product, 2KGA production was eliminated by disrupting the FAD-GADH gene. The primers used for the following cloning are shown in Table 3.

Figure 2012044868
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1.高温耐性グルコノバクター菌からFAD−グルコン酸脱水素酵素遺伝子のクローニング
FAD−GADH構造遺伝子は、グルコノバクター・オキシダンス 621Hのゲノム配列中で報告されている(Nature Biotechnology 23:195−200,2005)。3つのサブユニット(脱水素酵素サブユニット、チトクロムサブユニット、小サブユニット)から構成されている。このFAD−GADH遺伝子の配列を基にデザインしたgndL−Fプライマー(配列番号1)とgndL−Rのプライマー(配列番号2)をPCR用プライマーとした。この配列は、エルビニア・シプリペディ(Journal of Bacteriology 179:6566−6572,1997)、グルコノバクター・ジオキシアセトニカスIFO3271(Microbiology 73:6551−6556,2007)、グルコノバクター・オキシダンス 621H(Nature Biotechnology 23:195−200,2005)のGADH遺伝子の中の脱水素酵素サブユニットに保存されている領域から設計した。このプライマーペアを、各高温耐性菌のゲノムDNAを鋳型として使用し、PuReTaq Ready−To−Go PCR Beads kit (GE Healthcare社製)を用いてPCRを行った。PCRは、mGeneAmpPCR System 2400(Perkin Elmer社製)を用い、PCRの温度サイクルは、以下のように行った。95℃で30秒を1サイクル、その後、95℃で30秒、55℃で1分、68℃で1分を25サイクル行い、すべてのサイクルが終了すると最後は37℃に保った。DNA断片は、アガロースゲルで分離し、QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, Hilden,Germany)や MagExtracter DNA fragment purification kit(Toyobo,Tokyo,Japan)で精製した。この結果、PCRの525bp生産物が得られた。この配列は、グルコノバクター・オキシダンス 621HのFAD−GADH遺伝子の脱水素酵素サブユニットであるGOX1231と相同性が見られた。
1. Cloning of FAD-gluconate dehydrogenase gene from thermotolerant Gluconobacter fungus FAD-GADH structural gene has been reported in the genomic sequence of Gluconobacter oxydans 621H (Nature Biotechnology 23: 195-200, 2005). ). It is composed of three subunits (dehydrogenase subunit, cytochrome subunit, and small subunit). A gndL-F primer (SEQ ID NO: 1) and a gndL-R primer (SEQ ID NO: 2) designed based on the FAD-GADH gene sequence were used as PCR primers. This sequence is the same as Elvinia Cypripedi (Journal of Bacteriology 179: 6566-6572, 1997), Gluconobacter dioxyacetonicus IFO 3271 (Microbiology 73: 6551-6556, 2007), Gluconobacter oxydane 621H (Naturol 23: 195-200, 2005) was designed from the region conserved in the dehydrogenase subunit in the GADH gene. This primer pair was subjected to PCR using PuReTaq Ready-To-Go PCR Beads kit (manufactured by GE Healthcare) using the genomic DNA of each thermotolerant bacterium as a template. For PCR, mGeneAmpPCR System 2400 (manufactured by Perkin Elmer) was used, and the PCR temperature cycle was performed as follows. One cycle at 95 ° C. for 30 seconds, followed by 25 cycles of 95 ° C. for 30 seconds, 55 ° C. for 1 minute, and 68 ° C. for 1 minute were maintained at 37 ° C. at the end of all cycles. DNA fragments were separated on an agarose gel and purified by QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen, Hilden, Germany) or MagExtractor DNA fragmentation kit (Toyobo, Tokyo), Japan. This resulted in a 525 bp product of PCR. This sequence was found to be homologous to GOX1231, which is a dehydrogenase subunit of the FAD-GADH gene of Gluconobacter oxydans 621H.

遺伝子の全配列を得るために、上記PCR生産物をシークエンスして得られた配列からデザインした特異的なプライマーペアである、F−igL−1(配列番号3)とF−igL−2(配列番号4)を用い、ゲノムDNAのEcoRI消化物の再環状化したものを鋳型として、TaKaRa LA TaqTM(タカラバイオ社製)に2mM MgClと0.5% DMSOを添加してPCRを行った。95℃で30秒を1サイクル、その後、95℃で30秒、55℃で1分、68℃で6分を25サイクル行い、すべてのサイクルが終了すると最後は37℃に保った。脱水素酵素と小サブユニットの遺伝子の全配列は、ゲノムDNAのSacIIまたはEcoRI消化物を再環状化したものを鋳型として、プライマーのF−igL−1(配列番号3)とR−igL−2(配列番号4)で増幅した。チトクロームCサブユニットの遺伝子は、in vitroクローニング法から得られた。 In order to obtain the entire sequence of the gene, F-igL-1 (SEQ ID NO: 3) and F-igL-2 (sequence) are specific primer pairs designed from the sequence obtained by sequencing the PCR product. No. 4), PCR was performed by adding 2 mM MgCl 2 and 0.5% DMSO to TaKaRa LA Taq (Takara Bio Inc.) using a recircularized EcoRI digest of genomic DNA as a template. . One cycle at 95 ° C. for 30 seconds, followed by 25 cycles of 95 ° C. for 30 seconds, 55 ° C. for 1 minute, and 68 ° C. for 6 minutes were maintained at 37 ° C. at the end of all cycles. The entire sequences of the dehydrogenase and small subunit genes were prepared by using FacL-1 (SEQ ID NO: 3) and R-igL-2 as primers using a template obtained by recircularization of SacII or EcoRI digest of genomic DNA. Amplified with (SEQ ID NO: 4). The gene for the cytochrome C subunit was obtained from in vitro cloning methods.

各菌株から得られたFAD−GADH遺伝子由来と予測される3つのORF(gndF、gndG、gndH)と、機能不明のタンパク質をコードする3ORFを含む6kb以上の断片をシークエンスし、配列を同定した。配列は、ABI PRISM 310(PE Biosystems社製)を使用して行った。配列データは、GENETYX−MAC (Software Development社製)やClone Manager(Scientific and Educational Software社製)を使用して解析した。ホモロジー検索や整列解析(alignment)は、それぞれBLAST(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)とCLUSTAL W(www.ebi.ac.uk/clustalw)を使用して行った。1例としてTHF55菌株から得られた断片地図を図3に示した。ORF−1、ORF−2、ORF−3は、グルコノバクター・オキシダンス 621Hのゲノムで示されているGOX1234、GOX1233、GOX1229でコード化されている機能不明タンパク質に相同性を示した。gndF、gndG、gndHの3つのORFは、ゲノムでFAD−GADH遺伝子と確認されたGOX1232、GOX1231,GOX1230に76%、89%、68%の同一性があった。この研究で得られた配列は、DNA Data Bank of Japan(DDBJ)に登録申請中である。   Sequences were identified by sequencing 6 ORF fragments containing 3 ORFs (gndF, gndG, gndH) predicted to be derived from the FAD-GADH gene obtained from each strain and 3 ORFs encoding proteins of unknown function. Sequencing was performed using ABI PRISM 310 (PE Biosystems). The sequence data was analyzed using GENETYX-MAC (manufactured by Software Development) or Clone Manager (manufactured by Scientific and Educational Software). Homology search and alignment analysis were performed using BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) and CLUSTAL W (www.ebi.ac.uk/clustalw), respectively. . As an example, a fragment map obtained from the THF55 strain is shown in FIG. ORF-1, ORF-2, and ORF-3 showed homology to proteins of unknown function encoded by GOX1234, GOX1233, and GOX1229 shown in the genome of Gluconobacter oxydans 621H. The three ORFs of gndF, gndG, and gndH had 76%, 89%, and 68% identity to GOX1232, GOX1231, and GOX1230, which were confirmed to be FAD-GADH genes in the genome. The sequence obtained in this study is pending application for registration with DNA Data Bank of Japan (DDBJ).

決定したGndFのアミノ酸配列は、N末端に、Berks,B.C.らが報告した(Molecular Microbiology 35:260−274,2000)、2つのアルギニン残基を含むtat依存の特殊なシグナル配列が存在することがわかった。GndFはまた、FAD−GADHの小サブユニットとして、Toyama.Hらの報告(Applied and Environmental Microbiology 73:6551−6556,2007)で明らかにされたグルコノバクター・ジオキシアセトニカス IFO3271のGndSへ44%の同一性を示した。   The determined amino acid sequence of GndF is shown at Berks, B. et al. C. (Molecular Microbiology 35: 260-274, 2000) reported that there is a tat-dependent special signal sequence containing two arginine residues. GndF is also known as a small subunit of FAD-GADH as Toyama. 44% identity to GndS of Gluconobacter dioxyacetonicus IFO3271 revealed by H et al. (Applied and Environmental Microbiology 73: 6551-6556, 2007).

決定したGndGのアミノ酸配列は、いくつかのFAD含有酵素に同様の配列がみられるように、N末端にFADが結合するためのシグナルであるグリシンボックス(GxGxxG)を示した。GndGは、コファクターとしてのFADと結合する蛋白ファミリーであるグルコース−メタノール−コリン(GMC)酸化還元酵素ファミリーの中に維持された領域配列を持っていた。また、前記Toyama.Hらが見出したグルコノバクター・ジオキシアセトニカス IFO3271のFAD−GADHの脱水素酵素サブユニッのGndLと61%の同一性を示した。   The determined amino acid sequence of GndG showed a glycine box (GxGxxG), which is a signal for binding of FAD to the N-terminus so that similar sequences can be seen in several FAD-containing enzymes. GndG had a region sequence maintained within the glucose-methanol-choline (GMC) oxidoreductase family, a protein family that binds FAD as a cofactor. In addition, the Toyama. It showed 61% identity with GndL of FAD-GADH dehydrogenase subunit of Gluconobacter dioxyacetonicus IFO3271 found by H et al.

GndHは、アルコール脱水素酵素、ソルビトール脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素のように、グルコノバクター菌で見出される膜結合の多くのチトクロームcサブユニットと類似し、3つのヘムc結合モチーフ(CxxCH)配列を示した。さらに、グルコノバクター・ジオキシアセトニカス IFO3271(20)のGndCに44%の同一性を示した。   GndH is similar to many membrane-bound cytochrome c subunits found in Gluconobacter bacteria, such as alcohol dehydrogenase, sorbitol dehydrogenase, and aldehyde dehydrogenase. Three heme c-binding motifs (CxxCH) The sequence is shown. Furthermore, it showed 44% identity to GndC of Gluconobacter dioxyacetonicus IFO3271 (20).

2.高温耐性グルコノバクター属菌のFAD-GADH依存変異株の構築
テンプレートとするゲノムDNAは、Marmurの方法(J.Mol.Biol.3:208−218,1961)に準じて、対数増殖期におけるグルコノバクター菌から分離した。gndGの破壊のためのプラスミドは、大腸菌 DH5α株から、QIA Prep Spin Miniprep kit(Qiagen社製)を使用して調製した。F−gnDH−3プライマー(配列番号5)とR−gnDH−2プライマー(配列番号6)を使用し、テンプレートのゲノムDNAを増幅して得られた1.9kbのPCR断片のSmaIサイトに、pTKmからKmrカセットを含むEcoRV断片を挿入することにより構築した(pGEM−CA−F::Km)。制限酵素切断パターンの分析により、KmrカセットはgndGと同じ転写方向に挿入したことを確認した。作製したプラスミドをエレクトロポレーションで、グルコノバクター菌へ導入し、導入した細胞は、遺伝子組み換えのために30℃で6時間、ポテト培地で培養した。2〜3日後、カナマイシン50μg/mlを含むSG寒天培地(1%ソルビトール、1%グリセロール、0.3%ポリペプトン、0.3%酵母エキス、2%寒天)上に得られたコロニーをピックアップしてカナマイシン50μg/mlを含む1mlのSG培地(1%ソルビトール、1%グリセロール、0.3%ポリペプトン、0.3%酵母エキス)へ接種した。その後、変異株は、カナマイシン50μg/mlと、アンピシリン50μg/ml添加または無添加の2つの新しい寒天培地に接種し、カナマイシン耐性コロニーでアンピシリンに耐性を示さないものを選抜した。Kmrカセットの挿入領域をカバーして増幅するプライマーを用いたPCRで遺伝子破壊を確かめた(図4)。その結果、THE42,THF55,THG42株からのgndG:Km変異株が得られ、3つの変異株全ては、TLC分析から2KGA生産性がないことを確認した(図5)。
2. Construction of FAD-GADH Dependent Mutant of High Temperature Resistant Gluconobacter genus The template genomic DNA is glucosylated in the logarithmic growth phase according to the method of Marmur (J. Mol. Biol. 3: 208-218, 1961). Isolated from Novacter. A plasmid for disruption of gndG was prepared from E. coli DH5α strain using QIA Prep Spin Miniprep kit (Qiagen). Using the F-gnDH-3 primer (SEQ ID NO: 5) and the R-gnDH-2 primer (SEQ ID NO: 6), the template genomic DNA was amplified to the SmaI site of the 1.9 kb PCR fragment. Was constructed by inserting an EcoRV fragment containing the Kmr cassette (pGEM-CA-F :: Km). Analysis of the restriction enzyme cleavage pattern confirmed that the Kmr cassette was inserted in the same transcription direction as gndG. The prepared plasmid was introduced into Gluconobacter by electroporation, and the introduced cells were cultured in potato medium at 30 ° C. for 6 hours for gene recombination. After 2-3 days, the colonies obtained on SG agar medium (1% sorbitol, 1% glycerol, 0.3% polypeptone, 0.3% yeast extract, 2% agar) containing 50 μg / ml kanamycin were picked up. 1 ml of SG medium (1% sorbitol, 1% glycerol, 0.3% polypeptone, 0.3% yeast extract) containing 50 μg / ml kanamycin was inoculated. Subsequently, mutant strains were inoculated into two new agar media with or without kanamycin 50 μg / ml and ampicillin 50 μg / ml, and kanamycin-resistant colonies that did not show ampicillin resistance were selected. The gene disruption was confirmed by PCR using a primer that amplified by covering the insertion region of the Kmr cassette (FIG. 4). As a result, gndG: Km mutant strains from the THE42, THF55, and THG42 strains were obtained, and all three mutant strains were confirmed to have no 2KGA productivity from TLC analysis (FIG. 5).

3.酵素活性による変異株の確認
野生株と変異株のD−アラビトールやグルコースに対する膜結合酵素活性は、30℃と37℃で生育させた細胞から膜分画により調製し、Toyama.Hらの方法(Bioscience Biotechnology and Biochemistry 69:1120−1129,2005)で行った。膜結合酵素活性は、フェリシアナイドとPMSを用いた還元活性により測定し、フェリシアナイド還元酵素活性、あるいはPMS−DCIP還元酵素活性として表した(図6a,b)。
3. Confirmation of Mutant by Enzyme Activity Membrane-bound enzyme activity against D-arabitol and glucose in wild and mutant strains was prepared from cells grown at 30 ° C. and 37 ° C. by membrane fractionation, and Toyama. H et al. (Bioscience Biotechnology and Biochemistry 69: 1120-1129, 2005). Membrane-bound enzyme activity was measured by reducing activity using ferricyanide and PMS, and expressed as ferricyanide reductase activity or PMS-DCIP reductase activity (FIGS. 6a and b).

フェリシアナイド還元酵素活性は、カリウムフェリシアナイドを電子受容体として測定した。25℃で、0.1Mの基質、McIlvaine buffer(McB,pH 5.0)、および適当な量の酵素液を含む0.9mlの反応液を、5分間インキュベート後、0.1Mのカリウムフェリシアナイドの0.1mlを添加し、撹拌した。一定時間のインキュベート後、0.5ml Dupanol試薬(0.3% Fe(SO、8.1%リン酸、0.3%SDS)を添加して反応を止めた。色が安定するため20分間放置した後、混合液の総量が5mlになるよう3.5mlの蒸留水で希釈し、分光光度計U2000(日立製作所社製)で、660nmの吸光度を測定した。酵素活性の1ユニットは、1分間に1μモルの基質を酸化した酵素の量とした。 Ferricyanide reductase activity was measured using potassium ferricyanide as an electron acceptor. At 25 ° C., 0.9 ml of a reaction solution containing 0.1 M substrate, McIlvaine buffer (McB, pH 5.0), and an appropriate amount of enzyme solution was incubated for 5 minutes, and then 0.1 M potassium ferricyanate. 0.1 ml of the dough was added and stirred. After incubation for a certain period of time, the reaction was stopped by adding 0.5 ml Dupanol reagent (0.3% Fe 2 (SO 4 ) 3 , 8.1% phosphoric acid, 0.3% SDS). After being allowed to stand for 20 minutes to stabilize the color, the mixture was diluted with 3.5 ml of distilled water so that the total amount of the mixture became 5 ml, and the absorbance at 660 nm was measured with a spectrophotometer U2000 (manufactured by Hitachi, Ltd.). One unit of enzyme activity was defined as the amount of enzyme that oxidized 1 μmol of substrate per minute.

膜画分のフェナジンメソスルフェイト(PMS)還元活性は、25℃で、1mlの反応液中、100mMの基質、0.2mMのPMS、1.2mMのNaN、適量の酵素、McB(pH5.0)を、0.11mMの2,6−ジクロロフェノールインドフェノール(DCIP)とカップリング反応させ、600nmの青色の退色を分光光度計U2000(日立製作所社製)で測定した。酵素活性の1ユニットは、このアッセイ系で1分間に1μモルの基質を酸化した酵素の量とした。 The phenazine mesosulfate (PMS) reducing activity of the membrane fraction was measured at 25 ° C. in 1 ml reaction solution with 100 mM substrate, 0.2 mM PMS, 1.2 mM NaN 3 , appropriate amount of enzyme, McB (pH 5. 0) was subjected to a coupling reaction with 0.11 mM 2,6-dichlorophenolindophenol (DCIP), and a blue fading of 600 nm was measured with a spectrophotometer U2000 (manufactured by Hitachi, Ltd.). One unit of enzyme activity was the amount of enzyme that oxidized 1 μmol of substrate per minute in this assay system.

図6aに示すように、30℃で生育した野生株と変異株のD−アラビトール脱水素酵素活性は、同じであったが、D−グルコン酸脱水素酵素活性は変異株で野生株の30%以上減少した。活性の減少は、FAD−GADHの脱水素酵素サブユニットをコードするgndG遺伝子の不活性化によるのであり、D−グルコン酸に反応するPQQ−GLDH活性はそのまま維持した。図6bでは、野生株と変異株において、37℃で生育した細胞からの膜結合酵素活性が、30℃での活性より低く、変異株のD−アラビトール脱水素酵素活性は野生株と同じであったが、変異株におけるD−グルコン酸脱水素酵素活性が、30℃の場合と同じように減少したことを示した。また、37℃では、PQQの添加により、野生株と変異株両方で、活性が2倍以上増加した。このことは、菌が高温で生育するときに、PQQ−GLDHに必要なPQQが不足していることを示している。   As shown in FIG. 6a, the D-arabitol dehydrogenase activity of the wild strain and the mutant strain grown at 30 ° C. was the same, but the D-gluconate dehydrogenase activity was 30% of that of the wild strain. More than that. The decrease in activity was due to inactivation of the gndG gene encoding the FAD-GADH dehydrogenase subunit, and the PQQ-GLDH activity in response to D-gluconic acid was maintained as it was. In FIG. 6b, the membrane-bound enzyme activity from cells grown at 37 ° C. in the wild strain and the mutant strain is lower than that at 30 ° C., and the D-arabitol dehydrogenase activity of the mutant strain is the same as that in the wild strain. However, it was shown that the D-gluconate dehydrogenase activity in the mutant was reduced in the same manner as at 30 ° C. In addition, at 37 ° C., the addition of PQQ increased the activity by a factor of 2 or more in both the wild strain and the mutant strain. This indicates that PQQ necessary for PQQ-GLDH is insufficient when the bacteria grow at high temperature.

<FAD−GADH欠損変異株による5KGAの生産>
野生株と変異株は、2%グルコース−2%グルコン酸培地で30℃と37℃で培養し、2KGAと5KGAの生産量を培養時間に沿って測定した(図7a,b)。37℃における野生株の生育は30℃よりわずかに低く、30℃と37℃両方で主生産物として2KGAを生産しており、生産量も5KGAの2倍以上であった。2つの生産物の生産は、最初の生育段階から見られたが、最も高い生産量は、生育定常期に見られた。30℃では、2KGAと5KGAの減少が培養60時間以降に見られたが、これは37℃の培養では見られなかった。gndG::Km変異株による5KGAの生産を、野生株と比較した場合、30℃で、3つの変異株全てで、5KGA生産が主で2KGA生産はわずかとなった。2KGAと5KGAの最も高い生産量は、野生株と同様に60時間後に見られた。37℃においても、変異株はやはり5KGAを主に生産し、2KGAの生産はわずかであったが、生産量は30℃での生産量の半分であった。最終的な変換の収量は、37℃、96時間培養で原料の50%であった。
<Production of 5KGA by FAD-GADH-deficient mutant>
Wild strains and mutant strains were cultured in 2% glucose-2% gluconic acid medium at 30 ° C. and 37 ° C., and the production amounts of 2KGA and 5KGA were measured along the culture time (FIGS. 7a and 7b). The growth of the wild strain at 37 ° C. was slightly lower than 30 ° C., 2KGA was produced as the main product at both 30 ° C. and 37 ° C., and the production amount was more than twice that of 5KGA. Production of the two products was seen from the first growth stage, while the highest production was seen in the stationary growth phase. At 30 ° C, a decrease in 2KGA and 5KGA was seen after 60 hours of culture, but this was not seen in culture at 37 ° C. When the production of 5KGA by the gndG :: Km mutant strain was compared with that of the wild strain, all of the three mutant strains were mainly 5KGA production and only 2KGA production was slight at 30 ° C. The highest production of 2KGA and 5KGA was seen after 60 hours, similar to the wild type. Even at 37 ° C., the mutant strains still produced mainly 5KGA, and production of 2KGA was slight, but the production amount was half of that at 30 ° C. The final conversion yield was 50% of the raw material after culturing at 37 ° C. for 96 hours.

<高温での5KGA生産の改良>
37℃での野生株と変異株のPQQ−GLDH活性はコファクター(PQQおよび/またはCa2+)の添加に依存した(図8a)。種々の濃度のCaClをグルコノバクター属 THF55(gndG::Km)の培地に添加して、37℃で培養した結果、培養3日後に5KGAの蓄積を確認した。CaCl添加による生育への効果は認められないが、5mMのCaCl添加で、5KGAの生産に高い効果を起こした。これは原料の90%が5KGAに変換される収率であった。5mMより高い濃度のCaCl添加では、5KGA生産は減少し、生育もわずかに阻害された。この結果より、37℃の培養において、5KGA生産を増加させる適正なCaClの添加濃度は5mMであった(図8b)。
<Improvement of 5KGA production at high temperature>
The PQQ-GLDH activity of the wild type and the mutant at 37 ° C. depended on the addition of a cofactor (PQQ and / or Ca 2+ ) (FIG. 8a). Various concentrations of CaCl 2 were added to a medium of Gluconobacter THF55 (gndG :: Km) and cultured at 37 ° C. As a result, 5 KGA accumulation was confirmed after 3 days of culture. Although the effect on growth by addition of CaCl 2 was not observed, the addition of 5 mM CaCl 2 produced a high effect on 5KGA production. This was a yield in which 90% of the raw material was converted to 5KGA. Addition of CaCl 2 at a concentration higher than 5 mM reduced 5KGA production and slightly inhibited growth. From this result, the appropriate concentration of CaCl 2 for increasing 5KGA production in the culture at 37 ° C. was 5 mM (FIG. 8b).

本発明の菌株を用いた5KGAの発酵生産法は、高温条件下で培養することにより、培地を冷却する必要がなくなり、コストを大幅に削減することができる。また、本発明のグルコノバクター属菌の変異株は、5KGAを特異的に生産するため精製工程が容易になることから、本発明の新規な菌株は、工業的に利用される可能性が高い。   The 5KGA fermentation production method using the strain of the present invention eliminates the need for cooling the medium by culturing under high temperature conditions, and can greatly reduce the cost. In addition, since the mutant strain of the genus Gluconobacter of the present invention specifically produces 5KGA, the purification process is facilitated, and therefore the novel strain of the present invention is highly likely to be used industrially. .

グルコースから5KGAおよび2KGAを生成する酵素反応を示す図面である。It is drawing which shows the enzyme reaction which produces | generates 5KGA and 2KGA from glucose. 分離された高温耐性グルコノバクター属菌による培地中の2KGAと5KGAの生産を示す図面に代わる写真である。(1:D−グルコース、2:NaGA、3:2KGA、4:5KGA、5:培地、6:THE42、7:THF55、8:THG42、9:THE42、10:THF55、11:THG42、ただし、6−8は30℃で、9−11は37℃で培養した。)It is a photograph replaced with drawing which shows the production of 2KGA and 5KGA in the culture medium by the isolate | separated high temperature tolerance Gluconobacter genus bacteria. (1: D-glucose, 2: NaGA, 3: 2 KGA, 4: 5 KGA, 5: medium, 6: THE42, 7: THF55, 8: THG42, 9: THE42, 10: THF55, 11: THG42, where 6 -8 was cultured at 30 ° C, and 9-11 was cultured at 37 ° C.) 高温耐性グルコノバクター・フラテウリ THF55株から得られたゲノム断片の模式図である。It is a schematic diagram of the genome fragment obtained from the high temperature resistant Gluconobacter frateuri THF55 strain. 高温耐性グルコノバクター属菌のカナマイシン耐性カセットでの変異をPCRで確認したことを示す図面に代わる写真である。(M:マーカーであるλDNA、1:THE42、2:THE42 gndG::Km、3:THF55、4:THF55 gndG::Km、5:THG42、6:THG42 gndG::Km)It is the photograph replaced with drawing which shows that the variation | mutation in the kanamycin resistance cassette of the high temperature tolerance Gluconobacter genus microbe was confirmed by PCR. (M: λDNA as a marker, 1: THE42, 2: THE42 gndG :: Km, 3: THF55, 4: THF55 gndG :: Km, 5: THG42, 6: THG42 gndG :: Km) 高温耐性グルコノバクター属菌のFAD欠損株による2KGAと5KGAの生産を示す図面に代わる写真である。(1:D−グルコース、2:NaGA、3:2KGA、4:5KGA、5:培地、6:THE42 gndG::Km、7:THF55 gndG::Km、8:THG42 gndG::Km、9:THE42 gndG::Km、10:THF55 gndG::Km、11:THG42 gndG::Km、ただし、6−8は30℃で、9−11は37℃で培養した。)It is the photograph replaced with drawing which shows the production of 2KGA and 5KGA by the FAD deficient strain of the high temperature tolerance Gluconobacter genus bacteria. (1: D-glucose, 2: NaGA, 3: 2 KGA, 4: 5 KGA, 5: medium, 6: THE42 gndG :: Km, 7: THF55 gndG :: Km, 8: THG42 gndG :: Km, 9: THE42 gndG :: Km, 10: THF55 gndG :: Km, 11: THG42 gndG :: Km, where 6-8 was cultured at 30 ° C. and 9-11 was cultured at 37 ° C.) 高温耐性グルコノバクター属菌のD−アラビトールとD−グルコースに対する膜結合酵素の活性を示す図面である。(a:30℃で培養、b:37℃で培養、グレイのカラム:コファクター無添加で培養したD−アラビトールの活性、黒のカラム:15μMPQQと10mMCaCl添加で培養したD−アラビトールの活性、白のカラム:コファクター無添加で培養したD−グルコースの活性、斜線のカラム:15μMPQQと10mMCaCl添加で培養したD−グルコースの活性)It is drawing which shows the activity of the membrane-bound enzyme with respect to D-arabitol and D-glucose of high temperature tolerance Gluconobacter genus bacteria. (A: cultured at 30 ° C., b: cultured at 37 ° C., gray column: activity of D-arabitol cultured with no cofactor added, black column: activity of D-arabitol cultured with 15 μMPQQ and 10 mM CaCl 2 added, White column: activity of D-glucose cultured without cofactor addition, hatched column: activity of D-glucose cultured with addition of 15 μMPQQ and 10 mM CaCl 2 ) 高温耐性グルコノバクター属菌のケトグルコン酸生産を示す図面である。(a:30℃で培養、b:37℃で培養、グレイのカラム:2KGA濃度、黒のカラム:5KGA濃度)It is drawing which shows ketogluconic acid production of high temperature tolerance Gluconobacter genus bacteria. (A: cultured at 30 ° C., b: cultured at 37 ° C., gray column: 2 KGA concentration, black column: 5 KGA concentration) 高温耐性グルコノバクター・フラテウリ THF55株の37℃での培養において、菌の生育と5KGA生産へのCaClの添加効果を示す図面である。(a:生育曲線(黒の四角:0mM、黒のダイヤモンド型2.5mM、白の三角:5mM、4方クロス:7.5mM、6方クロス:10mM)、b:5KGA生産量)In culture at 37 ° C. of temperature resistance Gluconobacter frateurii THF55 strain is a drawing showing the effect of adding CaCl 2 to Growth and 5KGA producing bacteria. (A: Growth curve (black square: 0 mM, black diamond type 2.5 mM, white triangle: 5 mM, 4-way cross: 7.5 mM, 6-way cross: 10 mM), b: 5 KGA production)

Claims (5)

グルコノバクター属に属し、30〜38℃で5−ケト−D−グルコン酸(5KGA)産生能を有する高温耐性菌、またはその変異株である5KGA産生能を有する高温耐性菌。   A thermotolerant bacterium belonging to the genus Gluconobacter and having the ability to produce 5-keto-D-gluconic acid (5KGA) at 30 to 38 ° C., or a mutant strain thereof, having the ability to produce 5KGA. 請求項1に記載の変異株が、FAD−グルコン酸脱水素酵素(FAD−GADH)遺伝子を破壊した変異株である高温耐性菌。   A high-temperature-resistant bacterium, wherein the mutant strain according to claim 1 is a mutant strain in which the FAD-gluconate dehydrogenase (FAD-GADH) gene is disrupted. FAD−GADH遺伝子を破壊した変異株が、配列番号7,8,9に示す塩基配列を有するDNA断片を増幅して得られたPCR産物に、カナマイシンカセットを挿入したプラスミドを細胞内に導入して相同組み換えを行うことにより構築した株である請求項2に記載の高温耐性菌。   A mutant strain in which the FAD-GADH gene is disrupted introduces a plasmid into which the kanamycin cassette is inserted into the PCR product obtained by amplifying the DNA fragment having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7, 8, or 9 into the cell. The thermotolerant bacterium according to claim 2, which is a strain constructed by homologous recombination. グルコノバクター・フラテウリ THE42株(受託番号 NITE−P−655)、グルコノバクター・フラテウリ THG 42株(受託番号 NITE−P−657)、グルコノバクター・フラテウリ THF55株(受託番号 NITE−P−659)、グルコノバクター・フラテウリ THE42 gndG::Km株(受託番号 NITE−P−656)、グルコノバクター・フラテウリ THG42 gndG::Km株(受託番号 NITE−P−658)、グルコノバクター・フラテウリ THF55 gndG::Km株(受託番号 NITE−P−660)から選ばれる1種以上の5KGA産生能を有する高温耐性菌。   Gluconobacter / Frateuri THE42 strain (Accession number NITE-P-655), Gluconobacter / Flateuri THG 42 strain (Accession number NITE-P-657), Gluconobacter / Flateuri THF55 strain (Accession number NITE-P-659) ), Gluconobacter frateuri THE42 gndG :: Km strain (Accession No. NITE-P-656), Gluconobacter frateuri THG42 gndG :: Km strain (Accession No. NITE-P-658), Gluconobacter frateuri THF55 A high-temperature-resistant bacterium having one or more 5KGA producing ability selected from the gndG :: Km strain (Accession No. NITE-P-660). 請求項1〜4のいずれかに記載のグルコノバクター属に属する高温耐性菌を、PQQおよび/またはCaイオン存在下、30〜37℃で培養して5KGAを生産させ、5KGAを採取することを特徴とする、5KGAの製造方法。   Culturing the high temperature resistant bacteria belonging to the genus Gluconobacter according to any one of claims 1 to 4 at 30 to 37 ° C in the presence of PQQ and / or Ca ions to produce 5KGA, and collecting 5KGA. A method for producing 5KGA, which is characterized.
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JP2012029580A (en) * 2010-07-28 2012-02-16 Mitsubishi Gas Chemical Co Inc Method for increasing production of protein in cultured cell

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