JP2012522503A - 5’−イノシン酸生産性が向上したコリネバクテリウム属微生物及びこれを用いた核酸の生産方法 - Google Patents

5’−イノシン酸生産性が向上したコリネバクテリウム属微生物及びこれを用いた核酸の生産方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子の発現量が内在的発現量より増加された、5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物及び向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物を培養する段階を含む5’−イノシン酸生産方法に関するものである。
【選択図】 図1

Description

本発明は、プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子の発現量が内在的発現量より増加された、5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物及び向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物を培養する段階を含む5’−イノシン酸生産方法に関するものである。
核酸系物質中の1つである5’−イノシン酸(5’−inosinic acid)は、核酸生合成代謝系の中間物質であって、動植物の体内で生理的に重要な役割を果たすだけでなく、食品、医薬品及び各種医療的利用などの多方面で用いられている。5’−イノシン酸は、特に、グルタミン酸ナトリウム(monosodium glutamate:MSG)と共に使用すると、味の上昇効果が大きくて呈味性調味料として脚光を浴びている核酸系調味料中の1つである。
5’−イノシン酸を製造する方法として、酵母細胞から抽出したリボ核酸を酵素で分解する方法(日本特許公告第1614/1957号など)、発酵によって生産されたイノシンを化学的方法でリン酸化する方法(Agri.Biol.Chem.,36,1511(1972)など)及び5’−イノシン酸を生産できる微生物を培養して培地に蓄積されたイノシン一リン酸(inosine monophosphate:IMP)を回収する方法などがある。現在、最も多く使用されている方法は、微生物を用いて5’−イノシン酸を生産する方法である。5’−イノシン酸の生産のために用いる微生物としては、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属菌株が広く用いられており、例えば、コリネバクテリウム・アンモニアゲネス(Corynebacterium ammoniagenes)菌株を培養して5’−イノシン酸を生産する方法(大韓民国特許公開第2003−0042972号など)などが公知されている。
微生物を用いた5’−イノシン酸の生産の収率を高めるために、5’−イノシン酸の生合成経路または分解経路と関連された酵素の活性や発現を増加させるとかまたは低下させて改良した菌株などが開発されている。大韓民国特許第785248号は、プリン生合成経路上のホスホリボシルアミノイミダゾールサクシノカルボキシアミドシンセターゼをコーディングする遺伝子purCが過発現された微生物及びこれを用いた5’−イノシン酸の生産方法を開示する。また、韓国特許第857379号は、purKEによって暗号化されるホスホリボシルアミノイミダゾールカルボキシラーゼ遺伝子が過発現されたコリネバクテリウム・アンモニアゲネス菌株とこれを用いてIMPを高濃度及び高収率で生産する方法を開示する。
しかし、依然としてより高い収率で5’−イノシン酸を生産できる菌株の開発及びこれを用いた5’−イノシン酸生産方法に対する要求が存在する。
従って、本発明者らは、5’−イノシン酸を高い生産性で生産できる菌株に対する研究を行い、プリン生合成経路に関与する主要酵素の活性を同時に内在的活性より高める場合、5’−イノシン酸の生産性が向上するということを発見して本発明を完成した。
本発明の目的は、向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物を提供することである。
本発明のまた他の目的は、向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物を用いて5’−イノシン酸を生産する方法を提供することである。
前記のような目的を達成するために、本発明は、プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子の発現量が内在的発現量より増加された、5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物を提供する。
本発明のコリネバクテリウム属微生物は、プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子の発現量が内在的発現量より増加され、母菌株対比向上した5’−イノシン酸生産性を有する。
本発明において、“プリン生合成酵素(purine biosynthesis enzyme)”は、プリン塩基を最終産物として生成するプリン生合成経路に含まれた反応を触媒する酵素を意味し、ホスホリボシルピロホスフェートアミドトランスフェラーゼ(Phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase)、ホスホリボシルグリシンアミドホルミルトランスフェラーゼ(Phosphoribosylglycinamide formyltransferase)、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼ(Phosphoribosylformylglycinamidine synthetase)、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼII(Phosphoribosylformylglycinamidine synthetaseII)、ホスホリボシルアミノイミダゾールシンセターゼ(Phosphoribosylaminoimidazole synthetase)、ホスホリボシルアミノイミダゾールカルボキシラーゼ(Phosphoribosylaminoimidazole carboxylase)、ホスホリボシルアミノイミダゾールスクシノカルボキサミドシンセターゼ(Phosphoribosylaminoimidazole succinocarboxamide synthetase)、イノシン酸シクロヒドロラーゼ(inosinic acid cyclohydrolase)、リボースホスフェートピロホスホキナーゼ(Ribosphosphate pyrophospho kinase)などを含む。
本発明の一具体例において、プリン生合成酵素は、ホスホリボシルピロホスフェートアミドトランスフェラーゼ、ホスホリボシルグリシンアミドホルミルトランスフェラーゼ、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼ、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼII、ホスホリボシルアミノイミダゾールシンセターゼ、ホスホリボシルアミノイミダゾールカルボキシラーゼ、ホスホリボシルアミノイミダゾールスクシノカルボキサミドシンセターゼ及びイノシン酸シクロヒドロラーゼから構成された群から選択される1つ以上の酵素と、リボースホスフェートピロホスホキナーゼから構成された組合せであり得る。
本発明の一具体例において、内在的水準対比発現量が増加されたプリン生合成酵素をコーディングする遺伝子は、ホスホリボシルグリシンアミドホルミルトランスフェラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号36のpurN、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号37のpurS、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼIIをコーディングする遺伝子である配列番号38のpurL、ホスホリボシルアミノイミダゾールカルボキシラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号40のpurKE、ホスホリボシルアミノイミダゾールスクシノカルボキサミドシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号41のpurC、イノシン酸シクロヒドロラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号42のpurH及びリボースホスフェートピロホスホキナーゼをコーディングする遺伝子である配列番号43のprsから構成された組合せであり得る。
本発明の一具体例において、内在的水準対比発現量が増加されたプリン生合成酵素をコーディングする遺伝子は、ホスホリボシルピロホスフェートアミドトランスフェラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号35のpurF、ホスホリボシルグリシンアミドホルミルトランスフェラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号36のpurN、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号37のpurS、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼIIをコーディングする遺伝子である配列番号38のpurL、ホスホリボシルアミノイミダゾールシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号39のpurM、ホスホリボシルアミノイミダゾールカルボキシラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号40のpurKE、ホスホリボシルアミノイミダゾールスクシノカルボキサミドシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号41のpurC、イノシン酸シクロヒドロラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号42のpurH及びリボースホスフェートピロホスホキナーゼをコーディングする遺伝子である配列番号43のprsから構成された組合せであり得る。
本発明において、“内在的発現量より増加された”は、微生物から自然的に発現される遺伝子の発現量、または母菌株から発現される遺伝子の発現量より高い量で発現することを意味し、当該酵素をコーディングする遺伝子の個数(コピー数)の増加及びそれに応じる発現量増加、または遺伝子の突然変異による発現量の増加またはこの両方による発現量の増加を含む。
本発明の一具体例において、プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子の発現量増加は、当該遺伝子が外部から更に菌株に導入されるとかまたは内在的遺伝子が増幅されて遺伝子のコピー数が増加されるとかまたは転写または翻訳調節配列に導入された変異によって転写効率または翻訳効率が増加された場合を含むが、これに限定されない。内在的遺伝子の増幅は、当業界に知られている方法、例えば、適当な選択圧力下で培養する方法などによって容易に達することができる。
本発明の一具体例において、プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子の発現量は、プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子が細胞外部から更に導入されとかまたはプリン生合成酵素をコーディングする内在的遺伝子が増幅されて増加されたものであり得る。
本発明の一具体例において、向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物で、内在的水準対比発現量が増加されたプリン生合成酵素をコーディングする遺伝子は、相応する内在的遺伝子の外に1つ以上のコピーが外部から導入されて2つ以上のコピーで存在することができる。
本発明の一具体例において、向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物で、プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子の外部からの導入は、相応する遺伝子の連続的に配列された2つのコピーを含む組換えベクターによる形質転換を介して達することができる。
本発明の一具体例において、向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物の製造のために使用された組換えベクターは、導入される遺伝子に応じてそれぞれ図2〜図7の開裂地図を有する組換えベクター、pDZ−2purFM、pDZ−2purNH、pDZ−2purSL、pDZ−2purKE、pDZ−2purC、及びpDZ−2prsから構成された群から選択され得る。
本発明の一具体例において、向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物は、5’−イノシン酸を生産できるコリネバクテリウム微生物から来由し得る。例えば、本発明による向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物は、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスATCC6872、コリネバクテリウム・サーモアミノゲネス(Corynebacterium thermoaminogenes)FERM BP−1539、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)ATCC14067、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)ATCC13869及びこれから製造された菌株から来由し得る。
本発明の一具体例において、向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物は、プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子を2つのコピー以上含むことができる。
本発明の一具体例において、向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物は、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスであり得るし、より好ましくは、prs遺伝子と、purF、purN、purS、purL、purM、purKE、purC及びpurH遺伝子から構成された群から選択される1つ以上の遺伝子の組合せの内在的活性が5’−イノシン酸を高濃度で生産するように増加されたものである形質転換されたコリネバクテリウム・アンモニアゲネスであり得る。
本発明の一具体例において、向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物は、5’−イノシン酸を生産するコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401(KCCM−10610)菌株にそれぞれ図2、3、4、5、6及び7の開裂地図を有する組換えベクターpDZ−2purFM、pDZ−2purNH、pDZ−2purSL、pDZ−2purKE、pDZ−2purC、pDZ−2prsを順にまたは組合せで導入され、導入されたpurF、purN、purS、purL、purM、purKE、purC、purH及びprs遺伝子の2つのコピーのうち、1つが相応する内在的遺伝子を相同組換えによって置換してpurF、purN、purS、purL、purM、purKE、purC、purH及びprs遺伝子がそれぞれ2つのコピーずつ染色体内に挿入された菌株であり得る。
本発明の一具体例において、向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物は、ホスホリボシルグリシンアミドホルミルトランスフェラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号36のpurN、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号37のpurS、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼIIをコーディングする遺伝子である配列番号38のpurL、ホスホリボシルアミノイミダゾールカルボキシラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号40のpurKE、ホスホリボシルアミノイミダゾールスクシノカルボキサミドシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号41のpurC、イノシン酸シクロヒドロラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号42のpurH及びリボースホスフェートピロホスホキナーゼをコーディングする遺伝子である配列番号43のprsから構成された組合せのプリン生合成酵素をコーディングする遺伝子を2つのコピーずつ含む、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスであり得るし、好ましくは、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0120であり得る。
本発明の一具体例において、向上した5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物は、ホスホリボシルピロホスフェートアミドトランスフェラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号35のpurF、ホスホリボシルグリシンアミドホルミルトランスフェラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号36のpurN、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号37のpurS、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼIIをコーディングする遺伝子である配列番号38のpurL、ホスホリボシルアミノイミダゾールシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号39のpurM、ホスホリボシルアミノイミダゾールカルボキシラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号40のpurKE、ホスホリボシルアミノイミダゾールスクシノカルボキサミドシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号41のpurC、イノシン酸シクロヒドロラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号42のpurH及びリボースホスフェートピロホスホキナーゼをコーディングする遺伝子である配列番号43のprsから構成された組合せのプリン生合成酵素をコーディングする遺伝子を2つのコピーずつ含む、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスであり得るし、好ましくは、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0316(KCCM10992P)であり得る。
また、本発明は、プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子の発現量が内在的発現量より増加された、5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物を培養する段階及び前記培養液から5’−イノシン酸を回収する段階を含む5’−イノシン酸を生産する方法を提供する。
本発明の5’−イノシン酸を生産する方法において、コリネバクテリウム属微生物の培養に使用される培地及びその他の培養条件は、コリネバクテリウム属微生物の培養で通常的に使用されるものと同一であり得るし、当業者が容易に選択して調節することができる。また、培養方法も当業界に知られている任意の培養方法、例えば、回分式、連続式及び流加式培養方法などが使用され得るが、これらに限定されるのではない。
本発明の一具体例において、5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物は、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスであり得る。
本発明の一具体例において、5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物は、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0120またはコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0316(KCCM10992P)であり得る。
本発明の一具体例において、コリネバクテリウム属微生物を培養する段階は、菌株を適当な炭素源、窒素源、アミノ酸、ビタミンなどを含有した通常の培地内において好気性条件下で温度、pHなどを調節しながら培養する。
炭素源としては、グルコース、フルクトース(fructose)のような炭水化物が使用されることができ、窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムのような各種無機窒素源及びペプトン、NZ−アミン、肉類抽出物、酵母抽出物、トウモロコシ浸漬液、カゼイン加水分解物、魚類またはその分解生成物、脱脂大豆ケーキまたはその分解生成物など有機窒素源が使用され得る。無機化合物としては、リン酸第1カリウム、リン酸第2カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸鉄、硫酸マンガン、炭酸カルシウムなどが使用されることができ、以外に必要に応じてビタミン及び栄養要求性塩基などが添加され得る。
培養は、好気的条件下で、例えば、振盪培養または通気撹拌培養によって、好ましくは、28〜36℃の温度で行われる。培地のpHは、培養する間にpH6〜8の範囲で維持するのが好ましい。培養は、4〜6日間行われることができる。
以下、実施例を介して本発明をより詳細に説明する。しかし、実施例は、ただ本発明を例示するためのものであるので、本発明の範囲が実施例によって限定されることとして解釈されない。
本発明によるプリン生合成に関与する主な酵素をコーディングする遺伝子の発現量が内在的発現量より増加された、5’−イノシン酸生産性を有するコリネバクテリウム属微生物を用いて5’−イノシン酸を高濃度及び高収率で生産することができ、これによって生産コストを節減することができる。
図1は、コリネバクテリウム属微生物の染色体内挿入用ベクターpDZベクターを示す。 図2は、コリネバクテリウム属微生物の染色体内挿入用ベクターpDZ−2purFMを示す。 図3は、コリネバクテリウム属微生物の染色体内挿入用ベクターpDZ−2purNHを示す。 図4は、コリネバクテリウム属微生物の染色体内挿入用ベクターpDZ−2purSLを示す。 図5は、コリネバクテリウム属微生物の染色体内挿入用ベクターpDZ−2purKEを示す。 図6は、コリネバクテリウム属微生物の染色体内挿入用ベクターpDZ−2purCを示す。 図7は、コリネバクテリウム属微生物の染色体内挿入用ベクターpDZ−2prsを示す。
実施例1.染色体挿入用ベクター(pDZ)を用いたプリン生合成遺伝子の挿入及びこれによる高収率5’−イノシン酸生産菌株の開発
コリネバクテリウム・アンモニアゲネス菌株の染色体へ外来遺伝子を挿入するために、該当遺伝子を連続的に2つのコピーを含むpDZ基盤組換えベクターを用いた。pDZベクターは、コリネバクテリウム属微生物の染色体挿入用ベクターであって、参照によって本明細書に含まれた大韓民国特許公開第2008−0025355号に開示された方法によって製造した。図1は、pDZベクターの構造を概略的に見せてくれる。
下記の(1)〜(6)でプリン生合成酵素をコーディングする遺伝子をコリネバクテリウム属微生物の染色体内に挿入させて各遺伝子のコピー数を2つに増加させるために利用され得る組換えベクターを製作した。各組換えベクターによる形質転換及び形質転換体の選別は、下記のように行った。
5’−イノシン酸生産菌株であるコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401(KCCM−10610)に所望のプリン生合成経路上の酵素をコーディングする遺伝子を含む組換えpDZベクターを電気穿孔法(electroporation)で形質転換した後、カナマイシン(kanamycin)25mg/lを含有した選別培地で染色体上の当該遺伝子と相同性組換えによってベクター内の遺伝子が染色体内に挿入された菌株を選別した。ベクターの成功的な染色体挿入は、X−gal(5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−β−D−ガラクトシド)を含んだ固体培地(肉汁1%、酵母エキス1%、ペプトン1%、塩化ナトリウム0.25%、アデニン1%、グアニン1%、寒天1.5%)でコロニーの色によって確認した。すなわち、青色を表すコロニーをベクターが染色体に挿入された形質転換体であるものとして選別した。1次交差(crossover)によってベクターが染色体に挿入された菌株を栄養培地(ブドウ糖1%、肉汁1%、酵母エキス1%、ペプトン1%、塩化ナトリウム0.25%、アデニン1%、グアニン1%)から振蘯培養(30℃、8時間)した後、それぞれ10−4から10−10まで希釈してX−galを含んでいる固体培地に塗抹した。大部分のコロニーが青色を表すのに反して低い比率で表れる白色のコロニーを選別することによって、2次交差によって染色体上に挿入されたベクター配列が除去された菌株を選別した。以上のように選別された菌株を最終的に抗生剤カナマイシンに対する感受性可否の確認及びPCRを介する遺伝子構造確認過程を経って最終菌株として選定した。
(1)purFM遺伝子のクローニング及び組換えベクター(pDZ−2purFM)製作
コリネバクテリウム属微生物の染色体上でpurF遺伝子とpurM遺伝子とは、近接距離に位置しているため、2つの遺伝子を同時に発現させるために前記2つの遺伝子及びプロモーター部位を含んだpurFMベクターを製作した。
5’−イノシン酸生産能を有するコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株の染色体を分離し、これを鋳型にしてpurFM、すなわち、連続的に配列されたpurFとpurMとを含む断片を収得するために重合酵素連鎖反応(Polymerase Chain Reaction:PCR)を行った。重合酵素は、PfuUltraTM高−信頼DNAポリメラーゼ(Stratagene)を使用し、96℃で30秒の変性、53℃で30秒のアニーリング(annealing)及び72℃で2分の重合反応から構成されたサイクルを30回繰り返した。その結果、プロモーター部位を含んだpurFM遺伝子2対(purFM−A、purFM−B)を得た。purFM−Aは、配列番号1と2をプライマーとして使用して増幅されたものであり、purFM−Bは、配列番号3と4をプライマーとして使用して増幅されたものである。前記増幅産物をTOPO Cloning Kit(Invitrogen)を用いて大膓菌ベクターpCR2.1にクローニングしてそれぞれpCR−purFM−AとpCR−purFM−Bベクターを得た。前記pCRベクターにpurFM−AとpurFM−Bの各末端に含まれた制限酵素(purFM−A: EcoRI+XbaI、purFM−B:XbaI+HindIII)を処理して前記pCRベクターからそれぞれのpurFM遺伝子を分離した。その後、制限酵素EcoRIとHindIIIとが処理されたpDZベクターに3片接合(3−piece ligation)を介してクローニングし、最終的に、purFM遺伝子2つが連続的にクローニングされたpDZ−2purFM組換えベクターを製作した。図2は、コリネバクテリウム染色体挿入用ベクターpDZ−2purFMを示す図である。
前記pDZ−2purFMベクターを5’−イノシン酸生産菌株であるコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株に電気穿孔法によって形質転換し、2次交差過程を経って染色体上の内在的purFM遺伝子の真横に1つのpurFM遺伝子を更に挿入して総コピー数を2つに増加させた菌株を得た。連続的に挿入されたpurFM遺伝子は、2つのpurFM連結部品を増幅することができる配列番号5と6のプライマーを用いたPCRを介して最終確認した。
(2)purNH遺伝子クローニング及び組換えベクター(pDZ−2purNH)製作、purNH挿入菌株開発
コリネバクテリウム属微生物の染色体上でpurN遺伝子とpurH遺伝子とが近接距離に位置しているため、2つの遺伝子を同時に発現させるためにプロモーター 部位を含んだpurNHベクターを製作した。
5’−イノシン酸生産能を有するコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株の染色体を分離し、これを鋳型にしてpurNH、すなわち、連続的に配列されたpurNとpurHとを含む断片を収得するために重合酵素連鎖反応を行った。重合酵素は、PfuUltraTM高−信頼DNAポリメラーゼ(Stratagene)を使用し、96℃で30秒の変性、53℃で30秒のアニーリング及び72℃で2分の重合反応から構成されたサイクルを30回繰り返した。その結果、プロモーター 部位を含んだpurNH遺伝子2対(purNH−A、purNH−B)を得た。purNH−Aは、配列番号7と8をプライマーとして使用して増幅されたものであり、purNH−Bは、配列番号8と9をプライマーとして使用して増幅されたものである。前記増幅産物をTOPO Cloning Kitを用いて大膓菌ベクターpCR2.1にクローニングしてpCR−purNH−AとpCR−purNH−Bベクターを得た。前記pCRベクターにpurNH−AとpurNH−Bとの各末端に含まれた制限酵素(purNH−A:BamHI+SalI、purNH−B:SalI)を処理して前記pCRベクターからそれぞれのpurNH遺伝子を分離した。その後、制限酵素BamHIとSalIとが処理されたpDZベクターに3片接合を介してクローニングし、最終的に、purNH遺伝子2つが連続的にクローニングされたpDZ−2purNH組換えベクターを製作した。図3は、コリネバクテリウム染色体挿入用ベクターpDZ−2purNHを示す図である。
前記pDZ−2purNHベクターを5’−イノシン酸生産菌株であるコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株に電気穿孔法によって形質転換し、2次交差過程を経って染色体上の内在的purNH遺伝子の真横に1つのpurNH遺伝子を更に挿入して総コピー数を2つに増加させた菌株を得た。連続的に挿入されたpurNH遺伝子は、2つのpurNH連結部品を増幅することができる配列番号10と11のプライマーを用いたPCRを介して最終確認した。
(3)purSL遺伝子クローニング及び組換えベクター(pDZ−2purSL)製作、purSL挿入菌株開発
コリネバクテリウム属微生物の染色体上でpurS遺伝子とpurL遺伝子とが近接距離に位置しているため、2つの遺伝子を同時に発現させるためにプロモーター部位を含んだpurSLベクターを製作した。
5’−イノシン酸生産能を有するコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株の染色体を分離し、これを鋳型にしてpurSL、すなわち、連続的に配列されたpurSとpurLとを含む断片を収得するために重合酵素連鎖反応を行った。重合酵素は、PfuUltraTM高−信頼DNAポリメラーゼ(Stratagene)を使用し、96℃で30秒の変性、53℃で30秒のアニーリング及び72℃で2分の重合反応から構成されたサイクルを30回繰り返した。その結果、プロモーター 部位を含んだpurSL遺伝子2対(purSL−A、purSL−B)を得た。purSL−Aは、配列番号12と13をプライマーとして使用して増幅されたものであり、purSL−Bは、配列番号14と15をプライマーとして使用して増幅されたものである。前記増幅産物をTOPO Cloning Kitを用いて大膓菌ベクターpCR2.1にクローニングしてpCR−purSL−AとpCR−purSL−Bベクターを得た。前記pCRベクターにpurSL−AとpurSL−Bとの各末端に含まれた制限酵素(purSL−A:BamHI+SalI、purSL−B:SalI+BamHI)を処理して前記pCRベクターからそれぞれのpurSL遺伝子を分離した。その後、制限酵素BamHIが処理されたpDZベクターに3片接合を介してクローニングし、最終的に、purSL遺伝子2つが連続的にクローニングされたpDZ−2purSL組換えベクターを製作した。図4は、コリネバクテリウム染色体挿入用ベクターpDZ−2purSLを示す図である。
前記pDZ−2purSLベクターを5’−イノシン酸生産菌株であるコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株に電気穿孔法によって形質転換し、2次交差過程を経って染色体上の内在的purSL遺伝子の真横に1つのpurSL遺伝子を更に挿入して総コピー数を2つに増加させた菌株を得た。連続的に挿入されたpurSL遺伝子は、2つのpurSL連結部品を増幅することができる配列番号16と17のプライマーを用いたPCRを介して最終確認した。
(4)purKE遺伝子クローニング及び組換えベクター(pDZ−2purKE)製作、purKE挿入菌株開発
コリネバクテリウム属微生物の染色体上でpurK遺伝子とpurE遺伝子とが近接距離に位置しているため、2つの遺伝子を同時に発現させるためにプロモーター部位を含んだpurKEベクターを製作した。
5’−イノシン酸生産能を有するコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株の染色体を分離し、これを鋳型にしてpurKE、すなわち、連続的に配列されたpurKとpurHとを含む断片を収得するために重合酵素連鎖反応を行った。重合酵素は、PfuUltraTM高−信頼DNAポリメラーゼを使用し、96℃で30秒の変性、53℃で30秒のアニーリング及び72℃で2分の重合反応から構成されたサイクルを30回繰り返した。その結果、プロモーター部位を含んだpurKE遺伝子2対(purKE−A、purKE−B)を得た。purKE−Aは、配列番号18と19をプライマーとして使用して増幅されたものであり、purKE−Bは、配列番号20と21をプライマーとして使用して増幅されたものである。前記増幅産物をTOPO Cloning Kitを用いて大膓菌ベクターpCR2.1にクローニングしてpCR−purKE−AとpCR−purKE−Bベクターを得た。前記pCRベクターにpurKE−AとpurKE−Bとの各末端に含まれた制限酵素(purKE−A:BamHI+KpnI、purKE−B:KpnI+XbaI)を処理して前記pCRベクターからそれぞれのpurKE遺伝子を分離した。その後、制限酵素BamHIとXbaIとが処理されたpDZベクターに3片接合を介してクローニングし、最終的に、purKE遺伝子2つが連続的にクローニングされたpDZ−2purKE組換えベクターを製作した。図5は、コリネバクテリウム染色体挿入用ベクターpDZ−2purKEを示す図である。
前記pDZ−2purKEベクターを5’−イノシン酸生産菌株であるコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株に電気穿孔法によって形質転換し、2次交差過程を経って染色体上の内在的purKE遺伝子の真横に1つのpurKE遺伝子を更に挿入して総コピー数を2つに増加させた菌株を得た。連続的に挿入されたpurKE遺伝子は、2つのpurKE連結部品を増幅することができる配列番号22と23のプライマーを用いたPCRを介して最終確認した。
(5)purC遺伝子クローニング及び組換えベクター(pDZ−2purC)製作、purC挿入菌株開発
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株の染色体を分離し、これを鋳型にしてpurCを収得するために重合酵素連鎖反応を行った。重合酵素は、PfuUltraTM高−信頼DNAポリメラーゼを使用し、96℃で30秒の変性、53℃で30秒のアニーリング及び72℃で2分の重合反応から構成されたサイクルを30回繰り返した。その結果、プロモーター部位を含んだpurC遺伝子2対(purC−A、purC−B)を得た。purC−Aは、配列番号24と25をプライマーとして使用して増幅されたものであり、purC−Bは、配列番号25と26をプライマーとして使用して増幅されたものである。前記増幅産物をTOPO Cloning Kitを用いて大膓菌ベクターpCR2.1にクローニングしてpCR−purC−AとpCR−purC−Bベクターを得た。前記pCRベクターにpurC−AとpurC−Bとの各末端に含まれた制限酵素(purC−A:BamHI+SalI、purC−B:SalI)を処理して前記pCRベクターからそれぞれのpurC遺伝子を分離した。その後、制限酵素BamHIとSalIとが処理されたpDZベクターに3片接合を介してクローニングし、最終的に、purC遺伝子2つが連続的にクローニングされたpDZ−2purC組換えベクターを製作した。図6は、コリネバクテリウム染色体挿入用ベクターpDZ−2purCを示す図である。
前記pDZ−2purCベクターを5’−イノシン酸生産菌株であるコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株に電気穿孔法によって形質転換し、2次交差過程を経って染色体上の内在的purC遺伝子の真横に1つのpurC遺伝子を更に挿入して総コピー数を2つに増加させた菌株を得た。連続的に挿入されたpurC遺伝子は、2つのpurC連結部品を増幅することができる配列番号27と28のプライマーを用いたPCRを介して最終確認した。
(6)prs遺伝子クローニング及び組換えベクター(pDZ−2prs)製作、prs挿入菌株開発
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株の染色体を分離し、これを鋳型にしてprsを収得するために重合酵素連鎖反応を行った。重合酵素は、PfuUltraTM高−信頼DNAポリメラーゼを使用し、96℃で30秒の変性、53℃で30秒のアニーリング及び72℃で2分の重合反応から構成されたサイクルを30回繰り返した。その結果、プロモーター部位を含んだprs遺伝子2対(prs−A、prs−B)を得た。prs−Aは、配列番号29と30をプライマーとして使用して増幅されたものであり、prs−Bは、配列番号31と32をプライマーとして使用して増幅されたものである。前記増幅産物をTOPO Cloning Kitを用いて大膓菌ベクターpCR2.1にクローニングしてpCR−prs−AとpCR−prs−Bベクターを得た。前記pCRベクターにprs−Aとprs−Bとの各末端に含まれた制限酵素(prs−A:BamHI+SpeI、prs−B:SpeI+PstI)を処理して前記pCRベクターからそれぞれのprs遺伝子を分離した。その後、制限酵素BamHIとPstIとが処理されたpDZベクターに3片接合を介してクローニングし、最終的に、prs遺伝子2つが連続的にクローニングされたpDZ−2prs組換えベクターを製作した。図7は、コリネバクテリウム染色体挿入用ベクターpDZ−2prsを示す図である。
前記pDZ−2prsベクターを5’−イノシン酸生産菌株であるコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株に電気穿孔法によって形質転換し、2次交差過程を経って染色体上の内在的prs遺伝子の真横に1つのprs遺伝子を更に挿入して総コピー数を2つに増加させた菌株を得た。連続的に挿入されたprs遺伝子は、2つのprs連結部品を増幅することができる配列番号33と34のプライマーを用いたPCRを介して最終確認した。
(7)プリン生合成遺伝子強化による高収率5’−イノシン酸生産菌株開発
前記(1)〜(6)で製作されたpDZ−2purFM、pDZ−2purNH、pDZ−2purSL、pDZ−2purKE、pDZ−2purC及びpDZ−2prsベクターの組合せを5’−イノシン酸を生産するコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株に導入した。ベクターの導入順序は、任意に選択し、導入方法及び確認は、前記に記載された通りである。
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401を母菌株として用い、それぞれpDZ−2purNH、pDZ−2purSL、pDZ−2purKE、pDZ−2purCとpDZ−2prsから構成された組合せ及びpDZ−2purNH、pDZ−2purSL、pDZ−2purKE、pDZ−2purC、pDZ−2purFMとpDZ−2prsから構成された組合せによる形質転換を行ってプリン生合成経路に関与する主要酵素をコーディングする遺伝子を2つのコピーずつ含むコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0120(2purNH+2purSL+2purKE+2purC+2prs)とコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0316(2purNH+2purSL+2purKE+2purC+2purFM+2prs)を収得した。
実施例2.組換えコリネバクテリウム・アンモニアゲネスの発酵力価試験
下記に表示された組成を有する種培地3mlを直径18mmの試験管に分株し、加圧殺菌した後、母菌株であるコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株と前記実施例1で製作されたコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0120及びコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0316を接種し、30℃温度で24時間振盪培養して種培養液として使用した。下記に表示された組成を有する発酵培地27mlを500ml振蘯用三角フラスコに分株し、120℃温度で10分間加圧殺菌した後、前記種培養液3mlを接種して5〜6日間培養した。培養条件は、回転数200rpm、温度32℃、pH7.2に調節した。
前記種培地及び発酵培地の組成は、下記の通りである。
種培地:ブドウ糖1%、ペプトン1%、肉汁1%、酵母エキス1%、塩化ナトリウム0.25%、アデニン100mg/l、グアニン100mg/l、pH7.2
フラスコ発酵培地:グルタミン酸ナトリウム0.1%、塩化アンモニウム1%、硫酸マグネシウム1.2%、塩化カルシウム0.01%、硫酸鉄20mg/l、硫酸マンガン20mg/l、硫酸亜鉛20mg/l、硫酸銅5mg/l、L−システイン23mg/l、アラニン24mg/l、ニコチン酸8mg/l、ビオチン45μg/l、チアミン塩酸5mg/l、アデニン30mg/l、リン酸(85%)1.9%、ブドウ糖4.2%、粗糖2.4%。
培養終了後、HPLCを用いた方法によって5’−イノシン酸の生産量を測定し、培養液中の5’−イノシン酸の蓄積量は下記の表に示される。
培養液内5’−イノシン酸蓄積量を母菌株であるコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株と比較した結果、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0120とコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0316菌株などが同一の条件下で母菌株であるコリネバクテリウム・アンモニアゲネスCJIP2401菌株対比単位時間当りに生産する5’−イノシン酸の生産性が10.9−11.4%増加したことを確認した。
プリン生合成酵素の活性を増加させて向上した5’−イノシン酸生産性を有するものとして確認された、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0316をブダペスト条約下でソウル西大門区弘済1洞所在の韓国微生物保存センター(Korean Culture Center of Microorganisms、 KCCM)に2009年2月19日付で受託番号KCCM10992Pとして寄託した。
本明細書に記載された配列番号1〜配列番号43の配列が添付された配列目録に示される。

Claims (11)

  1. プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子の発現量が内在的発現量より増加された、5’−イノシン酸を生産するコリネバクテリウム属微生物であって、前記プリン生合成酵素は、ホスホリボシルピロホスフェートアミドトランスフェラーゼ、ホスホリボシルグリシンアミドホルミルトランスフェラーゼ、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼ、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼII、ホスホリボシルアミノイミダゾールシンセターゼ、ホスホリボシルアミノイミダゾールカルボキシラーゼ、ホスホリボシルアミノイミダゾールスクシノカルボキサミドシンセターゼ、及びイノシン酸シクロヒドロラーゼから構成された群から選択される1つ以上の酵素と、リボースホスフェートピロホスホキナーゼから構成された組合せである、コリネバクテリウム属微生物。
  2. 前記プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子は、ホスホリボシルグリシンアミドホルミルトランスフェラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号36のpurN、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号37のpurS、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼIIをコーディングする遺伝子である配列番号38のpurL、ホスホリボシルアミノイミダゾールカルボキシラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号40のpurKE、ホスホリボシルアミノイミダゾールスクシノカルボキサミドシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号41のpurC、イノシン酸シクロヒドロラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号42のpurH及びリボースホスフェートピロホスホキナーゼをコーディングする遺伝子である配列番号43のprsから構成された組合せである、請求項1に記載のコリネバクテリウム属微生物。
  3. 前記プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子は、ホスホリボシルピロホスフェートアミドトランスフェラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号35のpurF、ホスホリボシルグリシンアミドホルミルトランスフェラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号36のpurN、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号37のpurS、ホスホリボシルホルミルグリシンアミジンシンセターゼIIをコーディングする遺伝子である配列番号38のpurL、ホスホリボシルアミノイミダゾールシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号39のpurM、ホスホリボシルアミノイミダゾールカルボキシラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号40のpurKE、ホスホリボシルアミノイミダゾールスクシノカルボキサミドシンセターゼをコーディングする遺伝子である配列番号41のpurC、イノシン酸シクロヒドロラーゼをコーディングする遺伝子である配列番号42のpurH及びリボースホスフェートピロホスホキナーゼをコーディングする遺伝子である配列番号43のprsから構成された組合せである、請求項1に記載のコリネバクテリウム属微生物。
  4. 前記プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子の発現量は、プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子が細胞外部から更に導入されるとかまたはプリン生合成酵素をコーディングする内在的遺伝子が増幅されて増加されたものである、請求項1に記載のコリネバクテリウム属微生物。
  5. 前記プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子は、相応する内在的遺伝子の外に1つ以上のコピーが外部から細胞内に導入されて2つ以上のコピーで存在するものである、請求項4に記載のコリネバクテリウム属微生物。
  6. 前記プリン生合成酵素をコーディングする遺伝子の細胞内への導入は、連続的に配列された相応する遺伝子の2つのコピーを含む組換えベクターによる形質転換によって達するものである、請求項5に記載のコリネバクテリウム属微生物。
  7. 前記組換えベクターは、それぞれ図2〜図7の開裂地図を有する組換えベクター、pDZ−2purFM、pDZ−2purNH、pDZ−2purSL、pDZ−2purKE、pDZ−2purC、及びpDZ−2prsから構成された群から選択されるものである、請求項6に記載のコリネバクテリウム属微生物。
  8. 前記コリネバクテリウム属微生物は、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスである、請求項1に記載のコリネバクテリウム属微生物。
  9. 前記コリネバクテリウム属微生物は、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0120である、請求項2に記載のコリネバクテリウム属微生物。
  10. 前記コリネバクテリウム属微生物は、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスCN01−0316(KCCM10992P)である、請求項3に記載のコリネバクテリウム属微生物。
  11. 請求項1乃至10のいずれか一項によるコリネバクテリウム属微生物を培養する段階、及び前記培養液から5’−イノシン酸を回収する段階を含む、5’−イノシン酸を生産する方法。
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