JP2013252085A - Recombinant yeast, and method for recovering tungsten using the same - Google Patents

Recombinant yeast, and method for recovering tungsten using the same Download PDF

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Toshiaki Kimura
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a recombinant yeast transferred with a gene encoding a specific protein so as to cause the presence of the specific protein on cell surface layer; and to provide a method for efficiently recovering tungsten utilizing the recombinant yeast.SOLUTION: Tungsten is efficiently recovered utilizing recombinant microorganisms expressing Pyrococcus furiosus-derived WtpA gene on cell surfaces.

Description

本発明は、細胞表層に所定のタンパク質が存在するよう、当該タンパク質をコードする遺伝子を導入した組換え酵母及び当該組換え酵母を利用したタングステンの回収方法に関する。   The present invention relates to a recombinant yeast into which a gene encoding the protein is introduced so that a predetermined protein is present on the cell surface and a method for recovering tungsten using the recombinant yeast.

タングステンは、特殊鋼、切削工具等の超硬工具に使われ、近年使用量は増加傾向にある。また、日本等のタングステン供給量が低い国では、中国等のタングステン供給量の多い国に依存することとなる。そのため、タングステンについては、供給不安が生じる虞がある。このような状況下では、いわゆる都市鉱山から、簡易的に安価にリサイクルすることが求められている。   Tungsten is used in cemented carbide tools such as special steel and cutting tools, and its usage has been increasing in recent years. In countries such as Japan where the supply amount of tungsten is low, the country depends on countries such as China where the supply amount of tungsten is large. Therefore, there is a possibility that supply instability may occur with respect to tungsten. Under such circumstances, there is a demand for simple and inexpensive recycling from so-called urban mines.

都市鉱山からレアメタルをリサイクルする手法として、物理的化学的手法が知られている。この物理化学的手法は、安価にレアメタルを回収できる手法である。しかし、この手法には、都市鉱山における目的金属の含有率が低い場合には効率が悪いといった問題がある。また、都市鉱山からレアメタルをリサイクルする手法として、生物的手法が知られている。この生物学的手法は、都市鉱山における目的金属の含有率が低い場合における物理化学的手法を補うことができ、常温・常圧下での回収が可能であるという特徴がある。   Physical and chemical methods are known as methods for recycling rare metals from urban mines. This physicochemical method is a method capable of recovering rare metals at low cost. However, this method has a problem that the efficiency is poor when the content of the target metal in the urban mine is low. Biological methods are also known as methods for recycling rare metals from urban mines. This biological technique can supplement the physicochemical technique when the content of the target metal in an urban mine is low, and is characterized in that it can be recovered at normal temperature and normal pressure.

生物的手法としては、バイオアドソープションと呼ばれる微生物に金属を吸着させる手法がある。バイオアドソープションに利用する微生物は、回収する対象の金属によって異なる。また、回収対象の金属の種類によって、微生物に吸着する量が異なることがある。例えば、特許文献1及び非特許文献1には、分泌シグナルペプチド、金属捕捉能を有するポリペプチド、細胞表層局在タンパク質をコードする融合遺伝子を宿主に導入し、当該宿主の細胞表層に金属捕捉機能を付与する技術が開示されている。特許文献1及び非特許文献1には、特に、硝酸銅、硫酸銅及び塩化銅といった銅や、ニッケル、カドミウムイオンを補足できたことが開示されている。より具体的に、特許文献1及び非特許文献1では、(His)6を細胞表層に発現させたアーミング酵母を用い、硝酸銅の細胞吸着結果が1.21μmol/g dry cellであったことが開示されている。   As a biological method, there is a method of adsorbing a metal to a microorganism called bioadsorption. Microorganisms used for bioadsorption vary depending on the metal to be recovered. In addition, the amount adsorbed on the microorganism may vary depending on the type of metal to be collected. For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 introduce a fusion gene encoding a secretory signal peptide, a polypeptide having a metal capturing ability, and a cell surface localized protein into a host, and a metal capturing function on the cell surface of the host. A technique for imparting is disclosed. Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose that copper, nickel, and cadmium ions such as copper nitrate, copper sulfate, and copper chloride can be supplemented. More specifically, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose that arming yeast in which (His) 6 is expressed in the cell surface layer was used, and the result of cell adsorption of copper nitrate was 1.21 μmol / g dry cell. Has been.

また、非特許文献2には、モリブデン吸着タンパクModEを細胞表層に発現させた組換え微生物を利用してモリブテンを回収する技術が開示されている。非特許文献2によれば、この組換え微生物を利用したモリブデンの吸着量を実験した結果は、約0.9(Number of adsorbed molybdate ×108molybdate/cell)であったことが理解できる。 Non-Patent Document 2 discloses a technique for recovering molybdenum using a recombinant microorganism in which a molybdenum-adsorbing protein ModE is expressed on the cell surface. According to Non-Patent Document 2, it can be understood that the result of experiments on the amount of molybdenum adsorbed using this recombinant microorganism was about 0.9 (Number of adsorbed molybdate × 10 8 molybdate / cell).

特開2003-284556号公報JP 2003-284556 A

植田充実・黒田浩一、細胞表層デザインによる金属高効率回収バイオ技術、工料、vol55(No.8)、第66-70頁(2007)Ueda, Koichi Kuroda, Bio-technology for high-efficiency metal recovery by cell surface design, construction materials, vol55 (No.8), pp. 66-70 (2007) Kouichi Kuroda・Mitsuyoshi Ueda, et al. Molecular design of yeast cell surface for adsorption and recovery of molybdenum one of rare metals, Appl Microbiol Biotechnol, 86, 641-648 (2010)Kouichi Kuroda ・ Mitsuyoshi Ueda, et al. Molecular design of yeast cell surface for adsorption and recovery of molybdenum one of rare metals, Appl Microbiol Biotechnol, 86, 641-648 (2010)

しかしながら、上述したタングステンの回収効率に優れた生物的手法は知られておらず、タングステンを効率良く回収できる技術、特にタングステン吸着能を有する組換え微生物、当該組換え微生物を用いたタングステン回収方法が求められていた。そこで、本発明は、タングステン吸着能を有する組換え微生物、当該組換え微生物を用いたタングステン回収方法を提供することを目的とする。   However, there is no known biological method with excellent tungsten recovery efficiency, and there is a technique that can efficiently recover tungsten, in particular, a recombinant microorganism having tungsten adsorption ability, and a tungsten recovery method using the recombinant microorganism. It was sought after. Accordingly, an object of the present invention is to provide a recombinant microorganism having tungsten adsorption ability and a method for recovering tungsten using the recombinant microorganism.

上述した目的を達成するため、本発明者らが鋭意検討した結果、パイロコッカス・フリオサス(Pyrococcus furiosus)由来のWtpA遺伝子を細胞表層に発現する組換え微生物におけるタングステン吸着能が著しく高いことを見いだし、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下を包含する。   As a result of intensive studies by the present inventors to achieve the above-mentioned object, it was found that the tungsten adsorption ability in a recombinant microorganism expressing a WtpA gene derived from Pyrococcus furiosus on the cell surface is remarkably high, The present invention has been completed. That is, the present invention includes the following.

(1)細胞表層提示型のタングステントランスポートタンパク質A(WtpA)を有する組換え酵母。
(2)上記細胞表層提示型のタングステントランスポートタンパク質Aは、タングステン捕捉能を有するタングステントランスポートタンパク質A及び細胞表層局在タンパク質の融合タンパク質であることを特徴とする(1)記載の組換え酵母。
(3)分泌シグナルペプチド、タングステン捕捉能を有するタングステントランスポートタンパク質A及び細胞表層局在タンパク質をコードする融合遺伝子を宿主酵母に導入したものである(1)記載の組換え酵母。
(4)上記タングステントランスポートタンパク質Aは、以下の(a)又は(b)のタンパク質であることを特徴とする(1)記載の組換え酵母。
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列に対して70%以上の一致度を有するアミノ酸配列からなり、タングステン吸着能を有するタンパク質
(5)上記(1)乃至(4)いずれかに記載の組換え酵母を含む、タングステン回収剤。
(6)タングステンを含有する溶液に上記(1)乃至(4)いずれかに記載の組換え酵母を接触させる工程と、組換え酵母からタングステンを分離し回収する工程とを含むタングステンの回収方法。
(1) A recombinant yeast having cell surface display type tungsten transport protein A (WtpA).
(2) The recombinant yeast according to (1), wherein the cell surface display type tungsten transport protein A is a fusion protein of tungsten transport protein A having a capability of capturing tungsten and a cell surface localized protein. .
(3) The recombinant yeast according to (1), wherein a fusion gene encoding a secretory signal peptide, tungsten transport protein A having tungsten capturing ability and a cell surface localized protein is introduced into a host yeast.
(4) The recombinant yeast according to (1), wherein the tungsten transport protein A is the following protein (a) or (b):
(a) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
(b) a protein comprising an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a tungsten adsorption ability. A tungsten recovery agent containing yeast.
(6) A method for recovering tungsten, comprising a step of bringing the recombinant yeast according to any one of (1) to (4) above into contact with a solution containing tungsten, and a step of separating and recovering tungsten from the recombinant yeast.

本発明に係る組換え酵母は、優れたタングステン吸着能を有している。したがって、本発明に係る組換え酵母を利用することによって、タングステンを含む溶液からタングステンを効率良く回収することができる。   The recombinant yeast according to the present invention has an excellent ability to adsorb tungsten. Therefore, by using the recombinant yeast according to the present invention, tungsten can be efficiently recovered from a solution containing tungsten.

pTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpAを構築するフロー図である。It is a flowchart which builds pTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpA. pTOPO-agglutinin-PGK1Tを構築するフロー図である。It is a flowchart which builds pTOPO-agglutinin-PGK1T. pTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpA-agglutinin-PGK1Tを構築するフロー図である。It is a flowchart which constructs pTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpA-agglutinin-PGK1T. pYES2-TRP1を構築するフロー図である。It is a flowchart which builds pYES2-TRP1. P189@pYES2-TDH3-P_ATF1-ss.gla-wtpA-agglutinin-T_PGK1-TRP1を構築するフロー図である。It is a flowchart which builds P189@pYES2-TDH3-P_ATF1-ss.gla-wtpA-agglutinin-T_PGK1-TRP1.

以下、本発明に係る組換え酵母、及び当該組換え酵母を用いたタングステン回収方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the recombinant yeast according to the present invention and the tungsten recovery method using the recombinant yeast will be described in detail.

<組換え酵母>
本発明に係る組換え酵母は、細胞表層提示型のタングステントランスポートタンパク質A(WtpA)を有する酵母である。言い換えると、本発明に係る組換え酵母は、細胞表層にWtpAが存在するという特徴を有している。本発明に係る組換え酵母は、細胞表層に存在するWtpAを介してタングステンを吸着することができる。
<Recombinant yeast>
The recombinant yeast according to the present invention is a yeast having a cell surface display type tungsten transport protein A (WtpA). In other words, the recombinant yeast according to the present invention is characterized in that WtpA is present on the cell surface. The recombinant yeast according to the present invention can adsorb tungsten through WtpA present on the cell surface.

本発明に係る組換え酵母は、細胞表層提示型タングステントランスポートタンパク質A遺伝子(以下、細胞表層提示型WtpA遺伝子と称する)を導入することで作製することができる。ここで、細胞表層提示型WtpA遺伝子とは、発現したWtpAが酵母細胞の表層にディスプレイされるように、WtpA遺伝子と細胞表層局在タンパク質遺伝子とを融合した遺伝子である。   The recombinant yeast according to the present invention can be prepared by introducing a cell surface display type tungsten transport protein A gene (hereinafter referred to as cell surface display type WtpA gene). Here, the cell surface presentation type WtpA gene is a gene obtained by fusing the WtpA gene and the cell surface localized protein gene so that the expressed WtpA is displayed on the surface of the yeast cell.

細胞表層局在タンパク質とは、酵母の細胞表層に固定され、細胞表層に存在するタンパク質をいう。例えば、凝集性タンパク質であるα-またはa-アグルチニン、FLOタンパク質などが挙げられる。一般に細胞表層局在タンパク質は、N末端側に分泌シグナル配列及びC末端側にGPIアンカー付着認識シグナルを有している。分泌シグナルを有する点では分泌性タンパク質と共通しているが、細胞表層局在タンパク質はGPIアンカーを介して細胞膜に固定されて輸送される点が分泌性タンパク質と異なる。細胞表層局在タンパク質は、細胞膜通過の際、GPIアンカー付着認識シグナル配列が選択的に切断され、新たに突出したC末端部分でGPIアンカーと結合して細胞膜に固定される。その後ホスファチジルイノシトール依存性ホスホリパーゼC(PI-PLC)によりGPIアンカーの根元部分が切断される。ついで、細胞膜から切り離されたタンパク質は細胞壁に組み込まれて細胞表層に固定され、細胞表層に局在する(例えば、特開2006-174767号公報参照)。また、細胞表層局在タンパク質は、特開2003-284556号公報に開示されているものを使用することもできる。   The cell surface localized protein refers to a protein that is fixed on the cell surface layer of yeast and is present on the cell surface layer. For example, α- or a-agglutinin which is an aggregating protein, FLO protein and the like can be mentioned. In general, a cell surface localized protein has a secretory signal sequence on the N-terminal side and a GPI anchor attachment recognition signal on the C-terminal side. Although it has the same secretory protein in that it has a secretion signal, the cell surface localized protein is different from the secreted protein in that it is transported by being immobilized on the cell membrane via a GPI anchor. When the cell surface localized protein passes through the cell membrane, the GPI anchor attachment recognition signal sequence is selectively cleaved, and is bound to the GPI anchor at the newly protruding C-terminal portion and fixed to the cell membrane. Thereafter, the base of the GPI anchor is cleaved by phosphatidylinositol-dependent phospholipase C (PI-PLC). Next, the protein separated from the cell membrane is incorporated into the cell wall, fixed to the cell surface layer, and localized on the cell surface layer (see, for example, JP-A-2006-174767). Moreover, what is indicated by Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-284556 can also be used for cell surface localized protein.

WtpA遺伝子は、パイロコッカス・フリオサス(Pyrococcus furiosus)において見いだされた新規なABCトランスポーターシステムを構成するタングステントランスポートタンパク質Aをコードする遺伝子である(J. Bacteriol., Vol. 188, No. 18, Sep. 2006, p. 6489-6505)。WtpA遺伝子の塩基配列及びWtpA遺伝子がコードするタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号1及び2に示す。   The WtpA gene is a gene encoding tungsten transport protein A constituting a novel ABC transporter system found in Pyrococcus furiosus (J. Bacteriol., Vol. 188, No. 18, Sep. 2006, p. 6489-6505). The nucleotide sequence of the WtpA gene and the amino acid sequence of the protein encoded by the WtpA gene are shown in SEQ ID NOs: 1 and 2, respectively.

本発明に係る組換え酵母において細胞表層提示型として発現するWtpA遺伝子は、これら配列番号1及び2にて規定されるWtpA遺伝子に限定されない。   The WtpA gene expressed as a cell surface display type in the recombinant yeast according to the present invention is not limited to the WtpA gene defined by these SEQ ID NOs: 1 and 2.

WtpA遺伝子としては、配列番号2のアミノ酸配列において1又は複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入又は付加したアミノ酸配列からなり、タングステン吸着能を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。換言すれば、本発明に係る組換え酵母においては、配列番号2のアミノ酸配列において1又は複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入又は付加したアミノ酸配列からなり、タングステン吸着能を有するタンパク質を細胞表層提示型として発現させても良い。ここで、複数のアミノ酸とは、例えば2〜100個、好ましくは2〜80個、より好ましくは2〜50個、更に好ましくは2〜15個のアミノ酸を意味する。   The WtpA gene may be a gene that consists of an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, and encodes a protein having tungsten adsorption ability. In other words, in the recombinant yeast according to the present invention, a protein having a tungsten adsorbing ability, comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, It may be expressed as a presentation type. Here, a plurality of amino acids means, for example, 2 to 100, preferably 2 to 80, more preferably 2 to 50, and still more preferably 2 to 15 amino acids.

また、WtpA遺伝子としては、配列番号2のアミノ酸配列に対して70%以上、好ましくは80%以上、更に好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、タングステン吸着能を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。換言すれば、本発明に係る組換え酵母においては、配列番号2のアミノ酸配列に対して70%以上、好ましくは80%以上、更に好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、タングステン吸着能を有するタンパク質を細胞表層提示型として発現させても良い。配列間の同一性とは、BLAST、PSI-BLAST、HMMERといった配列類似性検索ソフトウェアをデフォルトの設定で使用して2つのアミノ酸配列間の一致度を示す値(割合)を意味する。   Further, the WtpA gene has an identity of 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and most preferably 98% or more with respect to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. It may be a gene encoding a protein consisting of an amino acid sequence having a tungsten adsorbing ability. In other words, in the recombinant yeast according to the present invention, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 85% or more, more preferably 90% or more, most preferably A protein having an amino acid sequence having an identity of 98% or more and having a tungsten adsorption ability may be expressed as a cell surface display type. The identity between sequences means a value (ratio) indicating the degree of coincidence between two amino acid sequences using sequence similarity search software such as BLAST, PSI-BLAST, and HMMER with default settings.

さらに、WtpA遺伝子としては、配列番号1の塩基配列の相補鎖からなるポリヌクレオチドの少なくとも一部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ポリヌクレオチドによりコードされるタンパク質であって、タングステン吸着能を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。換言すれば、本発明に係る組換え酵母においては、配列番号1の塩基配列の相補鎖からなるポリヌクレオチドの少なくとも一部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ポリヌクレオチドによりコードされるタンパク質であって、タングステン吸着能を有するタンパク質を細胞表層提示型として発現させても良い。ここでいう「ストリンジェントな条件」とはいわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件を意味し、例えばMolecular Cloning: A Laboratory Manual(Third Edition)を参照して適宜決定することができる。具体的には、サザンハイブリダイゼーションの際の温度や溶液に含まれる塩濃度、及びサザンハイブリダイゼーションの洗浄工程の際の温度や溶液に含まれる塩濃度によりストリンジェンシーを設定することができる。より詳細には、ストリンジェントな条件としては、例えば、ナトリウム濃度が25〜500mM、好ましくは25〜300mMであり、温度が42〜68℃、好ましくは42〜65℃である。より具体的には、5×SSC(83mM NaCl、83mMクエン酸ナトリウム)、温度42℃である。また、ポリヌクレオチドの少なくとも一部とは、所定の塩基配列の相補鎖からなるポリヌクレオチドの全部、当該相補鎖からなるポリヌクレオチドの全部の連続する部分の両者を含む意味である。   Furthermore, the WtpA gene is a protein encoded by a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions to at least a part of a polynucleotide consisting of a complementary strand of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and has a tungsten adsorption capacity. It may be a gene encoding a protein having In other words, in the recombinant yeast according to the present invention, a protein encoded by a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions to at least a part of a polynucleotide comprising a complementary strand of the base sequence of SEQ ID NO: 1. In addition, a protein having tungsten adsorption ability may be expressed as a cell surface display type. The term “stringent conditions” as used herein means the conditions under which a so-called specific hybrid is formed and a non-specific hybrid is not formed, and is determined appropriately with reference to, for example, Molecular Cloning: A Laboratory Manual (Third Edition). can do. Specifically, the stringency can be set according to the temperature at the time of Southern hybridization and the salt concentration contained in the solution, and the temperature at the time of the washing step of Southern hybridization and the salt concentration contained in the solution. More specifically, as stringent conditions, for example, the sodium concentration is 25 to 500 mM, preferably 25 to 300 mM, and the temperature is 42 to 68 ° C, preferably 42 to 65 ° C. More specifically, 5 × SSC (83 mM NaCl, 83 mM sodium citrate), temperature 42 ° C. The term “at least a part of the polynucleotide” means to include both the entire polynucleotide composed of a complementary strand of a predetermined base sequence and the entire continuous portion of the polynucleotide composed of the complementary strand.

なお、所定のアミノ酸配列に対する変異の導入は、WtpA遺伝子の塩基配列を、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 Bio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 Bio社製)を用いて変異が導入される。また、変異導入方法としては、EMS(エチルメタンスルホン酸)、5-ブロモウラシル、2-アミノプリン、ヒドロキシルアミン、N-メチル-N’-ニトロ-Nニトロソグアニジン、その他の発ガン性化合物に代表されるような化学的変異剤を使用する方法でも良いし、X線、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、イオンビームに代表されるような放射線処理や紫外線処理による方法でも良い。   In addition, the introduction | transduction of the variation | mutation with respect to a predetermined amino acid sequence can be performed by modifying the base sequence of a WtpA gene by a method well-known in the said technical field. 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 Bio) or the like, or using LA PCR in vitro Mutagenesis series kits (trade name, manufactured by TAKARA Bio). In addition, as a method for introducing mutations, EMS (ethyl methanesulfonic acid), 5-bromouracil, 2-aminopurine, hydroxylamine, N-methyl-N'-nitro-N nitrosoguanidine, and other carcinogenic compounds are representative. A method using a chemical mutagen such as that described above may be used, or a method using radiation treatment or ultraviolet treatment represented by X-rays, alpha rays, beta rays, gamma rays and ion beams may be used.

所定の塩基配列からなる遺伝子が、タングステン吸着能を有するタンパク質をコードしているかは、該遺伝子を適当なプロモーターとターミネーター等の間に組み込んだ発現ベクターを作製し、この発現ベクターを用いて適当な宿主を形質転換し、発現するタンパク質のタングステン吸着能を測定すればよい。ここで、タンパク質のタングステン吸着能は、例えばタングステン酸ナトリウム二水和物溶液に当該タンパク質を混合し、所定時間経過後にタンパク質成分を分離し、溶液中のタングステン濃度を測定することで評価できる。なお、溶液中のタングステン濃度は、高周波誘導結合プラズマ(ICP)を光源とする発光分光分析法によって測定することができる。   Whether a gene consisting of a predetermined base sequence encodes a protein capable of adsorbing tungsten can be prepared by preparing an expression vector in which the gene is inserted between an appropriate promoter and terminator, and using this expression vector. What is necessary is just to measure the tungsten adsorption ability of the protein which transforms a host and expresses it. Here, the tungsten adsorption ability of protein can be evaluated by, for example, mixing the protein in a sodium tungstate dihydrate solution, separating the protein component after a predetermined time, and measuring the tungsten concentration in the solution. The tungsten concentration in the solution can be measured by an emission spectroscopic analysis method using high frequency inductively coupled plasma (ICP) as a light source.

また、パイロコッカス・フリオサス(Pyrococcus furiosus)におけるWtpA遺伝子、すなわち配列番号1及び2にて規定されるWtpA遺伝子については、部位特異的変異誘発法によりタングステンに対する選択的吸着の研究が公知となっている(J. Bacteriol., Vol. 193, No. 18, Sep. 2011, p. 4999-5001)。具体的には、変異型WtpA遺伝子として、E218A、E218Q、D160A及びD160Nといった変異型タンパク質をコードする遺伝子が作製され、これら変異型タンパク質におけるタングステン吸着能を評価している。本発明に係る組換え酵母においては、これら公知の変異型WtpA遺伝子を使用して、変異型タンパク質を細胞表層提示型として発現させても良い。   In addition, the WtpA gene in Pyrococcus furiosus, that is, the WtpA gene defined by SEQ ID NOs: 1 and 2, has been known to study selective adsorption to tungsten by site-directed mutagenesis. (J. Bacteriol., Vol. 193, No. 18, Sep. 2011, p. 4999-5001). Specifically, genes encoding mutant proteins such as E218A, E218Q, D160A, and D160N are prepared as mutant WtpA genes, and the tungsten adsorption ability of these mutant proteins is evaluated. In the recombinant yeast according to the present invention, these known mutant WtpA genes may be used to express the mutant protein as a cell surface display type.

上述したように、WtpA遺伝子は、発現ベクターに組み込まれ、宿主となる酵母に導入されることで細胞表層提示型として発現することができる。このとき、WtpA遺伝子は、3’末端側の上流に所謂、分泌シグナルペプチド(分泌シグナル又は分泌シグナル配列ともいう)をコードする遺伝子、5’末端側の下流に上述した胞表層局在タンパク質をコードする遺伝子を融合した融合遺伝子として発現できるように発現ベクターに組み込まれる。ここで、分泌シグナルペプチドとは、一般に細胞外(ペリプラズムも含む)に分泌されるタンパク質(分泌性タンパク質)のN-末端に結合している、疎水性に富んだアミノ酸を多く含むペプチドであり、通常、分泌性タンパク質が細胞内から細胞膜を通過して細胞外へ分泌される際に除去される。本発明において分泌シグナルペプチドとしては、何ら限定されず従来公知のものを使用することができる。特に分泌シグナルペプチドとしては、宿主となる酵母において機能することが知られている分泌シグナルペプチドを使用することができる。また、分泌シグナルペプチドとしては、α-ファクター前駆体のプレプロリーダー配列、酵母のα-又はa-アグルチニンのシグナル配列、グルコアミラーゼの分泌シグナル等を使用することができる。   As described above, the WtpA gene can be expressed as a cell surface display type by being incorporated into an expression vector and introduced into yeast serving as a host. At this time, the WtpA gene encodes a so-called secretory signal peptide (also referred to as secretory signal or secretory signal sequence) upstream of the 3 ′ end, and encodes the aforementioned cell surface localized protein downstream of the 5 ′ end. Into the expression vector so that it can be expressed as a fused gene. Here, the secretory signal peptide is a peptide containing a lot of amino acids rich in hydrophobicity, which is generally bound to the N-terminal of a protein (secretory protein) secreted extracellularly (including periplasm), Normally, secreted proteins are removed when they are secreted from inside the cell through the cell membrane. In the present invention, the secretory signal peptide is not limited at all, and conventionally known ones can be used. In particular, a secretory signal peptide known to function in yeast as a host can be used as the secretory signal peptide. As the secretion signal peptide, a pre-pro leader sequence of an α-factor precursor, a yeast α- or a-agglutinin signal sequence, a glucoamylase secretion signal, and the like can be used.

分泌シグナルペプチド、WtpAタンパク質及び細胞表層局在タンパク質をN末端側からこの順で有する融合タンパク質をコードする遺伝子は、各領域をコードする塩基配列情報に基づいて設計したプライマーを用いたPCR、各種の制限酵素を用いた制限酵素処理等を利用したクローニング方法により作製することができる。また、所謂、in-fusion法を利用して上記融合タンパク質をコードする遺伝子を作製してもよい。さらに、上記融合タンパク質をコードする遺伝子の全部又は一部を化学合成により作製しても良い。化学合成により遺伝子を合成する場合、例えば、WtpA遺伝子について酵母のコドン使用頻度を鑑みて最適化したかたちで合成することが好ましい。   A gene encoding a fusion protein having a secretory signal peptide, WtpA protein and cell surface localized protein in this order from the N-terminal side is PCR using primers designed based on nucleotide sequence information encoding each region, It can be prepared by a cloning method using a restriction enzyme treatment using a restriction enzyme. In addition, a gene encoding the fusion protein may be prepared by using a so-called in-fusion method. Furthermore, all or part of the gene encoding the fusion protein may be prepared by chemical synthesis. When a gene is synthesized by chemical synthesis, for example, it is preferable to synthesize the WtpA gene in a form optimized in view of yeast codon usage.

上記融合タンパク質をコードする遺伝子は、宿主の酵母内において発現できるように、適当なプロモーターの下流に配置される。プロモーターとしては、例えばグリセルアルデヒド3リン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子(TDH3)のプロモーター、3-ホスホグリセレートキナーゼ遺伝子(PGK1)のプロモーター、高浸透圧応答7遺伝子(HOR7)のプロモーターなどが利用可能である。なかでもピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子(PDC1)のプロモーターが下流の目的遺伝子を高発現させる能力が高いために好ましい。その他にも、gal1プロモーター、gal10プロモーター、ヒートショックタンパク質プロモーター、MFα1プロモーター、PHO5プロモーター、GAPプロモーター、ADHプロモーター、AOX1プロモーターなどを使用することで、下流の遺伝子を強発現させることができる。   The gene encoding the fusion protein is placed downstream of a suitable promoter so that it can be expressed in the yeast of the host. As the promoter, for example, a promoter of glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase gene (TDH3), a promoter of 3-phosphoglycerate kinase gene (PGK1), a promoter of hyperosmotic response 7 gene (HOR7), and the like can be used. Of these, the pyruvate decarboxylase gene (PDC1) promoter is preferred because of its high ability to highly express a downstream target gene. In addition, downstream genes can be strongly expressed by using gal1 promoter, gal10 promoter, heat shock protein promoter, MFα1 promoter, PHO5 promoter, GAP promoter, ADH promoter, AOX1 promoter and the like.

また、宿主として用いることができる酵母としては、特に限定するものではないがCandida Shehatae等のCandida属酵母、Pichia stipitis等のPichia属酵母、Pachysolen tannophilus等のPachysolen属酵母、Saccharomyces cerevisiae等のSaccharomyces属酵母及びSchizosaccharomyces pombe等のSchizosaccharomyces属酵母が挙げられ、特にSaccharomyces cerevisiaeが好ましい。   The yeast that can be used as a host is not particularly limited, but Candida genus yeast such as Candida Shehatae, Pichia genus yeast such as Pichia stipitis, Pachysolen genus yeast such as Pachysolen tannophilus, and Saccharomyces cerevisiae genus yeast such as Saccharomyces cerevisiae. And yeast belonging to the genus Schizosaccharomyces such as Schizosaccharomyces pombe, and Saccharomyces cerevisiae is particularly preferred.

また、上述した遺伝子を導入する方法としては、酵母の形質転換方法として知られている従来公知のいかなる手法をも適用することができる。具体的には、例えば、エレクトロポレーション法“Meth. Enzym., 194, p182 (1990)”、スフェロプラスト法“Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75 p1929(1978)”、酢酸リチウム法“J.Bacteriology, 153, p163(1983)”、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75 p1929 (1978)、Methods in yeast genetics, 2000 Edition : A Cold Spring Harbor Laboratory Course Manualなどに記載の方法で実施可能であるが、これに限定されない。   In addition, as a method for introducing the above-described gene, any conventionally known technique known as a yeast transformation method can be applied. Specifically, for example, electroporation method “Meth. Enzym., 194, p182 (1990)”, spheroplast method “Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75 p1929 (1978)”, lithium acetate method “J. Bacteriology, 153, p163 (1983)”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75 p1929 (1978), Methods in yeast genetics, 2000 Edition: A Cold Spring Harbor Laboratory Course Manual, etc. Although it can be implemented, it is not limited to this.

以上のように、本発明に係る組換え酵母は、細胞表層提示型のWtpAタンパク質を有することとなる。このように、本発明に係る組換え酵母は、WtpAタンパク質を細胞表層にディスプレイしているため、タングステン吸着能を有することとなる。すなわち、本発明に係る組換え酵母におけるタングステン吸着能は、細胞表層提示型WtpAタンパク質に異存しており、細胞表層における当該タンパク質の量が多いほど優れることとなる。細胞表層提示型WtpAタンパク質の量は、当該タンパク質をコードする遺伝子のコピー数や当該遺伝子のプロモーターの強度により調整することができる。なお、本発明に係る組換え酵母において、細胞表層に提示されるWtpAタンパク質は、分泌シグナルペプチドの全部が切断された状態でも良いし、分泌シグナルペプチドの一部又は全部が残った状態であってもよい。   As described above, the recombinant yeast according to the present invention has a cell surface display type WtpA protein. Thus, the recombinant yeast according to the present invention displays the WtpA protein on the cell surface, and therefore has a tungsten adsorption ability. That is, the ability of adsorbing tungsten in the recombinant yeast according to the present invention is different from the cell surface display type WtpA protein, and the higher the amount of the protein in the cell surface layer, the better. The amount of the cell surface display-type WtpA protein can be adjusted by the copy number of the gene encoding the protein and the strength of the promoter of the gene. In the recombinant yeast according to the present invention, the WtpA protein presented on the cell surface layer may be in a state in which all of the secretory signal peptide is cleaved or in a state in which a part or all of the secretory signal peptide remains. Also good.

本発明に係る組換え酵母は、上述のようにタングステン吸着能を有するため、タングステン回収剤として利用することができる。言い換えれば、本発明に係る組換え酵母をタングステンの回収方法に利用することができる。   Since the recombinant yeast according to the present invention has the ability to adsorb tungsten as described above, it can be used as a tungsten recovery agent. In other words, the recombinant yeast according to the present invention can be used in a method for recovering tungsten.

本発明に係る組換え酵母をタングステン回収剤として利用する場合、特に限定されないが、当該組換え酵母を適当な担体に固定して使用することができる。担体とは、本発明の組換え酵母を固定化することができる物質を意味し、好ましくは、水又は特定の溶媒に対して不溶性の物質を意味する。例えば、ポリビニルアルコール、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリアクリルアミド、ポリビニルフォルマール樹脂多孔質体、シリコンフォーム、セルロース多孔質体等の発泡体又は樹脂が挙げられる。担体は、組換え酵母の増殖及び活性の維持に有利である点、及び死滅した細胞を速やかに脱離させる点で、多孔質の担体が好ましい。多孔質体の開口部の大きさは細胞によって異なるが、多孔質内に入り込んで増殖できる大きさが適当であり、50μm〜1,000μmが好ましい。但し、これらの大きさに限定されるものではない。また、担体の形状は問わない。担体の強度、培養効率等を考慮すると、球状又は立方体状が好ましく、大きさは、球状の場合は直径が2mm〜50mm、立方体状の場合は2mm〜50mm角が好ましい。   When the recombinant yeast according to the present invention is used as a tungsten recovery agent, it is not particularly limited, but the recombinant yeast can be used by being immobilized on an appropriate carrier. The carrier means a substance that can immobilize the recombinant yeast of the present invention, and preferably means a substance that is insoluble in water or a specific solvent. Examples thereof include foams or resins such as polyvinyl alcohol, polyurethane foam, polystyrene foam, polyacrylamide, polyvinyl formal resin porous body, silicon foam, and cellulose porous body. The carrier is preferably a porous carrier because it is advantageous for maintaining the growth and activity of the recombinant yeast, and for rapidly detaching dead cells. The size of the opening of the porous body varies depending on the cell, but the size capable of entering and proliferating into the porous is appropriate, and is preferably 50 μm to 1,000 μm. However, it is not limited to these sizes. Moreover, the shape of a support | carrier is not ask | required. Considering the strength of the carrier, the culture efficiency, etc., a spherical shape or a cubic shape is preferable, and the size is preferably 2 mm to 50 mm in the case of a spherical shape and 2 mm to 50 mm square in the case of a cubic shape.

固定化とは、組換え酵母が遊離の状態ではなく、担体に結合若しくは付着し、又は担体内部に取り込まれた状態等をいう。組換え酵母の固定化には、例えば、担体結合法、架橋法及び包括法等の公知の方法を適用することができる。凝集性の酵母の固定化には、担体結合法が最適である。担体結合法としては、イオン交換性の樹脂に吸着させる化学的吸着法又は物理的吸着法が挙げられる。凝集性酵母は、担体に固定化されているにもかかわらず増殖可能であり、活性が低下すると自然に脱落していく性質を有している。このため、担体に結合した酵母は、生菌数がほぼ一定に保たれ、活性が高いという特徴を有する。従って、組換え酵母の担体への結合は物理的吸着が最も好ましい。凝集性又は接着性の細胞と前記多孔質の担体とを混合して培養することにより、細胞は多孔質体の開口部に入りこみ、担体に付着する。   Immobilization refers to a state in which the recombinant yeast is not in a free state but is bound to or attached to a carrier, or taken into the carrier. For immobilization of the recombinant yeast, for example, known methods such as a carrier binding method, a crosslinking method and an inclusion method can be applied. The carrier binding method is optimal for immobilizing aggregating yeast. Examples of the carrier binding method include a chemical adsorption method or a physical adsorption method in which adsorption is performed on an ion exchange resin. The aggregating yeast is capable of growing despite being immobilized on a carrier, and has a property of dropping off spontaneously when the activity decreases. For this reason, the yeast bound to the carrier is characterized in that the number of viable bacteria is kept almost constant and the activity is high. Therefore, physical adsorption is most preferred for binding of the recombinant yeast to the carrier. By mixing and culturing the aggregated or adherent cells and the porous carrier, the cells enter the opening of the porous body and adhere to the carrier.

このようにして得られる固定化された組換え酵母を、担体に付着した状態のまま浮遊状態で培養するか、あるいはカラムに充填して、いわゆるバイオリアクターとして用いることができる。カラムとしては、例えば通常のゲルろ過、イオン交換クロマトグラフィー等に使用されているものと同様のものを用いることができる。また、上記カラムを、ポンプ、回収容器、金属検出計などと組み合わせて、金属回収用装置として使用することができる。   The immobilized recombinant yeast thus obtained can be cultured in a suspended state while attached to a carrier, or packed in a column and used as a so-called bioreactor. As a column, the thing similar to what is used for normal gel filtration, ion exchange chromatography, etc. can be used, for example. In addition, the column can be used as a metal recovery device in combination with a pump, a recovery container, a metal detector, and the like.

本発明に係る酵母は、例えばタングステンを含む溶液と接触させることで、当該溶液内のタングステンを吸着することができる。タングステンを含む溶液とは、特に限定されず、海水、淡水(河川、池、湖)又は廃水(生活廃水、厨房廃水、工場廃水等)のいずれであっても良い。   The yeast which concerns on this invention can adsorb | suck tungsten in the said solution by making it contact with the solution containing tungsten, for example. The solution containing tungsten is not particularly limited, and may be any of seawater, fresh water (rivers, ponds, lakes), or wastewater (domestic wastewater, kitchen wastewater, factory wastewater, etc.).

また、タングステンを吸着した組換え酵母から、タングステンを回収するには、例えば、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)等のキレート剤を用いて当該組換え酵母を処理することでタングステンを組換え酵母の表層より脱離し、脱離したタングステンを回収することができる。或いは、キレート剤の代わりにパパイン等のプロテアーゼを用いて当該組換え酵母を処理しても、タングステンを組換え酵母の表層から脱離して回収することができる。ここで、キレート剤やプロテアーゼを用いて組換え酵母を処理するとは、当該組換え酵母を含む溶液にキレート剤やプロテアーゼを投入し、必要に応じて撹拌するなどの手法を意味する。   In order to recover tungsten from recombinant yeast adsorbed with tungsten, for example, by treating the recombinant yeast with a chelating agent such as EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), tungsten is removed from the surface of the recombinant yeast. The tungsten that has been desorbed can be recovered. Alternatively, even when the recombinant yeast is treated with a protease such as papain instead of a chelating agent, tungsten can be detached from the surface of the recombinant yeast and recovered. Here, treating recombinant yeast with a chelating agent or protease means a method of adding the chelating agent or protease into a solution containing the recombinant yeast and stirring as necessary.

以上のように、本発明に係る組換え酵母を使用することにより、タングステンを含む溶液からタングステンをより簡易に回収することができる。定法に従ってWtpAタンパク質を精製し、これを用いてタングステンを回収することも考えられるが、タングステン回収に十分な量のWtpAタンパク質を精製するには工数がかかり簡便な方法とは言えない。これに対して、本発明に係る組換え酵母を利用する場合には、当該組換え酵母を培養するだけでタングステン回収に十分な量のWtpAタンパク質を準備することができる。また、本発明に係る組換え酵母を利用する場合には、上述のようにキレート剤やプロテアーゼを利用してタングステンを回収でき、組換え酵母を破砕してそこからタングステンを回収するといった作業が不要となる。この点においても、本発明に係る組換え酵母を利用する場合には、タングステンを含む溶液からのタングステン回収をより簡便に行うことができる。さらに、本発明に係る組換え酵母は、上述のようにキレート剤やプロテアーゼを利用してタングステンを回収した後、再利用することができる。したがって、本発明に係る組換え酵母を利用する場合には、タングステンを含む溶液からのタングステン回収をより簡便に且つ低コストに行うことができる。   As described above, by using the recombinant yeast according to the present invention, tungsten can be more easily recovered from a solution containing tungsten. Although it is conceivable to purify WtpA protein and recover tungsten using this according to a conventional method, purification of a sufficient amount of WtpA protein for the recovery of tungsten takes time and is not a simple method. In contrast, when the recombinant yeast according to the present invention is used, a sufficient amount of WtpA protein for tungsten recovery can be prepared simply by culturing the recombinant yeast. Further, when the recombinant yeast according to the present invention is used, tungsten can be recovered using a chelating agent or a protease as described above, and the operation of crushing the recombinant yeast and recovering tungsten therefrom is unnecessary. It becomes. Also in this point, when using the recombinant yeast according to the present invention, it is possible to more easily recover tungsten from a solution containing tungsten. Furthermore, the recombinant yeast according to the present invention can be reused after recovering tungsten using a chelating agent or protease as described above. Therefore, when the recombinant yeast according to the present invention is used, tungsten recovery from a solution containing tungsten can be performed more easily and at low cost.

以下、実施例により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 an Example demonstrates this invention in detail, the technical scope of this invention is not limited to a following example.

<ベクター作製方法>
S. cerevisiae OC2菌株のゲノムをテンプレートに、後述の表1に記載したプライマー名:A1及びA2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行い、 S.cerevisiae 由来TDH3プロモーター領域を増幅した。得られたTDH3プロモーター領域は、ゼロブラントTOPO PCRクローニングキット(インビトロジェン社製)を使用してサブクローニングした。得られたベクターをpTOPO-TDH3Pと命名した。
<Vector production method>
Using the genome of the S. cerevisiae OC2 strain as a template, gene amplification was performed using the primer set of primer names A1 and A2 described in Table 1 to be described later to amplify the TDH3 promoter region derived from S. cerevisiae. The obtained TDH3 promoter region was subcloned using a zero blunt TOPO PCR cloning kit (manufactured by Invitrogen). The obtained vector was named pTOPO-TDH3P.

次に、R.oryzae由来のシグナル配列、及びPyrococcus.furiosus由来のWtpA遺伝子(PF0080)〔参考文献1:Loes E. Bevers, Peter-Leon Hagedoorn, Gerard C. Krijger, and Wilfred R. Hagen J. Bacteriol. September 15, 2006 188:6498-6505、及び参考文献2:Loes E. Bevers, Guenter Schwarz, and Wilfred R. Hagen J. Bacteriol. September 2011 193:4999-5001〕は酵母のコドン使用頻度を鑑みて最適化して人工遺伝子合成した。   Next, a signal sequence derived from R. oryzae and a WtpA gene derived from Pyrococcus.furiosus (PF0080) [Reference 1: Loes E. Bevers, Peter-Leon Hagedoorn, Gerard C. Krijger, and Wilfred R. Hagen J. Bacteriol September 15, 2006 188: 6498-6505 and Reference 2: Loes E. Bevers, Guenter Schwarz, and Wilfred R. Hagen J. Bacteriol. September 2011 193: 4999-5001] in view of yeast codon usage. Optimized and synthesized artificial genes.

次に、 pTOPO-TDH3Pをテンプレートにして、表1に記載したプライマー名:B1及びB2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行い、3‘末端にR.oryzae由来のシグナル配列と相同する配列を20bp付与したTDH3プロモーター部位を増幅させた。また、人工遺伝子合成したR.oryzae由来のシグナル配列をテンプレートにして、表1に記載したプライマー名:C1及びC2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行い、5’末端にTDH3プロモーター部位と相同する配列を20bp付与し、3‘末端にWtpA遺伝子と相同する配列を20bp付与したR.oryzae由来のシグナル配列を増幅させた。最後に、人工遺伝子合成したwtpA遺伝子をテンプレートにして、表1に記載したプライマー名:D1及びD2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行い、 5’末端に R.oryzae由来のシグナル配列と相同する配列を20bp付与したwtpA遺伝子を増幅させた。   Next, using pTOPO-TDH3P as a template, gene amplification was performed using the primer names of B1 and B2 listed in Table 1, and a sequence homologous to the signal sequence derived from R.oryzae at the 3 ′ end was 20 bp. The added TDH3 promoter site was amplified. In addition, gene amplification was performed using a primer sequence of the primer names C1 and C2 described in Table 1, using a signal sequence derived from artificially synthesized R. oryzae as a template, and homologous to the TDH3 promoter site at the 5 ′ end. A signal sequence derived from R. orzae having 20 bp of sequence and 20 bp of sequence homologous to the WtpA gene at the 3 ′ end was amplified. Finally, using the artificially synthesized wtpA gene as a template, gene amplification was performed using the primer sets listed in Table 1 with primer names D1 and D2, and homologous to the signal sequence derived from R.oryzae at the 5 'end. The wtpA gene with 20 bp sequence was amplified.

そして、これらの遺伝子増幅断片を精製してから、再度3個のフラグメントを同時にテンプレートにしたPCRを行うことでTDH3プロモーター領域とR.oryzae由来のシグナル配列及びPyrococcus.furiosus由来のwtpA遺伝子をこの順で繋げた核酸断片を作製した。増幅した核酸断片をゼロブラントTOPO PCRクローニングキットを使用してサブクローニングした。得られたベクターをpTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpAと命名した(図1参照)。   After purifying these gene-amplified fragments, PCR is performed again using the three fragments simultaneously as a template, so that the TDH3 promoter region, the signal sequence derived from R. oryzae and the wtpA gene derived from Pyrococcus.furiosus are in this order. Nucleic acid fragments connected by Amplified nucleic acid fragments were subcloned using the Zerobrand TOPO PCR cloning kit. The obtained vector was named pTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpA (see FIG. 1).

一方、S. cerevisiae OC2菌株のゲノムをテンプレートに、表1に記載したプライマー名:E1及びE2のプライマーセット、並びにF1及びF2のプライマーセットを用いてそれぞれ遺伝子増幅を行い、 S.cerevisiae 由来3'側のαアグルニチン、及びPGK1ターミネータ領域を各々増幅した。得られたS.cerevisiae 由来3'側のαアグルニチン及びPGK1ターミネータ領域をそれぞれゼロブラントTOPO PCRクローニングキットを使用してサブクローニングした。得られたベクターをそれぞれpTOPO-agglutinin及びpTOO-PGK1Tと命名した。   On the other hand, using the genome of S. cerevisiae OC2 strain as a template, gene amplification was carried out using the primer names listed in Table 1: primer set of E1 and E2, and primer set of F1 and F2, respectively. The side α-agglutinin and PGK1 terminator regions were each amplified. The obtained S. cerevisiae-derived 3 ′ α-agglutinin and PGK1 terminator regions were each subcloned using a zero blunt TOPO PCR cloning kit. The obtained vectors were named pTOPO-agglutinin and pTOO-PGK1T, respectively.

次に、 pTOPO-agglutininをテンプレートにして、表1に記載したプライマー名:G1及びG2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行い、3'末端にPGK1ターミネータ領域と相同する配列を20bp付与したαアグルニチンを増幅させた。また、pTOPO-PGK1Tをテンプレートにして、表1に記載したプライマー名:H1及びH2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行い、5'末端にαアグルニチンと相同する配列を20bp付与したPGK1ターミネータ領域を増幅させた。これらの遺伝子増幅断片を精製してから、再度2個のフラグメントを同時にテンプレートにしたPCRを行うことでS.cerevisiae 由来3'側のαアグルニチンとPGK1ターミネータ領域を繋げて核酸断片を作製した。得られた核酸断片をゼロブラントTOPO PCRクローニングキットを使用してサブクローニングした。得られたベクターをpTOPO-agglutinin-PGK1Tと命名した(図2参照)。   Next, using pTOPO-agglutinin as a template, gene amplification was performed using the primer names listed in Table 1 with primer sets G1 and G2, and α-agglutinin with a 20-bp sequence homologous to the PGK1 terminator region at the 3 ′ end was added. Was amplified. In addition, using pTOPO-PGK1T as a template, gene amplification was performed using the primer set of H1 and H2 listed in Table 1, and a PGK1 terminator region with a 20 bp sequence homologous to α-agglutinin at the 5 ′ end was added. Amplified. After purifying these gene-amplified fragments, PCR was carried out again using the two fragments simultaneously as a template, thereby linking the 3'-side α-agglutinin derived from S. cerevisiae and the PGK1 terminator region to produce nucleic acid fragments. The resulting nucleic acid fragment was subcloned using the Zerobrand TOPO PCR cloning kit. The obtained vector was named pTOPO-agglutinin-PGK1T (see FIG. 2).

一方、pTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpAをテンプレートして、表1に記載したプライマー名:I1及びI2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行い、3'末端にαアグルニチンと相同する配列を20bp付与した遺伝子断片を増幅させた。また、 pTOPO-agglutinin-PGK1Tをテンプレートにして、表1に記載したプライマー名:J1及びJ2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行い、5'末端にwtpA遺伝子と相同する配列を20bp付与した遺伝子断片を増幅させた。これらの遺伝子増幅断片を精製してから、再度2個のフラグメントを同時にテンプレートにしたPCRを行うことでTDH3プロモーター領域と、R.oryzae由来のシグナル配列と、Pyrococcus.furiosus由来のwtpA遺伝子と、S.cerevisiae由来3'側のαアグルニチンと、PGK1ターミネータ領域とこの順で繋げた核酸断片を作製した。得られた核酸断片をゼロブラントTOPO PCRクローニングキットを使用してサブクローニングした。得られたベクターをpTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpA-agglutinin-PGK1Tと命名した(図3)。   On the other hand, pTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpA was used as a template, gene amplification was performed using the primer name: I1 and I2 primer sets described in Table 1, and a sequence homologous to α-agglutinin at the 3 ′ end was 20 bp. The given gene fragment was amplified. In addition, a gene fragment obtained by performing gene amplification using pTOPO-agglutinin-PGK1T as a template and the primer names of J1 and J2 listed in Table 1 and adding a 20 bp sequence homologous to the wtpA gene at the 5 ′ end. Was amplified. After purifying these gene-amplified fragments, PCR is performed again using the two fragments simultaneously as a template, so that the TDH3 promoter region, the signal sequence derived from R.oryzae, the wtpA gene derived from Pyrococcus.furiosus, and S A nucleic acid fragment was prepared by linking cerevisiae 3'-side α-agglutinin and PGK1 terminator region in this order. The resulting nucleic acid fragment was subcloned using the Zerobrand TOPO PCR cloning kit. The obtained vector was named pTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpA-agglutinin-PGK1T (FIG. 3).

一方、pYES2(インビトロジェン社製)をテンプレートにして、表1に記載したプライマー名:L1及びL2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行い、遺伝子増幅断片の5'側にS.cerevisiae 由来TRP1のターミネータ領域と相同する配列を16bp付与し、3'側にTRP1のプロモーター領域と相同する配列を16bp付与した遺伝子断片を増幅させた(E.coli由来Ampr、PUCori、S.cerevisiae 由来2μm遺伝子等を含む)。一方、OC2菌株のゲノムをテンプレートにして、表1に記載したプライマー名:K1及びK2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行い、 S.cerevisiae 由来TRP1のプロモーター領域、TRP1遺伝子、TRP1のターミネータ領域を含む核酸断片を増幅させた。次にそれぞれの増幅断片をPCR精製キットにより精製し、in-fusion法(クローンテック社製)により反応させることでpYES2-TRP1を作製した(図4参照)。 On the other hand, using pYES2 (manufactured by Invitrogen) as a template, gene amplification was performed using the primer set of primer names L1 and L2 described in Table 1, and a terminator of S. cerevisiae-derived TRP1 was placed on the 5 ′ side of the gene amplified fragment. A gene fragment having 16 bp of sequence homologous to the region and 16 bp of sequence homologous to the TRP1 promoter region on the 3 ′ side was amplified (E. coli derived Amp r , PUCori, S. cerevisiae derived 2 μm gene etc. Including). On the other hand, using the genome of OC2 strain as a template, gene amplification was carried out using the primer names of K1 and K2 listed in Table 1, and the promoter region of TRP1 derived from S. cerevisiae, the TRP1 gene, and the terminator region of TRP1 The contained nucleic acid fragment was amplified. Next, each amplified fragment was purified with a PCR purification kit and reacted by an in-fusion method (manufactured by Clontech) to prepare pYES2-TRP1 (see FIG. 4).

そして最後に、pTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpA-agglutinin-PGK1Tをテンプレートにして、表1に記載したプライマー名:M1及びM2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行い、また、pYES2-TRP1をテンプレートにして、表1に記載したプライマー名:N1及びN2のプライマーセットを用いて遺伝子増幅を行うことで遺伝子増幅断片の5'側にS.cerevisiae由来PGK1のターミネータ領域と相同する配列を16bp付与し、3'側にTDH3のプロモーター領域と相同する配列を16bp付与した遺伝子断片を増幅させた。それぞれの遺伝子増幅断片をPCR精製キットにより精製し、in-fusion法(クローンテック社製)により反応させることでP189@pYES2-TDH3-P_ATF1-ss.gla-wtpA-agglutinin-T_PGK1-TRP1を作製した。得られたベクターを最終的な遺伝子導入ベクターとした(図5参照)。   Finally, using pTOPO-TDH3P-ss.glu-wtpA-agglutinin-PGK1T as a template, gene amplification was carried out using the primer names M1 and M2 described in Table 1, and pYES2-TRP1 was 16 bp of sequence homologous to the terminator region of PGK1 derived from S. cerevisiae is added to the 5 'side of the amplified gene fragment by performing gene amplification using the primer name: N1 and N2 primer sets described in Table 1 as a template Then, a gene fragment having 16 bp of a sequence homologous to the promoter region of TDH3 on the 3 ′ side was amplified. P189@pYES2-TDH3-P_ATF1-ss.gla-wtpA-agglutinin-T_PGK1-TRP1 was prepared by purifying each gene amplification fragment with PCR purification kit and reacting by in-fusion method (Clontech) . The obtained vector was used as the final gene transfer vector (see FIG. 5).

Figure 2013252085
Figure 2013252085

<酵母への遺伝子導入方法>
酵母への遺伝子導入はFrozen-EZ Yeast TransformationIIキット(ZYMO RESEARCH社製)を用いた。宿主酵母としてはS. cerevisiae OC2-T株(トリプトファン要求性)を用いた。すなわち、上記キットを用いてS. cerevisiae OC2-T株に対して、上述のように作製したP189@pYES2-TDH3-P_ATF1-ss.gla-wtpA-agglutinin-T_PGK1-TRP1を導入した。得られた形質転換体はSDC-Trp寒天培地(Yeast Nitrogen base w/o amimo acids and ammonium slufate 0.34%、グルタミン酸ナトリウム0.1%、アスパラギン酸カリウム0.3%、尿素0.3%、グルコース2%、CSM-Trp0.2%及び寒天1.5%)にて選別し、生育が良かったコロニーを組換え酵母とした。
<Method of gene introduction into yeast>
Frozen-EZ Yeast Transformation II kit (manufactured by ZYMO RESEARCH) was used for gene introduction into yeast. As a host yeast, S. cerevisiae OC2-T strain (tryptophan requirement) was used. That is, P189@pYES2-TDH3-P_ATF1-ss.gla-wtpA-agglutinin-T_PGK1-TRP1 prepared as described above was introduced into the S. cerevisiae OC2-T strain using the above kit. The obtained transformant was SDC-Trp agar (Yeast Nitrogen base w / o amimo acids and ammonium slufate 0.34%, sodium glutamate 0.1%, potassium aspartate 0.3%, urea 0.3%, glucose 2%, CSM-Trp0. 2% and 1.5% agar) were selected and colonies with good growth were used as recombinant yeast.

<酵母の培養方法>
上述のように選抜された組換え酵母を、SDC-Trp(Yeast Nitrogen base w/o amimo acids and ammonium slufate 0.34%、グルタミン酸ナトリウム0.1%、アスパラギン酸カリウム0.3%、尿素0.3%、グルコース2%及びCSM-Trp0.2%)150ml/500mlバッフル付きフラスコを用いて30℃で48時間培養した。この菌体をO.D.(Optical density)が10となるまで培養し、20mlの培養液を分取した後、遠心を行って菌体を集めた。
<Culture method of yeast>
Recombinant yeast selected as described above was transformed into SDC-Trp (Yeast Nitrogen base w / o amimo acids and ammonium slufate 0.34%, sodium glutamate 0.1%, potassium aspartate 0.3%, urea 0.3%, glucose 2% and CSM. -Trp 0.2%) Incubation was performed at 30 ° C. for 48 hours using a flask with a 150 ml / 500 ml baffle. The cells were cultured until OD (Optical density) reached 10, and 20 ml of the culture solution was collected, and then centrifuged to collect the cells.

一方、比較対象のOC2-T株は、YPD(酵母エキス1%、ペプトン2%及びグルコース2%)を用いて150ml/500mlバッフル付きフラスコを用いて30℃で24時間培養した。この菌体をO.D.が10となるまで培養し、20mlの培養液を分取した後、遠心を行って菌体を集めた。   On the other hand, the OC2-T strain to be compared was cultured at 30 ° C. for 24 hours in a 150 ml / 500 ml baffled flask using YPD (yeast extract 1%, peptone 2% and glucose 2%). The cells were cultured until OD was 10, and 20 ml of the culture solution was collected and centrifuged to collect the cells.

<タングステン回収実験方法>
集めた菌体に、タングステン酸ナトリウム二水和物を50mlのファルコンチューブに終濃度1mMになるように10ml加えてよく懸濁した後、32℃、150rpmで2時間振盪した。 5000rpm、5分遠心を行って菌体と上清とに分離し、上清をバイアル瓶にとって、分析を実施した。なお、タングステン分析は、試料を超純水で希釈して直接ICP発光分光分析装置ICPS-8100に導入して分析した。結果を表2に示した。
<Tungsten recovery experiment method>
To the collected cells, 10 ml of sodium tungstate dihydrate was added to a 50 ml falcon tube to a final concentration of 1 mM, and the mixture was well suspended, followed by shaking at 32 ° C. and 150 rpm for 2 hours. Centrifugation was performed at 5000 rpm for 5 minutes to separate the cells and supernatant, and the supernatant was placed in a vial and analyzed. In the tungsten analysis, the sample was diluted with ultrapure water and directly introduced into the ICP emission spectroscopic analyzer ICPS-8100 for analysis. The results are shown in Table 2.

Figure 2013252085
Figure 2013252085

表2に示すように、菌体の細胞表層に吸着したタングステン量(mg/L)は、細胞表層提示型WtpAタンパク質を有する組換え酵母で50mg/L、コントロールのOC2-T株で20mg/Lであった。この結果を(μmol/g dry cell)の単位にするとタングステンの吸着量は、組換え酵母で49.45μmol/g dry cell(= 9.09[mg/g dry cell]=4.09[Number of adsorbed tungstate ×108 tungstate /cell])であった。この結果から、WtpAタンパク質を細胞の表層に発現させることで、タングステンの吸着量を著しく増加できることが明らかとなった。 As shown in Table 2, the amount of tungsten (mg / L) adsorbed on the cell surface of the bacterial cells was 50 mg / L for the recombinant yeast having the cell surface display-type WtpA protein, and 20 mg / L for the control OC2-T strain. Met. If this result is expressed in units of (μmol / g dry cell), the amount of tungsten adsorbed is 49.45 μmol / g dry cell (= 9.09 [mg / g dry cell] = 4.09 [Number of adsorbed tungstate × 10 8 ) for recombinant yeast. tungstate / cell]). From this result, it was revealed that the amount of tungsten adsorbed can be remarkably increased by expressing WtpA protein on the surface layer of the cell.

Claims (6)

細胞表層提示型のタングステントランスポートタンパク質A(WtpA)を有する組換え酵母。   A recombinant yeast having cell surface display type tungsten transport protein A (WtpA). 上記細胞表層提示型のタングステントランスポートタンパク質Aは、タングステン捕捉能を有するタングステントランスポートタンパク質A及び細胞表層局在タンパク質の融合タンパク質であることを特徴とする請求項1記載の組換え酵母。   2. The recombinant yeast according to claim 1, wherein the cell surface display type tungsten transport protein A is a fusion protein of tungsten transport protein A having a capability of capturing tungsten and a cell surface localized protein. 分泌シグナルペプチド、タングステン捕捉能を有するタングステントランスポートタンパク質A及び細胞表層局在タンパク質をコードする融合遺伝子を宿主酵母に導入したものである請求項1記載の組換え酵母。   The recombinant yeast according to claim 1, wherein a fusion gene encoding a secretory signal peptide, tungsten transport protein A having a tungsten capturing ability and a cell surface localized protein is introduced into a host yeast. 上記タングステントランスポートタンパク質Aは、以下の(a)又は(b)のタンパク質であることを特徴とする請求項1記載の組換え酵母。
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列に対して70%以上の一致度を有するアミノ酸配列からなり、タングステン吸着能を有するタンパク質
The recombinant yeast according to claim 1, wherein the tungsten transport protein A is the following protein (a) or (b):
(a) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
(b) a protein comprising an amino acid sequence having 70% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having a tungsten adsorption ability
請求項1乃至4いずれか一項記載の組換え酵母を含む、タングステン回収剤。   The tungsten collection | recovery agent containing the recombinant yeast as described in any one of Claims 1 thru | or 4. タングステンを含有する溶液に請求項1乃至4いずれか一項記載の組換え酵母を接触させる工程と、
組換え酵母からタングステンを分離し回収する工程と
を含むタングステンの回収方法。
Contacting the recombinant yeast according to any one of claims 1 to 4 with a solution containing tungsten;
Separating and recovering tungsten from the recombinant yeast.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015045041A (en) * 2013-08-27 2015-03-12 京セラ株式会社 Method for recovering tungsten compound
JP2015224225A (en) * 2014-05-28 2015-12-14 京セラ株式会社 Metallic compound adsorbent and recovery method for metallic compound using the same

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