JP2014504878A - Recombinant E. coli and its application in the production of 5-aminolevulinic acid - Google Patents

Recombinant E. coli and its application in the production of 5-aminolevulinic acid Download PDF

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Abstract

本発明は組み換え大腸菌に関する。前記組み換え大腸菌の名称は組み替え大腸菌DALAであり、以下のような方法によって製造される。hemAMとhemL遺伝子を含む共発現ベクターp-hemAM-hemLを構築し、またrhtA遺伝子を含む発現ベクターp-rhtAを構築する。構築した組み替えプラスミドp-hemAM-hemLとp-rhtAを共に大腸菌の中に変換して、hemAM、hemLとrhtA遺伝子を同時過剰発現する組み換え大腸菌DALAを獲得する。また、本発明は5-アミノレブリン酸の生産における前記組み換え大腸菌の応用にも関する。発酵の結果から分かるように、本発明の組み換え大腸菌のALAの生産高は4.13g/Lに達し、ALA/ブドウ糖の変換率は0.168g ALA/gブドウ糖であって、非常に良い工業開発と応用の将来性があることを示した。The present invention relates to recombinant E. coli. The name of the recombinant E. coli is recombinant E. coli DALA, which is produced by the following method. A co-expression vector p-hemA M -hemL containing hemA M and hemL gene is constructed, and an expression vector p-rhtA containing rhtA gene is constructed. The constructed recombinant plasmids p-hemA M -hemL and p-rhtA are both converted into E. coli to obtain recombinant E. coli DALA that simultaneously overexpresses heMA M , hemL and rhtA genes. The present invention also relates to the application of said recombinant E. coli in the production of 5-aminolevulinic acid. As can be seen from the results of the fermentation, the production of ALA in the recombinant Escherichia coli of the present invention reached 4.13 g / L, and the conversion rate of ALA / glucose was 0.168 g ALA / g glucose. Showed that there is a future.

Description

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

[技術分野]
本発明は遺伝子工学と微生物発酵の分野、具体的には組み換え大腸菌及びその構築方法ならびに5-アミノレブリン酸(ALA)の生産における当該組み換え細菌株の応用に関する。
[Technical field]
The present invention relates to the fields of genetic engineering and microbial fermentation, specifically to recombinant E. coli and methods for its construction and the application of the recombinant bacterial strain in the production of 5-aminolevulinic acid (ALA).

[背景技術]
5-アミノレブリン酸(ALA)は、分子式がC5O3NH9で、分子量が131.13で、融解点が118 ℃であり、農業において重要な役割を果たしている。研究が表明しているように、ALAは生物分解性を持つ無公害の天然物質である。5-アミノレブリン酸は新規農薬であって、環境の中で分解されやすくて、無残留で、哺乳動物に対して毒性を示さないので、無公害のエコ農薬として注目されている。ALAは農業分野においても広く使われている。主にエコ除草剤、植物成長調整剤、殺虫剤などに応用されている。農業のほかに、医学の分野において、ALAは安全性・選択性・浸透性に優れた光力学薬物として人気がある。ALAはすでに皮膚癌、膀胱癌、消化管癌、肺癌などの診断と光力学治療(PDT)に応用されている。
[Background technology]
5-aminolevulinic acid (ALA) is a molecular formula C 5 O 3 NH 9, a molecular weight of 131.13, a melting point of 118 ° C., and plays an important role in agriculture. As research has shown, ALA is a biodegradable, non-polluting natural substance. 5-Aminolevulinic acid is a novel pesticide, is easily decomposed in the environment, is non-residue, and does not show toxicity to mammals. ALA is also widely used in agriculture. Mainly applied to eco-herbicides, plant growth regulators, insecticides, etc. In addition to agriculture, ALA is popular as a photodynamic drug with excellent safety, selectivity and permeability in the medical field. ALA has already been applied to the diagnosis and photodynamic therapy (PDT) of skin cancer, bladder cancer, gastrointestinal cancer, lung cancer, etc.

現在では、ALAの生産方法は主に化学合成である。前世紀の50年代に、δ-ALAの化学合成の方法に関する報道はすでに出現し、20世紀90年代に入って、化学合成に関する研究は最も活躍し、主に馬尿酸(ベンゾイルグリシン)と琥珀酸を原料とする合成工程の研究、フルフラールなどの複素環式化合物を原料とする合成工程の研究、及びレブリン酸(levulinic acid, acetylpropionic acid)或いはその誘導体を原料とする合成工程の研究などに集中している。化学合成は、反応のプロセスが複雑で、副生成物が多く、分離純化が難しく、ALAのイールドレイトが低いから、生産コストが高い。そのほか、化学合成では有毒試薬が使用されるから環境に悪い。そのため、社会と科学技術の発展にしたがって、安値で再生可能な資源を基質に、微生物の発酵を利用してALAを生産することがこれからの傾向であると思われる。現在では、ブドウ糖の市場価格が4500元/トンで、ALAの価格が80000000元/トンである。ALA-HClでも、その価格が極めて高くて4,000,0000元/トンに達する。そのため、ブドウ糖のような安価の基質を原料に、発酵の方法でALAを生産するのは、コストの面では優位を占めている。   At present, the production method of ALA is mainly chemical synthesis. In the 50s of the last century, reports on the chemical synthesis method of δ-ALA already appeared, and in the 90s of the 20th century, research on chemical synthesis was most active, mainly hippuric acid (benzoylglycine) and oxalic acid Concentrating on research on synthetic processes using as raw materials, research on synthetic processes using heterocyclic compounds such as furfural, and research on synthetic processes using levulinic acid, acetylpropionic acid or its derivatives as raw materials. ing. Chemical synthesis has a high production cost because the reaction process is complicated, there are many by-products, separation and purification are difficult, and ALA yield rate is low. In addition, chemical synthesis uses a toxic reagent, which is bad for the environment. Therefore, according to the development of society and science and technology, it seems that the future trend is to produce ALA using fermentation of microorganisms with low price and renewable resources as substrate. At present, the market price of glucose is 4500 yuan / ton and the price of ALA is 80 million yuan / ton. Even with ALA-HCl, the price is extremely high, reaching 4,000,000 yuan / ton. Therefore, producing ALA by a fermentation method using an inexpensive substrate such as glucose as a raw material has an advantage in terms of cost.

海外の研究者は、突然変異誘発育種の方法で、光合成細菌ロドバクター・スフェロイデス(Rhodobacter sphaeroides)の変異を誘発して、高生産のALA菌株を選別する。発酵の工程を通して、ALAの産生量が7.2 g/Lに達した。しかし、光合成細菌を発酵する際に光線の照射を採用するので、コストが増え、大規模の工業発酵生産として不適当である。大腸菌(E. coli)は生産工業産物の宿主として、遺伝背景がはっきりし、操作しやすくて、生長が早くて、培養が簡単である上、無機塩培養基に培養可能で、多種の炭素源を利用することもできるため、ますます重視されている。遺伝子工事技術の成熟に従って、人々は、遺伝子組み換え技術を採用して、R. sphaeroidesの中のALAの合成酵素遺伝子(hemA)を野生型の大腸菌に発現させた。MarietとZeikus は大腸菌(Escherichia coli)の組み替え菌株を得、ALAの発酵産生量は3.79 g/Lに達した。L. Xie et al. らはR. sphaeroidesのALA合成酵素遺伝子を含む組み換え大腸菌を発酵・最適化させ、ALAの産生量を5.2 g/Lに達させた。上述したALAの生産方法はC4-ルートを利用することであり、即ちALA合成酵素を発現することによって琥珀酸とグリココル(glycocoll)を生物変換させ、ALAを生産することである。   Researchers abroad will induce mutations in the photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroides using a method of mutagenesis breeding to select high-producing ALA strains. Throughout the fermentation process, the production of ALA reached 7.2 g / L. However, since light irradiation is employed when fermenting photosynthetic bacteria, the cost increases and it is unsuitable for large-scale industrial fermentation production. E. coli is a host of production industrial products, has a clear genetic background, is easy to operate, grows fast, is easy to cultivate, and can be cultivated in an inorganic salt medium. Since it can be used, it is increasingly emphasized. As genetic engineering technology matured, people adopted genetic engineering technology to express the ALA synthase gene (hemA) in R. sphaeroides in wild-type E. coli. Mariet and Zeikus obtained a recombinant strain of Escherichia coli, and the fermentation production of ALA reached 3.79 g / L. L. Xie et al. Et al. Fermented and optimized recombinant E. coli containing the ALA synthase gene of R. sphaeroides to achieve ALA production of 5.2 g / L. The ALA production method described above is to use the C4-route, that is, to produce ALA by biotransforming succinic acid and glycocoll by expressing ALA synthase.

今のところ、琥珀酸は主に化学合成法で調製されるため、琥珀酸とグリココルを基質に生物変換の方法でALAを生産するコストが高い。そして、高濃度のグリココル(>1.7g/L)は菌体の成長を抑制するため、生物変換のプロセスは比較的複雑である。同時に、生物変換における培養基が高価なLB培養基であることも、ALA工業化のボトルネックとなる。発酵コストの低減及び発酵工程の簡略化は、ALAの大規模的な工業化のキーポイントとなる。生物法によるALAの生産コストを低減するとともに、発酵工程を簡略化してはじめて、微生物を利用するALAの工業化生産で現在の化学合成の方法を代えることができる。   At present, since oxalic acid is mainly prepared by chemical synthesis, the cost of producing ALA by bioconversion using oxalic acid and glycocor as substrates is high. And since a high concentration of glycocor (> 1.7 g / L) suppresses the growth of bacterial cells, the process of bioconversion is relatively complicated. At the same time, the fact that the culture medium in bioconversion is an expensive LB culture medium is also a bottleneck for ALA industrialization. Reduction of fermentation cost and simplification of fermentation process are the key points for large-scale industrialization of ALA. Only when the production cost of ALA by the biological method is reduced and the fermentation process is simplified, the current chemical synthesis method can be replaced by the industrial production of ALA using microorganisms.

[発明の内容]
現在のALA生産における欠陥に対して、本発明が解決しようとする問題は、組み換え大腸菌及びその構築方法ならびに5-アミノレブリン酸(ALA)の生産における当該組み換え菌株の応用である。
[Content of the Invention]
The problem to be solved by the present invention against the current defects in ALA production is the recombinant E. coli and its construction method and the application of the recombinant strain in the production of 5-aminolevulinic acid (ALA).

本発明の技術方案はALAのC5ルートに基づき、大腸菌において、大腸菌或いはサルモネラ菌からのhemAの遺伝子突然変異体及び大腸菌での大腸菌、アリゾナ(Arizona)サルモネラ菌或いはチフス菌からのhemL遺伝子を過剰発現し、ブドウ糖を唯一の炭素源として改良の無機塩培養基で5-アミノレブリン酸(ALA)を発酵生産する。   The technical solution of the present invention is based on the CLA route of ALA. Fermentative production of 5-aminolevulinic acid (ALA) using glucose as the sole carbon source and an improved inorganic salt culture medium.

本発明の組み替え大腸菌は、名称が組み替え大腸菌DALAであって、以下のような方法で製造されることを特徴とする。hemAMとhemL遺伝子を含む共発現ベクターp-hemAM-hemLを構築し、またrhtAを含む発現ベクターp-rhtAを構築する。そして、構築した組み替えプラスミド(plasmid)p-hemAM-hemLとp-rhtAを共に大腸菌の中に変換して、hemAM、hemLとrhtA遺伝子を同時過剰発現する組み換え大腸菌DALAを獲得する。 The recombinant Escherichia coli of the present invention is a recombinant Escherichia coli DALA, which is produced by the following method. A co-expression vector p-hemAM-hemL containing hemA M and hemL genes is constructed, and an expression vector p-rhtA containing rhtA is constructed. Then, the constructed recombinant plasmids (plasmid) p-hemA M -hemL and p-rhtA are both converted into E. coli to obtain recombinant E. coli DALA that simultaneously overexpresses heMA M , hemL and rhtA genes.

そのなか、前記hemAMは大腸菌或いはサルモネラ菌からのhemA遺伝子の突然変異体で、前記hemL遺伝子は大腸菌或いはサルモネラ菌からで、前記rhtA遺伝子は大腸菌からである。 Among them, heMA M is a mutant of the hemA gene from Escherichia coli or Salmonella, the hemL gene is from Escherichia coli or Salmonella, and the rhtA gene is from Escherichia coli.

前記hemAMはアリゾナサルモネラ菌からのhemA遺伝子の突然変異体で、前記hemL遺伝子はサルモネラ菌からであることがさらに望ましい。 More preferably, the hemA M is a mutant of the hemA gene from Arizona salmonella, and the hemL gene is from Salmonella.

上述したhemAM、hemL或いはrhtA遺伝子を発現するベクターはpBluescript SK-、pUC19、pUC18、pCL1920或いはpTrc99Aである。その中のプラスミドのpBluescript SK-とpCL1920はDSMZ(ドイツ微生物保存センター、Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen)からで、プラスミドのpUC19、pUC18及びpTrc99Aはfamentas 会社からである。 The vector expressing the above-mentioned heM M , hemL or rhtA gene is pBluescript SK , pUC19, pUC18, pCL1920 or pTrc99A. PBluescript SK plasmid in it - and pCL1920 than from the DSMZ (German Culture Center of Microorganisms, Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen) , pUC19 plasmid, pUC18 and pTrc99A is from famentas company.

その中、前記hemAMとhemL遺伝子を発現するベクターはpUC19を選ぶのが望ましくて、前記rhtA遺伝子を発現するベクターはpCL1920を選ぶのが望ましい。上述した原株の大腸菌として、大腸菌MG1655、大腸菌DH5α、大腸菌JM109大腸菌W3110或いは大腸菌XL1-Blueを選ぶ。その中のMG1655、JM109とW3110はATCC(アメリカ典型菌種保存センター)からで、大腸菌DH5αと大腸菌Xl1-blueはDSMZ(ドイツ微生物保存センター)からである。そのうち、前記大腸菌は大腸菌DH5αを選ぶのが望ましい。 Among them, it is preferable to select pUC19 as the vector expressing the heM M and hemL genes, and it is preferable to select pCL1920 as the vector expressing the rhtA gene. As the above-mentioned original Escherichia coli, Escherichia coli MG1655, Escherichia coli DH5α, Escherichia coli JM109 Escherichia coli W3110 or Escherichia coli XL1-Blue are selected. Among them, MG1655, JM109 and W3110 are from ATCC (American Typical Species Conservation Center), and E. coli DH5α and E. coli Xl1-blue are from DSMZ (German Microorganism Conservation Center). Among them, it is preferable to select E. coli DH5α as the E. coli.

上述した組み替え大腸菌DALAは、DH5α/pUC-hemAM-hemL+ pCL1920-rhtAを選ぶのが望ましい。 As the above-described recombinant Escherichia coli DALA, DH5α / pUC-hemA M -hemL + pCL1920-rhtA is preferably selected.

本発明に説明する組み換え大腸菌の構築プロセス:
1.hemAMとhemL遺伝子の共発現ベクターの構築:
基本の方法としては、大腸菌或いはサルモネラ菌からのhemA遺伝子の突然変異体hemAMを、大腸菌からのhemL遺伝子を含むプラスミドベクターpBluescript SK-、pUC19、pUC18、pCL1920或いはpTrc99Aに挿入し、または、大腸菌からのhemL遺伝子を大腸菌或いはサルモネラ菌からのhemA遺伝子突然変異体を含むhemAMのプラスミドベクターpBluescript SK-、pUC19、pUC18、pCL1920又はpTrc99Aに挿入することによって、hemAMとhemL遺伝子の共発現ベクターp-hemAM-hemLを獲得する。
Process for constructing recombinant E. coli described in the present invention:
1. Construction of hemA M and hemL gene co-expression vector:
The basic method, the mutant hemA M of hemA gene from E. coli or Salmonella, a plasmid vector pBluescript SK containing hemL gene from E. coli - and inserted into pUC19, pUC18, pCL1920 or pTrc99A, or, from E. coli hemL gene plasmid vector pBluescript SK of hemA M including hemA gene mutants from E. coli or Salmonella -, pUC19, pUC18, pCL1920 or by inserting into pTrc99A, co-expression vector of hemA M and hemL gene p-hemA M -Acquire hemL.

2.rhtA 遺伝子発現ベクターの構築
基本の方法としては、大腸菌遺伝子グループをフォームに、rhtA遺伝子のクローンをする。クローンして得られたrhtAをプラスミドのpBluescript SK-、pUC19、pUC18、pCL1920或いはpTrc99Aに挿入して、rhtAの発現ベクターp-rhtAを獲得する。
2. Construction of rhtA gene expression vector The basic method is to clone the rhtA gene using the E. coli gene group as a form. The rhtA obtained by cloning the plasmid pBluescript SK -, was inserted into pUC19, pUC18, pCL1920 or pTrc99A, obtaining an expression vector p-rhtA the rhtA.

3.ALA発酵組み替え菌株の構築
基本の方法としては、構築した組み替えプラスミドのp-hemAM-hemLとp-rhtAを共にMG1655、JM109、DH5α、W3110、BL21或いはXL1-blueの中に変換して、hemAM、hemLとrhtAが過剰発現する組み替え大腸菌DALAを獲得する。
3. Construction of ALA-fermented recombinant strain As a basic method, the constructed recombinant plasmids p-hemA M -hemL and p-rhtA are both converted into MG1655, JM109, DH5α, W3110, BL21 or XL1-blue, and heA Recombinant E. coli DALA overexpressing M , hemL and rhtA is obtained.

上述したhemAM、hemLとrhtAが過剰発現する組み替え大腸菌DALAは組み替え大腸菌DALA DH5α/pUC-hemAM-hemL+ pCL1920-rhtAを構築するのが望ましい。 It is desirable to construct recombinant Escherichia coli DALA in which heA M , hemL and rhtA are overexpressed as described above, constructing recombinant Escherichia coli DALA DH5α / pUC-hemA M -hemL + pCL1920-rhtA.

本発明の組み換え大腸菌が5-アミノレブリン酸の生産における応用は、前記組み替え大腸菌が改良の無機塩培養基でブドウ糖を発酵することによって5-アミノレブリン酸を生産し、前記改良の無機塩培養基の調剤は次の通りであることを特徴とする。ブドウ糖5-50 g/L、(NH4)2SO4 10-30 g/L、KH2PO4 1-8 g/L、Na2HPO4・12H2O 10-30 g/L、MgSO4・7H2O 0.1-1.5g/L、MnSO4・7H2O 0.001-0.1 g/L、酵母粉末 0.5-3 g/L、イソプロピル-β-D-チオガラクトシド(IPTG、isopropyl-β-D-thiogalactoside)0.05-1mM;前記発酵培養基に50-100 μg/mL濃度のアンピシリン(Ampicillin)と30-50 μg/mL濃度のスペクチノマイシン(spectinomycin)を添加する。 The recombinant Escherichia coli of the present invention is applied in the production of 5-aminolevulinic acid. The recombinant Escherichia coli produces 5-aminolevulinic acid by fermenting glucose with an improved inorganic salt culture medium, and the preparation of the improved inorganic salt culture medium is as follows. It is characterized by the following. Glucose 5-50 g / L, (NH4) 2 SO 4 10-30 g / L, KH 2 PO 4 1-8 g / L, Na 2 HPO 4・ 12H 2 O 10-30 g / L, MgSO 47H2O 0.1-1.5g / L, MnSO 4 · 7H 2 O 0.001-0.1 g / L, yeast powder 0.5-3 g / L, isopropyl-beta-D-thiogalactoside (IPTG, isopropyl-β-D -thiogalactoside) 0.05 -1 mM; Add 50-100 μg / mL Ampicillin and 30-50 μg / mL spectinomycin to the fermentation broth.

上述した改良の無機塩培養基の調剤は次の通りであることがさらに望ましい。(NH4)2SO4 16 g/L、KH2PO43 g/L、Na2HPO4・12H2O 16 g/L、 MgSO4・7H2O 1 g/L、 MnSO4・7H2O 0.01 g/L、酵母粉末 2 g/L、イソプロピル-β-D-チオガラクトシド(IPTG)0.1mM、ブドウ糖35 g/L。 More preferably, the improved inorganic salt culture medium formulation described above is as follows. (NH 4 ) 2 SO 4 16 g / L, KH 2 PO 4 3 g / L, Na 2 HPO 4・ 12H 2 O 16 g / L, MgSO 4・ 7H2O 1 g / L, MnSO 4・ 7H 2 O 0.01 g / L, yeast powder 2 g / L, isopropyl-β-D-thiogalactoside (IPTG) 0.1 mM, glucose 35 g / L.

5-アミノレブリン酸の生産における本発明の組み換え大腸菌の応用について、具体的な方法は次の通りである:
1.振盪培養及びALA測定
振盪培養:構築した組み換え菌株の単集落を選んで、3-5mLの発酵培養基を入れていた25mLの三角瓶に入れる。アンピシリンの終末濃度を100μg/mLに、スペクチノマイシンの終末濃度を50μg/mLにする。温度を37℃に、速度を225転/分にして,12時間培養する。
For the application of the recombinant E. coli of the present invention in the production of 5-aminolevulinic acid, a specific method is as follows:
1. Shaking culture and ALA measurement Shaking culture: Select a single colony of the constructed recombinant strain and place it in a 25 mL Erlenmeyer bottle containing 3-5 mL fermentation medium. The final concentration of ampicillin is 100 μg / mL and the final concentration of spectinomycin is 50 μg / mL. Incubate for 12 hours at a temperature of 37 ° C and a speed of 225 revolutions / minute.

宵越しに培養した菌液を0.5-3%(v/v)の接種量で50mLの発酵培養基を入れていた300mLの三角瓶に入れる。アンピシリンの濃度を100μg/mLに、スペクチノマイシンの濃度を50μg/mLにする。温度を37℃に、速度を200-280転/分に設定して、8-56時間発酵する。発酵する間に2-6hごとにサンプリングし、色度分析によってALAの濃度を測定する。   Place the fungus cultivated over the screen in a 300 mL Erlenmeyer bottle containing 50 mL of fermentation broth at an inoculum of 0.5-3% (v / v). The concentration of ampicillin is 100 μg / mL and the concentration of spectinomycin is 50 μg / mL. Ferment for 8-56 hours, setting the temperature to 37 ° C and the speed to 200-280 revolutions / minute. Sampling every 2-6 h during fermentation and measuring the concentration of ALA by chromaticity analysis.

ALAの測定方法:サンプルを2mLまで希釈して、1mLのアセテート(acetate)と0.5mLのアセチルアセトン(acetylacetone)を入れる。それから、15分間に煮る。そして、室温まで冷却させる。2mLの反応液を新しい管に入れて、2mLの改良のEhrlich’s試薬を加入する。20分間の反応の後、分光の光度計554nmで測定する。   Method for measuring ALA: Dilute the sample to 2 mL and add 1 mL of acetate and 0.5 mL of acetylacetone. Then simmer for 15 minutes. And let it cool to room temperature. Place 2 mL of reaction in a new tube and add 2 mL of modified Ehrlich's reagent. After a 20 minute reaction, the spectrophotometer is measured at 554 nm.

2.発酵缶培養とALA測定
種液の調製:構築した組み換え菌株の単集落を選んで、3-5mLの発酵培養基が入れている25mLの三角瓶に入れる。アンピシリンの濃度は100μg/mLにし、スペクチノマイシンの濃度は50μg/mLにする。温度を37-39℃に、速度を200-250転/分に設定し、8−16時間培養する。
2. Fermentation can culture and ALA measurement Seed preparation: Select a single colony of the constructed recombinant strain and place it in a 25 mL Erlenmeyer bottle containing 3-5 mL of fermentation broth. The concentration of ampicillin is 100 μg / mL and the concentration of spectinomycin is 50 μg / mL. Incubate for 8-16 hours with temperature set at 37-39 ° C and speed set at 200-250 revolutions / minute.

宵越しに培養した菌液を0.5-3%(v/v)の接種量で50mLの発酵培養基を入れている300mLの三角瓶に入れる。アンピシリンの濃度を100μg/mLに、スペクチノマイシンの濃度を50μg/mLにする。温度を37℃に、速度を200-250転/分に設定し、6-10時間に発酵し、種液を獲得する。   Place the fungus cultivated over the pot in a 300 mL Erlenmeyer bottle containing 50 mL of fermentation broth at an inoculum of 0.5-3% (v / v). The concentration of ampicillin is 100 μg / mL and the concentration of spectinomycin is 50 μg / mL. Set the temperature to 37 ° C, the speed to 200-250 revolutions / minute, ferment in 6-10 hours and obtain the seed solution.

発酵缶での培養:調製した種液を2%の接種量で3Lの発酵培養基を入れていた5Lの発酵缶に入れて培養する。発酵温度は35℃-38℃、pHは6.0-7.0、溶存酸素を50%以上にコントロールする。発酵時間は36-60時間である。2-6時間ごとにサンプリングし、色度分析によってALAの濃度を測定する。   Cultivation in fermentor: The seed solution prepared is placed in a 5L fermentor with 3L fermentation medium at 2% inoculum. Fermentation temperature is 35 ℃ -38 ℃, pH is 6.0-7.0, and dissolved oxygen is controlled to 50% or more. Fermentation time is 36-60 hours. Sample every 2-6 hours and measure the concentration of ALA by chromaticity analysis.

ALAの測定方法は同上。   Same as above for measuring ALA.

5-アミノレブリン酸の生産における上述した組み替え大腸菌の応用では、発酵温度は37℃、pHは6.2を選ぶのが望ましい。溶存酸素を50%以上にコントロールする。発酵時間は60時間である。   In the above-described application of recombinant E. coli in the production of 5-aminolevulinic acid, it is desirable to select a fermentation temperature of 37 ° C. and a pH of 6.2. Control dissolved oxygen to 50% or more. The fermentation time is 60 hours.

本発明が提供した組み換え大腸菌及び5-アミノレブリン酸 (ALA)の生産方法は、非常に重要な工業の応用価値を持っている。   The method for producing recombinant E. coli and 5-aminolevulinic acid (ALA) provided by the present invention has very important industrial application value.

実験の比較を通じて本発明の組み替え菌株DALAのALAの産生量が一番高いことが発見された。   Through comparison of experiments, it was found that the production of ALA in the recombinant strain DALA of the present invention was the highest.

そのなか、振盪培養において、実験に使われた組み換え菌株であるDEX、DEL、DA、DALと DXALのALA産生量はそれぞれ0.016 g/L、0.024 g/L、0.176 g/L、2.05 g/L 及び1.32 g/Lである。それに対して、本発明の組み換え菌株DALA のALAの産生量は2.86 g/Lであり、すべての実験菌において最高で、菌株DEXのALAの産生量の179倍である。発酵缶培養において、実験の組み換え大腸菌DALA のALAの産生量は4.13g/Lに達し、ブドウ糖の変換率は0.168g ALA/gブドウ糖である。非常に良い工業開発と応用の将来性があることを示した。   Among them, the ALA production of recombinant strains DEX, DEL, DA, DAL and DXAL used in the experiments in shaking culture were 0.016 g / L, 0.024 g / L, 0.176 g / L and 2.05 g / L, respectively. And 1.32 g / L. In contrast, the ALA production of the recombinant strain DALA of the present invention is 2.86 g / L, the highest in all experimental strains, and 179 times the production of ALA of the strain DEX. In the fermentation can culture, the production of ALA in the experimental recombinant Escherichia coli DALA reaches 4.13 g / L, and the conversion rate of glucose is 0.168 g ALA / g glucose. It shows very good industrial development and application potential.

[図面の簡単な説明]
図1.組み換え大腸菌によってブドウ糖を発酵してALAを生産するルート。
[Brief description of drawings]
Figure 1. A route to ferment glucose by recombinant E. coli to produce ALA.

図2.プラスミド発現ベクター図録の構築。   Figure 2. Construction of plasmid expression vector catalog.

図3.各組み換え菌株ALAの産生量の比較。   Figure 3. Comparison of production of each recombinant strain ALA.

図4.発酵缶培養の組み換え菌株でALAを生産する。   Figure 4. ALA is produced from recombinant strains in fermentation can culture.

[発明を実施するための形態]
一般的な説明:実施例に関係する酵素はすべてTaKaRa会社から購入する。プラスミドを抽出する試薬箱は天根会社から購入する。アガロース・ゲル(agarose gel)回収DNAフラグメントの試薬箱は申能博彩会社から購入する。操作は完全に相応の説明書に従う。プラスミドの構築における遺伝子の配列の測定は華大遺伝子会社によって完成する。ALAの標準サンプル及びその他の試薬はすべてSigma会社から購入する。DH5αコンピテント細胞は全式金生物技術有限会社から購入する。
[Mode for Carrying Out the Invention]
General description: All enzymes involved in the examples are purchased from the TaKaRa company. Reagent boxes for extracting plasmids are purchased from the Tenne Company. Reagent boxes for recovered agarose gel DNA fragments are purchased from Henno Shinsai Company. Operation is in full accordance with the corresponding instructions. Measurement of the gene sequence in the construction of the plasmid is completed by the Hua University Gene Company. All ALA standard samples and other reagents are purchased from Sigma. DH5α competent cells are purchased from Zenki Gold Biotechnology Co., Ltd.

LB液体培養基(1L): 酵母粉末 5,ペプトン(peptone) 10,NaCl 10, pH 7.0。   LB liquid culture medium (1 L): yeast powder 5, peptone 10, NaCl 10, pH 7.0.

LB-アンピシリン耐性固定培養基(1L):酵母粉末 5,ペプトン 10,NaCl 10,アンピシリン 100μg/mL。   LB-ampicillin resistant fixed culture medium (1 L): yeast powder 5, peptone 10, NaCl 10, ampicillin 100 μg / mL.

ALA の測定方法:サンプルを2mLまでに希釈して、1mLのアセテート緩衝液と0.5mLのアセチルアセトンを入れて、15分間煮る。室温まで冷却させてから、2mLの反応液を新しい管に入れて、2mLの改良のEhrlich’s試薬を加入する。20分間反応して、分光の光度計554nmで測定する。   ALA measurement method: Dilute the sample to 2 mL, add 1 mL acetate buffer and 0.5 mL acetylacetone, and boil for 15 minutes. Allow to cool to room temperature, then place 2 mL of reaction in a new tube and add 2 mL of modified Ehrlich's reagent. React for 20 minutes and measure with spectrophotometer 554nm.

前記アセテート緩衝液の配分(1L):57mL氷酢酸、82g無水酢酸ナトリウム。   Distribution of the acetate buffer (1 L): 57 mL glacial acetic acid, 82 g anhydrous sodium acetate.

前記改良のEhrlich’s試薬:50mLのメスシリンダーに30mLの氷酢酸、1gのp‐ジメチルアミノベンズアルデヒド及び8mLの 70%過塩素酸を入れてから、50mLに定容する。   The modified Ehrlich's reagent: Place 30 mL of glacial acetic acid, 1 g of p-dimethylaminobenzaldehyde and 8 mL of 70% perchloric acid in a 50 mL graduated cylinder, then make up to a volume of 50 mL.

実施例1、gltX遺伝子発現ベクターの構築
NCBIが発表した大腸菌遺伝子の配列に基づいて、プライマーのgltX-F:5′-TCCCTGCAGAAAGGAGGATATACATATGAAAATCAAAACTCGCTTCGCGC-3′ と gltX-R:5′-GGCGTCGACTTACTGCTGATTTTCGCGTTCAGCAATAAAATCC-3′を利用して、大腸菌遺伝子グループ又は直接的に菌落PCRを採用して、gltXの遺伝子をクローンする。エンドヌクレアーゼのPstIとSalIをそれぞれ利用して、クローンしたgltXフラグメントを消化処理する。同時に、エンドヌクレアーゼのPstIとSalIをそれぞれ利用して、プラスミドベクターpUC19をも消化処理する。アガロース・ゲル試薬箱を利用して消化処理したgltXフラグメントとpUC19プラスミドベクターを回収し、T4リガーゼで結合させる。結合体系は10μLである:
gltX フラグメント:6μL
pUC19ベクター:2μL
10×Buffer:1μL
T4リガーゼ:1μL
16℃の温度で12時間結合してから、10μLの結合液を大腸菌DH5αコンピテント細胞に変換する。変換過程:10μLの結合液を100μLのDH5αコンピテント細胞に加入して、均一にかき混ぜる。30分間に氷浴し、42℃の温度で90秒間に熱衝撃してから、2分間に氷浴し、900μLのLB培養基を加入する。温度を37℃に、速度を100転/分にして、1時間孵化する。アンピシリン耐性プレートを塗装し、16時間培養し、変換子を選別し、プラスミドを抽出して検証する。それから、配列の測定でgltX遺伝子の正確さをさらに検証して、組み換えプラスミドpUC-gltXを獲得する。
Example 1, construction of gltX gene expression vector
Based on the sequence of the E. coli gene published by NCBI, using the primers gltX-F: 5'-TCCCTGCAGAAAGGAGGATATACATATGAAAATCAAAACTCGCTTCGCGC-3 'and gltX-R: 5'-GGCGTCGACTTACTGCTGATTTTCGCGTTCAGCAATAAAATCC-3' Use PCR to clone the gltX gene. The cloned gltX fragment is digested using the endonucleases PstI and SalI, respectively. At the same time, the plasmid vector pUC19 is also digested using the endonucleases PstI and SalI, respectively. The digested gltX fragment and the pUC19 plasmid vector are recovered using an agarose gel reagent box and ligated with T4 ligase. The binding system is 10 μL:
gltX fragment: 6μL
pUC19 vector: 2 μL
10 x Buffer: 1 μL
T4 ligase: 1μL
After binding for 12 hours at a temperature of 16 ° C., 10 μL of the binding solution is converted into E. coli DH5α competent cells. Conversion process: Add 10 μL of the binding solution to 100 μL of DH5α competent cells and stir uniformly. Ice bath for 30 minutes, heat shock for 90 seconds at a temperature of 42 ° C., then ice bath for 2 minutes and add 900 μL of LB medium. Incubate for 1 hour at a temperature of 37 ° C and a speed of 100 turns / minute. Paint an ampicillin resistant plate, incubate for 16 hours, select the transducer, extract the plasmid and verify. Then, the accuracy of the gltX gene is further verified by measuring the sequence to obtain the recombinant plasmid pUC-gltX.

実施例2、hemL 遺伝子発現ベクターの構築
NCBIが発表した大腸菌遺伝子の配列に基づいて、プライマーのhemL-F:5′-ACAGGATCCAAAGGAGGATATACATATGAGTAAGTCTGAAAATCTTTACAGCG-3′ とhemL-R:5′-AATGAGCTCTCACAACTTCGCAAACACCCGACGTGCAGCA-3′を利用して、大腸菌遺伝子グループ又は直接的に菌落PCRを採用して、hemL遺伝子をクローンする。エンドヌクレアーゼのBamIとSacIをそれぞれ利用して、クローンしたhemLフラグメントを消化処理する。同時に、エンドヌクレアーゼのPstIとSalIをそれぞれ利用して、プラスミドベクターpUC19をも消化処理する。アガロース・ゲル試薬箱を利用して消化処理したhemLフラグメントとpUC19プラスミドベクターを回収してから、T4リガーゼで結合させる。結合体系は10μLである:
hemL フラグメント:6μL
pUC19ベクター:2μL
10×Buffer:1μL
T4リガーゼ:1μL
16℃の温度で12時間結合してから、10μLの結合液を大腸菌DH5αコンピテント細胞に変換する。変換過程:10μLの結合液を100μLのDH5αコンピテント細胞に加入して、均一にかき混ぜる。30分間氷浴し、42℃の温度で90秒間熱衝撃してから、2分間に氷浴して、900μLのLB培養基を加入する。温度を37℃に、速度を100転/分にして、1時間孵化する。アンピシリン耐性プレートを塗装し、16時間培養し、変換子を選別し、プラスミドを抽出して検証する。それから、配列の測定でhemL遺伝子の正確さをさらに検証して、組み換えプラスミドpUC-hemLを獲得する。
Example 2, construction of hemL gene expression vector
Based on the sequence of the E. coli gene published by NCBI, using the primers hemL-F: 5'-ACAGGATCCAAAGGAGGATATACATATGAGTAAGTCTGAAAATCTTTACAGCG-3 'and hemL-R: 5'-AATGAGCTCTCACAACTTCGCAAACACCCGACGTGCAGCA-3' Use PCR to clone the hemL gene. The cloned hemL fragment is digested using the endonucleases BamI and SacI, respectively. At the same time, the plasmid vector pUC19 is also digested using the endonucleases PstI and SalI, respectively. The digested hemL fragment and the pUC19 plasmid vector are collected using an agarose gel reagent box and then combined with T4 ligase. The binding system is 10 μL:
hemL fragment: 6μL
pUC19 vector: 2 μL
10 x Buffer: 1 μL
T4 ligase: 1μL
After binding for 12 hours at a temperature of 16 ° C., 10 μL of the binding solution is converted into E. coli DH5α competent cells. Conversion process: Add 10 μL of the binding solution to 100 μL of DH5α competent cells and stir uniformly. Ice bath for 30 minutes, heat shock for 90 seconds at a temperature of 42 ° C., then bath in ice for 2 minutes and add 900 μL of LB medium. Incubate for 1 hour at a temperature of 37 ° C and a speed of 100 turns / minute. Paint an ampicillin resistant plate, incubate for 16 hours, select the transducer, extract the plasmid and verify. Then, the accuracy of the hemL gene is further verified by measuring the sequence to obtain the recombinant plasmid pUC-hemL.

実施例3、hemA遺伝子の突然変異及び発現ベクターの構築
NCBIが発表したサルモネラ菌の配列に基づいて、プライマーのhemAM-F:5′-CCCGTCGACAAAGGAGGATATACATATGACCAAGAAGCTTTTAGCACTCGGTATCAAC -3′ と hemAM-R:5′-AAATCTAGACTACTCCAGCCCGAGGCTGTCGCGCAGA-3′を利用して、大腸菌遺伝子グループ又は直接的に菌落PCRを採用して、hemAMをクローンする。エンドヌクレアーゼのSalIとXbaIをそれぞれ利用して、クローンしたhemLフラグメントを消化処理する。同時に、エンドヌクレアーゼのPstIとSalIをそれぞれ利用して、プラスミドベクターpUC19をも消化処理する。アガロース・ゲル試薬箱を利用して消化処理したhemAMフラグメントとpUC19プラスミドベクターを回収してから、T4リガーゼで結合させる。結合体系は10μLである:
hemAM フラグメント:6μL
pUC19ベクター:2μL
10×Buffer:1μL
T4リガーゼ:1μL
16℃の温度で12時間結合してから、10μLの結合液を大腸菌DH5αコンピテント細胞に変換する。変換過程:10μLの結合液を100μLのDH5αコンピテント細胞に加入して、均一にかき混ぜる。30分間氷浴し、42℃の温度で90秒間熱衝撃し、2分間氷浴して、900μLのLB培養基を加入する。温度を37℃に、速度を100転/分にして、1時間孵化する。アンピシリン耐性プレートを塗装し、16時間培養し、変換子を選別し、プラスミドを抽出して検証する。それから、配列の測定でhemAM遺伝子の正確さをさらに検証して、組み換えプラスミドpUC-hemAMを獲得する。
Example 3, mutation of hemA gene and construction of expression vector
Based on the sequence of Salmonella published by NCBI, using the primers heMA M -F: 5′-CCCGTCGACAAAGGAGGATATACATATGACCAAGAAGCTTTTAGCACTCGGTATCAAC -3 ′ and hemA M -R: 5′-AAATCTAGACTACTCCAGCCCGAGGCTGTCGCGCAGA-3 ′ directly Clone heA M using bacterial PCR. The cloned hemL fragment is digested using the endonucleases SalI and XbaI, respectively. At the same time, the plasmid vector pUC19 is also digested using the endonucleases PstI and SalI, respectively. The digested heA M fragment and the pUC19 plasmid vector are recovered using an agarose gel reagent box and then combined with T4 ligase. The binding system is 10 μL:
hemA M fragment: 6μL
pUC19 vector: 2 μL
10 x Buffer: 1 μL
T4 ligase: 1μL
After binding for 12 hours at a temperature of 16 ° C., 10 μL of the binding solution is converted into E. coli DH5α competent cells. Conversion process: Add 10 μL of the binding solution to 100 μL of DH5α competent cells and stir uniformly. Bath in ice for 30 minutes, heat shock for 90 seconds at a temperature of 42 ° C., bath in ice for 2 minutes, and add 900 μL of LB medium. Incubate for 1 hour at a temperature of 37 ° C and a speed of 100 turns / minute. Paint an ampicillin resistant plate, incubate for 16 hours, select the transducer, extract the plasmid and verify. Then, to further validate the accuracy of the hemA M gene measuring sequence to obtain the recombinant plasmid pUC-hemA M.

実施例4、hemAMとhemL遺伝子共発現ベクターの構築
エンドヌクレアーゼのBamIとSacIによって、プラスミドのpUC-hemLを消化処理して、フラグメントのBamI-hemL-SacIを獲得する。それから、エンドヌクレアーゼのBamIとSacIによって、プラスミドのpUC-hemAMを消化処理する。T4リガーゼでフラグメントのBamI-hemL-SacIをpUC-hemAMに結合させる。結合体系は10μLである:
hemAM フラグメント:6μL
pUC-hemAMベクター:2μL
10×Buffer:1μL
T4リガーゼ:1μL
16℃の温度で12h結合してから、10μLの結合液を大腸菌DH5αコンピテント細胞に変換する。変換過程:10μLの結合液を100μLのDH5αコンピテント細胞に加入して、均一にかき混ぜる。30分間氷浴し、42℃の温度で90秒間熱衝撃し、2分間氷浴して、900μLのLB培養基を加入する。温度を37℃に、速度を100転/分にして、1時間孵化する。アンピシリン耐性プレートを塗装し、16時間培養して、変換子を選別し、プラスミドを抽出して検証する。それから、配列の測定でhemAMとhemL遺伝子の正確さをさらに検証して、組み換えプラスミドpUC-hemAM-hemLを獲得する。
Example 4, Construction of heM M and hemL Gene Co-expression Vector The plasmid pUC-hemL is digested with the endonucleases BamI and SacI to obtain the fragment BamI-hemL-SacI. Then, by BamI and SacI endonuclease, to digest handle pUC-hemA M plasmids. The BamI-hemL-SacI fragment with T4 ligase to bind to the pUC-hemA M. The binding system is 10 μL:
hemA M fragment: 6μL
pUC-hemA M vector: 2μL
10 x Buffer: 1 μL
T4 ligase: 1μL
After binding for 12 h at a temperature of 16 ° C., 10 μL of the binding solution is converted into E. coli DH5α competent cells. Conversion process: Add 10 μL of the binding solution to 100 μL of DH5α competent cells and stir uniformly. Bath in ice for 30 minutes, heat shock for 90 seconds at a temperature of 42 ° C., bath in ice for 2 minutes, and add 900 μL of LB medium. Incubate for 1 hour at a temperature of 37 ° C and a speed of 100 turns / minute. Paint ampicillin resistant plates, incubate for 16 hours, select transformants, extract plasmids and verify. Then, the accuracy of heMA M and hemL genes is further verified by measuring the sequence to obtain a recombinant plasmid pUC-hemA M -hemL.

実施例6、gltX、hemAMとhemL遺伝子共発現ベクターの構築
エンドヌクレアーゼのPstIとSalIによって、プラスミドのpUC-gltXを消化処理して、フラグメントのPstI-gltX-SalIを獲得する。それから、エンドヌクレアーゼのPstIとSalIによって、プラスミドのpUC-hemAM-hemLを消化処理する。T4リガーゼでフラグメントのPstI-gltX-SalIをpUC-hemAM-hemLに結合させる。結合体系は10μLである:
gltX フラグメント:6μL
pUC-hemAM-hemLベクター:2μL
10×Buffer:1μL
T4リガーゼ:1μL
16℃の温度で12時間結合してから、10μLの結合液を大腸菌DH5αコンピテント細胞に変換する。変換過程:10μLの結合液を100μLのDH5αコンピテント細胞に加入して、均一にかき混ぜる。30分間氷浴し、42℃の温度で90秒間熱衝撃し、2分間氷浴し、900μLのLB培養基を加入する。温度を37℃に、速度を100転/分にして、1時間孵化する。アンピシリン耐性プレートを塗装し、16時間培養し、変換子を選別し、プラスミドを抽出して検証する。このようにして、組み換えプラスミドpUC-gltX-hemAM-hemLを獲得する。
Example 6, Construction of gltX, heM M and hemL gene co-expression vector The plasmid pUC-gltX is digested with the endonucleases PstI and SalI to obtain the fragment PstI-gltX-SalI. The plasmid pUC-hemA M -hemL is then digested with the endonucleases PstI and SalI. The fragment PstI-gltX-SalI is ligated to pUC-hemA M -hemL with T4 ligase. The binding system is 10 μL:
gltX fragment: 6μL
pUC-hemA M -hemL vector: 2μL
10 x Buffer: 1 μL
T4 ligase: 1μL
After binding for 12 hours at a temperature of 16 ° C., 10 μL of the binding solution is converted into E. coli DH5α competent cells. Conversion process: Add 10 μL of the binding solution to 100 μL of DH5α competent cells and stir uniformly. Ice bath for 30 minutes, heat shock for 90 seconds at a temperature of 42 ° C., ice bath for 2 minutes, and add 900 μL of LB medium. Incubate for 1 hour at a temperature of 37 ° C and a speed of 100 turns / minute. Paint an ampicillin resistant plate, incubate for 16 hours, select the transducer, extract the plasmid and verify. In this way, the recombinant plasmid pUC-gltX-hemA M -hemL is obtained.

実施例7、rhtA発現ベクターの構築
NCBIが発表した大腸菌の配列に基づいて、プライマーのrhtA-F:5′-CCGAAGCTTTTAATAAGGAGGATATACATATGCCTGGTTCATTACGTAAAATGCCGG-3′ と rhtA-R:5′- GCCCTGCAGTTAATTAATGTCTAATTCTTTTATTTTGCTCTC-3′を利用して、大腸菌遺伝子グループ又は直接的に菌落PCRを採用して、rhtAをクローンする。エンドヌクレアーゼのHindIIIとPstIをそれぞれ利用して、クローンしたrhtAフラグメントを消化処理する。同時に、エンドヌクレアーゼのHindIIIとPstIをそれぞれ利用して、プラスミドベクターのpCL1920をも消化処理する。アガロース・ゲル試薬箱を利用して消化処理したrhtAフラグメントとpCL1920プラスミドベクターを回収してから、T4リガーゼで結合させる。結合体系は10μLである:
rhtA フラグメント:6μL
pCL1920ベクター:2μL
10×Buffer:1μL
T4リガーゼ:1μL
16℃の温度で12時間結合してから、10μLの結合液を大腸菌DH5αコンピテント細胞に変換する。変換過程:10μLの結合液を100μLのDH5αコンピテント細胞に加入して、均一にかき混ぜる。30分間氷浴し、42℃の温度で90秒間熱衝撃し、2分間氷浴し、900μLのLB培養基を加入する。温度を37℃に、速度を100転/分にして、1時間孵化する。アンピシリン耐性プレート(30 μg/mL)を塗装し、16時間培養し、変換子を選別し、プラスミドを抽出して検証する。それから、配列の測定でrhta遺伝子の正確さをさらに検証して、過剰発現するrhtAの組み換えプラスミドpCL1920-rhtAを獲得する。
Example 7, construction of rhtA expression vector
Based on the E. coli sequence published by NCBI, using the primers rhtA-F: 5'-CCGAAGCTTTTAATAAGGAGGATATACATATGCCTGGTTCATTACGTAAAATGCCGG-3 'and rhtA-R: 5'-GCCCTGCAGTTAATTAATGTCTAATTCTTTTATTTTGCTCTC-3' To clone rhtA. The cloned rhtA fragment is digested using the endonucleases HindIII and PstI, respectively. At the same time, the plasmid vector pCL1920 is also digested using the endonucleases HindIII and PstI, respectively. The rhtA fragment digested using the agarose gel reagent box and the pCL1920 plasmid vector are recovered and then combined with T4 ligase. The binding system is 10 μL:
rhtA fragment: 6 μL
pCL1920 vector: 2 μL
10 x Buffer: 1 μL
T4 ligase: 1μL
After binding for 12 hours at a temperature of 16 ° C., 10 μL of the binding solution is converted into E. coli DH5α competent cells. Conversion process: Add 10 μL of the binding solution to 100 μL of DH5α competent cells and stir uniformly. Ice bath for 30 minutes, heat shock for 90 seconds at a temperature of 42 ° C., ice bath for 2 minutes, and add 900 μL of LB medium. Incubate for 1 hour at a temperature of 37 ° C and a speed of 100 turns / minute. Apply ampicillin resistant plate (30 μg / mL), incubate for 16 hours, select transducer, extract plasmid and verify. Then, the accuracy of the rhta gene is further verified by measuring the sequence to obtain the overexpressed rhtA recombinant plasmid pCL1920-rhtA.

実施例8、組み換え菌株の構築及びALA産生量の比較
組み替え菌株の構築:上で構築したプラスミドpUC-gltX、pUC-hemL、pUC-hemAM、pUC-hemAM-hemL及びpUC-gltX-hemAM-hemLをそれぞれ大腸菌DH5αコンピテント細胞に変換して、組み替え菌株のDH5α/pUC-gltX (DEXと命名)、DH5α/pUC-hemL (DELと命名)、DH5α/pUC-hemAM (DAと命名)、DH5α/pUC-hemAM-hemL (DALと命名)及びDH5α/pUC-gltX-hemAM-hemL (DXALと命名)を獲得する。組み替えプラスミドpUC-hemAM-hemLと組み替えプラスミドpCL1920-rhtAを共に大腸菌DH5αコンピテント細胞に変換して、組み替え菌株DH5α/pUC-hemAM-hemL+pCL1920-rhtA (DALAと命名)を獲得する。
Example 8, Construction of recombinant strain and comparison of ALA production amount Construction of recombinant strain: Plasmids pUC-gltX, pUC-hemL, pUC-hemA M , pUC-hemA M -hemL and pUC-gltX-hemA M constructed above -hemL is transformed into E. coli DH5α competent cells, and recombinant strains DH5α / pUC-gltX (named DEX), DH5α / pUC-hemL (named DEL), DH5α / pUC-hemA M (named DA) DH5α / pUC-hemA M -hemL (named DAL) and DH5α / pUC-gltX-hemA M -hemL (named DXAL). The recombinant plasmid pUC-hemA M -hemL and the recombinant plasmid pCL1920-rhtA are both converted into E. coli DH5α competent cells to obtain a recombinant strain DH5α / pUC-hemA M -hemL + pCL1920-rhtA (named DALA).

各組み換え菌株の発酵の比較:構築した組み換え菌株のDEX、DEL、DA、DAL、DXAL及び DALAの単集落を選んで、20mLの発酵培養基を入れている250mLの三角瓶に入れる。温度を37℃に、速度を225転/分にして、12時間培養する。培養液を体積比1%の接種量で50mLの発酵培養基を入れている300mLの三角瓶に入れる。温度を37℃に、速度を225転/分にして、4時間サンプリングする。発酵の時間は36時間である。そのうち、DEX、DEL、DA、DAL、DXALの発酵培養基グループの配分:(NH4)2SO4 16 g/L、KH2PO43 g/L、Na2HPO4・12H2O 16 g/L、MgSO4・7H2O 1 g/L、MnSO4・7H2O 0.01 g/L、酵母粉末 2 g/L,100μg/mLアンピシリン、IPTG 0.1mM、ブドウ糖35 g/L。その中で、アンピシリンの添加はプラスミドの安定を保つためである。それに対して、組み換え菌株DALAの発酵培養基グループの配分: (NH4)2SO416 g/L、KH2PO4 3 g/L、Na2HPO4・12H2O 16 g/L、MgSO4・7H2O 1 g/L、MnSO4・7H2O 0.01 g/L、酵母粉末 2 g/L、100μg/mLアンピシリン、50μg/mLスペクチノマイシン、IPTG 0.1mM、ブドウ糖35 g/L。その中、アンピシリンとスペクチノマイシンの添加はプラスミドの安定を保つためである。 Comparison of fermentation of each recombinant strain: Select a single colony of DEX, DEL, DA, DAL, DXAL and DALA of the constructed recombinant strain and place it in a 250 mL Erlenmeyer bottle containing 20 mL of fermentation medium. Incubate for 12 hours at a temperature of 37 ° C and a speed of 225 revolutions / minute. Place the culture in a 300 mL Erlenmeyer bottle containing 50 mL of fermentation broth at an inoculum of 1% by volume. Sample for 4 hours at a temperature of 37 ° C and a speed of 225 revolutions / minute. The fermentation time is 36 hours. Among them, DEX, DEL, DA, DAL, DXAL fermentation culture group allocation: (NH4) 2 SO 4 16 g / L, KH 2 PO 4 3 g / L, Na 2 HPO 4 · 12H 2 O 16 g / L , MgSO 4 · 7H2O 1 g / L, MnSO 4 · 7H 2 O 0.01 g / L, yeast powder 2 g / L, 100μg / mL ampicillin, IPTG 0.1 mM, glucose 35 g / L. Among them, the addition of ampicillin is for keeping the plasmid stable. In contrast, the allocation of fermentation culture group of recombinant strain DALA: (NH4) 2 SO 4 16 g / L, KH 2 PO 4 3 g / L, Na 2 HPO 4 · 12H 2 O 16 g / L, MgSO 4 · 7H2O 1 g / L, MnSO 4 · 7H 2 O 0.01 g / L, yeast powder 2 g / L, 100μg / mL ampicillin, 50 [mu] g / mL spectinomycin, IPTG 0.1 mM, glucose 35 g / L. Among them, the addition of ampicillin and spectinomycin is for keeping the plasmid stable.

ALAを測定する具体的な方法:サンプルを2mLまで希釈して、1mLのアセテート(acetate)と0.5mLのアセチルアセトン(acetylacetone)を入れる。それから、15分間煮る。室温まで冷却してから、2mLの反応液を新しい管に入れて、2mLの改良のEhrlich’s試薬を加入する。20分間反応して、分光の光度計554nmで測定する。   Specific method for measuring ALA: Dilute the sample to 2 mL and add 1 mL of acetate and 0.5 mL of acetylacetone. Then simmer for 15 minutes. After cooling to room temperature, place 2 mL of reaction in a new tube and add 2 mL of modified Ehrlich's reagent. React for 20 minutes and measure with spectrophotometer 554nm.

各組み換え菌株ALAの産生量の統計は図3の通りである。そのうち、組み換え菌株DEX、DEL、DA、DALと DXALのALA産生量はそれぞれ0.016 g/L、0.024 g/L、0.176 g/L、2.05 g/L と1.32 g/Lである。それに対して、組み替え菌株 DALA のALAの産生量は2.86 g/Lに達し、最高であり、菌株DEXのALAの産生量の179倍である。   The statistics of the production amount of each recombinant strain ALA are as shown in FIG. Among them, ALA production amounts of recombinant strains DEX, DEL, DA, DAL and DXAL are 0.016 g / L, 0.024 g / L, 0.176 g / L, 2.05 g / L and 1.32 g / L, respectively. In contrast, the ALA production of recombinant strain DALA reached 2.86 g / L, the highest, 179 times the ALA production of strain DEX.

実施例9、組み替え菌株E. coli DALAによる組別のALAの発酵生産
種液の調製:構築した組み換え大腸菌の単集落を選んで、4mLの発酵培養基を入れている25mLの三角瓶に入れる。温度を37℃に、速度を225転/分にして、12時間培養する。培養の菌液を1%(v/v)の接種量で50mLの発酵培養基を入れている300mLの三角瓶に入れる。温度を37℃に、速度を225転/分にして、8時間培養する。それで、種液が出来上がる。
Example 9, Fermentative Production of Recombinant ALA by Recombinant Strain E. coli DALA Preparation of Seed Solution: A single colony of the constructed recombinant E. coli is selected and placed in a 25 mL Erlenmeyer bottle containing 4 mL of fermentation broth. Incubate for 12 hours at a temperature of 37 ° C and a speed of 225 revolutions / minute. Place the culture broth in a 300 mL Erlenmeyer bottle containing 50 mL of fermentation broth at an inoculum of 1% (v / v). Incubate for 8 hours at a temperature of 37 ° C and a speed of 225 revolutions / minute. So seed solution is completed.

発酵缶培養:調製した種液を2%(v/v)の接種量で3Lの発酵培養基をいれている5Lの発酵缶に入れて培養する。発酵の温度は37℃で、pHは6.2で、溶存酸素は50%以上にコントロールする。発酵の時間は56hである。4hごとにサンプリングする。それから、色度分析によってALAの濃度を測定する。   Fermentation can culture: The prepared seed solution is inoculated at a 2% (v / v) inoculation amount into a 5L fermentation can containing 3L fermentation culture medium and cultured. Fermentation temperature is 37 ° C, pH is 6.2, and dissolved oxygen is controlled to 50% or more. The fermentation time is 56h. Sample every 4 hours. Then, the concentration of ALA is measured by chromaticity analysis.

ALAの測定方法は色度分析である。詳しいことについては、実施例の一般的な説明を参照する。   ALA is measured by chromaticity analysis. For details, refer to the general description of the examples.

上述した組み換え菌株DALAの発酵培養基グループの配分: (NH4)2SO4 16 g/L、KH2PO43 g/L、Na2HPO4・12H2O 16 g/L、MgSO4・7H2O 1 g/L、MnSO4・7H2O 0.01 g/L、酵母粉末 2 g/L、100μg/mLアンピシリン、50μg/mLスペクチノマイシン、IPTG 0.1mM、ブドウ糖35 g/L。 Allocation of fermentation culture group of recombinant strain DALA mentioned above: (NH4) 2 SO 4 16 g / L, KH 2 PO 4 3 g / L, Na 2 HPO 4 · 12H 2 O 16 g / L, MgSO 4 · 7H2O 1 g / L, MnSO 4 · 7H 2 O 0.01 g / L, yeast powder 2 g / L, 100 μg / mL ampicillin, 50 μg / mL spectinomycin, IPTG 0.1 mM, glucose 35 g / L.

発酵の結果は図4に示した通りである。組み換え大腸菌DALAのALAの産生量は4.13 g/Lに達し、ブドウ糖の変換率は0.168g ALA/g ブドウ糖に達する。   The result of fermentation is as shown in FIG. ALA production of recombinant E. coli DALA reaches 4.13 g / L, and glucose conversion reaches 0.168 g ALA / g glucose.

組み換え大腸菌によってブドウ糖を発酵してALAを生産するルートを示す図である。It is a figure which shows the route which ferments glucose by recombinant Escherichia coli and produces ALA. プラスミド発現ベクター図録の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a plasmid expression vector catalog. 各組み換え菌株ALAの産生量を比較した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having compared the production amount of each recombinant strain ALA. 発酵缶培養の組み換え菌株でALAを生産することを示す図である。It is a figure which shows producing ALA with the recombinant strain of fermentation can culture | cultivation.

Claims (10)

名称は組み替え大腸菌DALAであって、以下のような方法で製造されることを特徴とする組み替え大腸菌。
hemAMとhemL遺伝子を含む共発現ベクターp-hemAM-hemLを構築し、またrhtAを含む発現ベクターp-rhtAを構築する。そして、構築した組み替えプラスミド(plasmid)p-hemAM-hemLとp-rhtAを共に大腸菌の中に変換して、hemAM、hemLとrhtA遺伝子を同時過剰発現する組み換え大腸菌DALAを獲得する。
The name is recombinant E. coli DALA, which is produced by the following method.
A co-expression vector p-hemA M -hemL containing hemA M and hemL genes is constructed, and an expression vector p-rhtA containing rhtA is constructed. Then, the constructed recombinant plasmids (plasmid) p-hemA M -hemL and p-rhtA are both converted into E. coli to obtain recombinant E. coli DALA that simultaneously overexpresses heMA M , hemL and rhtA genes.
前記hemAMは大腸菌或いはサルモネラ菌からのhemA遺伝子の突然変異体で、前記hemL遺伝子は大腸菌或いはサルモネラ菌からで、前記rthA遺伝子は大腸菌からであることを特徴とする請求項1に記載の組み換え大腸菌。 The recombinant Escherichia coli according to claim 1, wherein the hemA M is a mutant of the heMA gene from Escherichia coli or Salmonella, the hemL gene is from Escherichia coli or Salmonella, and the rthA gene is from Escherichia coli. 前記hemAMはアリゾナサルモネラ菌からのhemA遺伝子の突然変異体で、前記hemL遺伝子はサルモネラ菌からであることを特徴とする請求項2に記載の組み換え大腸菌。 The recombinant Escherichia coli according to claim 2, wherein the hemA M is a mutant of the hemA gene from Arizona salmonella and the hemL gene is from Salmonella. 前記hemAM、hemL或いはrhtA遺伝子を発現するベクターはpBluescript SK-、pUC19、pUC18、pCL1920或いはpTrc99Aであることを特徴とする請求項1に記載の組み換え大腸菌。 The hemA M, vectors expressing hemL or rhtA gene pBluescript SK -, pUC19, pUC18, pCL1920 or recombinant E. coli according to claim 1, characterized in that the pTrc99A. 前記hemAMとhemL遺伝子を発現するベクターはpUC19を選び、前記rhtA遺伝子を発現するベクターはpCL1920を選ぶことを特徴とする請求項4に記載の組み換え大腸菌。 Said vector expressing hemA M and hemL gene select pUC19, recombinant E. coli of Claim 4 vector expressing said rhtA gene, characterized in that pick pCL1920. 前記大腸菌は大腸菌MG1655、大腸菌DH5α、大腸菌JM109、大腸菌W3110或いは大腸菌XL1-Blueを選ぶことを特徴とする請求項1に記載の組み換え大腸菌。   The recombinant E. coli according to claim 1, wherein E. coli is selected from E. coli MG1655, E. coli DH5α, E. coli JM109, E. coli W3110 or E. coli XL1-Blue. 前記大腸菌は大腸菌DH5αを選ぶことを特徴とする請求項6に記載の組み換え大腸菌。   The recombinant Escherichia coli according to claim 6, wherein Escherichia coli is selected from Escherichia coli DH5α. 前記大腸菌DALAはDH5α/pUC-hemAM-hemL+ pCL1920-rhtAであることを特徴とする請求項1に記載の組み換え大腸菌。 The recombinant Escherichia coli according to claim 1, wherein the Escherichia coli DALA is DH5α / pUC-hemA M -hemL + pCL1920-rhtA. 前記組み換え大腸菌は改良の無機塩培養基の中で、ブドウ糖を発酵することによって5-アミノレブリン酸を生産し、前記改良の無機塩培養基の調剤は次の通りであることを特徴とする5-アミノレブリン酸の生産における前記組み換え大腸菌の応用。
ブドウ糖5-50 g/L、(NH4)2SO4 10-30 g/L、KH2PO4 1-8 g/L、Na2HPO4・12H2O 10-30 g/L、MgSO4・7H2O 0.1-1.5g/L、MnSO4・7H2O 0.001-0.1 g/L、酵母粉末 0.5-3 g/L、イソプロピル-β-D-チオガラクトシド(IPTG、isopropyl-β-D-thiogalactoside)0.05-1mM;前記発酵培養基に濃度が50-100 μg/mLであるアンピシリン(Ampicillin)と濃度が30-50 μg/mLであるスペクチノマイシン(spectinomycin)を添加する。
The recombinant Escherichia coli produces 5-aminolevulinic acid by fermenting glucose in an improved inorganic salt culture medium, and the preparation of the improved inorganic salt culture medium is as follows: Application of said recombinant E. coli in the production of
Glucose 5-50 g / L, (NH4) 2 SO 4 10-30 g / L, KH 2 PO 4 1-8 g / L, Na 2 HPO 4・ 12H 2 O 10-30 g / L, MgSO 47H2O 0.1-1.5g / L, MnSO 4 · 7H 2 O 0.001-0.1 g / L, yeast powder 0.5-3 g / L, isopropyl-beta-D-thiogalactoside (IPTG, isopropyl-β-D -thiogalactoside) 0.05 -1 mM: Ampicillin having a concentration of 50-100 μg / mL and spectinomycin having a concentration of 30-50 μg / mL are added to the fermentation culture medium.
前記組み換え大腸菌が改良の無機塩培養基の中でブドウ糖を発酵する条件は次の通りであることを特徴とする5-アミノレブリン酸の生産における前記組み換え大腸菌の応用。
菌種の接種量は体積パーセントが2%〜5%で、発酵温度が35℃-38℃で、pHが6.0-7.0で、溶存酸素を50%以上にコントロールし、発酵時間は36-60時間である。
The application of the recombinant E. coli in the production of 5-aminolevulinic acid, characterized in that the conditions under which the recombinant E. coli ferments glucose in an improved inorganic salt culture medium are as follows.
The inoculum of the bacterial species is 2% to 5% by volume, fermentation temperature is 35 ℃ -38 ℃, pH is 6.0-7.0, dissolved oxygen is controlled to 50% or more, fermentation time is 36-60 hours It is.
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