JP2015192668A - Betaxanthin production method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a betaxanthin production method by which betaxanthin can be supplied steadily and which can be industrialized.SOLUTION: A betaxanthin production method comprises a step of converting a raw material into betaxanthin (conversion step) in an aqueous medium under the presence of microorganisms having enzyme activity which hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine, and DOPA 4,5-dioxygenase activity, or a processed product thereof.

Description

本発明は、ベタレイン色素の一群であるベタキサンチンの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing betaxanthin, which is a group of betalain pigments.

ベタレイン色素とは、天然では、ナデシコ目の植物およびある種の高等菌類にのみ含まれ、その化学構造中に窒素を含有することを特徴とする水溶性の色素である。ベタレイン色素は、構造上の特徴からベタキサンチンとベタシアニン類に分類されている。ベタキサンチンは黄色に発色し、ベタシアニン類は赤紫に発色するため従来から天然着色料として利用されている。 A betalain pigment is a water-soluble pigment characterized by containing nitrogen in its chemical structure, which is naturally contained only in plants of the order Dianthera and certain higher fungi. Betalaine pigments are classified into betaxanthines and betacyanins based on their structural characteristics. Betaxanthin is colored yellow and betacyanins are reddish purple, so that they are conventionally used as natural colorants.

近年、ベタレイン色素が強力な抗酸化作用を有することが見出され、抗酸化剤としての活用も検討されている。さらに、ベタレイン色素が太陽エネルギーを効率よく吸収する性質を有することも見出され、色素増感型太陽電池の増感色素等への利用も期待されている。このベタレイン色素の製造方法としては、植物から抽出し、精製する方法が一般的であるが、ベタレイン色素を含む植物は、マツバギク、ビート、サボテンなどのナデシコ目(ツルナ科、ヒユ科、スベリヒユ科、ツルムラサキ科、サボテン科、アカザ科、オシロイバナ科など)に限られている。そのため、高価であり、また、安定して供給することも難しい。   In recent years, it has been found that betalaine dyes have a strong antioxidant effect, and their use as an antioxidant is also being studied. Furthermore, it has been found that betalaine dyes have the property of efficiently absorbing solar energy, and their use in sensitizing dyes for dye-sensitized solar cells is also expected. As a method for producing this betalein pigment, a method of extracting and purifying from a plant is generally used, but plants containing betalain pigments are deciduous species such as pine bug, beet, cactus, etc. It is limited to the cirrus family, cactiaceae, red crustaceae, and white-spotted family). Therefore, it is expensive and difficult to supply stably.

近年、新たなベタレイン色素の製造方法として、各種キノコが含まれる担子菌類等の菌類由来のチロシナーゼ遺伝子およびオシロイバナ由来のL−3,4−ジヒドロキシフェニルアラニン(DOPA) 4,5−ジオキシゲナーゼ遺伝子を、植物プロモーターの制御
下で導入した形質転換植物細胞を用いたベタキサンチンの製造方法が報告されている(特許文献1)。
In recent years, as a new method for producing betalain pigments, tyrosinase genes derived from fungi such as basidiomycetes containing various mushrooms and L-3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA) 4,5-dioxygenase genes derived from Osileubana, A method for producing betaxanthin using transformed plant cells introduced under the control of a promoter has been reported (Patent Document 1).

また、チロシナーゼをコードする遺伝子としては、植物や微生物由来のものが数多く知られており(非特許文献1)、DOPA 4,5−ジオキシゲナーゼをコードする遺伝子
としては、オシロイバナやテンサイ由来のものが知られている(非特許文献2、3)。
In addition, many genes derived from plants and microorganisms are known as tyrosinase-encoding genes (Non-patent Document 1), and genes encoding DOPA 4,5-dioxygenase include those derived from Osileubana or sugar beet. It is known (Non-Patent Documents 2 and 3).

特開2012−55208号公報JP 2012-55208 A

Michael Fairhead et al, New Biotechnology, Volume 29, Issue 2, 15 January 2012, p.183-191Michael Fairhead et al, New Biotechnology, Volume 29, Issue 2, 15 January 2012, p.183-191 Sasaki N. et al, Plant Cell Physiol. 50(5):1012-1026 (2009)Sasaki N. et al, Plant Cell Physiol. 50 (5): 1012-1026 (2009) Fernando Gandia-Herrero et al, Planta(2012) 236:91-100Fernando Gandia-Herrero et al, Planta (2012) 236: 91-100

現在、一般的に用いられている植物からベタレイン色素を抽出する製造方法では、上述のとおり、ごく限られた植物から抽出する必要があること、それらの植物においても含有量が極めて少ないこと等により、安定して持続的に供給することが難しく、かつ製造コストが高いものとなっている。また、特許文献1に記載の植物細胞を用いた方法では、植物細胞の細胞増殖速度が極めて遅いため、生産効率が低く、工業化は難しいものと考えられる。   At present, in the production method for extracting betalaine pigments from commonly used plants, as described above, it is necessary to extract from a very limited plant, and the content of these plants is extremely small. It is difficult to supply stably and continuously, and the manufacturing cost is high. In addition, in the method using plant cells described in Patent Document 1, since the cell growth rate of plant cells is extremely slow, production efficiency is low, and industrialization is considered difficult.

また、チロシナーゼをコードする遺伝子(非特許文献1)や、DOPA 4,5−ジオ
キシゲナーゼをコードする遺伝子(非特許文献2、3)をそれぞれ単独で大腸菌や酵母などの微生物へ導入し、それぞれの酵素活性を個別に確認した例が知られている。しかし、これら2種類の遺伝子を同時に微生物へ導入した例は知られておらず、これら2種類の遺伝子を導入した微生物を用いてグルコースなどの基質からベタレイン色素の一群であるベタキサンチンが一貫生産されることを確認した例もこれまで知られていない。
In addition, a gene encoding tyrosinase (Non-patent Document 1) and a gene encoding DOPA 4,5-dioxygenase (Non-patent Documents 2 and 3) are introduced individually into microorganisms such as Escherichia coli and yeast. Examples in which the enzyme activity is confirmed individually are known. However, there is no known example in which these two types of genes are introduced into a microorganism at the same time, and betaxanthin, which is a group of betalaine pigments, is produced from a substrate such as glucose using a microorganism into which these two types of genes have been introduced. There are no known examples that have confirmed this.

本発明は、安定して供給することができ、かつ、工業化可能なベタキサンチンの製造方法を提供することを課題とする。   This invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the betaxanthin which can be supplied stably and can be industrialized.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ベタキサンチンの生合成に必須である、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性、およびDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有する微生物の作製に成功し、当該微生物を用い、効率よくベタキサンチンを製造できることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the enzyme activity for hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, which is essential for the biosynthesis of betaxanthin, and the DOPA4,5-dioxygenase activity The present inventors have succeeded in producing a microorganism having the same, found that it is possible to efficiently produce betaxanthin using the microorganism, and completed the present invention.

即ち、本発明の要旨は、以下の(1)〜(8)に存する。
(1)チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性、およびDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有する微生物またはその処理物の存在下、水性媒体中で原料をベタキサンチンへと変換する工程(変換工程)を有することを特徴とする、ベタキサンチンを製造する方法。
(2)前記変換工程の前に、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性、およびDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有する微生物を水性媒体中で培養する工程
(培養工程)を有することを特徴とする(1)に記載のベタキサンチンを製造する方法。(3)前記変換工程の後に、前記水性媒体からベタキサンチンを回収する工程を有することを特徴とする(1)または(2)に記載のベタキサンチンを製造する方法。
(4)前記チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素がチロシナーゼであることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれかに記載のベタキサンチンを製造する方法。
(5)前記変換工程において、前記微生物として休止菌体を用いることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のベタキサンチンを製造する方法。
(6)前記原料がチロシン、および/または糖質原料であることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載のベタキサンチンを製造する方法。
(7)前記原料に加えて、チロシン以外のアミノ酸またはアミンを添加することを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載のベタキサンチンを製造する方法。
(8)前記変換工程において、前記水性媒体が、アスコルビン酸、銅および鉄からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする、(1)〜(7)のいずれかに記載のベタキサンチン類を製造する方法。
That is, the gist of the present invention resides in the following (1) to (8).
(1) A step of converting a raw material into betaxanthin in an aqueous medium in the presence of a microorganism having hydroxylase at the 3-position of the phenol ring of tyrosine and DOPA4,5-dioxygenase activity or a treated product thereof ( A method for producing betaxanthin, comprising a conversion step).
(2) Before the conversion step, a step of culturing a microorganism having an enzyme activity for hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine and DOPA 4,5-dioxygenase activity in an aqueous medium (cultivation step) The method for producing betaxanthin according to (1), wherein: (3) The method for producing betaxanthin according to (1) or (2), further comprising a step of recovering betaxanthin from the aqueous medium after the conversion step.
(4) The method for producing betaxanthin according to any one of (1) to (3), wherein the enzyme that hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine is tyrosinase.
(5) The method for producing betaxanthin according to any one of (1) to (4), wherein a resting cell is used as the microorganism in the conversion step.
(6) The method for producing betaxanthin according to any one of (1) to (5), wherein the raw material is tyrosine and / or a saccharide raw material.
(7) The method for producing betaxanthin according to any one of (1) to (6), wherein an amino acid or amine other than tyrosine is added in addition to the raw material.
(8) In the conversion step, the aqueous medium contains at least one selected from the group consisting of ascorbic acid, copper and iron, and the betaxanthin according to any one of (1) to (7), A method of manufacturing a kind.

本発明によれば、グルコースやアミノ酸などの安価な原料から効率良くベタレイン色素の一群であるベタキサンチンを製造することができ、さらに、安定して供給することも可能となる。
また、本発明により得られたベタキサンチンは、色素増感型太陽電池の色素増感剤、抗酸化剤等の広範な各種用途に好適に用いることができる。
According to the present invention, it is possible to efficiently produce betaxanthin, which is a group of betalaine dyes, from inexpensive raw materials such as glucose and amino acids, and it is also possible to supply stably.
Moreover, the betaxanthin obtained by this invention can be used suitably for various uses, such as a dye sensitizer of a dye-sensitized solar cell, and an antioxidant.

実施例1においてE.coli(BL21)/BMTYR/MjDODを用いた場合に得られたLC/MS分析結果を示す。In Example 1, E.I. The LC / MS analysis result obtained when using E. coli (BL21) / BMTYR / MjDOD is shown. 実施例1においてE.coli(BL21)/BTTYR/MjDODを用いた場合に得られたLC/MS分析結果を示す。In Example 1, E.I. The LC / MS analysis result obtained when using E. coli (BL21) / BTTYR / MjDOD is shown. 実施例1においてE.coli(BL21)/RSTYR/MjDODを用いた場合に得られたLC/MS分析結果を示す。In Example 1, E.I. The LC / MS analysis result obtained when using E. coli (BL21) / RSTYR / MjDOD is shown. 実施例2(L−バリン)において得られたLC/MS分析結果を示す。The LC / MS analysis result obtained in Example 2 (L-valine) is shown. 実施例2(L−バリン)において反応開始後24時間までの生成量の変化を示す。In Example 2 (L-valine), the change of the production amount up to 24 hours after the start of the reaction is shown. 実施例9((S)−α−プロパルギルアラニン)において得られたLC/MS分析結果を示す。The LC / MS analysis result obtained in Example 9 ((S)-(alpha) -propargylalanine) is shown. 実施例9((S)−α−プロパルギルアラニン)において反応開始後24時間までの生成量の変化を示す。In Example 9 ((S)-(alpha) -propargylalanine), the change of the production amount to 24 hours after a reaction start is shown. 実施例19においてE.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/BMTYR+MjDODを用いた場合に得られたLC/MS分析結果を示す。In Example 19, E.I. The LC / MS analysis results obtained using E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / BMTYR + MjDOD are shown. 実施例19においてE.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/RSTYR+MjDODを用いた場合に得られたLC/MS分析結果を示す。In Example 19, E.I. The LC / MS analysis result obtained when using E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / RSTYR + MjDOD is shown. 実施例20においてYPH500/BMTYR/MjDODを用いた場合に得られたLC/MS分析結果を示す。The LC / MS analysis result obtained when YPH500 / BMTYR / MjDOD was used in Example 20 is shown. 実施例20においてYPH500/RSTYR/MjDODを用いた場合に得られたLC/MS分析結果を示す。The LC / MS analysis result obtained when YPH500 / RSTYR / MjDOD was used in Example 20 is shown. 本発明の微生物が有する代謝経路の一例を示す。An example of the metabolic pathway which the microorganisms of this invention have is shown.

本発明は、ベタレイン色素の一群であるベタキサンチンを製造する方法に関するものであり、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性、およびDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有する微生物またはその処理物の存在下、水性媒体中で原料をベタキサンチンへと変換する工程(変換工程)を有することを特徴とする。
ここで、DOPA4,5−ジオキシゲナーゼとは、3,4−ジヒドロキシ−L−フェニルアラニン:オキシゲン 4,5−オキシドレダクターゼのことである。
ここでベタキサンチンは、ベタラミン酸に、アミノ酸またはアミンがイミン結合した化合物群の総称であり、その構造は、以下の式(1)または式(2)として表される。
The present invention relates to a method for producing betaxanthin, which is a group of betalaine pigments, and a microorganism having hydroxylase at the 3-position of the phenol ring of tyrosine and DOPA4,5-dioxygenase activity, or a processed product thereof In the presence of, it has the process (conversion process) which converts a raw material into betaxanthin in an aqueous medium.
Here, DOPA 4,5-dioxygenase is 3,4-dihydroxy-L-phenylalanine: oxygen 4,5-oxidoreductase.
Here, betaxanthin is a general term for a compound group in which an amino acid or an amine is bonded to betaramic acid, and the structure thereof is represented by the following formula (1) or formula (2).

Figure 2015192668
Figure 2015192668

Figure 2015192668
Figure 2015192668

式(1)、(2)においてR、RおよびRは、水素原子、炭素数1〜40の直鎖または分岐鎖または環状の飽和もしくは不飽和炭化水素基からなる群から選択される1種である。ただし該炭化水素基の水素原子の一部または全部は、ハロゲン原子、アシル基、アミド基、アミノ基、アルコキシ基、アルデヒド基、イミダゾール基、インドール基、オキソ基、カルボキシル基、グアニジノ基、シアノ基、スルホ基、チオール基、ニトロ基、ヒドロキシル基およびフェニル基からなる群から選択される少なくとも一種で置換されていてもよく、該炭化水素基は、イミニウムの窒素を含有する形で環を形成していてもよい。さらに該イミダゾール基、該インドール基および該フェニル基の芳香環の一部または全部は、上記と同様の置換基群から選択される少なくとも一種にて置換されていてもよい。また、該炭化水素基の炭素原子の一部は、硫黄原子、酸素原子、窒素原子、リン原子から選択される少なくとも一種で置換されていてもよい。 In the formulas (1) and (2), R 1 , R 2 and R 3 are selected from the group consisting of a hydrogen atom, a linear or branched chain having 1 to 40 carbon atoms, or a cyclic saturated or unsaturated hydrocarbon group. One type. However, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbon group are halogen atoms, acyl groups, amide groups, amino groups, alkoxy groups, aldehyde groups, imidazole groups, indole groups, oxo groups, carboxyl groups, guanidino groups, cyano groups. May be substituted with at least one selected from the group consisting of a sulfo group, a thiol group, a nitro group, a hydroxyl group and a phenyl group, and the hydrocarbon group forms a ring in a form containing nitrogen of iminium. It may be. Furthermore, some or all of the aromatic rings of the imidazole group, the indole group and the phenyl group may be substituted with at least one selected from the same substituent group as described above. Further, some of the carbon atoms of the hydrocarbon group may be substituted with at least one selected from a sulfur atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, and a phosphorus atom.

例えば、Rが水素原子、Rが炭素数3の直鎖炭化水素基であり、イミニウムの窒素を含有する形で環を形成する化合物は、プロリン−ベタキサンチンである。また、Rが水素原子、Rが炭素数3の直鎖炭化水素基であり、該炭化水素基の末端の水素原子の一つがグアニジノ基で置換された化合物は、アルギニン−ベタキサンチンである。Rが水素原子、Rが炭素数1の炭化水素基であり、該炭化水素基の水素原子の一つがイミダゾール基で置換された化合物は、ヒスチジン−ベタキサンチンである。Rが水素原子、Rが炭素数4の直鎖炭化水素基であり、該炭化水素基の末端から2番目の炭素原子が硫黄原子に置換された化合物は、メチオニン−ベタキサンチンである。Rが水素原子、Rが炭素数1の炭化水素基であり、該炭化水素基の水素原子の一つがインドール基で置換された化合物は、トリプトファン−ベタキサンチンである。Rが水素原子、Rが炭素数1の炭化水素基であり、該炭化水素基の水素原子の一つがフェニル基で置換され、さらに該フェニル基のパラ位の水素原子がヒドロキシル基で置換された化合物は、チロシン−ベタキサンチンである。 For example, a compound in which R 1 is a hydrogen atom, R 2 is a straight-chain hydrocarbon group having 3 carbon atoms and forms a ring in a form containing iminium nitrogen is proline-betaxanthin. A compound in which R 1 is a hydrogen atom, R 2 is a straight-chain hydrocarbon group having 3 carbon atoms, and one of the terminal hydrogen atoms of the hydrocarbon group is substituted with a guanidino group is arginine-betaxanthin. . A compound in which R 1 is a hydrogen atom, R 2 is a hydrocarbon group having 1 carbon atom, and one of the hydrogen atoms of the hydrocarbon group is substituted with an imidazole group is histidine-betaxanthin. A compound in which R 1 is a hydrogen atom, R 2 is a straight-chain hydrocarbon group having 4 carbon atoms, and the second carbon atom from the end of the hydrocarbon group is substituted with a sulfur atom is methionine-betaxanthin. A compound in which R 1 is a hydrogen atom, R 2 is a hydrocarbon group having 1 carbon atom, and one of the hydrogen atoms of the hydrocarbon group is substituted with an indole group is tryptophan-betaxanthin. R 1 is a hydrogen atom, R 2 is a hydrocarbon group having 1 carbon atom, one of the hydrogen atoms of the hydrocarbon group is substituted with a phenyl group, and the hydrogen atom at the para position of the phenyl group is substituted with a hydroxyl group The compound obtained is tyrosine-betaxanthin.

[本発明で用いる微生物またはその処理物]
本発明で用いる微生物(以下、「本発明の微生物」と称することがある。)は、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性、およびDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有する。
[Microorganism used in the present invention or processed product thereof]
The microorganism used in the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the microorganism of the present invention”) has an enzyme activity for hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine and a DOPA4,5-dioxygenase activity.

本発明の微生物は、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性、およびDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有するものあれば特に制限はなく、本来的にこれらの酵素活性を有する微生物であってもよいし、育種によりこれらの酵素活性を付与したものであってもよい。育種によりこれらの酵素活性を付与する手段としては、変異処理や遺伝子組換え処理などが挙げられ、有機化合物の生合成経路における酵素遺伝子の発現強化や副生物生合成経路における酵素遺伝子の発現低減など、公知の方法を採用することができる。   The microorganism of the present invention is not particularly limited as long as it has an enzyme activity for hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine and a DOPA4,5-dioxygenase activity, and is essentially a microorganism having these enzyme activities. They may be those that have been imparted with these enzyme activities by breeding. Examples of means for imparting these enzyme activities by breeding include mutation treatment and gene recombination treatment. Enhancing the expression of enzyme genes in the biosynthesis pathway of organic compounds and reducing the expression of enzyme genes in the byproduct biosynthesis pathway Any known method can be employed.

本発明の製造方法は、例えば、図12に示す代謝経路を有する微生物を用いることでベタキサンチンを製造することができる。図12においてSpと表記されている化学反応は酵素が不要な自発反応である。よって、少なくともチロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性、およびDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有する微生物を用いれば、図12に示す経路でベタキサンチンを製造することができる。ここで、Spと表記されている反応は酵素反応ではないことから、必ずしも微生物の代謝において行われる必要はない。例えば、微生物により生産させたベタラミン酸を菌体外へと取り出し、適切な溶媒中で試薬のアミノ酸やアミンと混合させることでベタキサンチンを製造することが可能である。   In the production method of the present invention, for example, betaxanthin can be produced by using a microorganism having a metabolic pathway shown in FIG. The chemical reaction represented as Sp in FIG. 12 is a spontaneous reaction that does not require an enzyme. Therefore, if a microorganism having an enzyme activity that hydroxylates at least the 3-position of the phenol ring of tyrosine and a DOPA4,5-dioxygenase activity is used, betaxanthin can be produced by the route shown in FIG. Here, since the reaction described as Sp is not an enzyme reaction, it does not necessarily have to be performed in the metabolism of microorganisms. For example, it is possible to produce betaxanthin by removing betalamic acid produced by microorganisms outside the cells and mixing it with an amino acid or amine as a reagent in an appropriate solvent.

本発明における微生物は、生きている微生物に限らず、生体としては死んでいるが酵素活性を有するものも含む。
また、本発明における微生物の処理物としては、アセトン、トルエン等で処理した菌体、凍結乾燥菌体、菌体破砕物、菌体を破砕した無細胞抽出物、精製酵素(部分的に精製した酵素を含む。)等が挙げられる。また、これらの微生物の処理物を、常法により担体に固定化した固定化物も処理物に含まれる。
以下、本発明で用いる微生物について説明する。
The microorganisms in the present invention are not limited to living microorganisms, but include those that are dead as living organisms but have enzyme activity.
In addition, as a processed product of microorganisms in the present invention, cells treated with acetone, toluene, etc., freeze-dried cells, disrupted cells, cell-free extract obtained by disrupting cells, purified enzyme (partially purified) Including an enzyme). In addition, an immobilized product obtained by immobilizing a treated product of these microorganisms on a carrier by a conventional method is also included in the treated product.
Hereinafter, the microorganisms used in the present invention will be described.

(チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性)
チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性とは、チロシンが有するフェノール環の3位に水酸基を付加することができる酵素活性である。この酵素活性を有するか否かは、発現されたタンパク質が、チロシンの3位を水酸化する活性を通常のアッセイ方法で測定することにより判定が可能である。例えば、チロシンに、測定の対象とする酵素を作用させ、チロシンから変換されたL−DOPA量を直接的に測定することで、その酵素活性を確認することができる。
(Enzyme activity to hydroxylate the 3-position of the phenol ring of tyrosine)
The enzyme activity that hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine is an enzyme activity that can add a hydroxyl group to the 3-position of the phenol ring of tyrosine. Whether or not it has this enzyme activity can be determined by measuring the activity of the expressed protein to hydroxylate the 3-position of tyrosine by a conventional assay method. For example, the enzyme activity can be confirmed by allowing an enzyme to be measured to act on tyrosine and directly measuring the amount of L-DOPA converted from tyrosine.

チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素としては、例えば、チロシナーゼ、シトクロムP450、カテコールオキシダーゼ、チロシン 3‐モノオキシゲナーゼ、芳香環水酸化ジオキシゲナーゼ等が挙げられる。   Examples of the enzyme that hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine include tyrosinase, cytochrome P450, catechol oxidase, tyrosine 3-monooxygenase, and aromatic ring hydroxylated dioxygenase.

チロシナーゼとしては、エアロモナス・メディア菌(Aeromonas media)、マッシュル
ーム(Agaricus bisporus)、アゾスピリラム菌(Azospirillum sp.)、バチルス・メガ
テリウム菌(Bacillus megaterium)、バチルス・スリンジェンシス菌(Bacillus thuringiensis)、テンサイ(Beta vulgaris)、キャベツ(Brassica oleracea)、チャノキ(Camellia sinensis)、アラビカコーヒーノキ(Coffea arabica)、アサイー(Euterpe oleracea)、ヒト(Homo sapiens)、レタス(Lactuca sativa)、マリノモラス・メディテラニア菌(Marinomonas mediterranea)、ハツカネズミ(Mus musculus)、ニューロスポラ・クラッサ菌(Neurospora crassa)、タバコ(Nicotiana tabacum)、ナメコ(Pholiota nameko)、シュードモナス・プチダ F6菌(Pseudomonas putida F6)、ラルストニア・ソラナセアラム菌(Ralstonia solanacearum)、リゾビウム・エトリ菌(Rhizobium etli)、トマト(Solanum lycopersicum)、ナス(Solanum melongena)、ジャガイモ(Solanum tuberosum)、ストレプトマイセス・アンチバイオティカス(Streptomyces antibioticus)、ストレプトマイセス・カスタネオグロビスポラス菌(Streptomyces castaneoglobisporus)、ストレプトマイセス・グロセッセンス菌(Streptomyces glauescens)、ストレプトマイセス・リンコルネンシス菌(Streptomyces lincolnensis)、ストレプト
マイセス・リビダンス菌(Streptomyces lividans)、ストレプトマイセス属 REN−
21菌(Streptomyces sp.REN-21)、サーモミクロビウム・ロゼウム菌(Thermomicrobium roseum)、バニラ(Vanilla planifolia)、ベルコミクロビウム・スピノサム菌(Verrucomicrobium spinosum)、ソラマメ(Vicia faba)、ヨーロッパブドウ(Vitis vinifera)等に由来する酵素が挙げられる。中でも、バチルス・メガテリウム菌、バチルス・ス
リンジェンシス菌、ラルストニア・ソラナセアラム菌に由来するものが好ましい。
Examples of tyrosinases include Aeromonas media, mushrooms (Agaricus bisporus), Azospirillum sp., Bacillus megaterium, Bacillus thuringiensis, and sugar beet (Beta). vulgaris), cabbage (Brassica oleracea), tea tree (Camellia sinensis), arabica coffee tree (Coffea arabica), acai (Euterpe oleracea), human (Homo sapiens), lettuce (Lactuca sativa), Marinomonas mediterania fungus (Marinomonas medi) (Mus musculus), Neurospora crassa, tobacco (Nicotiana tabacum), nameko (Pholiota nameko), Pseudomonas putida F6, Ralstonia solanacearum, Rhizobium Rhizobium etli, tomato (Solanum lycopersicum), eggplant (Solanum melongena), potato (Solanum tuberosum), Streptomyces antibioticus, Streptomyces castaneoglobisporus ), Streptomyces glauescens, Streptomyces lincolnensis, Streptomyces lividans, Streptomyces REN-
21 (Streptomyces sp. REN-21), Thermomicrobium roseum, Vanilla planifolia, Verrucomicrobium spinosum, Vicia faba, European grape ( And an enzyme derived from Vitis vinifera). Among these, those derived from Bacillus megaterium, Bacillus thuringiensis, and Ralstonia solanacearum are preferred.

シトクロムP450としては、アースロバクター属菌(Arthrobacter spp.)、アスコ
キタ属菌(Ascochyta spp.)、アスペルギルス・フラバス菌(Aspergillus flavus)、アスペルギルス・ニドランス菌(Aspergillus nidulans)、アスペルギルス・ニガー菌(Aspergillus niger)、アスペルギルス・オリゼ菌(Aspergillus oryze)、バチルス・メガテリウム菌(Bacillus megaterium)、カルダリオミセス・フマゴ菌(Caldariomyces fumago)、カンジダ・アルビカンス菌(Candida albicans)、カンジダ・マルトーサ菌(Candida maltosa)、カンジダ・トロピカリス菌(Candida tropicalis)、フザリウム属菌(Fusarium spp.)、フザリウム・オキシスポラム菌(Fusarium oxysporum)、フザリウム
・スポロトリキオイデス菌(Fusarium sporotrichioides)、フザリウム・バーティシリ
オイデス菌(Fusarium verticillioides)、マイクロコッカス属菌(Micrococcus spp.)、モルティエレラ・イサベリナ菌(Mortierella isabellina)、マイコバクテリウム・チューバキュロシス菌(Mycobacterium tuberculosis)、ネクトリア・ハエマトコッカ菌(Nectria haematoccoca)、ネウロスポラ・クラッサ菌(Neurospora crassa)、ノカルデ
ィア属菌(Nocardia spp.)、ファネロケーテ・クリソスポリウム菌(Phanerochaete chrisosporium)、シュードモナス・プチダ菌(Pseudomonas putida)、ストレプトマイセス属菌(Streptomyces spp.)、リゾビウム属菌(Rhizobium spp.)、サッカロミセス・セ
レビシエ菌(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロマイセス・ポンベ菌(Saccharomyces pombe)、ストレプトミセス・エバーミチリス菌(Streptomyces avermitilis)、スト
レプトミセス・セリカラー菌(Streptomyces coelicolor)、スルホロブス・ソルファタ
リカス菌(Sulfolobus solfataricus)、ヤロウィア・リポリティカ菌(Yarrowia lipolutica)等に由来する酵素が挙げられる。中でも、アースロバクター属菌(Arthrobacter spp.)、アスコキタ属菌(Ascochyta spp.)、フザリウム属菌(Fusarium spp.)、マイクロコッカス属菌(Micrococcus spp.)、モルティエレラ・イサベリナ(Mortierella isabellina)、ノカルディア属菌(Nocardia spp.)、ストレプトマイセス属菌(Streptomyces spp.)、リゾビウム属菌(Rhizobium spp.)、ストレプトミセス・エバーミチリス(Streptomyces avermitilis)菌に由来するものが好ましい。
As cytochrome P450, Arthrobacter spp., Ascochyta spp., Aspergillus flavus, Aspergillus nidulans, Aspergillus niger (Aspergillus niger) ), Aspergillus oryze, Bacillus megaterium, Caldariomyces fumago, Candida albicans, Candida maltosa, Candida maltosa・ Candida tropicalis 、 Fusarium spp. 、 Fusarium oxysporum 、 Fusarium sporotrichioides 、 Fusarium verticillioides 、 Fusarium verticillioides Ma Micrococcus spp., Mortierella isabellina, Mycobacterium tuberculosis, Nectria haematoccoca, Neurospora crassa , Nocardia spp., Phanerochaete chrisosporium, Pseudomonas putida, Streptomyces spp., Rhizobium spp. , Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces pombe, Streptomyces avermitilis, Streptomyces coelicolor, Sulfolibus solfalus Examples include enzymes derived from fungi (Sulfolobus solfataricus), Yarrowia lipolutica, and the like. Among them, Arthrobacter spp., Ascochyta spp., Fusarium spp., Micrococcus spp., Mortierella isabellina, Those derived from Nocardia spp., Streptomyces spp., Rhizobium spp. And Streptomyces avermitilis are preferred.

カテコールオキシダーゼとしては、マッシュルーム(Agaricus bisporus)、アスペル
ギルス・オリゼ菌(Aspergillus oryze)、アスペルギルス・ニガー菌(Aspergillus niger)、ポーポー(Asimina triloba)、テンサイ(Beta vulgaris)、ウシ(Bos taurus)、チャノキ(Camellia sinensis)、ヘンリーグリ(Castanea henryi)、アラビカコーヒーノキ(Caffea arabica)、メロン(Cucumis melo)、ビワ(Eriobotrya japonica)、
ヒト(Homo sapiens)、サツマイモ(Ipomoea batatas)、フジマメ(Lablab purpureus
)、マグワ(Morus alba)、バナナ(Musa acuminata)、ニューロスポラ・クラッサ菌(Neurospora crassa)、タバコ(Nicotiana tabacum)、バジリコ(Ocimum basilicum)、ヒラタケ(Pleurotus ostreatus)、マツバボタン(Portulaca grandiflora)、アンズ(Prunus armeniaca)、ラルストニア・ソラナセアラム菌(Ralstonia solanacearum)、トマト(Solanum lycopersicum)、ナス(Solanum melongena)、ジャガイモ(Solanum tuberosum)、ストレプトミセス・グラウセッセンス菌(Streptomyces glaucescens)、ストレプトマイセス・グリセウス菌(Streptomyces griseus)、ヨーロッパブドウ(Vitis vinifera)等に由来する酵素が挙げられる。中でもアスペルギルス・オリゼ菌(Aspergillus oryze)、チャノキ(Camellia sinensis)、ラルストニア・ソラナセアラム菌(Ralstonia solanacearum)、ストレプトマイセス・グリセウス菌(Streptomyces griseus)、ヨーロッパブドウ(Vitis vinifera)等に由来するものが好ましい。
Catechol oxidases include mushrooms (Agaricus bisporus), Aspergillus oryze, Aspergillus niger, Aspergillus niger, Bepo (Beta vulgaris), cattle (Bos taurus), chanoki (Camellia) sinensis), Henry Guri (Castanea henryi), Arabica coffee (Caffea arabica), melon (Cucumis melo), loquat (Eriobotrya japonica),
Human (Homo sapiens), Sweet potato (Ipomoea batatas), Fuji bean (Lablab purpureus)
), Morus alba, banana (Musa acuminata), Neurospora crassa, tobacco (Nicotiana tabacum), basil (Ocimum basilicum), oyster mushroom (Pleurotus ostreatus), matsuba button (Portulaca grandiflora), apricot (Prunus armeniaca), Ralstonia solanacearum, tomato (Solanum lycopersicum), eggplant (Solanum melongena), potato (Solanum tuberosum), Streptomyces glaucescens, Streptomyces griucescens (Streptomyces griseus), European grape (Vitis vinifera) and the like. Among them, those derived from Aspergillus oryze, Camellia sinensis, Ralstonia solanacearum, Streptomyces griseus, European grape (Vitis vinifera) and the like are preferable.

チロシン 3‐モノオキシゲナーゼとしては、ウシ(Bos taurus)、モルモット(Cavia porcellus)、アズマニシキ(Chlamys farreri nipponensis)、キイロショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)、ゴリラ(Gorilla gorilla)、ヒト(Homo sapiens)、
アカゲザル(Macaca mulatta)、ハツカネズミ(Mus musculus)、ウサギ(Oryctolagus cuniculus)、チンパンジー(Pan troqlodytes)、マツバボタン(Portulaca grandiflora)、ヨーロッパトノサマガエル(Rana esculenta)、ドブネズミ(Rattus norvegicus)、コクヌストモドキ(Tribolium castaneum)等に由来する酵素が挙げられる。中でもキ
イロショウジョウバエ(Drosophila melanogaster)、ヒト(Homo sapiens)、ドブネズ
ミ(Rattus norvegicus)に由来するものが好ましい。
Tyrosine 3-monooxygenase includes bovine (Bos taurus), guinea pig (Cavia porcellus), Azumanishiki (Chlamys farreri nipponensis), Drosophila melanogaster, gorilla (Gorilla gorilla), human (Homo sapiens),
Rhesus macaque (Macaca mulatta), Mus musculus, rabbit (Oryctolagus cuniculus), chimpanzee (Pan troqlodytes), pine barn button (Portulaca grandiflora), European frog (Rana esculenta), red rat (Rattus norveribosto) And the like. Among them, those derived from Drosophila melanogaster, human (Homo sapiens), and rat rat (Rattus norvegicus) are preferable.

芳香環水酸化ジオキシゲナーゼとしては、アルスロバクター属菌(Arthrobacter sp.)、アシネトバクター・カルコアセチカス菌(Acinetobacter calcoaceticus)、バークホ
ルデリア・セパシア菌(Barkholderia cepacia)、バークホルデリア・テラ菌(Burkholderia terrae)、コマモナス・テストステローニ菌(Comamonas testosteroni)、クロモ
ハロバクター属菌(Chromohalobacter sp.)、メソリゾビウム・ロティ菌(Mesorhizobium loti)、シュードモナス・アエルギノサ菌(Pseudomonas aeruginosa)、シュードモナス・フルオレッセンス菌(Pseudomonas fluorescens)、シュードモナス・プチダ菌(Pseudomonas putida)、シュードモナス・レシノボランス菌(Pseudomonas resinovorans)
、ロドコッカス・オパカス菌(Rhodococcus opacus)、トリコスポロン・クタネウム菌(Trichosporon cutaneum)等に由来する酵素が挙げられる。中でも、シュードモナス・プ
チダ菌(Pseudomonas putida)、アシネトバクター・カルコアセチカス菌(Acinetobacter calcoaceticus)、メソリゾビウム・ロティ菌(Mesorhizobium loti)、バークホルデ
リア・セパシア菌(Barkholderia cepacia)に由来するものが好ましい。
As aromatic ring hydroxylated dioxygenases, Arthrobacter sp., Acinetobacter calcoaceticus, Barkholderia cepacia, Burkholderia terrae , Comamonas testosteroni, Chromohalobacter sp., Mesorhizobium loti, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens fluormon , Pseudomonas putida, Pseudomonas resinovorans
And enzymes derived from Rhodococcus opacus, Trichosporon cutaneum, and the like. Among them, those derived from Pseudomonas putida, Acinetobacter calcoaceticus, Mesorhizobium loti, and Barkholderia cepacia are preferable.

上述した中でも、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素としては、チロシナーゼが好ましい。
チロシナーゼの具体例としては、上述した通りであるが、中でも、以下の(A)、(B)、または(C)の塩基配列でコードされる酵素であることが特に好ましい。配列番号13はバチルス・メガテリウム菌に、配列番号14はラルストニア・ソラナセアラム菌に、配列番号15はバチルス・スリンジェンシス菌に由来する塩基配列である。
Among the above-mentioned enzymes, tyrosinase is preferable as the enzyme that hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine.
Specific examples of tyrosinase are as described above. Among them, an enzyme encoded by the following base sequence (A), (B), or (C) is particularly preferable. SEQ ID NO: 13 is a base sequence derived from Bacillus megaterium, SEQ ID NO: 14 is derived from Ralstonia solanacearum, and SEQ ID NO: 15 is a base sequence derived from Bacillus thuringiensis.

(A) 配列番号13、14、または15で表される塩基配列を有するDNA
(B)配列番号13、14、または15で表される塩基配列において1または数個の塩基が置換、欠失、および/または付加された塩基配列を含み、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNA
(C)配列番号 13、14、または15で表される塩基配列の相補鎖とストリンジェ
ントな条件でハイブリダイズする塩基配列を含み、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNA
(A) DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 13, 14, or 15
(B) a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 13, 14, or 15 comprising a nucleotide sequence in which one or several bases are substituted, deleted, and / or added, and the 3rd position of the phenol ring of tyrosine DNA encoding a polypeptide having an enzymatic activity to hydroxylate
(C) includes a base sequence that hybridizes with a complementary strand of the base sequence represented by SEQ ID NO: 13, 14, or 15 under stringent conditions, and has an enzyme activity that hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine DNA encoding a polypeptide

ここで「1または(もしくは)数個の塩基」とは、例えば、1個〜300個、好ましくは1個〜150個、より好ましくは1個〜60個、さらに好ましくは1個〜30個、特に好ましくは1個〜15個、の塩基である。以下、本明細書において同様である。   Here, “1 or (or) several bases” means, for example, 1 to 300, preferably 1 to 150, more preferably 1 to 60, still more preferably 1 to 30, Particularly preferred are 1 to 15 bases. The same applies hereinafter.

また、1もしくは数個の塩基が欠失、追加、挿入、および/または置換された塩基配列の作製は、突然変異剤を用いる方法や部位特異的変異法等の通常の変異操作によって得ることができる。これらは、例えばDiversify PCR Random Mutagenesis Kit(Clontech)やQuickChange Lightning Site−Directed Mutagenesis Kit(Agilent Technologies)等の市販キットで容易に行うことができる。   In addition, the production of a base sequence in which one or several bases are deleted, added, inserted, and / or substituted can be obtained by a usual mutation operation such as a method using a mutagen or a site-specific mutation method. it can. These can be easily performed with a commercially available kit such as Diversity PCR Random Mutagenesis Kit (Clontech) or QuickChange Lightening Site-Directed Mutagenesis Kit (Agilent Technologies).

また、上述のチロシナーゼをアミノ酸配列で規定すると、以下の(D)、(E)、または(F)のアミノ酸配列を有するポリペプチドが好ましく、以下の(D)、(E)、または(F)のアミノ酸配列からなるポリペプチドがより好ましい。
配列番号16はバチルス・メガテリウム菌に、配列番号17はラルストニア・ソラナセアラム菌に、配列番号18はバチルス・スリンジェンシス菌に由来するアミノ酸配列である。
When the above tyrosinase is defined by an amino acid sequence, a polypeptide having the following amino acid sequence (D), (E), or (F) is preferable, and the following (D), (E), or (F) A polypeptide consisting of the amino acid sequence is more preferred.
SEQ ID NO: 16 is an amino acid sequence derived from Bacillus megaterium, SEQ ID NO: 17 is derived from Ralstonia solanacearum, and SEQ ID NO: 18 is derived from Bacillus thuringiensis.

(D) 配列番号16、17または18で表されるアミノ酸配列
(E) 配列番号16、17、または18で表されるアミノ酸配列において1または数
個のアミノ酸が置換、欠失、および/または付加されたアミノ酸配列を含み、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性を有するポリペプチドのアミノ酸配列
(F)配列番号 16、17、または18で表されるアミノ酸配列の60%以上の同一
性を有するアミノ酸配列を有し、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性を有するポリペプチドのアミノ酸配列
(D) Amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 16, 17, or 18 (E) In the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 16, 17, or 18, one or several amino acids are substituted, deleted, and / or added. (F) 60% or more of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 16, 17, or 18 in the amino acid sequence of the polypeptide having an enzymatic activity that hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine Amino acid sequence of a polypeptide having an amino acid sequence having identity and having an enzyme activity for hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine

ここで「1または数個のアミノ酸」とは、例えば、1個〜100個、好ましくは1個〜50個、より好ましくは1個〜20個、さらに好ましくは1個〜10個、特に好ましくは1個〜5個、のアミノ酸である。以下、本明細書において同様である。   Here, “1 or several amino acids” means, for example, 1 to 100, preferably 1 to 50, more preferably 1 to 20, still more preferably 1 to 10, particularly preferably. 1 to 5 amino acids. The same applies hereinafter.

また、前記(F)に記載の通り、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性を保持する限り、配列番号16、17、または18に示されるアミノ酸配列全長と少なくとも60%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上の配列同一性を有するタンパク質であってもよい。   Further, as described in (F) above, at least 60% or more of the total amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 16, 17, or 18 as long as the enzyme activity for hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine is retained, preferably May be a protein having a sequence identity of 80% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably 95% or more.

上記に例示したように、自然界に存在する生物のゲノム情報に基づく塩基配列、またはそのホモログを用いることもできるが、各々の遺伝子は、必要に応じて宿主微生物のコドン使用頻度にあわせて塩基配列を最適化することができる。コドン最適化は、例えば、J.
Microbiol. Biotechnol. (2012), 22(3), 316-325に記載の方法や、GenScript社のOptimumGeneTMサービスを利用する方法がある。コドン最適化を行なうと、ベタキサンチンの生産性が向上するので好ましい。
As exemplified above, a base sequence based on the genome information of organisms existing in nature, or a homologue thereof, can be used, but each gene has a base sequence according to the codon usage of the host microorganism as necessary. Can be optimized. Codon optimization is described, for example, in J.
There are a method described in Microbiol. Biotechnol. (2012), 22 (3), 316-325 and a method of using Genscript's OptimumGene service. Codon optimization is preferable because productivity of betaxanthin is improved.

即ち、大腸菌を宿主微生物とする場合は、配列番号13、14または15の塩基配列に対してコドン最適化を実施して得られた以下の(G)、(H)、または(I)の塩基配列でコードされる酵素であることがより好ましい。
(G) 配列番号1、2、または3で表される塩基配列を有するDNA
(H)配列番号1、2、または3で表される塩基配列において1または数個の塩基が置換、欠失、および/または付加された塩基配列を含み、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNA
(I)配列番号1、2、または3で表される塩基配列の相補鎖とストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列を含み、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNA
That is, when Escherichia coli is used as a host microorganism, the following bases (G), (H), or (I) obtained by performing codon optimization on the base sequence of SEQ ID NO: 13, 14 or 15 More preferably, it is an enzyme encoded by a sequence.
(G) DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, 2, or 3
(H) a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, 2, or 3 comprising a nucleotide sequence in which one or several bases are substituted, deleted, and / or added, and the 3rd position of the phenol ring of tyrosine DNA encoding a polypeptide having an enzymatic activity to hydroxylate
(I) includes a base sequence that hybridizes under stringent conditions with a complementary strand of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, 2, or 3, and has an enzyme activity that hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine DNA encoding a polypeptide

また、酵母を宿主微生物とする場合は、配列番号13、14の塩基配列に対してコドン最適化を実施して得られた以下の(J)、(K)、または(L)の塩基配列でコードされる酵素であることがより好ましい。
(J)配列番号21、配列番号22で表される塩基配列を有するDNA
(K)配列番号21、配列番号22で表される塩基配列において1または数個の塩基が置換、欠失、および/または付加された塩基配列を含み、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNA
(L)配列番号21、配列番号22で表される塩基配列の相補鎖とストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列を含み、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNA。
When yeast is used as a host microorganism, the following (J), (K), or (L) base sequences obtained by performing codon optimization on the base sequences of SEQ ID NOS: 13 and 14 are used. More preferably it is an encoded enzyme.
(J) DNA having the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 21 or SEQ ID NO: 22
(K) includes a base sequence in which one or several bases are substituted, deleted, and / or added in the base sequences represented by SEQ ID NO: 21 and SEQ ID NO: 22, and the 3rd position of the phenol ring of tyrosine is water DNA encoding a polypeptide having an enzymatic activity to oxidize
(L) a polynucleic acid comprising a nucleotide sequence that hybridizes under stringent conditions with a complementary strand of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 21 or SEQ ID NO: 22 and having an enzyme activity that hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine DNA encoding a peptide.

また、上述のチロシナーゼをアミノ酸配列で規定すると、前述の(D)、(E)、(F)と同様のアミノ酸配列を含むことが好ましく、(D)、(E)、または(F)のアミノ酸配列からなることがより好ましい。前記(F)のアミノ酸配列の配列同一性の好ましい範囲についても、同様に考えることができる。
なお、配列番号13、14、15に対して大腸菌発現用にコドン最適化を行なったものが、それぞれ、配列番号1、2、3であり、配列番号13、14に対して酵母発現用にコドン最適化を行ったものが、それぞれ、配列番号21、22であるが、これらは、翻訳後のアミノ酸配列としては最適化前後で同一である。つまり、配列番号1、13、21の塩基配列により規定されるアミノ酸配列は配列番号16であり、配列番号2、14、22の塩基配列により規定されるアミノ酸配列は配列番号17であり、配列番号3、15の塩基配列により規定されるアミノ酸配列は配列番号18となる。
In addition, when the above tyrosinase is defined by an amino acid sequence, it preferably includes the same amino acid sequence as the above (D), (E), (F), and the amino acid of (D), (E), or (F) More preferably, it consists of a sequence. The preferable range of the sequence identity of the amino acid sequence (F) can be considered in the same manner.
In addition, what codon-optimized for E. coli expression with respect to SEQ ID NOS: 13, 14, and 15 are SEQ ID NOS: 1, 2, and 3, respectively, and codons for yeast expression with respect to SEQ ID NOS: 13 and 14 The optimized ones are SEQ ID NOS: 21 and 22, respectively, but these are the same before and after the optimization as translated amino acid sequences. That is, the amino acid sequence defined by the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 1, 13, and 21 is SEQ ID NO: 16, the amino acid sequence defined by the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 2, 14, and 22 is SEQ ID NO: 17, The amino acid sequence defined by the base sequences of 3 and 15 is SEQ ID NO: 18.

(DOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性)
DOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性とは、L−3,4−ジヒドロキシフェニルアラニン(DOPA)のエクストラジオール開裂を触媒する活性を有し、該L−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する反応、さらに、それに続く自発的反応を経て、該L−DOPAをベタラミン酸へと変換する酵素のことである。この酵素活性を有するか否かは、測定の対象とするタンパク質が、L−DOPAのフェノール環の4位、5位の炭素間でのエクストラジオール開裂を引き起こし、その結果としてベタラミン酸を生成することができるかどうかを通常のアッセイ方法で測定することにより判定が可能である。例えば、L−DOPAに、測定の対象とする酵素を作用させ、L−DOPAから変換されたベタラミン酸の生成量を直接的に測定することで、その酵素活性を確認することができる。
(DOPA 4,5-dioxygenase activity)
DOPA4,5-dioxygenase activity has an activity of catalyzing the extradiol cleavage of L-3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA), and converts L-DOPA into 4,5-seco-DOPA. Furthermore, it is an enzyme that converts the L-DOPA into betaramic acid through a subsequent spontaneous reaction. Whether or not it has this enzyme activity depends on whether the protein to be measured causes extradiol cleavage between the 4th and 5th carbons of the phenol ring of L-DOPA, resulting in the formation of betalamic acid. It can be determined by measuring whether it is possible by a usual assay method. For example, the enzyme activity can be confirmed by allowing the enzyme to be measured to act on L-DOPA and directly measuring the amount of betalamic acid converted from L-DOPA.

DOPA4,5−ジオキシゲナーゼとしては、ベニテングダケ(Amanita muscaria)、スギモリケイトウ(Amaranthus cruentus)、ハゲイトウ(Amaranthus tricolor)、テンサイ(Beta vulgaris)、ケイトウ(Celosia argentea)、キヌア(Chenopodium quinoa
)、リビングストンデージー(Dorotheanthus bellidiformis)、オシロイバナ(Mirabilis jalapa)、ウチワサボテン(Opuntia ficus)、センニンサボテン(Opuntia stricta
)、マツバボタン(Portulaca grandiflora)、ヨウシュヤマゴボウ(Phytolacca americana)、レッドビート(Red beet)、ホウレンソウ(Spinacia oleracea)等に由来するものが好ましい。
The DOPA4,5-dioxygenase includes Amanita muscaria, Amaranthus cruentus, Amaranthus tricolor, Beta vulgaris, Celosia argentea, and Quinopodium quinoa.
), Livingstone Daisy (Dorotheanthus bellidiformis), Oiroirobana (Mirabilis jalapa), Prickly Pear (Opuntia ficus), Sennin Cactus (Opuntia stricta)
), Pinula button (Portulaca grandiflora), pokeweed (Phytolacca americana), red beet, spinach (Spinacia oleracea) and the like are preferred.

上述した中でも、DOPA4,5−ジオキシゲナーゼとしては、以下の(M)、(N)、または(O)の塩基配列でコードされる酵素であることが好ましい。配列番号19はオシロイバナに由来する塩基配列である。
(M)配列番号19で表される塩基配列を有するDNA
(N)配列番号19で表される塩基配列において1または数個の塩基が置換、欠失、および/または付加された塩基配列を含み、かつDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNA
(O)配列番号19で表される塩基配列の相補鎖とストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列を含み、かつDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNA
Among the above, DOPA4,5-dioxygenase is preferably an enzyme encoded by the following base sequence (M), (N), or (O). SEQ ID NO: 19 is a base sequence derived from Osileubana.
(M) DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 19
(N) a polypeptide comprising a nucleotide sequence in which one or several bases are substituted, deleted, and / or added in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 19 and having DOPA4,5-dioxygenase activity DNA to do
(O) DNA comprising a base sequence that hybridizes with a complementary strand of the base sequence represented by SEQ ID NO: 19 under stringent conditions and encoding a polypeptide having DOPA4,5-dioxygenase activity

ここで「1または数個の塩基」とは、例えば、1個〜300個、好ましくは1個〜150個、より好ましくは1個〜60個、さらに好ましくは1個〜30個、特に好ましくは1個〜15個、の塩基である。以下、本明細書において同様である。   Here, “1 or several bases” means, for example, 1 to 300, preferably 1 to 150, more preferably 1 to 60, still more preferably 1 to 30, particularly preferably. 1 to 15 bases. The same applies hereinafter.

また、1もしくは数個の塩基が欠失、追加、挿入、および/または置換された塩基配列の作製は、突然変異剤を用いる方法や部位特異的変異法等の通常の変異操作によって得ることができる。これらは、例えばDiversify PCR Random Muta
genesis Kit(Clontech)やQuickChange Lightning Site−Directed Mutagenesis Kit(Agilent Technologies)等の市販キットで容易に行うことができる。
In addition, the production of a base sequence in which one or several bases are deleted, added, inserted, and / or substituted can be obtained by a usual mutation operation such as a method using a mutagen or a site-specific mutation method. it can. These include, for example, Diversify PCR Random Muta
It can be easily carried out with commercially available kits such as genesis Kit (Clontech) and QuickChange Lightning Site-Directed Mutagenesis Kit (Agilent Technologies).

また、上述のDOPA4,5−ジオキシゲナーゼをアミノ酸配列で規定すると、以下の(P)、(Q)、または(R)のアミノ酸配列を有するポリペプチドが好ましく、以下の(P)、(Q)、または(R)のアミノ酸配列からなるポリペプチドがより好ましい。配列番号20はオシロイバナに由来するアミノ酸配列である。
(P)配列番号20で表されるアミノ酸配列
(Q)配列番号20で表されるアミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が置換、欠失、および/または付加されたアミノ酸配列を含み、かつDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドのアミノ酸配列
(R)配列番号 20で表されるアミノ酸配列の60%以上の同一性を有するアミノ酸
配列を有し、かつDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドのアミノ酸配列
Further, when the above-mentioned DOPA4,5-dioxygenase is defined by an amino acid sequence, a polypeptide having the following amino acid sequence (P), (Q), or (R) is preferable, and the following (P), (Q) Or a polypeptide comprising the amino acid sequence of (R) is more preferred. SEQ ID NO: 20 is an amino acid sequence derived from Osileubana.
(P) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 20 (Q) comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, and / or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 20, and DOPA4 Amino acid sequence of a polypeptide having 5,5-dioxygenase activity (R) It has an amino acid sequence having 60% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 20, and has DOPA4,5-dioxygenase activity Amino acid sequence of a polypeptide

ここで「1または数個のアミノ酸」とは、例えば、1個〜100個、好ましくは1個〜50個、より好ましくは1個〜20個、さらに好ましくは1個〜10個、特に好ましくは1個〜5個のアミノ酸である。以下、本明細書において同様である。   Here, “1 or several amino acids” means, for example, 1 to 100, preferably 1 to 50, more preferably 1 to 20, still more preferably 1 to 10, particularly preferably. 1 to 5 amino acids. The same applies hereinafter.

また、前記(R)に記載の通り、DOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を保持する限り、配列番号20に示されるアミノ酸配列全長と少なくとも60%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上の配列同一性を有するタンパク質であってもよい。   In addition, as described in (R) above, as long as the DOPA 4,5-dioxygenase activity is maintained, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 20 is at least 60% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more. More preferably, it may be a protein having a sequence identity of 95% or more.

上記に例示したように、自然界に存在する生物のゲノム情報に基づく塩基配列、またはそのホモログを用いることもできるが、各々の遺伝子は、必要に応じて宿主微生物のコドン使用頻度にあわせて塩基配列を最適化することができる。   As exemplified above, a base sequence based on the genome information of organisms existing in nature, or a homologue thereof, can be used, but each gene has a base sequence according to the codon usage of the host microorganism as necessary. Can be optimized.

即ち、大腸菌を宿主微生物とする場合は配列番号19の塩基配列に対してコドン最適化を実施して得られた以下の(S)、(T)、または(U)の塩基配列でコードされる酵素であることがより好ましい。
(S) 配列番号10で表される塩基配列を有するDNA
(T)配列番号10で表される塩基配列において1または数個の塩基が置換、欠失、および/または付加された塩基配列を含み、かつDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNA
(U)配列番号10で表される塩基配列の相補鎖とストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列を含み、かつDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNA
That is, when Escherichia coli is used as a host microorganism, it is encoded by the following base sequence (S), (T), or (U) obtained by performing codon optimization on the base sequence of SEQ ID NO: 19. More preferably, it is an enzyme.
(S) DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 10
(T) a polypeptide comprising a base sequence in which one or several bases are substituted, deleted, and / or added in the base sequence represented by SEQ ID NO: 10 and having DOPA4,5-dioxygenase activity DNA to do
(U) DNA comprising a base sequence that hybridizes with a complementary strand of the base sequence represented by SEQ ID NO: 10 under stringent conditions and encoding a polypeptide having DOPA4,5-dioxygenase activity

また、酵母を宿主微生物とする場合は配列番号19の塩基配列に対してコドン最適化を実施して得られた以下の(V)、(W)、または(X)の塩基配列でコードされる酵素であることがより好ましい。
(V)配列番号27で表される塩基配列を有するDNA
(W)配列番号27で表される塩基配列において1または数個の塩基が置換、欠失、および/または付加された塩基配列を含み、かつDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNA
(X)配列番号27で表される塩基配列の相補鎖とストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列を含み、かつDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNA
In addition, when yeast is used as a host microorganism, it is encoded by the following nucleotide sequence (V), (W), or (X) obtained by codon optimization for the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 19. More preferably, it is an enzyme.
(V) DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 27
(W) a polypeptide comprising a base sequence in which one or several bases are substituted, deleted and / or added in the base sequence represented by SEQ ID NO: 27 and having DOPA4,5-dioxygenase activity DNA to do
(X) DNA comprising a base sequence that hybridizes under stringent conditions with a complementary strand of the base sequence represented by SEQ ID NO: 27, and encoding a polypeptide having DOPA4,5-dioxygenase activity

また、上述のDOPA4,5−ジオキシゲナーゼをアミノ酸配列で規定すると、前述の(P)、(Q)、(R)と同様のアミノ酸配列を有することが好ましく、(P)、(Q)、または(R)のアミノ酸配列からなることがより好ましい。前記(R)のアミノ酸配列の配列同一性の好ましい範囲についても、同様に考えることができる。
なお、配列番号19に対して大腸菌発現用にコドン最適化を行なったものが配列番号10、酵母発現用にコドン最適化を行ったものが配列番号27であるが、両者は、翻訳後のアミノ酸配列としては最適化前後で同一であり、いずれの塩基配列でも規定されるアミノ酸配列は配列番号20となる。
Further, when the above-mentioned DOPA4,5-dioxygenase is defined by an amino acid sequence, it preferably has the same amino acid sequence as the above (P), (Q), (R), (P), (Q), or More preferably, it comprises the amino acid sequence (R). The preferable range of the sequence identity of the amino acid sequence (R) can be similarly considered.
Note that SEQ ID NO: 19 was obtained by codon optimization for E. coli expression, and SEQ ID NO: 10 was obtained by codon optimization for yeast expression, and SEQ ID NO: 27. The sequence is the same before and after optimization, and the amino acid sequence defined by any base sequence is SEQ ID NO: 20.

(本発明で用いる微生物の作製方法)
以下、本発明で用いる微生物(本発明の微生物)の作製方法について説明する。宿主微生物とする微生物の種類は特に限定されないが、大腸菌、コリネ型細菌、シュードモナス属細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、ラクトバチルス属細菌、サクシノバチルス属細菌、アナエロビオスピリラム属細菌、アクチノバチルス属細菌、糸状菌、酵母等が例示され、これらの中でも、大腸菌、酵母、コリネ型細菌が好ましく、大腸菌、酵母がより好ましく、大腸菌が特に好ましい。
(Method for producing microorganism used in the present invention)
Hereinafter, a method for producing the microorganism used in the present invention (the microorganism of the present invention) will be described. The type of microorganism used as a host microorganism is not particularly limited, but Escherichia coli, Coryneform bacteria, Pseudomonas bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Lactobacillus bacteria, Succinobacillus bacteria, Anaerobiospirillum bacteria, Actino Examples include bacteria belonging to the genus Bacillus, filamentous fungi, yeast and the like. Among these, Escherichia coli, yeast and coryneform bacteria are preferred, Escherichia coli and yeast are more preferred, and Escherichia coli is particularly preferred.

本発明の微生物は、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素をコードするDNA(例えば、前記の(A)、(B)、(C)、(G)、(H)、(I)、(J)、(K)、(L)等)、およびDOPA4,5−ジオキシゲナーゼをコードするDNA(例えば、前記の(M)、(N)、(O)、(S)、(T)、(U)、(V)、(W)、(X)等)を上記微生物に、プラスミドベクターや相同組換えなどを利用した形質転換法等により導入することで得ることができる。
上述のDNAを宿主となる微生物に導入する際、プラスミドベクター上に該DNAを導入しても、染色体(ゲノム)上に該DNAを導入してもよい。宿主微生物が染色体上に該酵素をコードする遺伝子を有する場合は、該遺伝子のプロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても本発明で用いる微生物を得ることもできる。宿主微生物の染色体上に該酵素遺伝子がない場合は、該酵素遺伝子を染色体上へ相同組換え法により導入したり、プラスミドベクターにより該酵素遺伝子を導入したりすることもできる。
The microorganism of the present invention comprises a DNA encoding an enzyme that hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine (for example, (A), (B), (C), (G), (H), (I) , (J), (K), (L), etc.), and DNA encoding DOPA4,5-dioxygenase (for example, the above (M), (N), (O), (S), (T) , (U), (V), (W), (X), etc.) can be obtained by introducing a plasmid vector or a homologous recombination method into the microorganism.
When introducing the above-described DNA into a host microorganism, the DNA may be introduced on a plasmid vector or the chromosome (genome). When the host microorganism has a gene encoding the enzyme on the chromosome, the microorganism used in the present invention can also be obtained by replacing the promoter of the gene with a strong promoter. When the enzyme gene is not present on the chromosome of the host microorganism, the enzyme gene can be introduced into the chromosome by homologous recombination, or the enzyme gene can be introduced by a plasmid vector.

微生物に該DNAを導入する際には、適当なプロモーターを該遺伝子の5'-側上流に組み込むことが好ましく、加えてターミネーターを3'-側下流にそれぞれ組み込むことがより好ましい。このプロモーター及びターミネーターとしては、宿主として利用する微生物において機能することが知られているプロモーター及びターミネーターであれば特に限定されず、該酵素遺伝子自身のプロモーター及びターミネーターであってもよいし、他のプロモーター及びターミネーターに置換してもよい。これら各微生物において利用可能なベクター、プロモーター及びターミネーターなどに関しては、例えば「微生物学基礎講座8遺伝子工学・共立出版」などに詳細に記述されている。   When introducing the DNA into a microorganism, an appropriate promoter is preferably incorporated upstream of the 5′-side of the gene, and a terminator is preferably incorporated downstream of the 3′-side of the gene. The promoter and terminator are not particularly limited as long as they are known to function in microorganisms used as hosts, and may be promoters and terminators of the enzyme gene itself or other promoters. And a terminator. Vectors, promoters and terminators that can be used in each of these microorganisms are described in detail in, for example, “Basic Course of Microbiology 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Publishing”.

なお、DNAの切断、連結、その他、染色体DNAの調製、PCR、プラスミドDNAの調製、形質転換、プライマーとして用いるオリゴヌクレオチドの設定等の方法は、当業者によく知られている通常の方法を採用することができる。これらの方法は、Sambrook, J., Fritsch, E. F., and Maniatis, T., ”Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition”, Cold Spring Harbor Laboratory Press, (1989)等に記載されている。   In addition, DNA cleavage, ligation, and other methods such as chromosomal DNA preparation, PCR, plasmid DNA preparation, transformation, setting of oligonucleotides used as primers, etc. adopt ordinary methods well known to those skilled in the art. can do. These methods are described in Sambrook, J., Fritsch, EF, and Maniatis, T., “Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition”, Cold Spring Harbor Laboratory Press, (1989) and the like.

以下、微生物の種類ごとに、該酵素および/または該酵素反応系の活性が付与された微生物を得る方法について説明する。   Hereinafter, a method for obtaining a microorganism provided with the activity of the enzyme and / or the enzyme reaction system for each type of microorganism will be described.

(大腸菌)
宿主微生物として大腸菌を用いる場合、大腸菌の親株としては、例えば、K12株またはB株、加えてこれらの誘導体を用いることが好ましい。本発明で用いることのできる親株としては、HB101、DH5α、JM109、JM110、BL21(DE3)、TH2、TOP10、及びこれらの改良株が挙げられ、これらの菌株は市販されている。加えて、例えば一遺伝子破壊株であるKEIOコレクションで使用されているBW25113株なども利用可能であり、これらはナショナルバイオリソースプロジェクトより分与が可能である。
(Escherichia coli)
When Escherichia coli is used as a host microorganism, it is preferable to use, for example, K12 strain or B strain as well as these derivatives as the parent strain of Escherichia coli. Examples of parent strains that can be used in the present invention include HB101, DH5α, JM109, JM110, BL21 (DE3), TH2, TOP10, and improved strains thereof, and these strains are commercially available. In addition, for example, the BW25113 strain used in the KEIO collection, which is a single gene disruption strain, can be used, and these can be distributed from the National BioResource Project.

大腸菌の組換え方法としては、目的とする遺伝子または配列を含むDNA断片をプラスミドベクターに導入することにより、大腸菌内で前記酵素遺伝子の発現増強が可能な組換えプラスミドベクターを得て、このプラスミドベクターを菌体内へ導入する方法等が挙げられる。   As a recombination method of E. coli, a recombinant plasmid vector capable of enhancing the expression of the enzyme gene in E. coli is obtained by introducing a DNA fragment containing the target gene or sequence into the plasmid vector. And the like, and the like.

大腸菌に目的とする遺伝子または配列を導入することができるプラスミドベクターとしては、大腸菌内での複製増殖機能を司る遺伝子を少なくとも含むものであれば特に制限されない。プラスミドベクターとしては、例えば、P15A、ColE1(pBR322、pUC)、RSF1030、pSC101、CloDF13などの複製開始点をもつものを好適に用いることができる。   The plasmid vector into which the target gene or sequence can be introduced into E. coli is not particularly limited as long as it contains at least a gene that controls replication and replication in E. coli. As a plasmid vector, for example, those having a replication origin such as P15A, ColE1 (pBR322, pUC), RSF1030, pSC101, CloDF13 can be preferably used.

また、プロモーターとしては、大腸菌において機能するものであればいかなるプロモーターであってもよく、導入される遺伝子自身のプロモーターであってもよい。例えば、trpプロモーター、trcプロモーター、PLプロモーター、T5プロモーター、T7プロモーター、lacプロモーター、tacプロモーター及びλPLプロモーター等を用いることができる。   Further, the promoter may be any promoter as long as it functions in E. coli, and may be the promoter of the gene itself to be introduced. For example, trp promoter, trc promoter, PL promoter, T5 promoter, T7 promoter, lac promoter, tac promoter, λPL promoter and the like can be used.

本発明で用いることができるプラスミドベクターは、例えば、pETシリーズ(ノバジェン)、Duet Vectorシリーズ(Novagen)、pDUALシリーズ(ストラタジェン)、pMALシリーズ(NEB)、pGEXシリーズ(GEヘルスケア)、pKK223(GEヘルスケア)pTrcシリーズ(ライフテクノロジーズ)、pUC18、pUC19、pUC118、pUC119(タカラバイオ)等が挙がられる。   Plasmid vectors that can be used in the present invention include, for example, pET series (Novagen), Duet Vector series (Novagen), pDUAL series (Stratagen), pMAL series (NEB), pGEX series (GE Healthcare), pKK223 (GE Healthcare) pTrc series (Life Technologies), pUC18, pUC19, pUC118, pUC119 (Takara Bio) and the like.

また、上記の組換え方法に代えて、あるいは、上記の組換え方法に加えて、公知の相同組換え法によって、前述した外来および内在の遺伝子の一部または全部を導入したり、置換したり、増幅したり、加えて、染色体上へ導入された当該遺伝子のプロモーターへの変異導入、より強力なプロモーターへの置換などによっても高発現株を得ることができる。   Further, in place of or in addition to the above-described recombination method, a part or all of the aforementioned foreign and endogenous genes may be introduced or replaced by a known homologous recombination method. A high expression strain can also be obtained by amplification, in addition, by introducing a mutation into the promoter of the gene introduced onto the chromosome, or by replacing it with a stronger promoter.

(コリネ型細菌)
宿主微生物として、コリネ型細菌(coryneform bacterium)を用いる場合、コリネ型細菌としては、コリネバクテリウム属に属する細菌、ブレビバクテリウム属に属する細菌又はアースロバクター属に属する細菌等が挙げられ、これらのうち、コリネバクテリウム属又はブレビバクテリウム属に属するものが好ましく、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)又はブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)に属する
細菌がより好ましい。
(Coryneform bacteria)
When a coryneform bacterium is used as the host microorganism, examples of the coryneform bacterium include bacteria belonging to the genus Corynebacterium, bacteria belonging to the genus Brevibacterium, and bacteria belonging to the genus Arthrobacter. Among them, those belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium are preferable, and Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, Brevibacterium ammoniagenes or Brevibacterium Bacteria belonging to Brevibacterium lactofermentum are more preferred.

本発明において用いることのできる親株としては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233(FERM BP−1497)、同MJ−233 AB−41(FERM BP−
1498)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス ATCC6872、コリネバクテ
リウム・グルタミカム ATCC13032、ココリネバクテリウム・グルタミカムAT
CC31831、及びブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムATCC13869等が挙げられる。
As parent strains that can be used in the present invention, Brevibacterium flavum MJ-233 (FERM BP-1497), MJ-233 AB-41 (FERM BP-
1498), Brevibacterium ammoniagenes ATCC6872, Corynebacterium glutamicum ATCC13032, Cocorynebacterium glutamicum AT
CC31831, Brevibacterium lactofermentum ATCC 13869, etc. are mentioned.

なお、ブレビバクテリウム・フラバムは、現在、コリネバクテリウム・グルタミカムに分類される場合もあることから(Lielbl, W. et al. International Journal of Systematic Bacteriology, 1991, vol. 41, p255-260)、本発明においては、ブレビバクテリウ
ム・フラバムMJ−233株、及びその変異株MJ−233 AB−41株はそれぞれ、コリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株及びMJ−233 AB−41株と同一の株であるものとする。また、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233は、1975年4月28日に通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所(現独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター)(〒305−8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に受託番号FERMP−3068として寄託され、1981年5月1日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、FERM BP−1497の受託番号で寄託されている。
Brevibacterium flavum is currently sometimes classified as Corynebacterium glutamicum (Lielbl, W. et al. International Journal of Systematic Bacteriology, 1991, vol. 41, p255-260) In the present invention, Brevibacterium flavum MJ-233 strain and its mutant MJ-233 AB-41 are the same strains as Corynebacterium glutamicum MJ-233 and MJ-233 AB-41, respectively. Suppose that In addition, Brevibacterium flavum MJ-233 was released on April 28, 1975 at the Institute of Microbial Industrial Technology, Ministry of International Trade and Industry (currently National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center) Deposited as FERMP-3068 at Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, Japan, 1st Central, 6), and transferred to the International Deposit under the Budapest Treaty on May 1, 1981, under the accession number of FERM BP-1497 It has been deposited.

本発明の方法において親株として用いられる上記の微生物としては、野生株だけでなく、UV照射やNTG処理等の通常の変異処理により得られる変異株、細胞融合もしくは遺伝子組換え法などの遺伝学的手法により誘導される組換え株などのいずれの株であってもよい。   The above microorganisms used as a parent strain in the method of the present invention include not only wild strains but also mutant strains obtained by ordinary mutation treatment such as UV irradiation and NTG treatment, genetic fusion such as cell fusion or gene recombination methods. Any strain such as a recombinant strain induced by a technique may be used.

目的とする遺伝子または配列は、以下に示す方法によりコリネ型細菌に導入することができる。
コリネ型細菌に前記遺伝子をプラスミドベクターにより導入する際、利用できるプラスミドベクターの具体例は、例えば、特開平3−210184号公報に記載のプラスミドpCRY30;特開平2−72876号公報及び米国特許5,185,262号明細書公報に記載のプラスミドpCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KE及びpCRY3KX;特開平1−191686号公報に記載のプラスミドpCRY2およびpCRY3;特開昭58−67679号公報に記載のpAM330;特開昭58−77895号公報に記載のpHM1519;特開昭58−192900号公報に記載のpAJ655、pAJ611及びpAJ1844;特開昭57−134500号公報に記載のpCG1;特開昭58−35197号公報に記載のpCG2;特開昭57−183799号公報に記載のpCG4およびpCG11;Plasmid vol.36(1)p62-66(1996)
に記載のpC2又はその改変プラスミド等を挙げることができる。
The target gene or sequence can be introduced into coryneform bacteria by the method shown below.
Specific examples of plasmid vectors that can be used when introducing the gene into a coryneform bacterium using a plasmid vector include, for example, the plasmid pCRY30 described in JP-A-3-210184; JP-A-2-72876 and US Pat. The plasmids pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE and pCRY3KX described in Japanese Patent No. 185,262; plasmids pCRY2 and pCRY3 described in JP-A-1-191686; PHM1519 described in JP-A-58-77895; pAJ655, pAJ611 and pAJ1844 described in JP-A-58-192900; pCG1 described in JP-A-57-134500; -35197 No. described in Japanese pCG2; those based on pCG4 described in JP 57-183799 publications and pCG11; Plasmid vol.36 (1) p62-66 (1996)
PC2 or a modified plasmid thereof described in 1. above.

また、上記の組換え方法に代えて、あるいは、上記の組換え方法に加えて、公知の相同組換え法によって、前述した外来遺伝子の一部または全部を導入したり、置換したり、増幅したり、加えて、染色体上へ導入された当該遺伝子のプロモーターへの変異導入、より強力なプロモーターへの置換などによっても高発現株を得ることができる。   Further, in place of or in addition to the above-described recombination method, a part or all of the aforementioned foreign gene may be introduced, replaced, or amplified by a known homologous recombination method. In addition, a high expression strain can also be obtained by introducing a mutation into the promoter of the gene introduced onto the chromosome, or replacing it with a stronger promoter.

(酵母)
宿主微生物として、酵母を用いる場合、親株として用いる酵母の種類は特に限定されないが、サッカロミセス属、デバリオマイセス属、シゾサッカロマイセス属、キャンディダ属、ヤロウィア属、ロドトルラ属、リポマイセス属、クルイベロマイセス属、ロドスポリジウム属、トリコデルマ属または、トルロプシス属、ピキア属等に属する酵母を親株として用いることが好ましい。例えば、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロミセス・バヤヌス(Saccharomyces bayanus)、デバリオマイセス・ニ
ルソニ(Debaryomyces nilssonii)、デバリオマイセス・ハンセニ(Debaryomyces hansenii)、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、キャンディダ・グラブラータ(Candida glabrata)、キャンディダ・トロピカリス(Candida tropicalis)、キャンディダ・ユティリス(Candida utilis)、キャンディダ・ボイディニィ(Cand
ida boidinii)、ヤロウィア・リポリティカ(Yarrowia lipolytica)、ロドトルラ・グ
ルティニス(Rhodotorula glutinis)、リポマイセス・リポフェラス(Lipomyces lipoferus)、クルイベロマイセス・ラクティス(Kluyveromyces lactis)、ロドスポリジウム
・トルロイディス(Rhodosporidium toruloides)、トリコデルマ・リセイ(Trichoderma
reesei)、トルロプシス・コリキュロサ(Torulopsis colliculosa)、ピキア・ファリ
ノサ(Pichia farinosa)等が挙げられる。これらの中で、代謝工学的手法が用いやすい
ことからサッカロミセス属が最も好ましい。
(yeast)
When yeast is used as the host microorganism, the type of yeast used as the parent strain is not particularly limited, but Saccharomyces, Debaryomyces, Schizosaccharomyces, Candida, Yarrowia, Rhodotorula, Lipomyces, Kluyveromyces It is preferable to use yeast belonging to the genus Rhodosporidium, Trichoderma, or Tolropsis, Pichia, etc. as the parent strain. For example, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces bayanus, Debaryomyces nilssonii, Debaryomyces hansenii, pomacchi glabrata), Candida tropicalis, Candida utilis, Candida Boydny
ida boidinii), Yarrowia lipolytica, Rhodotorula glutinis, Lipomyces lipoferus, Kluyveromyces lactis, Rhodospori, toruloides toruloides・ Resei (Trichoderma
reesei), Torulopsis colliculosa, Pichia farinosa and the like. Of these, the genus Saccharomyces is most preferable because metabolic engineering techniques are easy to use.

さらに、サッカロミセス属は、his3、leu2、trp1、ura3などの栄養要求性の遺伝型であることが望ましく、例えば、サッカロミセス・セレビジエYPH499株(MATa ura3 lys2 ade2 trp1 his3 leu2)(ATCC204679:American Type Culture Collection又はSTRATAGENE社より入手できる)、サッカロミセス・セレビジエFY1679−06c株(MATα ura3 leu2 trp1 his3)(Euroscarf社から入手できる)、サッカロミセス・セレビジエBY4741株(MATa,his3Δ1,leu2Δ0,met15Δ0,ura3Δ0)(Yeast 14:115−132(1998)、ATCC201388)なども用いることができる。   Furthermore, the genus Saccharomyces is preferably an auxotrophic genotype such as his3, leu2, trp1, and ura3. For example, Saccharomyces cerevisiae YPH499 strain (MATa ura3 lys2 ade2 trp1 his3 leu2) (ATCC204679: Americ Cult ect. Alternatively, it can be obtained from STRATAGENE), Saccharomyces cerevisiae FY1679-06c strain (MATα ura3 leu2 trp1 his3) (available from Euroscarf), Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain (MATa, his3Δ1, et3Δ0, et. 115-132 (1998), ATCC 2013 8), or the like can also be used.

目的とする遺伝子または配列は、以下に示す方法により酵母に導入することができる。酵母において外来遺伝子を導入する方法としては、公知の手法を用いることができ、形質転換体において形質転換の目的とした酵素が発現していればよく、遺伝子の導入の方法は限定されない。用いるプラスミドベクターとしては、例えば、後述する3つのプラスミドベクターが挙げられる。(i)酵母に常在する2μmプラスミドの複製配列を利用した多コピーのYEp型ベクターを用いることができる。本発明において酵母に遺伝子を導入するために使用できるプラスミドの具体例としては、2μmプラスミド由来のpAUR112ベクター(タカラバイオ社製)やpESCベクター(STRATAGENE社製)、pYESベクター(ライフテクノロジーズ)などが挙げられる。これらのベクターは市販されている。(ii)自立複製配列(ARS)とセントロメア配列(CEN)を利用した低コピー安定型のYCp型ベクターを用いることができる。本発明において用いることのできるプラスミドベクターとしては、例えば、pAUR123(タカラバイオ)等が挙げられる。(iii)染色体組込みを目的とした酵母内では自律複製をしないYIp型のプラスミドを用いることができる。これは、酵母の高い相同組換え能を利用するものであり、染色体ゲノムと相同な配列を両端に置き、選択可能なマーカー遺伝子、プロモーター及びターミネーターに挟まれた形で希望の遺伝子をYIp型のプラスミドに組み込み、これを酵母内に導入することで、外来遺伝子は染色体内に組み込まれ、安定的に外来遺伝子を発現することが期待できる。これは一般的な大腸菌や酵母用のプラスミドを用いて構築することが可能であるほか、PCRや合成DNAを用いて作製することが可能である。   The target gene or sequence can be introduced into yeast by the method shown below. As a method for introducing a foreign gene in yeast, a known method can be used, as long as the enzyme targeted for transformation is expressed in the transformant, and the method for introducing the gene is not limited. Examples of the plasmid vector to be used include the three plasmid vectors described later. (I) A multi-copy YEp-type vector using a 2 μm plasmid replication sequence resident in yeast can be used. Specific examples of plasmids that can be used to introduce genes into yeast in the present invention include 2 μm plasmid-derived pAUR112 vector (Takara Bio), pESC vector (Stratagene), pYES vector (Life Technologies), and the like. It is done. These vectors are commercially available. (Ii) A low-copy stable YCp type vector using a self-replicating replication sequence (ARS) and a centromere sequence (CEN) can be used. Examples of plasmid vectors that can be used in the present invention include pAUR123 (Takara Bio). (Iii) A YIp-type plasmid that does not autonomously replicate in yeast for the purpose of chromosome integration can be used. This utilizes the high homologous recombination ability of yeast. A sequence homologous to the chromosomal genome is placed at both ends, and the desired gene is inserted between the selectable marker gene, promoter and terminator in the YIp type. By incorporating it into a plasmid and introducing it into yeast, it can be expected that the foreign gene is incorporated into the chromosome and the foreign gene is stably expressed. This can be constructed using a plasmid for general Escherichia coli or yeast, and can also be produced using PCR or synthetic DNA.

本発明において用いることのできるプロモーターとしては、宿主酵母で機能しうるものであれば特に制限されないが、例えば、PGK遺伝子のプロモーター(3−ホスホグリセラートキナーゼ 1983、Science、219、620-625)、GAPDH(グリセルアルデヒドホ
スフェートデヒドロゲナーゼ 1979、J.Biol.Chem.、254、9839-9845)をコードするTDH遺伝子のプロモーター、TEF1遺伝子(伸長因子1 1985、J.Biol.Chem.、260、3090-3096)のプロモーター、アルコールデヒドロゲナーゼをコードするADH遺伝子のプロモーター、グルコースの存在下に抑制される調節可能なCYC1遺伝子のプロモーター(1981、Proc.Natl.Acad.Sci.、USA、78、2199-2203)、チアミンにより調節され得るPH
O5遺伝子のプロモーター(1982、EMBO J.、1、675-680)、グルコース非存在下でガラ
クトースにより誘導されるGAL1またはGAL10遺伝子のプロモーターなどが挙げられる。
The promoter that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it can function in host yeast. For example, the promoter of PGK gene (3-phosphoglycerate kinase 1983, Science, 219, 620-625), TDH gene promoter encoding GAPDH (glyceraldehyde phosphate dehydrogenase 1979, J. Biol. Chem., 254, 9839-9845), TEF1 gene (elongation factor 1 1985, J. Biol. Chem., 260, 3090-3096) ) Promoter, promoter of ADH gene encoding alcohol dehydrogenase, promoter of regulatable CYC1 gene repressed in the presence of glucose (1981, Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 78, 2199-2203), PH that can be regulated by thiamine
Examples include the promoter of the O5 gene (1982, EMBO J., 1, 675-680), the promoter of the GAL1 or GAL10 gene induced by galactose in the absence of glucose, and the like.

また、上記の組換え方法に代えて、あるいは、上記の組換え方法に加えて、公知の相同組換え法によって、外来および内在遺伝子の一部または全部を導入したり、置換したり、増幅したり、加えて、染色体上へ導入された当該遺伝子のプロモーターへの変異導入、より強力なプロモーターへの置換などによっても高発現株を得ることができる。   In addition, in addition to or in addition to the above-described recombination method, a part or all of a foreign or endogenous gene may be introduced, replaced, or amplified by a known homologous recombination method. In addition, a high expression strain can also be obtained by introducing a mutation into the promoter of the gene introduced onto the chromosome, or replacing it with a stronger promoter.

なお、酵母の形質転換は、例えば、エレクトロポレーション法(Fromm ME,et al. Nature 1986, 319(6056):791-793)、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法(Ito,H.et al, (1983) J. Bacteriol. 153(1), 163-168)等によって行うことができ、二種以上のプラス
ミドを導入することもできる。また、酵母における遺伝子の発現増強は、公知の相同組換え法によって宿主のゲノム上で該遺伝子を多コピー化させることによって行うこともできる。例えば、ゲノム組込型プラスミドのうち多コピーがゲノムに組み込まれるベクターを用いる方法(Bio/Technol. 1991, 9, 1382-1385)が挙げられる。ゲノム上の各遺伝子を
含む発現単位の挿入箇所は、クロチルアルコールもしくはその異性体の合成関連遺伝子や生育関連遺伝子の発現が阻害されない箇所であれば何れのものでもよい。
Note that yeast transformation can be performed by, for example, electroporation (Fromm ME, et al. Nature 1986, 319 (6056): 791-793), spheroplast method, lithium acetate method (Ito, H. et al, (1983) J. Bacteriol. 153 (1), 163-168), and two or more kinds of plasmids can be introduced. In addition, gene expression in yeast can be enhanced by making multiple copies of the gene on the host genome by a known homologous recombination method. For example, a method using a vector in which multiple copies of a genome integration plasmid are integrated into the genome (Bio / Technol. 1991, 9, 1382-1385) can be mentioned. The place where the expression unit containing each gene on the genome is inserted may be any place as long as expression of crotyl alcohol or its isomer synthesis-related gene or growth-related gene is not inhibited.

[本発明の製造方法]
本発明の製造方法は、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性、およびDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有する微生物(本発明の微生物)またはその処理物の存在下、水性媒体中で原料をベタキサンチンへと変換する工程(変換工程)を有することを特徴とする。
[Production method of the present invention]
The production method of the present invention comprises an enzyme activity for hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, and a microorganism having the activity of DOPA4,5-dioxygenase (microorganism of the present invention) or a processed product thereof in an aqueous medium. It has the process (conversion process) which converts a raw material into betaxanthin.

前記変換工程の前に、本発明の微生物を水性媒体中で培養する工程(培養工程)を有することが好ましく、また、前記変換工程の後に、前記水性媒体からベタキサンチンを回収する工程を有することが好ましい。
以下、本発明の製造方法について、工程ごとに説明する。
It is preferable to have a step (cultivation step) of culturing the microorganism of the present invention in an aqueous medium before the conversion step, and to have a step of recovering betaxanthin from the aqueous medium after the conversion step. Is preferred.
Hereinafter, the manufacturing method of this invention is demonstrated for every process.

(原料)
原料としては、チロシン、および/または糖質原料を用いることができる。ここでチロシンとしては、純度90%以上の市販品を好適に用いることができる。
糖質原料としては、グルコース、ガラクトース、フルクトース、キシロース、スクロース、マルトース、ラクトース、ラフィノース、サッカロース、デンプン、セルロースなどの炭水化物やグリセリン、マンニトール、リビトール、キシリトールなどのポリアルコール類等の発酵性糖質類等を用いることができ、中でもグルコースが好ましい。
(material)
As the raw material, tyrosine and / or a carbohydrate raw material can be used. Here, as tyrosine, a commercially available product having a purity of 90% or more can be suitably used.
The carbohydrate raw materials include carbohydrates such as glucose, galactose, fructose, xylose, sucrose, maltose, lactose, raffinose, saccharose, starch and cellulose, and fermentable carbohydrates such as polyalcohols such as glycerin, mannitol, ribitol and xylitol. Among them, glucose is preferable.

本発明の製造方法に用いる微生物が糖質原料からチロシンを合成する代謝フラックスが充分に強くない場合は、原料として糖質原料およびチロシンを用いることが好ましく、特にグルコースおよびチロシンを用いることが好ましい。
一方で、本発明の製造方法に用いる微生物が糖質原料からチロシンを合成する代謝フラックスが強い場合は、原料として糖質原料のみを用いることができる。目的とするベタキサンチンの生産プロセスの低コスト化のためには、より安価原料である糖質原料のみを用いることが好ましい。
When the metabolic flux for synthesizing tyrosine from a carbohydrate raw material by the microorganism used in the production method of the present invention is not sufficiently strong, it is preferable to use a carbohydrate raw material and tyrosine as raw materials, and particularly preferably glucose and tyrosine.
On the other hand, when the microorganism used in the production method of the present invention has a strong metabolic flux for synthesizing tyrosine from a carbohydrate raw material, only the carbohydrate raw material can be used as the raw material. In order to reduce the cost of the production process of target betaxanthin, it is preferable to use only a saccharide raw material that is a cheaper raw material.

また、製造したいベタキサンチンの構造に応じて、上述した原料に加えて、チロシン以外のアミノ酸やアミンを添加することもできる。
上述した式(1)のベタキサンチンを製造したい場合には、所望のRおよびRを有するアミノ酸を添加することが好ましく、式(2)のベタキサンチンを製造したい場合には所望のRを有するアミンを添加することが好ましい。
Moreover, in addition to the raw material mentioned above, amino acids other than tyrosine and amines can be added according to the structure of betaxanthin to be produced.
When it is desired to produce the above-mentioned betaxanthin of the formula (1), it is preferable to add an amino acid having the desired R 1 and R 2 , and when it is desired to produce the betaxanthin of the formula (2), the desired R 3 It is preferred to add an amine having

チロシン以外のアミノ酸としては、天然型アミノ酸であっても、非天然型アミノ酸であってもよい。
天然型アミノ酸としては、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリンが挙げられ、これらをチロシン以外のアミノ酸として添加すると、ベタキサンチンとして、それぞれ、アラニン‐ベタキサンチン、アルギニン‐ベタキサンチン、アスパラギン‐ベタキサンチン、アスパラギン酸‐ベタキサンチン、システイン‐ベタキサンチン、グルタミン‐ベタキサンチン、グルタミン酸‐ベタキサンチン、グリシン‐ベタキサンチン、ヒスチジン‐ベタキサンチン、イソロイシン‐ベタキサンチン、ロイシン‐ベタキサンチン、リシン‐ベタキサンチン、メチオニン‐ベタキサンチン、フェニルアラニン‐ベタキサンチン、プロリン‐ベタキサンチン、セリン‐ベタキサンチン、トレオニン‐ベタキサンチン、トリプトファン‐ベタキサンチン、チロシン‐ベタキサンチン、バリン‐ベタキサンチンが製造される。
The amino acid other than tyrosine may be a natural amino acid or a non-natural amino acid.
Examples of natural amino acids include alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, cysteine, glutamine, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tryptophan, tyrosine, and valine. When these are added as amino acids other than tyrosine, as betaxanthine, alanine-betaxanthin, arginine-betaxanthin, asparagine-betaxanthin, aspartic acid-betaxanthin, cysteine-betaxanthine, glutamine-betaxanthine, glutamic acid-beta Xanthine, glycine-betaxanthin, histidine-betaxanthin, isoleucine-betaxanthine, leucine-betaxanthine, Down - solid xanthine, methionine - solid xanthine, phenylalanine - solid xanthine, proline - solid xanthine, serine - solid xanthine, threonine - solid xanthine, tryptophan - solid xanthine, tyrosine - solid xanthine, valine - solid xanthine is manufactured.

非天然型アミノ酸としては、例えば、m−チロシン、メトキシフェニルアラニン、メチルシステイン、アリルアラニン、プロパルギルアラニン、アリルグリシン、プロパルギルグリシン、エチルアラニン、メチルアスパラギン酸、メチルシステイン、メチルロイシン、メチルフェニルアラニン、メチルトリプトファン、メチルチロシン、メチルバリン、α−メチル−2−ブロモフェニルアラニン、α−メチル−3−ブロモフェニルアラニン、α−メチル−4−ブロモフェニルアラニン、α−メチル−2−ヨードフェニルアラニン、α−メチル−3−ヨードフェニルアラニン、α−メチル−4−ヨードフェニルアラニン、α−メチル−2−ニトロフェニルアラニン、α−メチル−3−ニトロフェニルアラニン、α−メチル−4−ニトロフェニルアラニン、α−メチル−β−(4−ビスフェニル)アラニン等が挙げられる。これらをチロシン以外のアミノ酸として添加すると、ベタキサンチンとして、それぞれ、m−チロシン−ベタキサンチン、メトキシフェニルアラニン−ベタキサンチン、メチルシステイン−ベタキサンチン、アリルアラニン−ベタキサンチン、プロパルギルアラニン−ベタキサンチン、アリルグリシン−ベタキサンチン、プロパルギルグリシン−ベタキサンチン、エチルアラニン−ベタキサンチン、メチルアスパラギン酸−ベタキサンチン、メチルシステイン−ベタキサンチン、メチルロイシン−ベタキサンチン、メチルフェニルアラニン−ベタキサンチン、メチルトリプトファン−ベタキサンチン、メチルチロシン−ベタキサンチン、メチルバリン−ベタキサンチン、α−メチル−2−ブロモフェニルアラニン−ベタキサンチン、α−メチル−3−ブロモフェニルアラニン−ベタキサンチン、α−メチル−4−ブロモフェニルアラニン−ベタキサンチン、α−メチル−2−ヨードフェニルアラニン−ベタキサンチン、α−メチル−3−ヨードフェニルアラニン−ベタキサンチン、α−メチル−4−ヨードフェニルアラニン−ベタキサンチン、α−メチル−2−ニトロフェニルアラニン−ベタキサンチン、α−メチル−3−ニトロフェニルアラニン−ベタキサンチン、α−メチル−4−ニトロフェニルアラニン−ベタキサンチン、α−メチル−β−(4−ビスフェニル)アラニン−ベタキサンチンが製造される。   Examples of non-natural amino acids include m-tyrosine, methoxyphenylalanine, methylcysteine, allylalanine, propargylalanine, allylglycine, propargylglycine, ethylalanine, methylaspartic acid, methylcysteine, methylleucine, methylphenylalanine, methyltryptophan, Methyltyrosine, methylvaline, α-methyl-2-bromophenylalanine, α-methyl-3-bromophenylalanine, α-methyl-4-bromophenylalanine, α-methyl-2-iodophenylalanine, α-methyl-3-iodophenylalanine, α-methyl-4-iodophenylalanine, α-methyl-2-nitrophenylalanine, α-methyl-3-nitrophenylalanine, α-methyl-4-nitrophenylalani , Alpha-methyl-.beta.-(4-bisphenyl) alanine and the like. When these are added as amino acids other than tyrosine, m-tyrosine-betaxanthin, methoxyphenylalanine-betaxanthin, methylcysteine-betaxanthin, allylalanine-betaxanthine, propargylalanine-betaxanthin, allylglycine- Betaxanthine, propargylglycine-betaxanthin, ethylalanine-betaxanthine, methylaspartate-betaxanthine, methylcysteine-betaxanthine, methylleucine-betaxanthine, methylphenylalanine-betaxanthine, methyltryptophan-betaxanthine, methyltyrosine-beta Xanthine, methyl valine-betaxanthin, α-methyl-2-bromophenylalanine-betaxanthine, α-methyl -3-Bromophenylalanine-betaxanthine, α-methyl-4-bromophenylalanine-betaxanthine, α-methyl-2-iodophenylalanine-betaxanthine, α-methyl-3-iodophenylalanine-betaxanthine, α-methyl-4 -Iodophenylalanine-betaxanthine, α-methyl-2-nitrophenylalanine-betaxanthine, α-methyl-3-nitrophenylalanine-betaxanthine, α-methyl-4-nitrophenylalanine-betaxanthine, α-methyl-β- ( 4-Bisphenyl) alanine-betaxanthin is produced.

アミンとしては、天然型アミンであっても、非天然型アミンであってもよい。
天然型アミンとしては、例えばメチルアミン、エタノールアミン、ピペリジン、ヒスタミン、ドーパミン、フェネチルアミン、チラミン、3−メトキシチラミン、γ−アミノ酪酸、ノルアドレナリン、セロトニン、ムッシモール、スペルミジン、スペルミン等が挙げられる。これらをアミンとして添加すると、ベタキサンチンとして、それぞれ、メチルアミン−ベタキサンチン、エタノールアミン−ベタキサンチン、ピペリジン−ベタキサンチン、ヒスタミン−ベタキサンチン、ドーパミン−ベタキサンチン、フェネチルアミン−ベタキサンチン、チラミン−ベタキサンチン、3−メトキシチラミン−ベタキサンチン、γ−アミノ酪酸−ベタキサンチン、ノルアドレナリン−ベタキサンチン、セロトニン−ベタキサンチン、ムッシモール−ベタキサンチン、スペルミジン−ベタキサンチン、スペルミン−ベタキサンチンが製造される。
The amine may be a natural amine or a non-natural amine.
Examples of natural amines include methylamine, ethanolamine, piperidine, histamine, dopamine, phenethylamine, tyramine, 3-methoxytyramine, γ-aminobutyric acid, noradrenaline, serotonin, muscimol, spermidine, spermine and the like. When these are added as amines, methylamine-betaxanthin, ethanolamine-betaxanthin, piperidine-betaxanthin, histamine-betaxanthine, dopamine-betaxanthine, phenethylamine-betaxanthine, tyramine-betaxanthine, 3-methoxytyramine-betaxanthin, γ-aminobutyric acid-betaxanthin, noradrenaline-betaxanthin, serotonin-betaxanthin, muscimol-betaxanthin, spermidine-betaxanthin, spermine-betaxanthin are produced.

非天然型アミンとしては、例えばエチルアミン、ピペラジン、モルホリン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンエキサミン、ヘキサメチレンジアミン、1,3−ブタジエン−1−アミン、1,3,5−ヘキサトリエン−1−アミン、アニリン、4−ビフェニルアミン、アマンタジン等が挙げられる。これらをアミンとして添加すると、ベタキサンチンとして、それぞれ、エチルアミン−ベタキサンチン、ピペラジン−ベタキサンチン、モルホリン−ベタキサンチン、エチレンジアミン−ベタキサンチン、ジエチレントリアミン−ベタキサンチン、トリエチレンテトラミン−ベタキサンチン、テトラエチレンペンタミン−ベタキサンチン、ペンタエチレンエキサミン−ベタキサンチン、ヘキサメチレンジアミン−ベタキサンチン、1,3−ブタジエン−1−アミン−ベタキサンチン、1,3,5−ヘキサトリエン−1−アミン−ベタキサンチン、アニリン−ベタキサンチン、4−ビフェニルアミン−ベタキサンチン、アマンタジン−ベタキサンチンが製造される。   Non-natural amines include, for example, ethylamine, piperazine, morpholine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethyleneexamine, hexamethylenediamine, 1,3-butadiene-1-amine, 1,3, 5-hexatriene-1-amine, aniline, 4-biphenylamine, amantadine and the like can be mentioned. When these are added as amines, as betaxanthin, ethylamine-betaxanthin, piperazine-betaxanthine, morpholine-betaxanthine, ethylenediamine-betaxanthine, diethylenetriamine-betaxanthine, triethylenetetramine-betaxanthine, tetraethylenepentamine-, respectively. Betaxanthine, pentaethyleneexamine-betaxanthine, hexamethylenediamine-betaxanthine, 1,3-butadiene-1-amine-betaxanthine, 1,3,5-hexatriene-1-amine-betaxanthine, aniline-beta Xanthine, 4-biphenylamine-betaxanthine, amantadine-betaxanthin are produced.

(培養工程)
本発明の培養工程は、上述のようにして得られた本発明の微生物を水性媒体中で培養する工程である。本工程は、本発明の微生物を培養して増殖させたり、本発明の微生物の状態を調えたりするために行なうものであるので、通常、本工程では、上述した原料のうち、本発明の微生物の生育に必要な原料のみを、具体的には、糖質原料(好ましくはグルコース)のみを用いる。
ただし、ベタキサンチン生産に必要な酵素を何らかの誘導性プロモーター下に配置している場合は、上記プロモーターの種類により適切に選択される誘導剤を培養工程途中に添加する必要がある。
なお、本発明の微生物が充分な量、存在する場合等は、本工程は省略して、次の変換工程を行なうことができる。
(Culture process)
The culture process of the present invention is a process of culturing the microorganism of the present invention obtained as described above in an aqueous medium. Since this step is performed for culturing and proliferating the microorganism of the present invention or adjusting the state of the microorganism of the present invention, in this step, among the above-mentioned raw materials, the microorganism of the present invention is usually used. Only the raw material necessary for the growth of the plant, specifically, only the saccharide raw material (preferably glucose) is used.
However, when an enzyme necessary for producing betaxanthin is placed under some inducible promoter, it is necessary to add an inducing agent appropriately selected according to the type of the promoter during the culture process.
When a sufficient amount of the microorganism of the present invention is present, this step can be omitted and the next conversion step can be performed.

本発明で用いる水性媒体(培地)に特に制限はなく、使用する微生物の種類に応じて適宜設定することができるが、例えば、以下のような条件で行なうことができる。
水性媒体としては、炭素源、窒素源、無機塩及び必要に応じその他の有機微量栄養素を含有する通常の培地を用いることができるが、後述の炭素源等を含む培地や、水、リン酸塩、炭酸塩、酢酸塩、ほう酸塩、クエン酸塩、トリスなどの緩衝液、メタノール、エタノールなどのアルコール類、酢酸エチルなどのエステル類、アセトンなどのケトン類、アセトアミドなどのアミド類等が挙げられる。
There is no restriction | limiting in particular in the aqueous medium (medium) used by this invention, Although it can set suitably according to the kind of microorganisms to be used, For example, it can carry out on the following conditions.
As the aqueous medium, a normal medium containing a carbon source, a nitrogen source, an inorganic salt, and other organic micronutrients as necessary can be used. However, a medium containing a carbon source described later, water, phosphate, etc. , Carbonates, acetates, borates, citrates, tris buffers, alcohols such as methanol and ethanol, esters such as ethyl acetate, ketones such as acetone, amides such as acetamide, etc. .

炭素源は、上記微生物が資化しうる炭素源であれば特に限定されないが、例えば、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、グリセロール、シュークロース、サッカロース、デンプン、セルロース等の炭水化物;グリセリン、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられる。
窒素源としては、例えば、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等のアンモニウム塩の他、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスティープリカー等が用いられる。
The carbon source is not particularly limited as long as it is a carbon source that can be assimilated by the above-mentioned microorganisms. Fermentable carbohydrates such as polyalcohols such as ribitol are used.
As the nitrogen source, for example, peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor and the like are used in addition to ammonium salts such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, and ammonium phosphate.

無機塩としては、例えば、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム等が用いられる。
また、ビオチン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加してもよい。
As the inorganic salt, for example, monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride and the like are used.
In addition, vitamins such as biotin, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, nucleotides, amino acids, and other factors that promote growth may be added as necessary.

また、培養条件は、用いる微生物の生育が可能であれば特に制限はなく、通常、培養温度10℃〜45℃で12時間〜96時間実施することができるが、後述の変換工程において、酵素活性が高くなり、かつ、副生成物であるメラニンの生成が低減されるような条件で培養することが好ましい。本発明の微生物が、大腸菌である場合、水性媒体の温度を、
好ましくは16℃以上、より好ましくは20℃以上、また、好ましくは29℃以下、より好ましくは25℃以下とするとベタキサンチンの生産効率が向上する傾向にあり、好ましい。
The culture conditions are not particularly limited as long as the microorganisms to be used can be grown. Usually, the culture conditions can be carried out at a culture temperature of 10 ° C. to 45 ° C. for 12 hours to 96 hours. The culture is preferably performed under such a condition that the production of melanin as a by-product is reduced. When the microorganism of the present invention is Escherichia coli, the temperature of the aqueous medium is
It is preferably 16 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher, and preferably 29 ° C. or lower, more preferably 25 ° C. or lower.

(変換工程)
本発明の変換工程は、本発明の微生物またはその処理物の存在下、水性媒体中で原料をベタキサンチンへと変換する工程である。本工程は、原料をベタキサンチンへと変換することを目的とするものであり、原料としては、上述の糖質原料、および/またはチロシンと、さらに、必要に応じてチロシン以外のアミノ酸が用いられる。
(Conversion process)
The conversion step of the present invention is a step of converting a raw material into betaxanthin in an aqueous medium in the presence of the microorganism of the present invention or a processed product thereof. The purpose of this step is to convert the raw material into betaxanthin. As the raw material, the above-mentioned carbohydrate raw material and / or tyrosine and, if necessary, an amino acid other than tyrosine are used. .

また、上述の培養工程で培養された本発明の微生物の菌体を、休止菌体として、当該休止菌体を、本工程において、本発明の微生物として用いることも好ましい。本発明の微生物の菌体を休止菌体とする方法としては、培養工程で得られた培養液から遠心操作等による菌体を回収する方法や、水、または、微生物の生育に必要な炭素源、および窒素源を含有しないバッファー等により洗浄することにより、菌体を回収する方法等が挙げられる。   Moreover, it is also preferable to use the microbial cell of the microorganism of the present invention cultured in the above-described culturing step as a resting microbial cell and use the quiescent cell as the microorganism of the present invention in this step. Examples of the method of making the microbial cells of the present invention resting microbial cells include a method for recovering microbial cells from the culture solution obtained in the culturing step by centrifugation, etc., water, or a carbon source necessary for the growth of the microorganisms. And a method of recovering bacterial cells by washing with a buffer that does not contain a nitrogen source.

なお、本発明の微生物が糖質原料からベタキサンチンを合成する代謝経路をすべて有するものである場合は、上述の培養工程と特に区別することなく連続して本工程を実施してもよい。   In addition, when the microorganisms of this invention have all the metabolic pathways which synthesize | combine betaxanthin from saccharide raw materials, you may implement this process continuously, without distinguishing in particular from the above-mentioned culture | cultivation process.

用いる水性媒体(培地)に特に制限はなく、用いる微生物の種類に応じて適宜設定することができ、前記培養工程に記載したものと同様のものを用いることができる。本工程においては、水性媒体が、アスコルビン酸、銅および鉄からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むものであることが好ましく、アスコルビン酸、銅および鉄を含むことがより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular in the aqueous medium (medium) to be used, According to the kind of microorganisms to be used, it can set suitably, The thing similar to what was described in the said culture | cultivation process can be used. In this step, the aqueous medium preferably contains at least one selected from the group consisting of ascorbic acid, copper and iron, and more preferably contains ascorbic acid, copper and iron.

また、反応は、用いる微生物の生育が可能な条件、またはベタレイン色素生産のために導入した酵素が完全に酵素活性を失わない条件であれば特に制限はなく、通常、反応温度10℃〜45℃で12時間〜96時間実施するが、酵素活性が高くなり、かつ、副生成物であるメラニンの生成が低減されるような条件で反応させることが好ましい。本発明の微生物が、大腸菌である場合、水性媒体の温度を、好ましくは16℃以上、より好ましくは20℃以上、また、好ましくは29℃以下、より好ましくは25℃以下とするとベタキサンチンの生産効率が向上する傾向にあり、好ましい。   The reaction is not particularly limited as long as the microorganism used can grow, or the enzyme introduced for producing the betalain pigment does not completely lose the enzyme activity. Usually, the reaction temperature is 10 ° C to 45 ° C. The reaction is preferably carried out for 12 hours to 96 hours under such conditions that the enzyme activity is high and the production of melanin as a by-product is reduced. When the microorganism of the present invention is Escherichia coli, the production of betaxanthin is carried out when the temperature of the aqueous medium is preferably 16 ° C or higher, more preferably 20 ° C or higher, and preferably 29 ° C or lower, more preferably 25 ° C or lower. It tends to improve efficiency, which is preferable.

(回収工程)
上述の変換工程の後に、必要に応じて、水性媒体からベタキサンチンを回収する工程を有することが好ましい。
周知の方法、例えば、有機溶媒を用いる抽出、蒸留、カラムクロマトグラフィーなどにより、水性媒体または菌体内から回収することができ、必要に応じてさらに精製することができる。
(Recovery process)
It is preferable to have the process of collect | recovering betaxanthins from an aqueous medium as needed after the above-mentioned conversion process.
It can be recovered from an aqueous medium or cells by well-known methods such as extraction using an organic solvent, distillation, column chromatography and the like, and can be further purified as necessary.

[ベタキサンチン]
本発明の製造方法では、公知のベタキサンチンはもちろん、原料として、任意の非天然型アミノ酸を用いれば、非天然型のアミノ酸が付加されたベタキサンチンを製造することができる。このような非天然型のアミノ酸が付加されたベタキサンチンとしては、例えば、以下の式(3)で表されるものが挙げられる。
[Betaxanthin]
In the production method of the present invention, if any non-natural amino acid is used as a raw material as well as known betaxanthin, betaxanthin to which the non-natural amino acid is added can be produced. Examples of betaxanthin to which such an unnatural amino acid is added include those represented by the following formula (3).

Figure 2015192668
Figure 2015192668

式(3)において、Rは、炭素数1〜40の直鎖または分岐鎖または環状の飽和もしくは不飽和炭化水素基からなる群から選択される1種である。ただし該炭化水素基の水素原子の一部または全部は、ハロゲン原子、アシル基、アミド基、アミノ基、アルコキシ基、アルデヒド基、イミダゾール基、インドール基、オキソ基、カルボキシル基、グアニジノ基、シアノ基、スルホ基、チオール基、ニトロ基、ヒドロキシル基およびフェニル基からなる群から選択される少なくとも一種で置換されていてもよく、該炭化水素基は、イミニウムの窒素を含有する形で環を形成していてもよい。さらに、該イミダゾール基、該インドール基および該フェニル基の芳香環の一部または全部は、上記と同様の置換基群から選択される少なくとも一種にて置換されていてもよい。さらに該炭化水素基の炭素原子の一部は、硫黄原子、酸素原子、窒素原子、リン原子から選択される少なくとも一種で置換されていてもよい。   In Formula (3), R is 1 type selected from the group which consists of a C1-C40 linear or branched or cyclic saturated or unsaturated hydrocarbon group. However, some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbon group are halogen atoms, acyl groups, amide groups, amino groups, alkoxy groups, aldehyde groups, imidazole groups, indole groups, oxo groups, carboxyl groups, guanidino groups, cyano groups. May be substituted with at least one selected from the group consisting of a sulfo group, a thiol group, a nitro group, a hydroxyl group and a phenyl group, and the hydrocarbon group forms a ring in a form containing nitrogen of iminium. It may be. Furthermore, some or all of the aromatic rings of the imidazole group, the indole group, and the phenyl group may be substituted with at least one selected from the same substituent group as described above. Furthermore, some of the carbon atoms of the hydrocarbon group may be substituted with at least one selected from a sulfur atom, an oxygen atom, a nitrogen atom, and a phosphorus atom.

式(3)において、Rが、直鎖または分岐鎖のアルキル基である場合、その炭素数が1〜10であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。この場合、Rが、エチル基、プロピル基、およびイソブチル基からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが特に好ましい。   In Formula (3), when R is a linear or branched alkyl group, the carbon number is preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 5. In this case, it is particularly preferable that R is at least one selected from the group consisting of an ethyl group, a propyl group, and an isobutyl group.

式(3)において、Rが、直鎖または分岐鎖のアルケニル基である場合、その炭素数が1〜10であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。この場合、Rが、アリル基、1−ブテニル基、および2−ブテニル基からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが特に好ましい。   In Formula (3), when R is a linear or branched alkenyl group, the number of carbon atoms is preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 5. In this case, it is particularly preferable that R is at least one selected from the group consisting of an allyl group, a 1-butenyl group, and a 2-butenyl group.

式(3)において、Rが、直鎖または分岐鎖のアルキニル基である場合、その炭素数が1〜10であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。この場合、Rが、エチニル基、1−ブチニル基、および2−ブチニル基からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが特に好ましい。   In the formula (3), when R is a linear or branched alkynyl group, the carbon number thereof is preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 5. In this case, it is particularly preferable that R is at least one selected from the group consisting of an ethynyl group, a 1-butynyl group, and a 2-butynyl group.

式(3)において、Rが、直鎖または分岐鎖のアリール基である場合、その炭素数が1〜20であることが好ましく、1〜10であることがより好ましい。この場合、Rが、ベンジル基、トリル基、およびフェネシル基からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが特に好ましい。   In Formula (3), when R is a linear or branched aryl group, the carbon number thereof is preferably 1-20, and more preferably 1-10. In this case, R is particularly preferably at least one selected from the group consisting of a benzyl group, a tolyl group, and a phenesyl group.

前記式(3)で表される化合物は、強力な抗酸化活性を有するという性質を生かし、抗酸化剤等に好適に用いることができる。
また、前記式(3)で表される化合物の中でも、例えば、下記式(4)で表される化合物が好ましい。
The compound represented by the formula (3) can be suitably used as an antioxidant or the like by taking advantage of its strong antioxidant activity.
Moreover, among the compounds represented by the formula (3), for example, a compound represented by the following formula (4) is preferable.

Figure 2015192668
Figure 2015192668

同様に、原料として非天然型アミンを用いることで、非天然型のアミンが付加されたベタキサンチンを製造することができる。このような非天然型のアミンが付加されたベタキサンチンとしては、アミン骨格中に複数の共役構造を有するものが好ましく、例えば、以下の式(5)や式(6)で表されるものが挙げられる。   Similarly, by using a non-natural amine as a raw material, betaxanthin to which a non-natural amine is added can be produced. As such a betaxanthin to which an unnatural amine is added, those having a plurality of conjugated structures in the amine skeleton are preferable. For example, those represented by the following formulas (5) and (6) are used. Can be mentioned.

Figure 2015192668
Figure 2015192668

Figure 2015192668
Figure 2015192668

式(5)においてnは1〜20であることが好ましく、1〜10であることがより好ましい。   In the formula (5), n is preferably 1 to 20, and more preferably 1 to 10.

式(6)においてnは1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。   In Formula (6), n is preferably 1 to 5, and more preferably 1 to 3.

前記式(5)、(6)で表される化合物は、強力な抗酸化活性を有するという性質を生かし、抗酸化剤等に好適に用いることができる。   The compounds represented by the above formulas (5) and (6) can be suitably used as an antioxidant or the like by taking advantage of their strong antioxidant activity.

次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is exceeded.

[作製例1]チロシナーゼ活性、およびDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有
する大腸菌の作製
(1)大腸菌用チロシナーゼ発現プラスミドの構築
Bacillus megaterium DSM 319, Ralstonia solanacearum GMI1000, Bacillus thuringiensis BMB171由来の3種類のチロシナーゼ(以下、この3種類のチロシナーゼを、それぞ
れ、BMTYR,RSTYR,BTTYRと称する。)の遺伝子配列情報をNational Center for Biotechnology Information(NCBI)から得て、遺伝子合成により大腸菌のコドン頻度に最適化した。得られた最適化された遺伝子断片の全遺伝子配列を、それぞれ、配列番号1〜3に示す。配列番号1〜3の遺伝子断片を、pUC57ベクター(GenScript社)のEcoRVサイトに挿入したプラスミドを作製した。得られたプラスミドを鋳型として、5’末端に制限酵素NdeIサイトを、3’末端に制限酵素KpnIサイトを付加した、以下のプライマーを用いたPCRにより各遺伝子断片を得た。
BMTYR遺伝子増幅用プライマー: 配列番号4、5
RSTYR遺伝子増幅用プライマー: 配列番号6、7
BTTYR遺伝子増幅用プライマー: 配列番号8、9
PCR反応液組成: 鋳型DNA 2μl、PrimeSTAR(R) HS DNA
Polymerase(タカラバイオ株式会社製) 0.5μl、5×PrimeSTAR Buffer 10μl、2.5mM dNTP Mixture 4μl、2μM各々プライマー 5μl、滅菌水24μl(これらを混合して全量50μlとした。)
反応温度条件: TaKaRa PCR Thermal Cylcer Dice Touch (型式TP350)を用い、98℃で10秒、55℃で5秒、72℃で1分(BMTYRおよびBTTYR)、1分30秒(RSTYR)からなるサイクルを30回繰り返した。ただし、1サイクル目の98℃での保温は1分10秒とした。
[Production Example 1] Production of Escherichia coli having tyrosinase activity and DOPA 4,5-dioxygenase activity (1) Construction of tyrosinase expression plasmid for E. coli
The gene sequence information of three types of tyrosinases derived from Bacillus megaterium DSM 319, Ralstonia solanacearum GMI1000, and Bacillus thuringiensis BMB171 (hereinafter, these three types of tyrosinases are referred to as BMTYR, RSTYR, and BTTYR, respectively). NCBI) and optimized for E. coli codon frequency by gene synthesis. The entire gene sequences of the obtained optimized gene fragments are shown in SEQ ID NOs: 1 to 3, respectively. A plasmid was prepared by inserting the gene fragments of SEQ ID NOs: 1 to 3 into the EcoRV site of the pUC57 vector (GenScript). Using the resulting plasmid as a template, each gene fragment was obtained by PCR using the following primers with a restriction enzyme NdeI site added to the 5 ′ end and a restriction enzyme KpnI site added to the 3 ′ end.
BMTYR gene amplification primers: SEQ ID NOs: 4, 5
RSTYR gene amplification primers: SEQ ID NOS: 6 and 7
BTTYR gene amplification primer: SEQ ID NOS: 8 and 9
PCR reaction solution composition: template DNA 2μl, PrimeSTAR (R) HS DNA
Polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.) 0.5 μl, 5 × PrimeStar Buffer 10 μl, 2.5 mM dNTP Mixture 4 μl, 2 μM each primer 5 μl, sterilized water 24 μl (the total volume was 50 μl)
Reaction temperature conditions: Cycle consisting of TaKaRa PCR Thermal Cycler Dice Touch (type TP350), 10 seconds at 98 ° C, 5 seconds at 55 ° C, 1 minute at 72 ° C (BMTYR and BTTYR), 1 minute 30 seconds (RSTYR) Was repeated 30 times. However, the heat retention at 98 ° C. in the first cycle was 1 minute and 10 seconds.

PCRの増幅産物の確認は、1%アガロース(アガロース−RE:ナカライテスク株式会社)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、BMTYRは約0.9kb、RSTYRは約1.5kb、BTTYRは0.8kbの断片を検出した。ゲルからの目的断片の回収はWizard(R) SV Gel and
PCR Clean−UP System (Promega製)を用いて行った。得られたチロシナーゼのPCR断片を、それぞれ、Zero Blunt(R) TOPO(R) PCR Cloning Kit (invitorge製)を用いてpCRTM−Blunt II−TOPO(R)ベクター (invitorgen製)に連結した後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。このようにして得られた組み換え大腸菌を50μg/ml カナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、50μg/ml カナマイシンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit (SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。得られたプラスミドDNAを、それぞれ、BMTYR/pCR−bluntII、RSTYR/pCR−bluntII、BTTYR/pCR−bluntIIと命名した。
Confirmation of PCR amplification products is performed by separation by gel electrophoresis with 1% agarose (Agarose-RE: Nacalai Tesque), followed by visualization by ethidium bromide staining. 0.5 kb, BTTYR detected a 0.8 kb fragment. Recovery of the target fragment from the gel is performed by Wizard (R) SV Gel and
This was performed using PCR Clean-UP System (manufactured by Promega). The PCR fragment obtained tyrosinase, respectively, after the connection to the pCR TM -Blunt II-TOPO (R ) vector (manufactured by Invitorgen) using Zero Blunt (R) TOPO (R ) PCR Cloning Kit ( manufactured by Invitorge), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin. The clones that formed colonies on this medium were subjected to liquid culture using an LB liquid medium containing 50 μg / ml kanamycin, and then a plasmid was obtained from the obtained bacterial cells using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). DNA was extracted. The obtained plasmid DNAs were named BMTYR / pCR-bluntII, RSTYR / pCR-bluntII, and BTTYR / pCR-bluntII, respectively.

次に、上記BMTYR/pCR−bluntII、RSTYR/pCR−bluntII、BTTYR/pCR−bluntIIを、それぞれ、NdeIおよびKpnIにて制限酵素処理した後、1%アガロース(アガロース−RE:ナカライテスク株式会社)ゲル電気泳動により分離した。分離されたBMTYR由来の約0.9kb遺伝子断片、RSTYR由来の約1.5kb遺伝子断片、BTTYR由来の約0.8kb遺伝子断片を、Wi
zard(R) SV Gel and PCR Clean−UP System(Promega製)を用いて回収した。
大腸菌用発現ベクターpETDuet−1(Novagen製)についても、同様の方法で制限酵素処理、および分離を行ない、約5.4kbの遺伝子断片を回収した。
Next, the above-mentioned BMTYR / pCR-bluntII, RSTYR / pCR-bluntII, BTTYR / pCR-bluntII were each treated with NdeI and KpnI, followed by 1% agarose (Agarose-RE: Nacalai Tesque) gel Separated by electrophoresis. The isolated about 0.9 kb gene fragment derived from BMTYR, about 1.5 kb gene fragment derived from RSTYR, and about 0.8 kb gene fragment derived from BTTYR
Zard (R) SV Gel and PCR was collected using a Clean-UP System (Promega).
The expression vector pETDuet-1 (manufactured by Novagen) for E. coli was also treated with restriction enzyme and separated in the same manner, and a gene fragment of about 5.4 kb was recovered.

次いで、上記で得られた、それぞれのチロシナーゼ遺伝子断片と、大腸菌発現ベクターpETDuet−1とをLigation high Ver.2(TOYOBO製)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。
このようにして得られた組み換え大腸菌を100μg/ml アンピシリンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、100μg/ml アンピシリンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit (SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。得られたプラスミドDNAを、それぞれ、BMTYR/pETDuet−1、RSTYR/pETDuet−1、BTTYR/pETDuet−1と命名した。
Next, the respective tyrosinase gene fragments obtained above and the E. coli expression vector pETDuet-1 were ligated to High. 2 (manufactured by TOYOBO). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA.
The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 100 μg / ml ampicillin. The clones that formed colonies on this medium were subjected to liquid culture using an LB liquid medium containing 100 μg / ml ampicillin, and then the resulting cells were used to generate a plasmid using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). DNA was extracted. The obtained plasmid DNAs were named BMTYR / pETDuet-1, RSTYR / pETDuet-1, and BTTYR / pETDuet-1, respectively.

(2)大腸菌用DOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ(DOD)発現プラスミドの構築
オシロイバナ(Mirabilis jalapa)由来のDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ (以下、「MjDOD」と称する。) 遺伝子配列情報1種類をNCBIから得て、遺伝子合成により大腸菌のコドン頻度に最適化した。最適化したMjDODの全遺伝子配列を配列番号10に示す。配列番号10に記載の配列を、pUC57ベクター (GenScript社)のEcoRVサイトに挿入した。得られたプラスミドを鋳型として、5’末端に制限酵素NdeIサイトを、3’末端に制限酵素KpnIサイトを付加したプライマー(配列番号11、および12) を用いたPCRにより遺伝子断片を得た。
PCR反応液組成: 鋳型DNA 2μl、PrimeSTAR(R) HS DNA
Polymerase (タカラバイオ株式会社製) 0.5μl、5×PrimeSTAR Buffer 10μl、2.5mM dNTP Mixture 4μl、2μM各々プライマー 5μl、滅菌水24μl(これらを混合して全量50μlとした。)
反応温度条件: TaKaRa PCR Thermal Cylcer Dice Touch (型式TP350)を用い、98℃で10秒、55℃で5秒、72℃で1分からなるサイクルを30回繰り返した。ただし、1サイクル目の98℃での保温は1分10秒とした。
(2) Construction of DOPA 4,5-dioxygenase (DOD) expression plasmid for E. coli DOPA 4,5-dioxygenase (hereinafter referred to as “MjDOD”) derived from Mirabilis jalapa One type of gene sequence information is NCBI. And optimized to the codon frequency of E. coli by gene synthesis. The entire gene sequence of the optimized MjDOD is shown in SEQ ID NO: 10. The sequence described in SEQ ID NO: 10 was inserted into the EcoRV site of the pUC57 vector (GenScript). Using the resulting plasmid as a template, a gene fragment was obtained by PCR using a primer (SEQ ID NO: 11 and 12) with a restriction enzyme NdeI site added to the 5 ′ end and a restriction enzyme KpnI site added to the 3 ′ end.
PCR reaction solution composition: template DNA 2μl, PrimeSTAR (R) HS DNA
Polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.) 0.5 μl, 5 × PrimeStar Buffer 10 μl, 2.5 mM dNTP Mixture 4 μl, 2 μM each primer 5 μl, sterilized water 24 μl (the total volume was 50 μl)
Reaction temperature conditions: TaKaRa PCR Thermal Cycler Dice Touch (type TP350) was used, and a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 5 seconds, and 72 ° C. for 1 minute was repeated 30 times. However, the heat retention at 98 ° C. in the first cycle was 1 minute and 10 seconds.

増幅産物の確認、およびゲルからの目的断片の回収は、前記「(1)大腸菌用チロシナーゼ発現プラスミドの構築」に記載の方法と同様にして行い、約0.8kbのMjDOD由来遺伝子断片を検出し、回収した。
得られたMjDODのPCR断片をZero Blunt(R) TOPO(R) PCR Cloning Kit (invitrogen製)を用いてpCRTM−Blunt II−TOPO(R)ベクター (invitorgen製)に連結した後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。
このようにして得られた組み換え大腸菌を50μg/ml カナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、50μg/ml カナマイシンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit (SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。ここで得られたプラスミドDNAをMjDOD/pCR−bluntIIと命名した。
Confirmation of the amplification product and recovery of the target fragment from the gel are carried out in the same manner as described in “(1) Construction of Tyrosinase Expression Plasmid for Escherichia coli”, and an approximately 0.8 kb MjDOD-derived gene fragment is detected. Recovered.
The obtained MjDOD PCR fragment was ligated to pCR -Blunt II-TOPO (R) vector (Invitrogen ) using Zero Blunt (R) TOPO (R) PCR Cloning Kit (Invitrogen). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the plasmid DNA.
The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin. The clones that formed colonies on this medium were subjected to liquid culture using an LB liquid medium containing 50 μg / ml kanamycin, and then a plasmid was obtained from the obtained bacterial cells using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). DNA was extracted. The plasmid DNA obtained here was named MjDOD / pCR-bluntII.

次に、上記MjDOD/pCR−bluntIIを、NdeIおよびKpnIにて制限
酵素処理した後、1%アガロースゲル電気泳動により分離し、約0.8kb遺伝子断片をWizard(R) SV Gel and PCR Clean−UP System
(Promega製)を用いて回収した。
pETDuet−1ベクターと共存可能な大腸菌発現ベクターであるpRSFDuet−1(Novagen製)についてもNdeIおよびKpnIにて制限酵素処理した後、同様の方法で分離し、約3.8kbの遺伝子断片を回収した。
Ligation high Ver.2(TOYOBO製)を用いて、上記のMjDOD遺伝子断片と大腸菌発現ベクターpRSFDuet−1とを連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。
Next, the MjDOD / pCR-bluntII was treated with restriction enzymes with NdeI and KpnI, and then separated by 1% agarose gel electrophoresis. The approximately 0.8 kb gene fragment was obtained from Wizard (R) SV Gel and PCR Clean-UP. System
It was collected using (manufactured by Promega).
pRSFDuet-1 (manufactured by Novagen), an Escherichia coli expression vector that can coexist with the pETDuet-1 vector, was also treated with NdeI and KpnI and then separated by the same method, and a gene fragment of about 3.8 kb was recovered. .
Ligation high Ver. 2 (manufactured by TOYOBO) was used to link the MjDOD gene fragment and the E. coli expression vector pRSFDuet-1. Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA.

このようにして得られた組み換え大腸菌を50μg/ml カナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、50μg/ml カナマイシンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit (SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。得られたプラスミドDNAをMjDOD/pRSFDuet−1と命名した。 The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin. The clones that formed colonies on this medium were subjected to liquid culture using an LB liquid medium containing 50 μg / ml kanamycin, and then a plasmid was obtained from the obtained bacterial cells using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). DNA was extracted. The obtained plasmid DNA was designated as MjDOD / pRSFDuet-1.

(3)チロシナーゼおよびDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ共発現大腸菌株の作製
上記(1)および(2)で作製した、BMTYR/pETDuet−1およびMjDOD/pRSFDuet−1、RSTYR/pETDuet−1およびMjDOD/pRSFDuet−1、BTTYR/pETDuet−1およびMjDOD/pRSFDuet−1の混合プラスミドで、それぞれ、大腸菌(BL21 StarTM(DE3)株)を形質転換した。得られた組換え大腸菌を100μg/ml アンピシリンおよび50μg/ml カナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、それぞれ、E.coli(BL21)/BMTYR/MjDOD、E.coli(BL21)/RSTYR/MjDOD、E.coli(BL21)/BTTYR/MjDODと命名し、ベタキサンチン生産株として以下のベタキサンチン生産試験に用いた。
(3) Preparation of tyrosinase and DOPA 4,5-dioxygenase co-expression Escherichia coli strains BMTYR / pETDuet-1 and MjDOD / pRSFDuet-1, RSTYR / pETDuet-1 and MjDOD / prepared in (1) and (2) above Escherichia coli (BL21 Star (DE3) strain) was transformed with mixed plasmids of pRSFDuet-1, BTTYR / pETDuet-1 and MjDOD / pRSFDuet-1, respectively. The obtained recombinant Escherichia coli was smeared on an LB agar medium containing 100 μg / ml ampicillin and 50 μg / ml kanamycin. Each of the clones that formed colonies on this medium was E. coli. E. coli (BL21) / BMTYR / MjDOD, E. coli. E. coli (BL21) / RSTYR / MjDOD, E. coli. E. coli (BL21) / BTTYR / MjDOD and used as a betaxanthin producing strain in the following betaxanthin production test.

[実施例1]
まず、上記で作製した微生物を、以下の方法で培養した。
(前培養工程)
上記で作製した3種類の共発現株E.coli(BL21)/BMTYR/MjDOD、E.coli(BL21)/RSTYR/MjDOD、E.coli(BL21)/BTTYR/MjDODを、それぞれ前培養培地[5×M9 Minimal Salts
400μl、1M CaCl0.2μl、1M MgSO 4μl、100g/L Casamino acid 200μl、1M Glucose 44μl、1%
Thiamine 4μl、50mM FeSO 2μl、40mg/ml CuSO 2μl、50mg/ml Kanamycin 2μl、および100mg/ml
Carbenicillin 2μlを、全量2mlとなるように滅菌水に溶解したもの]2mlに植菌し、培養温度32℃、180rpmで18時間培養した。
[Example 1]
First, the microorganism prepared above was cultured by the following method.
(Pre-culture process)
The three co-expression strains E. E. coli (BL21) / BMTYR / MjDOD, E. coli. E. coli (BL21) / RSTYR / MjDOD, E. coli. E. coli (BL21) / BTTYR / MjDOD were added to the preculture medium [5 × M9 Minimal Salts, respectively.
400 μl, 1 M CaCl 2 0.2 μl, 1 M MgSO 4 4 μl, 100 g / L Casamino acid 200 μl, 1 M Glucose 44 μl, 1%
Thiamine 4 μl, 50 mM FeSO 4 2 μl, 40 mg / ml CuSO 4 2 μl, 50 mg / ml Kanamicin 2 μl, and 100 mg / ml
Carbicillin 2 μl dissolved in sterilized water to a total volume of 2 ml] was inoculated into 2 ml and cultured at a culture temperature of 32 ° C. and 180 rpm for 18 hours.

(本培養工程)
上記で得られた前培養液500μlを、本培養培地[5×M9 Minimal Salts 10ml、1M CaCl 5μl、1M MgSO 100μl、40g/L NHCl 3.75ml、100g/L Casamino acid 5ml、1% Thiamine 100μl、50mM FeSO 50μl、40mg/ml CuSO 50μl、50mg/ml Kanamycin 50μl、100mg/ml Carbenicillin 50μl、Overnight ExpressTMAutoinduction Systems1 OnEx Solution
1 1ml、OnEx Solution2 2.5ml、およびOnEx Solution3 50μlを、全量50mlになるように滅菌水に溶解したもの]50mlに植菌し、培養温度20℃、200rpmで24時間培養することで、タンパク質の発現を誘導した。
(Main culture process)
500 μl of the preculture solution obtained above was added to the main culture medium [5 × M9 Minimal Salts 10 ml, 1 M CaCl 2 5 μl, 1 M MgSO 4 100 μl, 40 g / L NH 4 Cl 3.75 ml, 100 g / L Casamino acid 5 ml, 1 % Thiamine 100μl, 50mM FeSO 4 50μl , 40mg / ml CuSO 4 50μl, 50mg / ml Kanamycin 50μl, 100mg / ml Carbenicillin 50μl, Overnight Express TM Autoinduction Systems1 OnEx Solution
1 1 ml, OnEx Solution 2 2.5 ml, and OnEx Solution 3 50 μl dissolved in sterilized water to a total volume of 50 ml] were inoculated into 50 ml, and cultured at 20 ° C. and 200 rpm for 24 hours. Expression was induced.

(変換工程)
上記で得られた本培養液に、L−チロシン(終濃度1mM)および1Mアスコルビン酸500μlを添加することでベタキサンチンの生産反応を開始し、反応温度20℃、200rpmで24時間培養してベタキサンチンを生産させた。得られた培養液1mlから遠心分離(12000rpm、1分間)して得られた上清を0.45μmコスモスピンフィルター(日本ミリポア株式会社製)に通し、ろ液を分析サンプルとした。
(Conversion process)
To the main culture obtained above, L-tyrosine (final concentration: 1 mM) and 500 μl of 1M ascorbic acid were added to start the production reaction of betaxanthin, followed by culturing at a reaction temperature of 20 ° C. and 200 rpm for 24 hours. Xanthine was produced. The supernatant obtained by centrifugation (12000 rpm, 1 minute) from 1 ml of the obtained culture solution was passed through a 0.45 μm Cosmo spin filter (manufactured by Japan Millipore Corporation), and the filtrate was used as an analysis sample.

(解析)
解析は、Agilent Technologies 6460 Triple Quad LC/MSを用いて行なった。カラムはSunFireTM C18 3.5μm
2.1×150mm Column(Waters)を使用した。溶出は1%ギ酸(SolventA)と80%アセトニトリル(SolventB)を用い、SolventBの混合比を0%(0分)→0%(2分)→20%(20分)→100%(24分)→100%(26分)と経時的に増加させることにより行った(流速0.3ml/min、温度40℃)。ベタキサンチンはm/zおよび470nmのUV吸収をモニタリングすることで検出した。
(analysis)
Analysis was performed using Agilent Technologies 6460 Triple Quad LC / MS. Column is SunFire C18 3.5μm
A 2.1 x 150 mm Column (Waters) was used. For elution, 1% formic acid (Solvent A) and 80% acetonitrile (Solvent B) were used, and the mixing ratio of Solvent B was 0% (0 min) → 0% (2 min) → 20% (20 min) → 100% (24 min) → 100% (26 minutes) Increase over time (flow rate 0.3 ml / min, temperature 40 ° C.). Betaxanthin was detected by monitoring m / z and UV absorption at 470 nm.

(解析結果)
得られたLC/MS分析結果(全イオンクロマトグラム(TIC))を共発現株ごとに図1(E.coli(BL21)/BMTYR/MjDOD)、図2(E.coli(BL21)/BTTYR/MjDOD)、図3(E.coli(BL21)/RSTYR/MjDOD)に示す。また、生成したベタキサンチンの分子イオンピークのシグナルArea値の経時変化を共発現株ごとに表1(E.coli(BL21)/BMTYR/MjDOD)、表2(E.coli(BL21)/BTTYR/MjDOD)、表3(E.coli(BL21)/RSTYR/MjDOD)に示す。
(Analysis result)
The obtained LC / MS analysis results (total ion chromatogram (TIC)) are shown in FIG. 1 (E. coli (BL21) / BMTYR / MjDOD) and FIG. 2 (E. coli (BL21) / BTTYR /) for each co-expression strain. MjDOD) and shown in FIG. 3 (E. coli (BL21) / RSTYR / MjDOD). In addition, the time-dependent changes in the signal area value of the molecular ion peak of the produced betaxanthin are shown in Table 1 (E. coli (BL21) / BMTYR / MjDOD) and Table 2 (E. coli (BL21) / BTTYR /) for each co-expression strain. MjDOD), shown in Table 3 (E. coli (BL21) / RSTYR / MjDOD).

Figure 2015192668
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Figure 2015192668
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分析の結果、E.coli(BL21)/BMTYR/MjDOD、E.coli(BL21)/RSTYR/MjDOD、E.coli(BL21)/BTTYR/MjDODのいずれの共発現株においても数種類のベタキサンチン類および生合成前駆体であるベタラミン酸の生産が検出された。いずれの共発現株においてもバリン−ベタキサンチンの生産量が最も高く、続いてイソロイシン−ベタキサンチン、ロイシン−ベタキサンチン、フェニルアラニン−ベタキサンチンの順で生産量が高いことが示された。
また、上記3種の共発現株の中では、L−DOPAからドーパキノンへの酸化活性が低いことが公知であるRalstonia solanacearum GMI1000由来チロシナーゼ発現株であるE.coli(BL21)/RSTYR/MjDODにおいて最もベタキサンチン類の生産量が高く、本色素由来の黄色い呈色が強く確認された。
以上より、微生物にチロシナーゼおよびDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼを導入することでベタキサンチンが効率よく生産可能であることが示された。
As a result of the analysis, E.I. E. coli (BL21) / BMTYR / MjDOD, E. coli. E. coli (BL21) / RSTYR / MjDOD, E. coli. In any of the co-expression strains of E. coli (BL21) / BTTYR / MjDOD, the production of several types of betaxanthins and betalamic acid which is a biosynthetic precursor was detected. In any of the co-expression strains, the production amount of valine-betaxanthin was the highest, followed by isoleucine-betaxanthin, leucine-betaxanthin, and phenylalanine-betaxanthin in that order.
Among the above three co-expression strains, E. coli which is a tyrosinase expression strain derived from Ralstonia solanacearum GMI1000, which is known to have low oxidation activity from L-DOPA to dopaquinone. In E. coli (BL21) / RSTYR / MjDOD, the production amount of betaxanthines was the highest, and yellow coloration derived from the present pigment was strongly confirmed.
From the above, it was shown that betaxanthin can be efficiently produced by introducing tyrosinase and DOPA 4,5-dioxygenase into a microorganism.

[実施例2〜8]
休止菌体を用いて、天然型アミノ酸が付加したベタキサンチンの生産を行なった実施例を以下に示す。
(前培養工程)
作製例1で作製したE.coli(BL21)/RSTYR/MjDODを、前培養培地(組成は、実施例1と同様とした。)2mlに植菌し、培養温度32℃、180rpmで18時間培養した。
[Examples 2 to 8]
Examples of producing betaxanthin added with natural amino acids using resting cells are shown below.
(Pre-culture process)
The E.M. produced in Production Example 1 E. coli (BL21) / RSTYR / MjDOD was inoculated into 2 ml of a preculture medium (the composition was the same as in Example 1), and cultured at a culture temperature of 32 ° C. and 180 rpm for 18 hours.

(本培養工程)
得られた前培養液500μlを、本培養培地(組成は、実施例1と同様とした。)50mlに植菌し、培養温度20℃、200rpmで24時間培養することでタンパク質の発現を誘導した。
(Main culture process)
The obtained preculture solution (500 μl) was inoculated into 50 ml of a main culture medium (the composition was the same as in Example 1), and the protein expression was induced by culturing at 200 rpm for 24 hours at a culture temperature of 20 ° C. .

(変換工程)
上記の方法で得られた本培養液10mlを遠心分離(6000rpm、5分間)して得た菌体を一度50mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)2mlにて洗浄後、再度、遠心分離して菌体を回収した。回収された菌体を反応バッファー[0.1mM IPTG、50μM FeSO、4μg/ml CuSO、10mM アスコルビン酸、50μg/ml Kanamycin、100μg/ml Carbenicillinを含むリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)]2mlにて懸濁した。
得られた懸濁液に、ベタラミン酸の基質となるL−チロシンに加え、L−バリン(実施例2)、L−フェニルアラニン(実施例3)、L−トリプトファン(実施例4)、L−ロイシン(実施例5)、L−イソロイシン(実施例6)、L−ヒスチジン(実施例7)、L−メチオニン(実施例8)を添加した。なお、これらの天然アミノ酸の前記懸濁液中の終濃度は1mMとした。その後、反応温度20℃、200rpmの条件で24時間反応させた。得られた反応液1mlから遠心分離(12000rpm、1分間)して得られた上清を0.45μmコスモスピンフィルター(日本ミリポア株式会社製)に通し、ろ液を分析サンプルとした。解析は、実施例1と同様の方法で行なった。
(Conversion process)
The cells obtained by centrifugation (6000 rpm, 5 minutes) of 10 ml of the main culture obtained by the above method were once washed with 2 ml of 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), and then centrifuged again. The cells were collected. The collected bacterial cells were treated with a reaction buffer [potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 0.1 mM IPTG, 50 μM FeSO 4 , 4 μg / ml CuSO 4 , 10 mM ascorbic acid, 50 μg / ml Kanamicin, 100 μg / ml Carbenicillin]. Suspended in 2 ml.
In addition to L-tyrosine serving as a substrate for betaramic acid, L-valine (Example 2), L-phenylalanine (Example 3), L-tryptophan (Example 4), L-leucine were added to the resulting suspension. (Example 5), L-isoleucine (Example 6), L-histidine (Example 7), and L-methionine (Example 8) were added. The final concentration of these natural amino acids in the suspension was 1 mM. Then, it was made to react for 24 hours on the conditions of reaction temperature 20 degreeC and 200 rpm. The supernatant obtained by centrifugation (12000 rpm, 1 minute) from 1 ml of the obtained reaction solution was passed through a 0.45 μm Cosmo spin filter (manufactured by Nihon Millipore), and the filtrate was used as an analysis sample. The analysis was performed in the same manner as in Example 1.

(解析結果)
図4に、実施例2(L−バリン)で得られた反応溶液のLC/MS分析結果を示す。図4では、ベタラミン酸の合成基質であるチロシンに加えてバリンを添加した時にベタキサンチン由来の470nmのUV吸収を有するバリン−ベタキサンチンの分子イオンピーク([M+H]=311)が検出された。
(Analysis result)
FIG. 4 shows the LC / MS analysis results of the reaction solution obtained in Example 2 (L-valine). In FIG. 4, when valine was added in addition to tyrosine, which is a synthetic substrate for betaramic acid, a molecular ion peak of valine-betaxanthin ([M + H] + = 311) having UV absorption at 470 nm derived from betaxanthin was detected. .

また、反応開始後24時間までの生成量の経時変化のグラフ(図5)からは、バリン-ベタ
キサンチン生産量が経時的に増加していることがわかる。実施例2では、添加したバリン以外のアミノ酸由来ベタキサンチンの生成量は極めて少量であった。そのため、休止菌体を利用すると、目的とするアミノ酸が付加されたベタキサンチンの単一生産が可能と考えられる。
また、実施例3〜8で得られた反応溶液についても、実施例2と同様の方法で解析を行ない、その結果を下表に示す。
Further, from the graph of the change over time in the production amount up to 24 hours after the start of the reaction (FIG. 5), it can be seen that the production amount of valine-betaxanthin increases with time. In Example 2, the amount of amino acid-derived betaxanthin other than the added valine was very small. Therefore, if resting cells are used, it is thought that single production of betaxanthin to which the target amino acid is added is possible.
Further, the reaction solutions obtained in Examples 3 to 8 were also analyzed by the same method as in Example 2, and the results are shown in the following table.

Figure 2015192668
Figure 2015192668

表4から、L−バリン、L−フェニルアラニン、L−トリプトファン、L−ロイシン、L−イソロイシン、L−ヒスチジン、L−メチオニンを添加すると、添加したアミノ酸が付加したベタキサンチンが生産可能なことがわかる。
実施例2〜8で添加したアミノ酸は、疎水性が比較的高いものである。疎水性アミノ酸は、ベタラミン酸とイミン結合により縮合しやすく、ベタキサンチンが生成しやすい傾向にあることが示唆された。
なお、表4に掲載していないが、L−リシン、L−プロリンについても、ベタキサンチンの生成が確認されており、本発明によれば、これらのベタキサンチンの生産も可能であ
る。これらの実施例2〜8より、休止菌体反応時にL−チロシンに加えて単一のアミノ酸を添加することで、添加したアミノ酸が付加したベタキサンチンをほぼ単一に生産可能であることがわかる。
From Table 4, it can be seen that when L-valine, L-phenylalanine, L-tryptophan, L-leucine, L-isoleucine, L-histidine, and L-methionine are added, betaxanthin added with the added amino acid can be produced. .
The amino acids added in Examples 2 to 8 have relatively high hydrophobicity. It was suggested that hydrophobic amino acids tend to condense due to betalamic acid and imine bonds, and tend to produce betaxanthin.
In addition, although not listed in Table 4, the production | generation of betaxanthin is confirmed also about L-lysine and L-proline, According to this invention, the production of these betaxanthins is also possible. From these Examples 2 to 8, it can be seen that by adding a single amino acid in addition to L-tyrosine during the resting cell reaction, it is possible to produce almost single betaxanthin added by the added amino acid. .

[実施例9〜18]
休止菌体を用いて、非天然型アミノ酸が付加したベタキサンチンの生産を行なった実施例を以下に示す。
(前培養工程、本培養工程、ベタキサンチン生産工程)
実施例2〜8の(変換工程)において、得られた懸濁液に、天然型のアミノ酸に代えて、それぞれ、(S)−α−プロパルギルアラニン(実施例9)、(S)−α−メチルバリン(実施例10)、(S)−α−アリルアラニン(実施例11)、(S)−α−メチルトリプトファン(実施例12)、(S)−α−メチル−3−ヨードフェニルアラニン(実施例13)、(S)−α−メチル−2−ブロモフェニルアラニン(実施例14)、(S)−α−エチルアラニン(実施例15)、 (S)−α−メチルロイシン(実施例16)、 (S)−α−メチル−2−ニトロフェニルアラニン(実施例17)、(S)−α−メチルフェニルアラニン(実施例18)を添加したこと以外は、実施例2と同様の条件で、前培養工程、本培養工程、および変換工程を行なった。ここで用いた非天然型アミノ酸は、長瀬産業株式会社製のものであり、純度≧98%、≧98%eeのものを用いた。
[Examples 9 to 18]
An example in which betaxanthin added with an unnatural amino acid was produced using resting cells is shown below.
(Pre-culture process, main culture process, betaxanthin production process)
In the (conversion step) of Examples 2 to 8, instead of natural amino acids, (S) -α-propargylalanine (Example 9) and (S) -α- Methylvaline (Example 10), (S) -α-allylalanine (Example 11), (S) -α-methyltryptophan (Example 12), (S) -α-methyl-3-iodophenylalanine (Example) 13), (S) -α-methyl-2-bromophenylalanine (Example 14), (S) -α-ethylalanine (Example 15), (S) -α-methylleucine (Example 16), S) -α-methyl-2-nitrophenylalanine (Example 17) and (S) -α-methylphenylalanine (Example 18) were added under the same conditions as in Example 2 except that the preculture step, Performs main culture process and conversion process became. The non-natural amino acid used here was manufactured by Nagase Sangyo Co., Ltd., and had a purity of ≧ 98% and ≧ 98% ee.

(解析結果)
図6に、実施例9((S)−α−プロパルギルアラニン)で得られた反応溶液のLC/MS分析結果を示す。図6では、ベタラミン酸の合成基質であるチロシンに加えて非天然型アミノ酸を添加した時に、ベタキサンチン由来の470nmのUV吸収を有するプロパルギルアラニン−ベタキサンチン由来の分子イオンピーク([M+H]=321)が検出された。これにより、目的としていた非天然型ベタキサンチン色素の生産が確認された。また、反応24時間までの生成量の経時変化のグラフ(図7)からは、プロパルギルアラニン−ベタキサンチン生産量が経時的に増加していることが確認された。
また、実施例10〜18についても、同様の方法で解析を行ない、その結果を下表に示す。
(Analysis result)
FIG. 6 shows the LC / MS analysis results of the reaction solution obtained in Example 9 ((S) -α-propargylalanine). In FIG. 6, when a non-natural amino acid is added in addition to tyrosine, which is a synthetic substrate for betaramic acid, a molecular ion peak derived from propargylalanine-betaxanthin having a UV absorption at 470 nm derived from betaxanthine ([M + H] + = 321) was detected. This confirmed the production of the desired non-natural betaxanthin pigment. Moreover, it was confirmed from the graph (FIG. 7) of the time course of the production amount up to 24 hours of reaction that the production amount of propargylalanine-betaxanthin increased with time.
Further, Examples 10 to 18 were also analyzed in the same manner, and the results are shown in the following table.

Figure 2015192668
Figure 2015192668

実施例10においては、(S)−α−メチルバリン−ベタキサンチン、実施例11においては、(S)−α−アリルアラニン−ベタキサンチン、実施例12においては、(S)−α−メチルトリプトファン−ベタキサンチン、実施例13においては、(S)−α−メチル−3−ヨードフェニルアラニン−ベタキサンチン、実施例14においては、(S)−α−メチル−2−ブロモフェニルアラニン−ベタキサンチン、実施例15においては、(S)−α−エチルアラニン−ベタキサンチン、実施例16においては、(S)−α−メチ
ルロイシン−ベタキサンチン、実施例17においては、(S)−α−メチル−2−ニトロフェニルアラニン−ベタキサンチン、実施例18においては、(S)−α−メチルフェニルアラニン−ベタキサンチンが生産されたことがわかる。実施例9〜18により、休止菌体反応時にL−チロシンに加えて単一の非天然型アミノ酸を添加することで、新規物質である非天然型ベタキサンチンを生産可能であることがわかる。
In Example 10, (S) -α-methylvaline-betaxanthin, in Example 11, (S) -α-allylalanine-betaxanthin, in Example 12, (S) -α-methyltryptophan- Betaxanthin, (S) -α-methyl-3-iodophenylalanine-betaxanthin in Example 13, and (S) -α-methyl-2-bromophenylalanine-betaxanthin in Example 14, Example 15 (S) -α-ethylalanine-betaxanthin in Example 16, (S) -α-methylleucine-betaxanthin in Example 16, and (S) -α-methyl-2-nitro in Example 17. Phenylalanine-betaxanthine, (Example 18) produced (S) -α-methylphenylalanine-betaxanthin. And it can be seen. It can be seen from Examples 9 to 18 that a novel non-natural betaxanthin can be produced by adding a single non-natural amino acid in addition to L-tyrosine during the resting cell reaction.

[作製例2]チロシナーゼ活性、およびDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有
するチロシン生産大腸菌の作製
(1)チロシン生産大腸菌の作製チロシン生産大腸菌は、芳香族アミノ酸生合成に関与する遺伝子の転写制御因子であるtyrRの遺伝子破壊およびチロシンによるフィードバック阻害に耐性を有するコリスミ酸ムターゼ/プレフェン酸デヒドロゲナーゼ(TyrAfbr)、フェニルアラニンによるフィードバック阻害に耐性を有するDAHP合成酵素(AroGfbr)の増強により育種した。
[Production Example 2] Production of tyrosine-producing Escherichia coli having tyrosinase activity and DOPA 4,5-dioxygenase activity (1) Production of tyrosine-producing Escherichia coli Tyrosine-producing Escherichia coli is a transcriptional regulatory factor for genes involved in aromatic amino acid biosynthesis. The TyrR gene was disrupted, and chorismate mutase / prephenate dehydrogenase (TyrA fbr ) resistant to tyrosine feedback inhibition, and DAHP synthase (AroG fbr ) resistant to phenylalanine feedback inhibition were bred.

Zhangらの文献「Improved RecT or RecET cloning and subcloning method(2001)」の
プロトコールに従い大腸菌(BL21 StarTM(DE3)株)のtyrR遺伝子欠損株を取得した。以下この株をE.coli BL21 StarTM(DE3) ΔtyrR::Kanと称する。
フィードバック耐性コリスミ酸ムターゼ/プレフェン酸デヒドロゲナーゼ(TyrAfbr)は、大腸菌由来の野生型酵素TyrAの遺伝子配列情報をNational Center for Biotechnology Information(NCBI)から得て、アミノ酸配列53番目のメチオニンをイソロイシン、354番目のアラニンをバリンに変換した形で遺伝子合成により取得した(配列番号30)。配列番号30に記載の遺伝子断片をpUC57ベクター(GenScript社)のEcoRVサイトに挿入したプラスミドを作製した。得られたプラスミドを鋳型として、5’末端に制限酵素NdeIサイトを、3’末端に制限酵素KpnIサイトを付加した、以下のプライマーを用いたPCRにより遺伝子断片を得た。
According to the protocol of Zhang et al., “Improved RecT or RecET cloning and subcloning method (2001)”, a tyrR gene-deficient strain of E. coli (BL21 Star (DE3) strain) was obtained. This strain is hereinafter referred to as E. coli. E. coli BL21 Star (DE3) ΔtyrR :: Kan.
Feedback resistant chorismate mutase / prephenate dehydrogenase (TyrA fbr ) obtained the gene sequence information of wild-type enzyme TyrA derived from E. coli from National Center for Biotechnology Information (NCBI), and the methionine of the 53rd amino acid sequence is isoleucine and 354th. Was obtained by gene synthesis in the form of alanine converted to valine (SEQ ID NO: 30). A plasmid was prepared by inserting the gene fragment described in SEQ ID NO: 30 into the EcoRV site of the pUC57 vector (GenScript). Using the resulting plasmid as a template, a gene fragment was obtained by PCR using the following primers with a restriction enzyme NdeI site added to the 5 ′ end and a restriction enzyme KpnI site added to the 3 ′ end.

TyrAfbr遺伝子増幅用プライマー:配列番号31、32
フィードバック耐性DAHP合成酵素(AroGfbr)は、大腸菌由来の野生型酵素AroGの遺伝子配列情報をNational Center for Biotechnology Information(NCBI)から得て、アミノ酸配列146番目のアスパラギン酸をアスパラギンに変換した形で遺伝子合成により取得した(配列番号33)。pUC57ベクター(GenScript社)のEcoRVサイトに挿入したプラスミドを作製した。得られたプラスミドを鋳型として、5’末端に制限酵素EcoRIサイトを、3’末端に制限酵素HindIIIを付加した、以下のプライマーを用いたPCRにより遺伝子断片を得た。
TyrA fbr gene amplification primer: SEQ ID NOS: 31 and 32
The feedback resistant DAHP synthase (AroG fbr ) is obtained by obtaining the gene sequence information of the wild-type enzyme AroG derived from E. coli from National Center for Biotechnology Information (NCBI) and converting the aspartic acid at the 146th amino acid sequence into asparagine. Obtained by synthesis (SEQ ID NO: 33). A plasmid inserted into the EcoRV site of the pUC57 vector (GenScript) was prepared. Using the resulting plasmid as a template, a gene fragment was obtained by PCR using the following primers with a restriction enzyme EcoRI site added to the 5 ′ end and a restriction enzyme HindIII added to the 3 ′ end.

AroGfbr遺伝子増幅用プライマー:配列番号34、35
PCR反応液組成: 鋳型DNA 2μl、PrimeSTAR(R) HS DNA Polymerase(タカラバイオ株式会社製) 0.5μl、5×PrimeSTAR Buffer 10μl、2.5mM dNTP Mixture 4μl、2μM各々プライマー 5μl、滅菌水24μl(これらを混合して全量50μlとした。)
反応温度条件: TaKaRa PCR Thermal Cycler Dice Touch (型式TP350)を用い、98℃で10秒、55℃で5秒、72℃で1分からなるサイクルを30回繰り返した。ただし、1サイクル目の98℃での保温は1分10秒とした。
AroG fbr gene amplification primer: SEQ ID NOs: 34 and 35
PCR reaction solution composition: template DNA 2μl, PrimeSTAR (R) HS DNA Polymerase ( Takara Bio Inc.) 0.5μl, 5 × PrimeSTAR Buffer 10μl , 2.5mM dNTP Mixture 4μl, 2μM each primer 5 [mu] l, sterile water 24 [mu] l (these To make a total volume of 50 μl.)
Reaction temperature conditions: Using a TaKaRa PCR Thermal Cycler Dice Touch (type TP350), a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 5 seconds and 72 ° C. for 1 minute was repeated 30 times. However, the heat retention at 98 ° C. in the first cycle was 1 minute and 10 seconds.

PCRの増幅産物の確認は、1%アガロース(アガロース−RE:ナカライテスク株式会社)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い
、TyrAfb、AroGfbr共に約1.0kbの断片を検出した。ゲルからの目的断片の回収はWizard(R) SV Gel and PCR Clean−UP System(Promega製)を用いて行った。
得られたTyrAfbr およびAroGfbrのPCR断片を、それぞれ、Zero
Blunt(R) TOPO(R) PCR Cloning Kit(invitorgen製)を用いてpCRTM−Blunt II−TOPO(R)ベクター (invitorgen製)に連結した後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。このようにして得られた組み換え大腸菌を50μg/ml カナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、50μg/ml カナマイシンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit(SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。得られたプラスミドDNAを、それぞれ、TyrAfbr/pCR−bluntII、AroGfbr/pCR−bluntIIと命名した。
Confirmation of PCR amplification products was performed by separating by gel electrophoresis with 1% agarose (Agarose-RE: Nacalai Tesque) and then visualized by ethidium bromide staining. Both TyrA fb and AroG fbr were about 1.0 kb. Fragments were detected. Recovery of the desired fragment from the gel was performed using Wizard (R) SV Gel and PCR Clean-UP System ( manufactured by Promega).
The obtained PCR fragments of TyrA fbr and AroG fbr were respectively obtained as Zero.
After ligation to pCR -Blunt II-TOPO (R) vector (manufactured by Invitrogen ) using Blunt (R) TOPO (R) PCR Cloning Kit (manufactured by Invitrogen), E. coli (DH5α strain) was ligated with the obtained plasmid DNA. Transformed. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin. The clones that formed colonies on this medium were subjected to liquid culture using an LB liquid medium containing 50 μg / ml kanamycin, and then the resulting cells were used to generate a plasmid using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). DNA was extracted. The obtained plasmid DNAs were named TyrA fbr / pCR-blunt II and AroG fbr / pCR-blunt II , respectively.

次に、上記TyrAfbr /pCR−bluntIIを、それぞれ、NdeIおよびKpnIにて制限酵素処理した後、1%アガロース(アガロース−RE:ナカライテスク株式会社)ゲル電気泳動により分離した。分離されたTyrAfbr由来の約1.0kb遺伝子断片をWizard(R) SV Gel and PCR Clean−UP System(Promega製)を用いて回収した。
大腸菌発現ベクターpCDFDuet−1(Novagen製)についても、同様の方法で制限酵素処理、および分離を行ない、約3.8kbの遺伝子断片を回収した。
Next, the TyrA fbr / pCR- bluntII was subjected to restriction enzyme treatment with NdeI and KpnI, respectively, and then separated by 1% agarose (Agarose-RE: Nacalai Tesque) gel electrophoresis. Was recovered about 1.0kb gene fragment from isolated TyrA fbr using Wizard (R) SV Gel and PCR Clean-UP System ( manufactured by Promega).
The E. coli expression vector pCDFDuet-1 (manufactured by Novagen) was subjected to restriction enzyme treatment and separation in the same manner, and a gene fragment of about 3.8 kb was recovered.

次いで、上記で得られた、TyrAfbr遺伝子断片と、大腸菌発現ベクターpCDFDuet−1とをLigation high Ver.2(TOYOBO製)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。
このようにして得られた組み換え大腸菌を50μg/ml ストレプトマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、50μg/ml
ストレプトマイシンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit(SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。得られたプラスミドDNAを、TyrAfbr/pCDFDuet−1と命名した。
Next, the TyrA fbr gene fragment obtained above and the E. coli expression vector pCDFDuet-1 were ligated to High. 2 (manufactured by TOYOBO). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA.
The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / ml streptomycin. Clones that formed colonies on this medium were 50 μg / ml.
After liquid culture using an LB liquid medium containing streptomycin, plasmid DNA was extracted from the obtained cells using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). The obtained plasmid DNA was named TyrA fbr / pCDFDuet-1.

さらに上記AroGfbr/pCR−bluntIIを、それぞれ、EcoRIおよびHindIIIにて制限酵素処理した後、1%アガロース(アガロース−RE:ナカライテスク株式会社)ゲル電気泳動により分離した。分離されたAroGfbr由来の約1.0kb遺伝子断片をWizard(R) SV Gel and PCR Clean−UP System(Promega製)を用いて回収した。
TyrAfbr/pCDFDuet−1についても、同様の方法で制限酵素処理、および分離を行ない、約4.8kbの遺伝子断片を回収した。
Further, the AroG fbr / pCR- bluntII was subjected to restriction enzyme treatment with EcoRI and HindIII, respectively, and then separated by 1% agarose (Agarose-RE: Nacalai Tesque) gel electrophoresis. The isolated 1.0 kb gene fragment derived from AroG fbr was recovered using Wizard (R) SV Gel and PCR Clean-UP System (Promega).
TyrA fbr / pCDFDuet-1 was also treated with restriction enzymes and separated in the same manner, and a gene fragment of about 4.8 kb was recovered.

得られた、AroGfbr遺伝子断片と、TyrAfbr/ pCDFDuet−1とをLigation high Ver.2(TOYOBO製)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。
このようにして得られた組み換え大腸菌を50μg/ml ストレプトマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、50μg/ml
ストレプトマイシンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit(SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。得られたプラスミドDNAを、TyrAfbr+AroGfbr/pCDFDuet−1と命名した。
The obtained AroG fbr gene fragment and TyrA fbr / pCDFDuet-1 were ligated to Ligation high Ver. 2 (manufactured by TOYOBO). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA.
The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / ml streptomycin. Clones that formed colonies on this medium were 50 μg / ml.
After liquid culture using an LB liquid medium containing streptomycin, plasmid DNA was extracted from the obtained cells using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). The obtained plasmid DNA was named TyrA fbr + AroG fbr / pCDFDuet-1.

得られたTyrAfbr+AroGfbr/ pCDFDuet−1を用いて、先に構築したtyrR遺伝子欠損株E.coli BL21 StarTM(DE3) ΔtyrR::Kanを形質転換した。得られた組換え大腸菌を50μg/ml ストレプトマイシンおよび50μg/ml カナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンをE.coli BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbrと命名し、チロシン生産大腸菌とした。 Using the obtained TyrA fbr + AroG fbr / pCDFDuet-1, the tyrR gene-deficient strain E. E. coli BL21 Star (DE3) ΔtyrR :: Kan was transformed. The obtained recombinant Escherichia coli was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / ml streptomycin and 50 μg / ml kanamycin. Clones that formed colonies on this medium were E. coli. E. coli BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr was designated as tyrosine-producing Escherichia coli.

(2)大腸菌用チロシナーゼ、DOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ(DOD)共発現プラスミドの構築
上記したpUC57に挿入された大腸菌用コドン最適化済みMjDOD遺伝子断片を鋳型として、5’末端に制限酵素EcoRIサイトを、3’末端に制限酵素HindIIIサイトを付加した、以下のプライマーを用いたPCRにより遺伝子断片を得た。
MjDOD遺伝子増幅用プライマー:配列番号36、37
PCR反応液組成、反応温度条件は先の記載と同様である。得られた遺伝子断片をpCRTM−Blunt II−TOPO(R)ベクター (invitorgen製)に連結した後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。このようにして得られた組み換え大腸菌を50μg/ml カナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、50μg/ml カナマイシンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit(SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。得られたプラスミドDNAをMjDOD/pCR−bluntII−2と命名した。
(2) Construction of tyrosinase for E. coli and DOPA 4,5-dioxygenase (DOD) co-expression plasmid Codon-optimized MjDOD gene fragment for E. coli inserted into pUC57 described above as a template and restriction enzyme EcoRI site at the 5 'end A gene fragment was obtained by PCR using the following primers with a restriction enzyme HindIII site added to the 3 ′ end.
Primers for amplification of MjDOD gene: SEQ ID NOs: 36 and 37
The PCR reaction solution composition and reaction temperature conditions are the same as described above. The obtained gene fragment was ligated into pCR TM -Blunt II-TOPO (R ) vector (manufactured by Invitorgen), Escherichia coli with the resulting plasmid DNA (DH5 [alpha strain) was transformed. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin. The clones that formed colonies on this medium were subjected to liquid culture using an LB liquid medium containing 50 μg / ml kanamycin, and then the resulting cells were used to generate a plasmid using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). DNA was extracted. The obtained plasmid DNA was designated as MjDOD / pCR-bluntII-2.

次に、上記MjDOD/pCR−bluntII−2および先に作製例1の(1)で構築したBMTYR/pETDuet−1、RSTYR/pETDuet−1をEcoRIおよびHindIIIにて制限酵素処理した後、1%アガロース(アガロース−RE:ナカライテスク株式会社)ゲル電気泳動により分離した。MjDOD由来約0.8kb遺伝子断片とBMTYR/pETDuet−1由来約6.3kb遺伝子断片、RSTYR/pETDuet−1約6.9kb遺伝子断片をLigation high Ver.2(TOYOBO製)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。このようにして得られた組み換え大腸菌を100μg/ml アンピシリンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、100μg/ml アンピシリンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit(SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。得られたプラスミドDNAを、それぞれ、BMTYR+MjDOD/pETDuet−1、RSTYR+MjDOD/pETDuet−1と命名した。 Next, the above-mentioned MjDOD / pCR-bluntII-2 and BMTYR / pETDuet-1 and RSTYR / pETDuet-1 previously constructed in (1) of Preparation Example 1 were treated with restriction enzymes with EcoRI and HindIII, followed by 1% agarose. (Agarose-RE: Nacalai Tesque, Inc.) Separated by gel electrophoresis. MjDOD-derived about 0.8 kb gene fragment, BMTYR / pETDuet-1-derived about 6.3 kb gene fragment, and RSTYR / pETDuet-1 about 6.9 kb gene fragment were ligated to High. 2 (manufactured by TOYOBO). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 100 μg / ml ampicillin. The clones that formed colonies on this medium were subjected to liquid culture using an LB liquid medium containing 100 μg / ml ampicillin, and then the resulting cells were used to generate a plasmid using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). DNA was extracted. The obtained plasmid DNAs were named BMTYR + MjDOD / pETDuet-1 and RSTYR + MjDOD / pETDuet-1, respectively.

(3)チロシナーゼおよびDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ共発現チロシン生産大腸菌株の作製
上記(2)で得られたBMTYR+MjDOD/pETDuet−1、RSTYR+MjDOD/pETDuet−1を用いて上記(1)で得られたチロシン生産大腸菌E.coli (BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbrを形質転換した。得られた組換え大腸菌を100μg/ml アンピシリンおよび50μg/ml
カナマイシン、50μg/mlストレプトマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、それぞれ、E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/BMTYR+MjDOD、E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/RSTYR+MjDODと命名し、ベタキサンチン生産株として以下の糖質を原料としたベタキサン
チン生産試験に用いた。
(3) Production of tyrosinase and DOPA 4,5-dioxygenase co-expressing tyrosine-producing Escherichia coli strain Tyrosine producing E. coli E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr was transformed. The resulting recombinant E. coli was 100 μg / ml ampicillin and 50 μg / ml.
The LB agar medium containing kanamycin and 50 μg / ml streptomycin was smeared. Each of the clones that formed colonies on this medium was E. coli. E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / BMTYR + MjDOD, E. coli. E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / RSTYR + MjDOD was used as a betaxanthin production strain in the betaxanthin production test using the following saccharides as raw materials.

[実施例19]
まず、上記で作製した微生物を、以下の方法で培養した。
(前培養工程)
作製例2で作製した2種類のベタキサンチン生産株E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/BMTYR+MjDOD、E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/RSTYR+MjDODを、それぞれ前培養培地[5×M9 Minimal Salts 400μl、1M CaCl0.2μl、1M MgSO 4μl、100g/L Casamino acid 200μl、1M Glucose 44μl、1% Thiamine 4μl、50mM FeSO 2μl、40mg/ml CuSO 2μl、50mg/ml Kanamycin 2μl、100mg/ml Carbenicillin 2μl、50mg/ml Streptomycin 2μl を、全量2mlとなるように滅菌水に溶解したもの]2mlに植菌し、培養温度32℃、180rpmで20時間培養した。
[Example 19]
First, the microorganism prepared above was cultured by the following method.
(Pre-culture process)
Two types of betaxanthin producing strains E. coli produced in Production Example 2 were prepared. E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / BMTYR + MjDOD, E. coli. E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / RSTYR + MjDOD were added to the preculture medium [5 × M9 Minimal Salts 400 μl, 1 M CaCl 2 0.2 μl, 1 M MgSO 4 4 μl, 100 g / L Cas 100 44 μl, 1% Thiamine 4 μl, 50 mM FeSO 4 2 μl, 40 mg / ml CuSO 4 2 μl, 50 mg / ml Kanamicin 2 μl, 100 mg / ml Carbenicillin 2 μl, 50 mg / ml Streptomycin 2 μl in a total volume of 2 ml Inoculated into 2 ml and cultured at 32 ° C. and 180 rpm for 20 hours.

(本培養、変換工程)
上記で得られた前培養液を、本培養培地[5×M9 Minimal Salts 4ml、1M CaCl 2μl、1M MgSO 40μl、40g/L NHCl 1.5ml、100g/L Casamino acid 2ml、1% Thiamine 40μl、50mM FeSO 20μl、40mg/ml CuSO 20μl、50mg/ml Kanamycin 20μl、100mg/ml Carbenicillin 20μl、50mg/ml Streptomycin 20μl 、Overnight ExpressTM Autoinduction Systems1 OnEx Solution1 400μl、OnEx Solution2 1ml、およびOnEx Solution3 20μlを、全量20mlになるように滅菌水に溶解したもの]20mlにOD600=0.3となるように植菌し、培養温度20℃、180rpm、27時間培養し、タンパク発現誘導を行った。その後、1Mアスコルビン酸のみ200μl添加し、さらに21時間培養することで糖質を原料としたベタキサンチン生産を行った。得られた培養液1mlから遠心分離(12000rpm、1分間)して得られた上清を0.45μmコスモスピンフィルター(日本ミリポア株式会社製)に通し、ろ液を分析サンプルとした。
解析は、実施例1と同様の方法で行なった。
(Main culture, conversion process)
The preculture solution obtained above was added to the main culture medium [5 × M9 Minimal Salts 4 ml, 1 M CaCl 2 2 μl, 1 M MgSO 4 40 μl, 40 g / L NH 4 Cl 1.5 ml, 100 g / L Casamino acid, 1% Thiamine 40μl, 50mM FeSO 4 20μl, 40mg / ml CuSO 4 20μl, 50mg / ml Kanamycin 20μl, 100mg / ml Carbenicillin 20μl, 50mg / ml Streptomycin 20μl, Overnight Express TM Autoinduction Systems1 OnEx Solution1 400μl, OnEx Solution2 1ml, and OnEx Solution3 20μl To a total volume of 20 ml Thus, 20 ml was inoculated so that OD600 = 0.3, and cultured at 20 ° C. and 180 rpm for 27 hours to induce protein expression. Thereafter, 200 μl of 1M ascorbic acid alone was added and further cultured for 21 hours to produce betaxanthin using carbohydrate as a raw material. The supernatant obtained by centrifugation (12000 rpm, 1 minute) from 1 ml of the obtained culture solution was passed through a 0.45 μm Cosmo spin filter (manufactured by Japan Millipore Corporation), and the filtrate was used as an analysis sample.
The analysis was performed in the same manner as in Example 1.

(解析結果)
得られたLC/MS分析結果(全イオンクロマトグラム(TIC)およびUV470nm)を図8(E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/BMTYR+MjDOD)、図9(E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/RSTYR+MjDOD)に示す。また、培養48時間目の生成したベタキサンチンの分子イオンピークのシグナルArea値の値を表6(E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/BMTYR+MjDOD)、表7(E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/RSTYR+MjDOD)に示す。
(Analysis result)
The obtained LC / MS analysis results (total ion chromatogram (TIC) and UV 470 nm) are shown in FIG. 8 (E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / BMTYR + MjDOD), FIG. ) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / RSTYR + MjDOD). Further, the signal Area values of the molecular ion peak of betaxanthin produced after 48 hours of culture are shown in Table 6 (E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / BMTYR + MjDOD), Table 7 (E. coli). (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / RSTYR + MjDOD).

分析の結果、E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/BMTYR+MjDOD、E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/RSTYR+MjDOD両株ともに、培地中の糖質を原料として自ら生産したチロシンを利用することで、数種のベタキサンチン類およびベタキサンチンの前駆体であるベタラミン酸を生産することが確認された。両株共、バリン
‐ベタキサンチンの生成量が最も多く、E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/BMTYR+MjDODにおいては、次いでロイシン‐ベタキサンチン、イソロイシン‐ベタキサンチン、プロリン‐ベタキサンチン、リシン‐ベタキサンチン、フェニルアラニン‐ベタキサンチンの順で多く、E.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/RSTYR+MjDODにおいては、L−DOPA−ベタキサンチン、ロイシン‐ベタキサンチン、イソロイシン‐ベタキサンチン、プロリン‐ベタキサンチン、フェニルアラニン‐ベタキサンチン、リシン‐ベタキサンチンの順で多く生産していた。この蓄積傾向は実施例1とほぼ同様の傾向を示していた。
As a result of the analysis, E.I. E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / BMTYR + MjDOD, E. coli. E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / RSTYR + MjDOD Both of these strains are precursors of several types of betaxanthins and betaxanthins by using tyrosine produced from saccharides in the medium. It was confirmed that some betaramic acid was produced. Both strains produced the largest amount of valine-betaxanthin. E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / BMTYR + MjDOD, followed by leucine-betaxanthin, isoleucine-betaxanthin, proline-betaxanthin, lysine-betaxanthin, phenylalanine-betaxanthin in this order. In E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / RSTYR + MjDOD, L-DOPA-betaxanthin, leucine-betaxanthin, isoleucine-betaxanthine, proline-betaxanthin, phenylalanine-betaxanthin, lysine-betaxanthin Many were produced in order. This accumulation tendency was similar to that in Example 1.

また実施例1同様、Ralstonia solanacearum GMI1000由来チロシナーゼを用いたE.coli(BL21)ΔtyrR::Kan/TyrAfbr+AroGfbr/RSTYR+MjDODにおいてベタキサンチン類の生産量が高く、本色素由来の黄色い呈色が強く確認された。
以上より、チロシン生産大腸菌にチロシナーゼおよびDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼを導入することでチロシンを添加することなく、糖質を原料としてベタキサンチンが効率よく生産可能であることが示された。
Further, as in Example 1, E. coli using tyrosinase derived from Ralstonia solanacearum GMI1000. In E. coli (BL21) ΔtyrR :: Kan / TyrA fbr + AroG fbr / RSTYR + MjDOD, the amount of betaxanthins produced was high, and the yellow color derived from this dye was strongly confirmed.
From the above, it was shown that by introducing tyrosinase and DOPA 4,5-dioxygenase into tyrosine-producing Escherichia coli, it is possible to efficiently produce betaxanthin using carbohydrate as a raw material without adding tyrosine.

Figure 2015192668
Figure 2015192668

Figure 2015192668
Figure 2015192668

[作製例3]チロシナーゼ活性、およびDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有
する酵母の作製
(1)酵母用チロシナーゼ発現プラスミドの構築
Bacillus megaterium DSM 319, Ralstonia solanacearum GMI1000由来の2種類のチロ
シナーゼ(以下、この2種類のチロシナーゼを、それぞれ、BMTYR,RSTYRと称する)の遺伝子配列情報をNational Center for Biotechnology Information(NCBI)から得て、遺伝子合成により酵母のコドン頻度に最適化した。得られた最適化された遺伝子断片の全遺伝子配列(yBMTYRおよびyRSTYR)を、それぞれ、配列番号21、22に示す。配列番号21、22の遺伝子断片を、pUC57ベクター(GenScript社)のEcoRVサイトに挿入したプラスミドを作製した。得られたプラスミドを鋳型として、5’末端に制限酵素BamHIサイトを、3’末端に制限酵素HindIIIサイトを付加した、以下のプライマーを用いたPCRにより各遺伝子断片を得た。
[Production Example 3] Production of yeast having tyrosinase activity and DOPA 4,5-dioxygenase activity (1) Construction of tyrosinase expression plasmid for yeast
The gene sequence information of two types of tyrosinases derived from Bacillus megaterium DSM 319 and Ralstonia solanacearum GMI1000 (hereinafter referred to as BMTYR and RSTYR, respectively) were obtained from National Center for Biotechnology Information (NCBI), Synthesis was optimized for yeast codon frequency. The entire gene sequences (yBMTYR and yRSTYR) of the obtained optimized gene fragments are shown in SEQ ID NOs: 21 and 22, respectively. A plasmid was prepared by inserting the gene fragments of SEQ ID NOs: 21 and 22 into the EcoRV site of the pUC57 vector (GenScript). Using the obtained plasmid as a template, each gene fragment was obtained by PCR using the following primers with a restriction enzyme BamHI site added to the 5 ′ end and a restriction enzyme HindIII site added to the 3 ′ end.

yBMTYR遺伝子増幅用プライマー: 配列番号23、24
yRSTYR遺伝子増幅用プライマー: 配列番号25、26
PCR反応液組成: 鋳型DNA 2μl、PrimeSTAR(R) HS DNA
Polymerase(タカラバイオ株式会社製) 0.5μl、5×PrimeSTAR Buffer 10μl、2.5mM dNTP Mixture 4μl、2μM各々プライマー 5μl、滅菌水24μl(これらを混合して全量50μlとした。)反応温度条件: TaKaRa PCR Thermal Cycler Dice Touch (型式TP350)を用い、98℃で10秒、55℃で5秒、72℃で1分(BMTYR)、1分30秒(RSTYR)からなるサイクルを30回繰り返した。ただし、1サイクル目の98℃での保温は1分10秒とした。
Primer for yBMTYR gene amplification: SEQ ID NOS: 23 and 24
Primer for yRSTYR gene amplification: SEQ ID NOS: 25 and 26
PCR reaction solution composition: template DNA 2μl, PrimeSTAR (R) HS DNA
Polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.) 0.5 μl, 5 × PrimeSTAR Buffer 10 μl, 2.5 mM dNTP Mixture 4 μl, 2 μM each primer 5 μl, sterilized water 24 μl (mixed to make 50 μl in total) Reaction temperature conditions: TaKaRa Using PCR Thermal Cycler Dice Touch (type TP350), a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 5 seconds, 72 ° C. for 1 minute (BMTYR), 1 minute 30 seconds (RSTYR) was repeated 30 times. However, the heat retention at 98 ° C. in the first cycle was 1 minute and 10 seconds.

PCRの増幅産物の確認は、1%アガロース(アガロース−RE:ナカライテスク株式会社)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、yBMTYRは約0.9kb、yRSTYRは約1.5kbの断片を検出した。ゲルからの目的断片の回収はWizard(R) SV Gel and PCR Clean−UP System(Promega製)を用いて行った。
得られたチロシナーゼのPCR断片を、それぞれ、Zero Blunt(R) TOPO(R) PCR Cloning Kit(invitorgen製)を用いてpC
TM−Blunt II−TOPO(R)ベクター(invitorgen製)に連結した後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。このようにして得られた組み換え大腸菌を50μg/ml カナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、50μg/ml カナマイシンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP
Plasmid Miniprep Kit(SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。得られたプラスミドDNAを、それぞれ、yBMTYR/pCR−bluntII、yRSTYR/pCR−bluntIIと命名した。
Confirmation of PCR amplification products is performed by separating by gel electrophoresis with 1% agarose (Agarose-RE: Nacalai Tesque), followed by visualization with ethidium bromide staining. YBMTYR is about 0.9 kb, yRSTYR is about 1 A .5 kb fragment was detected. Recovery of the desired fragment from the gel was performed using Wizard (R) SV Gel and PCR Clean-UP System ( manufactured by Promega).
PCR fragment obtained tyrosinase, respectively, by using the Zero Blunt (R) TOPO (R ) PCR Cloning Kit ( manufactured by Invitorgen) pC
After linked to R TM -Blunt II-TOPO (R ) vector (manufactured by Invitorgen), Escherichia coli with the resulting plasmid DNA (DH5 [alpha strain) was transformed. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin. Clones that formed colonies on this medium were subjected to liquid culture using an LB liquid medium containing 50 μg / ml kanamycin, and then GenElute HP was obtained from the resulting cells.
Plasmid DNA was extracted using Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). The obtained plasmid DNAs were named yBMTYR / pCR-bluntII and yRSTYR / pCR-bluntII, respectively.

次に、上記yBMTYR/pCR−bluntII、yRSTYR/pCR−bluntIIを、それぞれ、BamHIおよびHindIIIにて制限酵素処理した後、1%アガロース(アガロース−RE:ナカライテスク株式会社)ゲル電気泳動により分離した。分離されたyBMTYR由来の約0.9kb遺伝子断片、yRSTYR由来の約1.5kb遺伝子断片をWizard(R) SV Gel and PCR Clean−UP
System(Promega製)を用いて回収した。
酵母用発現ベクターpESC−LEU(Stratagene製)についても、同様の方法で制限酵素処理、および分離を行ない、約7.8kbの遺伝子断片を回収した。
Next, the yBMTYR / pCR-bluntII and yRSTYR / pCR-bluntII were subjected to restriction enzyme treatment with BamHI and HindIII, respectively, and then separated by 1% agarose (Agarose-RE: Nacalai Tesque) gel electrophoresis. The isolated about 0.9 kb gene fragment derived from yBMTYR and the about 1.5 kb gene fragment derived from yRSTYR were subjected to Wizard (R) SV Gel and PCR Clean-UP.
It recovered using System (made by Promega).
The yeast expression vector pESC-LEU (manufactured by Stratagene) was subjected to restriction enzyme treatment and separation in the same manner, and a gene fragment of about 7.8 kb was recovered.

次いで、上記で得られた、それぞれのチロシナーゼ遺伝子断片と、酵母発現ベクターpESC−LEUとをLigation high Ver.2(TOYOBO製)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。
このようにして得られた組み換え大腸菌を100μg/ml アンピシリンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、100μg/ml アンピシリンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit(SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。得られたプラスミドDNAを、それぞれ、yBMTYR/pESC−LEU、yRSTYR/pESC−LEUと命名した。
Subsequently, each tyrosinase gene fragment obtained above and the yeast expression vector pESC-LEU were combined with Ligation high Ver. 2 (manufactured by TOYOBO). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA.
The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 100 μg / ml ampicillin. The clones that formed colonies on this medium were subjected to liquid culture using an LB liquid medium containing 100 μg / ml ampicillin, and then the resulting cells were used to generate a plasmid using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). DNA was extracted. The obtained plasmid DNAs were named yBMTYR / pESC-LEU and yRSTYR / pESC-LEU, respectively.

(2)酵母用DOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ(DOD)発現プラスミドの構築
オシロイバナ(Mirabilis jalapa)由来のDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ (以下、「MjDOD」と称する。) 遺伝子配列情報1種類をNCBIから得て、遺伝子合成により酵母のコドン頻度に最適化した。最適化したMjDODの全遺伝子配列(yMjDOD)を配列番号27に示す。配列番号27に記載の配列を、pUC57ベクター(GenScript社)のEcoRVサイトに挿入した。得られたプラスミドを鋳型として、5’末端に制限酵素BamHIサイトを、3’末端に制限酵素HindIIIサイトを付加したプライマー(配列番号28、および29) を用いたPCRにより遺伝子断片を得た。
(2) Construction of DOPA 4,5-dioxygenase (DOD) expression plasmid for yeast DOPA 4,5-dioxygenase (hereinafter referred to as “MjDOD”) derived from Mirabilis jalapa One type of gene sequence information is NCBI And optimized for yeast codon frequency by gene synthesis. The entire gene sequence (yMjDOD) of the optimized MjDOD is shown in SEQ ID NO: 27. The sequence described in SEQ ID NO: 27 was inserted into the EcoRV site of the pUC57 vector (GenScript). Using the resulting plasmid as a template, a gene fragment was obtained by PCR using primers (SEQ ID NOs: 28 and 29) in which a restriction enzyme BamHI site was added to the 5 ′ end and a restriction enzyme HindIII site was added to the 3 ′ end.

反応液組成: 鋳型DNA 2μl、PrimeSTAR(R) HS DNA Polymerase(タカラバイオ株式会社製) 0.5μl、5×PrimeSTAR Buffer 10μl、2.5mM dNTP Mixture 4μl、2μM各々プライマー 5μl、滅菌水24μl(これらを混合して全量50μlとした。)
反応温度条件: TaKaRa PCR Thermal Cycler Dice Touch (型式TP350)を用い、98℃で10秒、55℃で5秒、72℃で1分からなるサイクルを30回繰り返した。ただし、1サイクル目の98℃での保温は1分10秒とした。
The reaction solution composition: template DNA 2μl, PrimeSTAR (R) HS DNA Polymerase ( Takara Bio Inc.) 0.5μl, 5 × PrimeSTAR Buffer 10μl , 2.5mM dNTP Mixture 4μl, 2μM each primer 5 [mu] l, sterile water 24 [mu] l (these Mix to make a total volume of 50 μl.)
Reaction temperature conditions: Using a TaKaRa PCR Thermal Cycler Dice Touch (type TP350), a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 5 seconds and 72 ° C. for 1 minute was repeated 30 times. However, the heat retention at 98 ° C. in the first cycle was 1 minute and 10 seconds.

増幅産物の確認、およびゲルからの目的断片の回収は、前記「(1)酵母用チロシナーゼ発現プラスミドの構築」に記載の方法と同様にして行い、約0.8kbのyMjDOD由来遺伝子断片を検出し、回収した。
得られたyMjDODのPCR断片をZero Blunt(R) TOPO(R) PCR Cloning Kit(invitrogen製)を用いてpCRTM−Blunt II−TOPO(R)ベクター (invitorgen製)に連結した後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。
Confirmation of the amplification product and recovery of the target fragment from the gel are carried out in the same manner as described in “(1) Construction of a tyrosinase expression plasmid for yeast”, and an about 0.8 kb yMjDOD-derived gene fragment is detected. Recovered.
The obtained yMjDOD PCR fragment was ligated to pCR -Blunt II-TOPO (R) vector (Invitrogen ) using Zero Blunt (R) TOPO (R) PCR Cloning Kit (Invitrogen). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the plasmid DNA.

このようにして得られた組み換え大腸菌を50μg/ml カナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、50μg/ml カナマイシンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit(SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。ここで得られたプラスミドDNAをyMjDOD/pCR−bluntIIと命名した。 The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin. The clones that formed colonies on this medium were subjected to liquid culture using an LB liquid medium containing 50 μg / ml kanamycin, and then the resulting cells were used to generate a plasmid using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). DNA was extracted. The plasmid DNA obtained here was named yMjDOD / pCR-bluntII.

次に、上記yMjDOD/pCR−bluntIIを、BamHIおよびHindIIIにて制限酵素処理した後、1%アガロースゲル電気泳動により分離し、約0.8kb遺伝子断片をWizard(R) SV Gel and PCR Clean−UP System(Promega製)を用いて回収した。
pESC−LEUベクターと共存可能な酵母発現ベクターであるpESC−URA(Stratagene製)についてもBamHIおよびHindIIIにて制限酵素処理した後、同様の方法で分離し、約6.6kbの遺伝子断片を回収した。
Next, the above yMjDOD / pCR-bluntII was subjected to restriction enzyme treatment with BamHI and HindIII, and then separated by 1% agarose gel electrophoresis, and the approximately 0.8 kb gene fragment was isolated from Wizard (R) SV Gel and PCR Clean-UP. It recovered using System (made by Promega).
pESC-URA (manufactured by Stratagene), a yeast expression vector that can coexist with the pESC-LEU vector, was also treated with restriction enzymes BamHI and HindIII and then separated in the same manner, and a gene fragment of about 6.6 kb was recovered. .

Ligation high Ver.2(TOYOBO製)を用いて、上記のyMjDOD遺伝子断片と酵母発現ベクターpESC−URAとを連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換した。
このようにして得られた組み換え大腸菌を100μg/ml アンピシリンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、100μg/ml アンピシリンを含むLB液体培地を用いて液体培養した後、得られた菌体からGenEluteTM HP Plasmid Miniprep Kit(SIGMA−ALDRICH製)を用いてプラスミドDNAを抽出した。得られたプラスミドDNAをyMjDOD/pESC−URAと命名した。
Ligation high Ver. 2 (manufactured by TOYOBO) was used to link the yMjDOD gene fragment and the yeast expression vector pESC-URA. Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA.
The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 100 μg / ml ampicillin. The clones that formed colonies on this medium were subjected to liquid culture using an LB liquid medium containing 100 μg / ml ampicillin, and then the resulting cells were used to generate a plasmid using GenElute HP Plasmid Miniprep Kit (manufactured by SIGMA-ALDRICH). DNA was extracted. The obtained plasmid DNA was named yMjDOD / pESC-URA.

(3)チロシナーゼおよびDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ共発現酵母株の作製
上記(1)および(2)で作製した、yBMTYR/pESC−LEUおよびyMjDOD/pESC−URA、yRSTYR/pESC−LEUおよびyMjDOD/pESC−URAの混合プラスミドで、それぞれ、サッカロミセス・セレビジエYPH500株(MATα ura3 lys2 ade2 trp1 his3 leu2)(Stratagene社)を酢酸リチウム法(Ito,H.et al, (1983) J. Bacteriol. 153(1), 163-168)、もしくはエレクトロポレーション法(Fromm ME,et al.,(1986) Nature 319(6056):791-793)で形質転換した。得られた組換え酵母をYeast Synthetic Drop−out Medium Supplements without histidine,leucine,tryptophan and uracil(SIGMA−ALDRICH社)および20mg/Lトリプトファン、20mg/Lのヒスチジンを含有するSD寒天培地(0.67% Yeast Nitrogen Base w/o Amino Acids(Difco社)、2% グルコース、2% 寒天)に塗抹した。この培地上でコロニーを形成したクローンを、それぞれ、YPH500/BMTYR/MjDOD、YPH500/RSTYR/MjDODと命名し、ベタキサンチン生産酵母株として以下のベタキサンチン生産試験に用いた。
(3) Preparation of tyrosinase and DOPA 4,5-dioxygenase co-expression yeast strains yBMTYR / pESC-LEU and yMjDOD / pESC-URA, yRSTYR / pESC-LEU and yMjDOD / produced in (1) and (2) above The plasmids of pESC-URA were mixed with Saccharomyces cerevisiae YPH500 strain (MATα ura3 lys2 ade2 trp1 his3 leu2) (Stratagene) by the lithium acetate method (Ito, H. et al, (1983) J. Bacteriol. 153 (1). ), 163-168), or electroporation (Fromm ME, et al., (1986) Nature 319 (6056): 791-793). The obtained recombinant yeast was treated with yeast synthetic drop-out medium supplements without histide, leucine, tryptophan and uracil (SIGMA-ALDRICH) and 20 mg / L histidine containing 0.6 mg Yeast Nitrogen Base w / o Amino Acids (Difco), 2% glucose, 2% agar). The clones that formed colonies on this medium were designated as YPH500 / BMTYR / MjDOD and YPH500 / RSTYR / MjDOD, respectively, and used as the betaxanthin-producing yeast strains in the following betaxanthin production tests.

[実施例20]
休止菌体を用いて、ベタキサンチン生産を行った実施例を以下に示す。
(前培養工程)
作製例3で作製したYPH500/BMTYR/MjDOD、YPH500/RSTYR/MjDODをYeast Synthetic Drop−out Medium Supplements without histidine,leucine,tryptophan and uracil(SIGMA−ALDRICH社)および20mg/Lトリプトファン、20mg/Lのヒスチジンを含有するSD培地2mlに植菌し、培養温度30℃、180rpmで18時間培養した。
[Example 20]
Examples of producing betaxanthin using resting cells are shown below.
(Pre-culture process)
YPH500 / BMTYR / MjDOD and YPH500 / RSTYR / MjDOD produced in Production Example 3 were produced by Yeast Synthetic Drop-out Medium with histodin, leucine, triptophan MG L Was inoculated into 2 ml of an SD medium containing, and cultured at 30 ° C. and 180 rpm for 18 hours.

(本培養工程)
得られた前培養液をOD600=0.2となるようにYeast Synthetic
Drop−out Medium Supplements without histidine,leucine,tryptophan and uracil(SIGMA−ALDRICH社)および20mg/Lトリプトファン、20mg/Lのヒスチジンを含有するSR培地(0.67% Yeast Nitrogen Base w/o
Amino Acids(Difco社)、2% ラフィノース)20mlに添加し、培養温度30℃、180rpmで培養した。OD600=0.7となった時点でガラクトース(終濃度2%)及びCuSO(終濃度40μg/ml)、FeSO(終濃度50μM)を添加し、タンパク発現誘導を行った。引き続き、培養を継続し、培養後9時間においてガラクトース(終濃度1%)及びラフィノース(終濃度1%)を、培養後24時間目においてリシン(終濃度30mg/L)及びトリプトファン(終濃度20mg/L)、ヒスチジン(終濃度20mg/L)、アデニン(終濃度20mg/L)を添加し、50時間目まで培養を実施した。
(Main culture process)
Yeast Synthetic so that the obtained pre-cultured solution becomes OD600 = 0.2
Drop-out Medium Supplements without histide, leucine, tryptophan and uracil (SIGMA-ALDRICH) and SR medium containing 20 mg / L tryptophan and 20 mg / L histidine (0.67% Yeast Beast West
The solution was added to 20 ml of Amino Acids (Difco), 2% raffinose) and cultured at a culture temperature of 30 ° C. and 180 rpm. When OD600 = 0.7, galactose (final concentration 2%), CuSO 4 (final concentration 40 μg / ml), and FeSO 4 (final concentration 50 μM) were added to induce protein expression. Subsequently, the culture was continued, and galactose (final concentration 1%) and raffinose (final concentration 1%) were obtained 9 hours after the cultivation, and lysine (final concentration 30 mg / L) and tryptophan (final concentration 20 mg / liter) were obtained 24 hours after the cultivation. L), histidine (final concentration 20 mg / L) and adenine (final concentration 20 mg / L) were added, and the culture was carried out until 50 hours.

(変換工程)
上記の方法で得られた培養液全量を遠心分離(6000rpm、5分間)して得た菌体を一度50mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)2mlにて洗浄後、再度、遠心分離して菌体を回収した。回収された菌体を反応バッファー[50μM FeSO、4μg/ml CuSO、10mM アスコルビン酸を含む50mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)]4mlにて懸濁した。得られた懸濁液に基質となるL−チロシンを添加することで反応を開始し、30 ℃、180rpmにて24時間反応させた。得られた反応液から遠心分離(12000rpm、1分間)した上清を0.45μmコスモスピンフィルター(日本ミリポア株式会社製)に通し、ろ液を分析サンプルとした。
解析は、実施例1と同様の方法で行なった。
(Conversion process)
The cells obtained by centrifuging the whole culture solution obtained by the above method (6000 rpm, 5 minutes) were washed once with 2 ml of 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), and then centrifuged again. The cells were collected. The collected cells were suspended in 4 ml of a reaction buffer [50 mM FeSO 4 , 4 μg / ml CuSO 4 , 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 10 mM ascorbic acid]. The reaction was started by adding L-tyrosine as a substrate to the obtained suspension and allowed to react at 30 ° C. and 180 rpm for 24 hours. The supernatant obtained by centrifugation (12000 rpm, 1 minute) from the obtained reaction solution was passed through a 0.45 μm Cosmo spin filter (manufactured by Nihon Millipore), and the filtrate was used as an analysis sample.
The analysis was performed in the same manner as in Example 1.

(解析結果)
得られたLC/MS分析結果(抽出イオンクロマトグラム(EIC)およびUV470nm)を図10(YPH500/BMTYR/MjDOD)、図11(YPH500/RSTYR/MjDOD)に示す。また、生成したベタキサンチンの分子イオンピークのシグナルArea値の経時変化を表8(YPH500/BMTYR/MjDOD)、表9(YPH500/RSTYR/MjDOD)に示す。
(Analysis result)
The obtained LC / MS analysis results (extracted ion chromatogram (EIC) and UV 470 nm) are shown in FIG. 10 (YPH500 / BMTYR / MjDOD) and FIG. 11 (YPH500 / RSTYR / MjDOD). In addition, Table 8 (YPH500 / BMTYR / MjDOD) and Table 9 (YPH500 / RSTYR / MjDOD) show changes over time in the signal area value of the molecular ion peak of the produced betaxanthin.

分析の結果、YPH500/BMTYR/MjDOD、YPH500/RSTYR/MjDOD両株ともに、数種のベタキサンチン類およびベタキサンチンの前駆体であるベタラミン酸を生産することが確認された。両株共、グリシン‐ベタキサンチンの生成量が最も多く、YPH500/BMTYR/MjDODにおいては、次いでプロリン‐ベタキサンチン、DOPA−ベタキサンチン、イソロイシン−ベタキサンチン、バリン−ベタキサンチン、ロイシン−ベタキサンチンの順で多く生産しており、YPH500/RSTYR/MjDODにおいては、DOPA−ベタキサンチン、プロリン‐ベタキサンチン、イソロイシン−ベタキサンチン、バリン−ベタキサンチンの順で多く生産していた。以上より、酵母にチロシナーゼおよびDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼを導入することでベタキサンチンが生産可能であることが示された。   As a result of the analysis, it was confirmed that both YPH500 / BMTYR / MjDOD and YPH500 / RSTYR / MjDOD strains produced several types of betaxanthins and betalamic acid which is a precursor of betaxanthin. Both strains produced the largest amount of glycine-betaxanthin. In YPH500 / BMTYR / MjDOD, proline-betaxanthin, DOPA-betaxanthin, isoleucine-betaxanthin, valine-betaxanthin, and leucine-betaxanthin in this order. In YPH500 / RSTYR / MjDOD, DOPA-betaxanthin, proline-betaxanthin, isoleucine-betaxanthin, and valine-betaxanthin were produced in this order. From the above, it was shown that betaxanthin can be produced by introducing tyrosinase and DOPA 4,5-dioxygenase into yeast.

Figure 2015192668
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Figure 2015192668
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Claims (8)

チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性、およびDOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有する微生物またはその処理物の存在下、水性媒体中で原料をベタキサンチンへと変換する工程(変換工程)を有することを特徴とする、ベタキサンチンを製造する方法。   A step of converting a raw material to betaxanthin in an aqueous medium in the presence of a microorganism having hydroxylation at the 3-position of the phenol ring of tyrosine and DOPA4,5-dioxygenase activity or a processed product thereof (conversion step) A process for producing betaxanthin, comprising: 前記変換工程の前に、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性、およびDOPA 4,5−ジオキシゲナーゼ活性を有する微生物を水性媒体中で培養する工程(培
養工程)を有することを特徴とする、請求項1に記載のベタキサンチンを製造する方法。
Before the conversion step, the method comprises culturing a microorganism having an enzyme activity for hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine and DOPA 4,5-dioxygenase activity in an aqueous medium (cultivation step). The method for producing betaxanthin according to claim 1.
前記変換工程の後に、前記水性媒体からベタキサンチンを回収する工程(回収工程)を有することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のベタキサンチンを製造する方法。   The method for producing betaxanthin according to claim 1 or 2, further comprising a step (recovery step) of recovering betaxanthin from the aqueous medium after the conversion step. 前記チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素がチロシナーゼであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のベタキサンチンを製造する方法。   The method for producing betaxanthin according to any one of claims 1 to 3, wherein the enzyme that hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine is tyrosinase. 前記変換工程において、前記微生物として休止菌体を用いることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のベタキサンチンを製造する方法。   The method for producing betaxanthin according to any one of claims 1 to 4, wherein in the conversion step, resting cells are used as the microorganism. 前記原料がチロシン、および/または糖質原料であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のベタキサンチンを製造する方法。   The method for producing betaxanthin according to any one of claims 1 to 5, wherein the raw material is tyrosine and / or a saccharide raw material. 前記原料に加えて、チロシン以外のアミノ酸またはアミンを添加することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のベタキサンチンを製造する方法。   The method for producing betaxanthin according to any one of claims 1 to 6, wherein an amino acid or an amine other than tyrosine is added in addition to the raw material. 前記変換工程において、前記水性媒体が、アスコルビン酸、銅および鉄からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のベタキサンチンを製造する方法。   In the said conversion process, the said aqueous medium contains at least 1 type chosen from the group which consists of ascorbic acid, copper, and iron, The betaxanthin as described in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. Method.
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