JP2015228804A - Microorganisms capable of producing 2,3-butanediol and methods for producing 2,3-butanediol using the same, and methods for producing 1,3-butadiene - Google Patents

Microorganisms capable of producing 2,3-butanediol and methods for producing 2,3-butanediol using the same, and methods for producing 1,3-butadiene Download PDF

Info

Publication number
JP2015228804A
JP2015228804A JP2014114971A JP2014114971A JP2015228804A JP 2015228804 A JP2015228804 A JP 2015228804A JP 2014114971 A JP2014114971 A JP 2014114971A JP 2014114971 A JP2014114971 A JP 2014114971A JP 2015228804 A JP2015228804 A JP 2015228804A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
activity
strain
gene
butanediol
microorganism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014114971A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
尚文 依田
Naofumi Yoda
尚文 依田
秀一 湯村
Shuichi Yumura
秀一 湯村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2014114971A priority Critical patent/JP2015228804A/en
Publication of JP2015228804A publication Critical patent/JP2015228804A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide microorganisms for efficient and safe production of 2,3-butanediol, where decrease in the microbial growth rate is prevented and byproduct is formed less.SOLUTION: Provided is a microorganism having 2,3-butanediol production ability, modified to decrease the activity of: a) lactate dehydrogenase; b) one of or both of acetate kinase and phosphotransacetylase; and c) CoA transferase, in comparison with the not-modified strain.

Description

本発明は、2,3−ブタンジオール生産能を有する新規な微生物およびそれを用いた2,3−ブタンジオールの製造方法に関するものである。また、該製造方法で得られた2,3−ブタンジオールを原料とする1,3−ブタジエンンの製造方法にも関する。   The present invention relates to a novel microorganism having the ability to produce 2,3-butanediol and a method for producing 2,3-butanediol using the same. The present invention also relates to a method for producing 1,3-butadiene using 2,3-butanediol obtained by the production method as a raw material.

2,3−ブタンジオールは炭素数4の直鎖炭化水素であり、2、3位にそれぞれヒドロキシル基が結合し、(R,R),(S,S),(meso)体の3種の光学異性体が存在する。2,3−ブタンジオールは、脱水反応により合成ゴムの原料として有用な1,3−ブタジエンや、溶媒として用いられるメチルエチルケトンなどの原料となるほか、それ自身も印刷用インク、芳香剤、可塑剤、食品、医薬品、柔軟剤などの用途での利用が期待されている。
加えて、現在、石油資源の枯渇、環境への影響などの要因から、微生物を用いた発酵生産に注目が集まっている。2,3−ブタンジオールを天然に発酵生産する微生物として、Klebsiella pneumoniae、Klebsiella oxytoca、Enterobacter aerogenesなどが知られている(例えば非特許文献1)。
2,3-butanediol is a straight-chain hydrocarbon having 4 carbon atoms, and hydroxyl groups are bonded to the 2nd and 3rd positions, respectively, and three types of (R, R), (S, S), and (meso) isomers are used. Optical isomers exist. 2,3-butanediol is a raw material for 1,3-butadiene, which is useful as a raw material for synthetic rubber, and methyl ethyl ketone, which is used as a solvent, by dehydration reaction. In addition, printing ink, fragrance, plasticizer, It is expected to be used for foods, pharmaceuticals, softeners, etc.
In addition, due to factors such as depletion of petroleum resources and environmental impact, attention is now focused on fermentation production using microorganisms. Known microorganisms that naturally fermentatively produce 2,3-butanediol include Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Enterobacter aerogenes, and the like (for example, Non-Patent Document 1).

2,3−ブタンジオールを天然に発酵生産する検討の歴史は古く、またその生産性も比較的高い。例えば前述のKlebsiella pneumoniaeでは、蓄積量150g/L、生産性4.21g/L/hの成績が報告されている(非特許文献2)。その一方で、これらの微生物は、肺炎、腸炎などの原因菌でありBSL2に指定され、産業利用上、大規模に培養することには適していない欠点がある。   The history of studying the natural fermentation production of 2,3-butanediol is old, and its productivity is relatively high. For example, in the above-mentioned Klebsiella pneumoniae, results of accumulation amount 150 g / L and productivity 4.21 g / L / h have been reported (Non-patent Document 2). On the other hand, these microorganisms are causative bacteria such as pneumonia and enteritis, are designated as BSL2, and have a drawback that they are not suitable for culturing on a large scale for industrial use.

そのため、安全に培養が可能なGRASないしBSL1に分類される、2,3−ブタンジオール大量生産菌の探索または、菌株の改変による毒性の除去が試みられている。加えて一般的に用いられる大腸菌などを遺伝子組換え技術により2,3−ブタンジオールを生産させる試みが行われてきた。しかしながら、いずれの技術においても、天然菌に匹敵する生産性を示す安全な微生物は得られていない。   For this reason, attempts have been made to search for 2,3-butanediol mass-producing bacteria classified into GRAS or BSL1, which can be cultured safely, or to eliminate toxicity by modifying the strain. In addition, attempts have been made to produce 2,3-butanediol by genetic recombination techniques using commonly used Escherichia coli and the like. However, none of the techniques provides a safe microorganism that exhibits productivity comparable to that of natural bacteria.

また、2,3−ブタンジオールの製造に用いる微生物については、遺伝子組換え技術による2,3−ブタンジオール生産経路に関わる遺伝子の増強や、副生成物の生産経路に関わる遺伝子の破壊を行って、生産性を向上させる手法も有用な技術となり得る。
例えば非特許文献3には、ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子を破壊したBacillus licheniformisを用いることにより、乳酸の副生を抑制し、2,3−ブタンジオールの生産性が向上することが示されている。
In addition, for microorganisms used in the production of 2,3-butanediol, the gene involved in the 2,3-butanediol production pathway is enhanced by gene recombination technology, or the gene involved in the byproduct production pathway is destroyed. A technique for improving productivity can also be a useful technique.
For example, Non-Patent Document 3 shows that by using Bacillus licheniformis in which the lactate dehydrogenase gene is disrupted, the by-product of lactic acid is suppressed and the productivity of 2,3-butanediol is improved.

また、特許文献1には、ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子、ホスホアセチルトランスフェラーゼ遺伝子、アセテートキナーゼ遺伝子、およびピルベートオキシダーゼ遺伝子を破壊したEscherichia coliを用いることにより、乳酸と酢酸の副生を抑制し、2,3−ブタンジオールの生産性を向上することが示されている。
さらに、非特許文献4には、ピルベートデカルボキシラーゼ遺伝子を破壊したSaccharomyces cerevisiaeを用いることにより、エタノールの副生を抑制し、2,3−ブタンジオールの生産性を向上することが示されている。
In Patent Document 1, Escherichia coli in which a lactate dehydrogenase gene, a phosphoacetyltransferase gene, an acetate kinase gene, and a pyruvate oxidase gene are disrupted is used to suppress by-production of lactic acid and acetic acid, and 2,3- It has been shown to improve the productivity of butanediol.
Furthermore, Non-Patent Document 4 shows that by using Saccharomyces cerevisiae in which the pyruvate decarboxylase gene is disrupted, ethanol by-product is suppressed and 2,3-butanediol productivity is improved. .

国際公開WO2013/076144号パンフレットInternational Publication WO2013 / 076144 Pamphlet

Biotechnol Adv.,2011,May−Jun 29(3),p351−64Biotechnol Adv. , 2011, May-Jun 29 (3), p351-64 Appl Microbiol Biotechnol.,2009,Feb 82(1),p49−57Appl Microbiol Biotechnol. 2009, Feb 82 (1), p49-57. Biotechnol Bioeng.,2012,Jul 109(7),p1610−21Biotechnol Bioeng. , 2012, Jul 109 (7), p1610-21 Bioresour Technol.,2013,Oct 146,p274−81Bioresource Technol. , 2013, Oct 146, p274-81

しかしながら、非特許文献3に記載の方法は、乳酸の副生が減少するものの、エタノール、ギ酸、酢酸、コハク酸などが依然として副生しており、2,3−ブタンジオールの生産について改善の余地があった。
また、特許文献1に記載の方法は、乳酸、酢酸の副生を減少させる遺伝子改変を行い、2,3−ブタンジオールを生産しているものの、その蓄積量は最大でも0.257g/Lと低い成績であり、さらなる副生物の低減や2,3−ブタンジオールの生産について改善の余地があった。
さらに、非特許文献4に記載の方法は、ピルベートデカルボキシラーゼ遺伝子の破壊によって、増殖速度が低下するという問題があった。そのため、増殖が回復した変異株を取得しているが、この手法は多大な労力を要するため、合理的な微生物の改変が望まれていた。
本発明の課題は、微生物の増殖速度の低下を抑制しつつ、副生物の生成を低減させ、2,3−ブタンジオールを効率よくかつ安全に製造する微生物、並びに該微生物を用いた2,3−ブタンジオールおよび1,3−ブタジエンの製造方法を提供することにある。
However, although the method described in Non-Patent Document 3 reduces the by-product of lactic acid, ethanol, formic acid, acetic acid, succinic acid and the like are still by-produced, and there is room for improvement in the production of 2,3-butanediol. was there.
Moreover, although the method of patent document 1 is carrying out the genetic modification which reduces the byproduct of lactic acid and an acetic acid, and is producing 2, 3- butanediol, the accumulation amount is 0.257 g / L at the maximum. The results were low, and there was room for improvement in terms of further reduction of by-products and production of 2,3-butanediol.
Furthermore, the method described in Non-Patent Document 4 has a problem that the growth rate decreases due to the destruction of the pyruvate decarboxylase gene. For this reason, mutant strains whose growth has been recovered have been obtained. However, since this method requires a great deal of labor, a rational modification of microorganisms has been desired.
An object of the present invention is to reduce the production of by-products while suppressing a decrease in the growth rate of microorganisms, and to efficiently and safely produce 2,3-butanediol, and 2,3 using the microorganisms -To provide a method for producing butanediol and 1,3-butadiene.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、2,3−ブタンジオールの製造に用いる微生物においてラクテートデヒドロゲナーゼ活性、アセテートキナーゼ活性およびホスホトランスアセチラーゼ活性のいずれか一方または両方、並びにCoAトランスフェラーゼ活性を低減することにより、微生物の増殖速度の低下を抑制しつつ、乳酸や酢酸などの副生を低減して2,3−ブタンジオールの生産性が向上することを見出し、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 any one of lactate dehydrogenase activity, acetate kinase activity and phosphotransacetylase activity in a microorganism used for production of 2,3-butanediol or Both, as well as reducing CoA transferase activity, while suppressing the decrease in the growth rate of microorganisms, we found that by-products such as lactic acid and acetic acid were reduced and the productivity of 2,3-butanediol was improved, The present invention has been completed.

すなわち、上記課題は以下の構成により達成される。
[1]2,3−ブタンジオール生産能を有し、次のa)、b)、およびc)の活性が非改変株と比較して低減するように改変された微生物。
a)ラクテートデヒドロゲナーゼ活性
b)アセテートキナーゼ活性およびホスホトランスアセチラーゼ活性のいずれか一方または両方
c)CoAトランスフェラーゼ活性
[2]ピルベートオキシダーゼ活性が非改変株と比較して低減するように改変された、[1]に記載の微生物。
[3]ピルベートカルボキシラーゼ活性が非改変株と比較して低減するように改変された、[1]または[2]に記載の微生物。
[4]さらに、アセトラクテートシンターゼ活性、アセトラクテートデカルボキシラーゼ活性、2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ活性、およびジアセチルレダクターゼ活性からなる群より選ばれる少なくとも1種の酵素活性が非改変株と比較して増強するように改変された、[1]〜[3]のいずれかに記載の微生物。
[5]さらに、キシロースイソメラーゼ活性が非改変株と比較して増強するように改変された、[1]〜[4]のいずれかに記載の微生物。
[6]さらに、キシルロキナーゼ活性が非改変株と比較して増強するように改変された、[1]〜[5]のいずれかに記載の微生物。
[7]前記微生物が、コリネ型細菌、大腸菌、バチルス(Bacillus)属細菌、アナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌、アクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌、マンヘミア(Mannheimia)属細菌、バスフィア(Basfia)属細菌、ザイモモナス(Zymomonas)属細菌、ザイモバクター(Zymobacter)属細菌、糸状菌、および酵母菌からなる群より選ばれる少なくとも1つである、[1]〜[6]のいずれかに記載の微生物。
[8][1]〜[7]のいずれかに記載の微生物またはその処理物を水性媒体中で有機原料に作用させる2,3−ブタンジオールの製造方法。
[9]前記有機原料が、グルコース、スクロース、およびキシロースからなる群より選ばれる1種類以上を含むものである、[8]に記載の2,3−ブタンジオールの製造方法。
[10][8]または[9]に記載の方法により2,3−ブタンジオールを製造する工程、および前記工程で得られた2,3−ブタンジオールを原料として1,3−ブタジエンへの変換工程を含む、1,3−ブタジエンの製造方法。
That is, the said subject is achieved by the following structures.
[1] A microorganism having the ability to produce 2,3-butanediol and modified so that the activities of the following a), b), and c) are reduced as compared with an unmodified strain.
a) lactate dehydrogenase activity b) acetate kinase activity and / or phosphotransacetylase activity c) CoA transferase activity [2] modified to reduce pyruvate oxidase activity compared to unmodified strain, The microorganism according to [1].
[3] The microorganism according to [1] or [2], which has been modified so that pyruvate carboxylase activity is reduced as compared with an unmodified strain.
[4] Further, at least one enzyme activity selected from the group consisting of acetolactate synthase activity, acetolactate decarboxylase activity, 2,3-butanediol dehydrogenase activity, and diacetylreductase activity is enhanced as compared with an unmodified strain The microorganism according to any one of [1] to [3], which has been modified as described above.
[5] The microorganism according to any one of [1] to [4], further modified so that the xylose isomerase activity is enhanced as compared with the unmodified strain.
[6] The microorganism according to any one of [1] to [5], further modified so that the xylulokinase activity is enhanced as compared with the unmodified strain.
[7] The microorganism is a coryneform bacterium, Escherichia coli, Bacillus genus bacteria, Anaerobiospirillum genus bacteria, Actinobacillus genus bacteria, Mannemia genus bacteria, Basfia genus Basf The microorganism according to any one of [1] to [6], which is at least one selected from the group consisting of a bacterium, a genus Zymomonas, a bacterium belonging to the genus Zymobacter, a filamentous fungus, and a yeast.
[8] A method for producing 2,3-butanediol, wherein the microorganism according to any one of [1] to [7] or a processed product thereof is allowed to act on an organic raw material in an aqueous medium.
[9] The method for producing 2,3-butanediol according to [8], wherein the organic raw material contains one or more selected from the group consisting of glucose, sucrose, and xylose.
[10] A step of producing 2,3-butanediol by the method described in [8] or [9], and conversion to 1,3-butadiene using the 2,3-butanediol obtained in the step as a raw material The manufacturing method of 1, 3- butadiene including a process.

本発明により、増殖速度の低下を伴うことなく、副生物の生成を低減して2,3−ブタンジオールの生産性が向上した微生物を提供することができる。
このような本発明の微生物を用いることにより、2,3−ブタンジオールを効率よくかつ安全に製造することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a microorganism in which the production of by-products is reduced and the productivity of 2,3-butanediol is improved without decreasing the growth rate.
By using such a microorganism of the present invention, 2,3-butanediol can be produced efficiently and safely.

2,3-ブタンジオール生成およびその副生物生成に関する代謝経路を示す図である。It is a figure which shows the metabolic pathway regarding 2, 3- butanediol production | generation and its by-product production | generation. pC3.14F−AlsSDの構築手順を示す図である。It is a figure which shows the construction procedure of pC3.14F-AlsSD. pTZ4F−BdhAの構築手順を示す図である。It is a figure which shows the construction procedure of pTZ4F-BdhA.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<本発明の微生物>
本発明の微生物は、2,3−ブタンジオール生産能を有する微生物であり、かつ、次のa)、b)、およびc)の活性が非改変株と比較して低減するように改変された微生物である。
a)ラクテートデヒドロゲナーゼ活性
b)アセテートキナーゼ活性およびホスホトランスアセチラーゼ活性のいずれか一方または両方
c)CoAトランスフェラーゼ活性
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<Microorganism of the present invention>
The microorganism of the present invention is a microorganism having an ability to produce 2,3-butanediol, and has been modified so that the activities of the following a), b), and c) are reduced as compared with the unmodified strain. It is a microorganism.
a) Lactate dehydrogenase activity b) Acetate kinase activity and / or phosphotransacetylase activity c) CoA transferase activity

本発明において、「2,3−ブタンジオール生産能」とは、微生物を培地中で培養したときに、該微生物が該培地中に2,3−ブタンジオールを生成蓄積することができることをいう。
2,3−ブタンジオールは炭素数4の直鎖炭化水素であり、2、3位にそれぞれヒドロキシル基が結合し、(R,R),(S,S),(meso)体の3種の光学異性体が存在する。本発明において、微生物が生産する2,3−ブタンジオールはこれらのうちいずれの異性体であってもよい。
In the present invention, “2,3-butanediol-producing ability” means that when a microorganism is cultured in a medium, the microorganism can produce and accumulate 2,3-butanediol in the medium.
2,3-butanediol is a straight-chain hydrocarbon having 4 carbon atoms, and hydroxyl groups are bonded to the 2nd and 3rd positions, respectively, and three types of (R, R), (S, S), and (meso) isomers are used. Optical isomers exist. In the present invention, 2,3-butanediol produced by a microorganism may be any isomer of these.

ここで、2,3−ブタンジオール生産能を有する微生物は、本来的に2,3−ブタンジオール生産能を有する微生物であってもよいし、育種により2,3−ブタンジオール生産能を付与したものでもよい。
育種により2,3−ブタンジオール生産能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、2,3−ブタンジオールの生合成経路における酵素遺伝子の発現強化など、公知の方法を採用することができる。例えば、後述するようなアセトラクテートシンターゼ活性、アセトラクテートデカルボキシラーゼ活性、2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ活性、ジアセチルレダクターゼ活性を付与または増強するような改変などが挙げられる。
Here, the microorganism having the ability to produce 2,3-butanediol may be a microorganism originally having the ability to produce 2,3-butanediol or imparted the ability to produce 2,3-butanediol by breeding. It may be a thing.
Examples of means for imparting the ability to produce 2,3-butanediol by breeding include mutation treatment and gene recombination treatment. Known methods such as enhancement of enzyme gene expression in the biosynthesis pathway of 2,3-butanediol Can be adopted. Examples thereof include modifications that impart or enhance acetolactate synthase activity, acetolactate decarboxylase activity, 2,3-butanediol dehydrogenase activity, and diacetylreductase activity as described below.

本発明で用いる微生物は、2,3−ブタンジオール生産能を有する微生物であれば特に限定されないが、コリネ型細菌、大腸菌、バチルス(Bacillus)属細菌、アナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌、アクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌、マンヘミア(Mannheimia)属細菌、バスフィア(Basfia)属細菌、ザイモモナス(Zymomonas)属細菌、ザイモバクター(Zymobacter)属細菌、糸状菌、および酵母菌からなる群より選択される微生物であることが好ましい。
その中でも、コリネ型細菌、大腸菌、バチルス(Bacillus)属細菌、アクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌、糸状菌、および酵母菌からなる群より選ばれる少なくとも1つが好ましく、より好ましくはコリネ型細菌、バチルス(Bacillus)属細菌、酵母菌であり、特に好ましくはコリネ型細菌である。
The microorganism used in the present invention is not particularly limited as long as it is a microorganism capable of producing 2,3-butanediol, but is not limited to coryneform bacteria, Escherichia coli, Bacillus bacteria, Anaerobiospirillum bacteria, Actino. A microorganism selected from the group consisting of bacteria belonging to the genus Actinobacillus, bacteria belonging to the genus Mannheimia, bacteria belonging to the genus Basfia, bacteria belonging to the genus Zymomonas, bacteria belonging to the genus Zymomobacter, filamentous fungi, and yeasts Preferably there is.
Among these, at least one selected from the group consisting of coryneform bacteria, Escherichia coli, Bacillus genus bacteria, Actinobacillus genus bacteria, filamentous fungi, and yeasts is preferable, and coryneform bacteria, Bacillus ( Bacillus) bacteria and yeasts, particularly preferably coryneform bacteria.

上記コリネ型細菌は、これに分類されるものであれば特に制限されないが、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、アースロバクター属に属する細菌などが挙げられ、このうち好ましくは、コリネバクテリウム属、ブレビバクテリウム属に属するものが挙げられ、更に好ましくは、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)またはブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)に分類される細菌である。   The coryneform bacterium is not particularly limited as long as it is classified as such, and examples include bacteria belonging to the genus Corynebacterium, bacteria belonging to the genus Brevibacterium, bacteria belonging to the genus Arthrobacter, and the like. Preferred examples include those belonging to the genus Corynebacterium and Brevibacterium, and more preferred are Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, Brevibacterium ammoniagenes ( Bacteria classified as Brevibacterium lactofermentum or Brevibacterium lactofermentum A.

本発明で使用可能なコリネ型細菌の特に好ましい具体例としては、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ATCC31831、およ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。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, Ehrmann M, Ludwig W, Schleifer KH, Int J Syst Bacteriol., 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、およびその変異株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株およびMJ−233 AB−41株と同一の株とする。   Particularly preferred specific examples of coryneform bacteria that can be used in the present invention include Brevibacterium flavum MJ-233 (FERM BP-1497), MJ-233 AB-41 (FERM BP-1498), Brevibacterium Ammonia Genes ATCC 6872, Corynebacterium glutamicum ATCC 31831, Brevibacterium lactofermentum ATCC 13869 and the like. Brevibacterium flavum is currently sometimes classified as Corynebacterium glutamicum (Lielbl W, Ehrmann M, Ludwig W, Schleiffer KH, Int J Systact Bacteriol., 1991, Vol. 41). p255-260), in the present invention, the Brevibacterium flavum MJ-233 strain and its mutant MJ-233 AB-41 are respectively Corynebacterium glutamicum MJ-233 and MJ-233 AB-41. The same stock as the stock.

上記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FERM P−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。   The above-mentioned Brevibacterium flavum MJ-233 was founded on April 28, 1975 at the Institute of Microbial Technology of the Ministry of International Trade and Industry (currently National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center) (〒305-8856 Japan) No. 1 in Higashi 1-chome, 1-chome, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, Japan, with deposit number FERM P-3068, transferred to an international deposit based on the Budapest Treaty on May 1, 1981, under the deposit number of FERM BP-1497 It has been deposited.

本発明で使用可能な大腸菌としては、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)等が挙げられる。
本発明で使用可能なバチルス(Bacillus)属細菌としては、バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)、バチルス・リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)、バチルス・アミロリケファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)等が挙げられる。
本発明で使用可能なアナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌としては、アナエロビオスピリラム・サクシニシプロデュセン(Anaerobiospirillum succiniciproducens)等が挙げられる。
Examples of E. coli that can be used in the present invention include Escherichia coli.
Examples of bacteria belonging to the genus Bacillus that can be used in the present invention include Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus amyloliquefaciens and the like.
Examples of the genus Anaerobiospirillum that can be used in the present invention include Anaerobiospirillum succiniciproducens.

本発明で使用可能なアクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌としては、アクチノバチルス・サクシノジェネス(Actinobacillus succinogenes)等が挙げられる。
本発明で使用可能なマンヘミア(Mannheimia)属細菌としては、バスフィア・サクシニシプロデュセン(Mannheimia succiniciproducens)等が挙げられる。
Examples of bacteria belonging to the genus Actinobacillus that can be used in the present invention include Actinobacillus succinogenes.
Examples of the bacterium belonging to the genus Mannheimia that can be used in the present invention include basin succinici product (Mannheimia succiniciproducens) and the like.

本発明で使用可能なバスフィア(Basfia)属細菌としては、バスフィア・サクシニシプロデュセン(Basfia succiniciproducens)等が挙げられる。
本発明で使用可能なザイモモナス(Zymomonas)属細菌としては、ザイモモナス・モビリス(Zymomonas mobyis)等が挙げられる。
本発明で使用可能なザイモバクター(Zymobacter)属細菌としては、ザイモバクター・パルメ(Zymobacter palmae)等が挙げられる。
Examples of the bacterium belonging to the genus Basfia that can be used in the present invention include Basfia succiniciproducens.
Examples of the genus Zymomonas that can be used in the present invention include Zymomonas mobilis.
Examples of the genus Zymobacter that can be used in the present invention include Zymobacter palmae.

本発明で使用可能な糸状菌としては、Aspergillus属、Penicillium属、Rhizopus属等が挙げられる。このうち、Aspergillus属では、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、アスペルギルス・オリゼー(Aspergillus oryzae)等が挙げられ、Penicillium属では、ペニシリウム・クリソゲナム(Penicillium chrysogenum)、ペニシリウム・シンプリシシマム(Penicillium simplicissimum)等が挙げられる。また、Rhizopus属では、リゾパス・オリゼー(Rhizopus oryzae)等が挙げられる。   Examples of filamentous fungi that can be used in the present invention include Aspergillus, Penicillium, and Rhizopus. Among these, Aspergillus niger (Aspergillus oryzae) and the like are Aspergillus niger (Aspergillus oryzae) and the like, and Penicillium chrysogenum (Pencillium chrysogenium and Penicillium crisiumum lysilis) are included in the genus Aspergillus. . In the genus Rhizopus, Rhizopus oryzae and the like can be mentioned.

本発明で使用可能な酵母菌としては、サッカロミセス属(Saccharomyces)、シゾサッカロミセス属(Shizosaccharomyces)、カンジダ属(Candida)、ピキア属(Pichia)、クルイウェロマイセス属(Kluyveromyces)、ヤロウィア属(Yarrowia)、チゴサッカロミセス属(Zygosaccharomyces)が挙げられる。   Examples of yeasts that can be used in the present invention include Saccharomyces, Shizosaccharomyces, Candida, Pichia, Kluyveromyces (Kluyveromyces), Yarrowia), Zygosaccharomyces.

上記サッカロミセス属(Saccharomyces)としては、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロミセス・ウバラム(Saccharomyces uvarum)、サッカロミセス・バイアヌス(Saccharomyces bayanus)等が挙げられる。
上記シゾサッカロミセス属(Shizosaccharomyces)としては、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等が挙げられる。
上記カンジダ属(Candida)としては、カンジダ・アルビカンス(Candida albicans)、カンジダ・ソノレンシス(Candida sonorensis)、カンジダ・グラブラタ(Candida glabrata)等が挙げられる。
上記ピキア属(Pichia)としては、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)、ピキア・スティピティス(Pichia stipitis)等が挙げられる。
Examples of the genus Saccharomyces include Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum, and Saccharomyces bayanmys.
Examples of the genus Shizosaccharomyces include Schizosaccharomyces pombe.
Examples of the genus Candida include Candida albicans, Candida sonorensis, Candida glabrata, and the like.
Examples of the Pichia genus include Pichia pastoris and Pichia stipitis.

上記クルイウェロマイセス属(Kluyveromyces)としては、クルイウェロマイセス・ラクティス(Kluyveromyces lactis)、クルイウェロマイセス・マルキシアヌス(Kluyveromyces marxianus)、クルイウェロマイセス・サーモトレランス(Kluyveromyces thermotolerans)等が挙げられる。
上記ヤロウィア属(Yarrowia)としては、ヤロウィア・リポリティカ(Yarrowia lipolytica)等が挙げられる。
上記チゴサッカロミセス属(Zygosaccharomyces)としては、チゴサッカロミセス・バイリイ(Zygosaccharomyces bailii)、チゴサッカロミセス・ロウキシ(Zygosaccharomyces rouxii)等が挙げられる。
Examples of the genus Kluyveromyces include Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marxianus, Kluyveromyces thermotolerance (Kluyveromyces thermotolerance (Kluyveromyces thermotolerance). Is mentioned.
Examples of the genus Yarrowia include Yarrowia lipolytica.
Examples of the genus Zygosaccharomyces include Zygosaccharomyces bailii and Zygosaccharomyces rouxii.

上記微生物は、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、細胞融合若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 microorganism is not only a wild strain, but also a mutant strain obtained by a normal mutation treatment such as UV irradiation or NTG treatment, a recombinant strain induced by a genetic technique such as cell fusion or gene recombination. Or a stock of

本発明の微生物は、上述したように2,3−ブタンジオール生産能を有する微生物に、後述の通り、ラクテートデヒドロゲナーゼ活性、アセテートキナーゼ活性およびホスホトランスアセチラーゼ活性のいずれか一方または両方、並びにCoAトランスフェラーゼ活性が低減するように改変することによって得ることができる。   As described above, the microorganism of the present invention includes a microorganism having 2,3-butanediol-producing ability, as described later, one or both of lactate dehydrogenase activity, acetate kinase activity and phosphotransacetylase activity, and CoA transferase. It can be obtained by modifying so that the activity is reduced.

本発明において、「ラクテートデヒドロゲナーゼ(以下、LDHとも呼ぶ)活性」とは、ピルビン酸を還元して乳酸を生成する反応を触媒する活性(EC:1.1.1.27)をいう。「LDH活性が低減する」とは、非改変株と比較してLDH活性が低下していることをいう。LDH活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり30%以下に低下していることが好ましく、10%以下に低下していることがより好ましい。また、LDH活性は完全に消失していてもよい。LDH活性が低下したことは、公知の方法、例えばKanarekらの方法(Kanarek L, Hill RL, J Biol Chem., 1964, Vol.239, p4202−4206)によりLDH活性を測定することによって確認することができる。   In the present invention, “lactate dehydrogenase (hereinafter also referred to as LDH) activity” refers to an activity (EC: 1.1.1.17) that catalyzes a reaction of reducing pyruvic acid to produce lactic acid. “The LDH activity is decreased” means that the LDH activity is decreased as compared with the unmodified strain. The LDH activity is preferably reduced to 30% or less per unit cell weight, more preferably 10% or less, compared to the unmodified strain. LDH activity may be completely lost. Decrease in LDH activity is confirmed by measuring LDH activity by a known method such as the method of Kanarek et al. (Kanarek L, Hill RL, J Biol Chem., 1964, Vol. 239, p4202-4206). Can do.

LDH活性が低減するように改変された株は、上述した微生物を親株として用い、N−メチル−N’−ニトローN−ニトロソグアニジン(NTG)や亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、LDH活性が低減した株を選択することによってそれぞれ得ることができる。また、染色体上のldh遺伝子を破壊したり、プロモーターやシャインダルガルノ(SD)配列等の発現調節配列を改変したりすることなどによっても達成される。具体的には、染色体上のプロモーター配列を含むldh遺伝子の領域において、その一部または全てを欠失させること、塩基配列を挿入して分断すること、変異を導入すること、より微弱なプロモーターへ置換することなどが挙げられる。なお、これらLDH活性を低減する方法を複数組み合わせてもよい。
LDH活性が低減するように改変された株の作製方法としては、染色体への相同組換えによる方法(特開平11−206385号公報等参照)や、sacB遺伝子を用いる方法(Schafer A, Tauch A, Jager W, Kalinowski J, Thierbach G, Puhler A, Gene 1994 Vol.145(1), p69−73)等が挙げられる。
Strains modified to reduce LDH activity use the above-mentioned microorganisms as parent strains, and mutations commonly used for mutation treatment such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) and nitrous acid Each can be obtained by selecting a strain treated with an agent and having reduced LDH activity. It can also be achieved by disrupting the ldh gene on the chromosome or modifying expression control sequences such as a promoter or Shine-Dalgarno (SD) sequence. Specifically, in the region of the ldh gene containing the promoter sequence on the chromosome, deletion of a part or all of the region, insertion of the nucleotide sequence to disrupt it, introduction of mutation, to a weaker promoter Substitution etc. are mentioned. A plurality of methods for reducing these LDH activities may be combined.
As a method for producing a strain modified so that LDH activity is reduced, a method by homologous recombination to a chromosome (see JP-A-11-206385, etc.), a method using a sacB gene (Schaffer A, Tach A, Jager W, Kalinowski J, Thierbach G, Puhler A, Gene 1994 Vol. 145 (1), p69-73).

以下、コリネ型細菌においてldh遺伝子を破壊する方法について説明する。ldh遺伝子の取得は、例えば、GenBankのアクセッション番号NC_006958の配列中にcg3219で登録されているコリネバクテリウム・グルタミカムのldh遺伝子配列に基づいて合成オリゴヌクレオチドを合成し、コリネバクテリウム・グルタミカムの染色体DNAを鋳型としてPCR反応を行うことによってクローニングできる。染色体DNAは、DNA供与体である細菌から、例えば、斎藤、三浦の方法(Saito H, Miura K, Biochim Biophys Acta., 1963, Vol.72, p619−629、生物工学実験書、日本生物工学会編、97〜98頁、培風館、1992年参照)等により調製することができる。   Hereinafter, a method for disrupting the ldh gene in coryneform bacteria will be described. The ldh gene is obtained, for example, by synthesizing a synthetic oligonucleotide based on the Ldh gene sequence of Corynebacterium glutamicum registered with cg3219 in the sequence of GenBank accession number NC_006958, and the chromosome of Corynebacterium glutamicum. Cloning can be performed by performing a PCR reaction using DNA as a template. Chromosomal DNA is obtained from bacteria that are DNA donors, for example, by the method of Saito and Miura (Saito H, Miura K, Biochim Biophys Acta., 1963, Vol. 72, p619-629, Biotechnology Experiments, Japan Society for Biotechnology, Ed., Pp. 97-98, Bafukan, 1992).

上記のようにして調製したldh遺伝子またはその一部を遺伝子破壊に使用することができる。ただし、遺伝子破壊に用いる遺伝子は破壊対象の細菌の染色体DNA上のldh遺伝子と相同組換えを起こす程度の相同性(同一性)を有していればよいため、コリネ型細菌のldh遺伝子と相同性を有する相同遺伝子も使用することができる。ここで、相同組換えを起こす程度の相同性とは、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上である。また、上記遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るDNA(ldh遺伝子配列の相補鎖)であれば、相同組換えは起こり得る。ここで、ストリンジェントな条件としては、通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件である60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、60℃、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度でハイブリダイズする条件が挙げられる。   The ldh gene prepared as described above or a part thereof can be used for gene disruption. However, since the gene used for gene disruption only needs to have homology (identity) to the extent that homologous recombination occurs with the ldh gene on the chromosomal DNA of the bacterium to be disrupted, it is homologous to the ldh gene of coryneform bacteria. A homologous gene having sex can also be used. Here, the homology that causes homologous recombination is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. In addition, homologous recombination can occur as long as it is a DNA that can hybridize with the above gene under stringent conditions (complementary strand of the ldh gene sequence). Here, the stringent conditions are 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 60 ° C., 0.1 × SSC, 0.1%, which are the usual washing conditions for Southern hybridization. A condition for hybridization at a salt concentration corresponding to SDS is mentioned.

上記のような遺伝子を使用し、例えば、ldh遺伝子の部分配列を欠失し、正常LDHタンパク質を産生しないように改変した欠失型ldh遺伝子を作製し、該遺伝子を含むDNAでコリネ型細菌を形質転換し、欠失型遺伝子と染色体上の遺伝子で組換えを起こさせることにより、染色体上のldh遺伝子を破壊することができる。このような相同組換えを利用した遺伝子置換による遺伝子破壊は既に確立しており、直鎖状DNAを用いる方法や温度感受性複製起点を含むプラスミドを用いる方法などがある(米国特許第6303383号明細書、または特開平05−007491号公報)。また、上述のような相同組換えを利用した遺伝子置換による遺伝子破壊は、宿主上で複製能力を持たないプラスミドを用いても行うことができ、コリネ型細菌内で複製能を持たないプラスミドとしては、エシェリヒア・コリで複製能力を持つプラスミドが好ましく、例えば、pHSG299(タカラバイオ社製)、pHSG399(タカラバイオ社製)等が挙げられる。   Using the gene as described above, for example, a deletion type ldh gene is prepared by deleting a partial sequence of the ldh gene so as not to produce a normal LDH protein, and a coryneform bacterium with a DNA containing the gene. The ldh gene on the chromosome can be destroyed by transformation and recombination between the deletion gene and the gene on the chromosome. Gene disruption by gene replacement using such homologous recombination has already been established, and there are a method using linear DNA and a method using a plasmid containing a temperature-sensitive replication origin (US Pat. No. 6,303,383). Or Japanese Patent Laid-Open No. 05-007491). In addition, gene disruption by gene replacement using homologous recombination as described above can be performed using a plasmid that does not have replication ability on the host. As a plasmid that does not have replication ability in coryneform bacteria, A plasmid having replication ability in Escherichia coli is preferable, and examples thereof include pHSG299 (manufactured by Takara Bio Inc.), pHSG399 (manufactured by Takara Bio Inc.), and the like.

本発明において、「アセテートキナーゼ(以下、ACKとも呼ぶ)活性」とは、アセチルリン酸とADPから酢酸を生成する反応を触媒する活性(EC:2.7.2.1)をいう。「ACK活性が低減する」とは、非改変株と比較してACK活性が低下していることをいう。ACK活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり30%以下に低下していることが好ましく、10%以下に低下していることがより好ましい。また、ACK活性は完全に消失していてもよい。ACK活性が低下したことは、公知の方法、例えばRamponiらの方法(Ramponi G, Meth Enzymol., 1975, Vol.42, p409−426)によりACK活性を測定することによって確認することができる。   In the present invention, “acetate kinase (hereinafter also referred to as ACK) activity” refers to an activity (EC: 2.7.2.1) that catalyzes a reaction for producing acetic acid from acetyl phosphate and ADP. “The ACK activity is reduced” means that the ACK activity is reduced as compared to the unmodified strain. The ACK activity is preferably reduced to 30% or less per unit cell weight, more preferably 10% or less, compared to the unmodified strain. Further, the ACK activity may be completely lost. The decrease in ACK activity can be confirmed by measuring the ACK activity by a known method such as the method of Ramponi et al. (Ramponi G, Meth Enzymol., 1975, Vol. 42, p409-426).

本発明において、「ホスホトランスアセチラーゼ(以下、PTAとも呼ぶ)活性」とは、アセチルCoAにリン酸を転移してアセチルリン酸を生成する反応を触媒する活性(EC:2.3.1.8)をいう。「PTA活性が低減する」とは、非改変株と比較してPTA活性が低下していることをいう。PTA活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり30%以下に低下していることが好ましく、10%以下に低下していることがより好ましい。また、PTA活性は完全に消失していてもよい。PTA活性が低下したことは、公知の方法、例えばKlotzschらの方法(Klotzsch HR, Meth Enzymol., 1969, Vol.12, p381−386)によりPTA活性を測定することによって確認することができる。   In the present invention, “phosphotransacetylase (hereinafter also referred to as PTA) activity” refers to an activity that catalyzes a reaction of transferring phosphoric acid to acetyl CoA to produce acetyl phosphate (EC: 2.3.1. 8). “PTA activity is reduced” means that PTA activity is reduced as compared to an unmodified strain. The PTA activity is preferably reduced to 30% or less per unit cell weight, more preferably 10% or less, compared to the unmodified strain. Further, the PTA activity may be completely lost. The decrease in PTA activity can be confirmed by measuring the PTA activity by a known method such as the method of Klotzsch et al. (Klotzsch HR, Meth Enzymol., 1969, Vol. 12, p381-386).

ACK活性が低減するように改変された株、PTA活性が低減するように改変された株は、上述のLDH活性を低減する方法と同様にして作製することができる。ACK活性とPTA活性はいずれか一方を低減させてもよいが、酢酸の副生を効率よく低減させるためには、両方の活性を低下させることがより好ましい。
なお、コリネバクテリウム・グルタミカムにおいては、Microbiology,1999,Feb 145(Pt2),p503−513に記載されているように、両酵素はpta−ackオペロンにコードされているため、pta遺伝子を破壊した場合は、PTAおよびACKの両酵素の活性を低下させることができる。
Strains modified to reduce ACK activity and strains modified to reduce PTA activity can be prepared in the same manner as the above-described method for reducing LDH activity. Either one of the ACK activity and the PTA activity may be reduced, but in order to efficiently reduce the by-product of acetic acid, it is more preferable to reduce both activities.
In Corynebacterium glutamicum, as described in Microbiology, 1999, Feb 145 (Pt2), p503-513, both enzymes were encoded by the pta-ack operon, so the pta gene was destroyed. In some cases, the activities of both PTA and ACK enzymes can be reduced.

本発明において、「CoAトランスフェラーゼ(以下、CTFとも呼ぶ)活性」とは、アセチルCoAのCoAを他の物質に転移して酢酸を生成する反応を触媒する活性(EC:2.8.3.18)をいう。「CTF活性が低減する」とは、非改変株と比較してCTF活性が低下していることをいう。CTF活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり30%以下に低下していることが好ましく、10%以下に低下していることがより好ましい。また、CTF活性は完全に消失していてもよい。CTF活性が低下したことは、公知の方法、例えばVeitらの方法(Veit A, Rittmann D, Georgi T, Youn JW, Eikmanns BJ, Wendisch VF, J Biotechnol., 2009, Vol.140(1−2), p75−83)によりCTF活性を測定することによって確認することができる。   In the present invention, “CoA transferase (hereinafter also referred to as CTF) activity” refers to an activity that catalyzes a reaction for producing acetic acid by transferring CoA of acetyl CoA to another substance (EC: 2.8. 3.18). ). “CTF activity is reduced” means that CTF activity is reduced as compared to an unmodified strain. The CTF activity is preferably reduced to 30% or less per unit cell weight, more preferably 10% or less, compared to the unmodified strain. Moreover, CTF activity may be lose | disappeared completely. The decrease in CTF activity is known in the art, for example, the method of Veit et al. (Veit A, Rittmann D, Georgi T, Youn JW, Eikmanns BJ, Wendish VF, J Biotechnol., 2009, Vol. 140 (1-2). , P75-83) can be confirmed by measuring CTF activity.

CTF活性が低減するように改変された株は、上述のLDH活性を低減する方法と同様にして作製することができる。
また、LDH活性、ACK活性およびPTA活性のいずれか一方または両方、並びにCTF活性を低減するような改変について、その順番は問わない。
Strains modified to reduce CTF activity can be prepared in the same manner as described above for reducing LDH activity.
Moreover, the order is not ask | required about the modification which reduces any one or both of LDH activity, ACK activity, and PTA activity, and CTF activity.

2,3−ブタンジオール生産能を有する微生物において、LDH活性を低減するような改変を行うと、乳酸の副生を低減できるものの、その微生物の増殖速度が低下してしまうという問題が明らかとなった。そこで、その改変に加えて、アセチルCoAから酢酸を生成する代謝経路に関与するACK活性およびPTA活性のいずれか一方または両方、並びにCTF活性を低減するような改変を行うと、酢酸の副生を低減できるだけでなく、微生物の増殖速度の低下も大きく抑制でき、LDH活性を低減した際の問題を解決することができた。   In microorganisms having the ability to produce 2,3-butanediol, if modification is made to reduce LDH activity, the by-product of lactic acid can be reduced, but the growth rate of the microorganisms is reduced. It was. Therefore, in addition to the modification, if one or both of ACK activity and PTA activity involved in the metabolic pathway for producing acetic acid from acetyl-CoA and CTF activity are modified, acetic acid by-product is produced. In addition to the reduction, the decrease in the growth rate of microorganisms could be greatly suppressed, and the problem when LDH activity was reduced could be solved.

2,3−ブタンジオール、および乳酸の生合成経路はNADH等の還元力を消費する経路である。一方で、ピルビン酸からアセチルCoAを経由して酢酸を生合成する経路は、逆に、NADH等の還元力を供給する経路である。これは、ピルベートデヒドロゲナーゼ複合体(以下、PDHcとも呼ぶ)によってピルビン酸がアセチルCoAに変換される際にNADH等を生じるためである。
2,3−ブタンジオール生産能を有する微生物において、LDH活性を低減するような改変を行うと、乳酸の副生が低減され、酢酸の副生が増加する傾向が見られる。つまり、還元力を消費する経路のフラックスが減少するだけでなく、還元力を供給する経路のフラックスが増加することになる。その結果、LDH活性を低減するような改変のみを行った株では、細胞内の酸化還元バランスが大きく変化し、微生物の増殖速度が低下したと考えられる。
2,3−ブタンジオール生産能を有する微生物において、LDH活性を低減するような改変に加えて、ACK活性およびPTA活性のいずれか一方または両方、並びにCTF活性を低減するような改変を行うと、乳酸だけでなく酢酸の副生も低減し、2,3−ブタンジオールの生産が増加する。つまり、LDH活性を低減するような改変のみの場合と比べて、還元力を供給する経路のフラックスが減少し、還元力を消費する経路のフラックスが増加することになる。その結果、細胞内の酸化還元バランスが改善し、微生物の増殖速度の低下を大きく抑制できたと考えられる。
The biosynthetic pathway for 2,3-butanediol and lactic acid is a pathway that consumes reducing power such as NADH. On the other hand, the pathway for biosynthesizing acetic acid from pyruvic acid via acetyl CoA is a pathway for supplying reducing power such as NADH. This is because NADH and the like are produced when pyruvate is converted to acetyl CoA by a pyruvate dehydrogenase complex (hereinafter also referred to as PDHc).
In microorganisms having the ability to produce 2,3-butanediol, when modification is performed to reduce LDH activity, there is a tendency that by-products of lactic acid are reduced and by-products of acetic acid are increased. That is, not only the flux of the path that consumes the reducing power decreases, but also the flux of the path that supplies the reducing power increases. As a result, it was considered that the strain in which only the modification that reduced the LDH activity was performed significantly changed the intracellular redox balance, and the growth rate of the microorganism was reduced.
In a microorganism having the ability to produce 2,3-butanediol, in addition to a modification that reduces LDH activity, a modification that reduces one or both of ACK activity and PTA activity, and CTF activity, Not only lactic acid but also by-product of acetic acid is reduced, and production of 2,3-butanediol is increased. That is, the flux of the pathway that supplies the reducing power is reduced and the flux of the pathway that consumes the reducing power is increased as compared with the case of only modification that reduces the LDH activity. As a result, it was considered that the redox balance in the cells was improved and the decrease in the growth rate of the microorganisms was largely suppressed.

本発明の微生物は、上述の改変に加えて、ピルベートオキシダーゼ活性を低減するように改変することが好ましい。「ピルベートオキシダーゼ(以下、PoxBとも呼ぶ)活性」とは、ピルビン酸と水から酢酸を生成する反応を触媒する活性(EC:1.2.5.1)をいう。「PoxB活性が低減する」とは、非改変株と比較してPoxB活性が低下していることをいう。PoxB活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり30%以下に低下していることが好ましく、10%以下に低下していることがより好ましい。また、PoxB活性は完全に消失していてもよい。PoxB活性が低下したことは、公知の方法、例えばChangらの方法(Chang YY, Cronan JE JR, J Bacteriol., 1982, Vol.151, p1279−1289)によりPoxB活性を測定することによって確認することができる。   In addition to the above modification, the microorganism of the present invention is preferably modified so as to reduce pyruvate oxidase activity. “Pyruvate oxidase (hereinafter also referred to as PoxB) activity” refers to an activity (EC: 1.2.5.1) that catalyzes a reaction for producing acetic acid from pyruvic acid and water. “PoxB activity is reduced” means that PoxB activity is reduced as compared to an unmodified strain. The PoxB activity is preferably reduced to 30% or less per unit cell weight, more preferably 10% or less, compared to the unmodified strain. In addition, PoxB activity may be completely lost. It is confirmed by measuring the PoxB activity by a known method, for example, the method of Chang et al. (Chang YY, Cronan JE JR, J Bacteriol., 1982, Vol. 151, p1279-1289). Can do.

PoxB活性が低減するように改変された株は、上述のLDH活性を低減する方法と同様にして作製することができる。
LDH活性、ACK活性およびPTA活性のいずれか一方または両方、並びにCTF活性を低減するような改変に加えて、PoxB活性を低減するような改変を行うことで、さらに酢酸の副生を低減でき、2,3−ブタンジオールの生産性をより向上することができる。
Strains modified to reduce PoxB activity can be prepared in the same manner as described above for reducing LDH activity.
In addition to the modification that reduces LDH activity, ACK activity, and / or PTA activity, and CTF activity, modification that reduces PoxB activity can further reduce the by-product of acetic acid, The productivity of 2,3-butanediol can be further improved.

本発明の微生物は、上述の改変に加えて、ピルベートカルボキシラーゼ活性を低減するように改変してもよい。「ピルベートカルボキシラーゼ(以下、PCとも呼ぶ)活性」とは、ピルビン酸をカルボキシル化してオキサロ酢酸を生成する反応を触媒する活性(EC:6.4.1.1)をいう。「PC活性が低減する」とは、非改変株と比較してPC活性が低下していることをいう。PC活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり30%以下に低下していることが好ましく、10%以下に低下していることがより好ましい。また、PC活性は完全に消失していてもよい。PC活性が低下したことは、公知の方法、例えばFisherらの方法(Fisher SH, Magasanik B, J Bacteriol., 1984, Vol.158(1), p55−62)によりPC活性を測定することによって確認することができる。   The microorganism of the present invention may be modified to reduce pyruvate carboxylase activity in addition to the modifications described above. The “pyruvate carboxylase (hereinafter also referred to as PC) activity” refers to an activity (EC: 6.4.1.1) that catalyzes a reaction in which pyruvate is carboxylated to produce oxaloacetate. “PC activity is reduced” means that PC activity is reduced as compared to an unmodified strain. The PC activity is preferably reduced to 30% or less per unit cell weight, more preferably 10% or less, compared to the unmodified strain. Further, the PC activity may be completely lost. The decrease in PC activity was confirmed by measuring PC activity by a known method, for example, the method of Fisher et al. (Fisher SH, Masasanik B, J Bacteriol., 1984, Vol. 158 (1), p55-62). can do.

PC活性が低減するように改変された株は、上述のLDH活性を低減する方法と同様にして作製することができる。
LDH活性、ACK活性およびPTA活性のいずれか一方または両方、並びにCTF活性を低減するような改変に加えて、PC活性を低減するような改変を行うことで、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸等の副生を低減でき、さらに2,3-ブタンジオールの生産性を向上することができる。
Strains modified to reduce PC activity can be prepared in the same manner as described above for reducing LDH activity.
In addition to modifications that reduce LDH activity, ACK activity and / or PTA activity, and CTF activity, succinic acid, fumaric acid, malic acid, etc. Can be reduced, and the productivity of 2,3-butanediol can be improved.

本発明の微生物は、本来的に2,3−ブタンジオール生産能を有する微生物または育種により2,3−ブタンジオール生産能を付与したものでもよい。
育種により2,3−ブタンジオール生産能を付与する具体的な改変例としては、アセトラクテートシンターゼ活性、アセトラクテートデカルボキシラーゼ活性、2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ活性、およびジアセチルレダクターゼ活性からなる群より選ばれる少なくとも1種の酵素活性を付与または増強するような改変などが挙げられる。
The microorganism of the present invention may be a microorganism inherently capable of producing 2,3-butanediol or a microorganism imparted with 2,3-butanediol-producing ability by breeding.
Specific examples of modifications that impart 2,3-butanediol-producing ability by breeding are selected from the group consisting of acetolactate synthase activity, acetolactate decarboxylase activity, 2,3-butanediol dehydrogenase activity, and diacetylreductase activity Modifications that impart or enhance at least one enzyme activity.

ここで、「アセトラクテートシンターゼ(以下、ALSとも呼ぶ)活性」とは、ピルビン酸からアセト乳酸を生成する反応を触媒する活性(EC:2.2.1.6)をいう。「ALS活性が増強する」とは、ALS活性が非改変株よりも高くなったことをいう。ALS活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上に増加していることが好ましく、3倍以上に増加していることがより好ましい。ALS活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばStormerらの方法(Stormer FC, J Biol Chem., 1968, Vol.243(13), p3735−3739)により、ALS活性を測定することによって確認することができる。   Here, “acetolactate synthase (hereinafter also referred to as ALS) activity” refers to an activity (EC: 2.2.1.6) that catalyzes a reaction for producing acetolactate from pyruvic acid. “ALS activity is enhanced” means that ALS activity is higher than that of the unmodified strain. The ALS activity is preferably increased 1.5 times or more per unit cell weight, more preferably 3 times or more, compared to the unmodified strain. ALS activity is imparted or enhanced by measuring ALS activity by a known method, for example, Stormer et al. (Stormer FC, J Biol Chem., 1968, Vol. 243 (13), p3735-3739). Can be confirmed.

ALS活性を増強する方法としては、例えば、親株を変異剤によって処理する方法、ALSをコードするalsS遺伝子のコピー数を高める方法、alsS遺伝子やalsS遺伝子のプロモーターを改変する方法などが挙げられる。さらに、これらALS活性を増強する方法を複数組み合わせてもよい。   Examples of the method of enhancing ALS activity include a method of treating a parent strain with a mutagen, a method of increasing the copy number of the alsS gene encoding ALS, and a method of modifying the alsS gene and the promoter of the alsS gene. Further, a plurality of methods for enhancing these ALS activities may be combined.

以下、ALS活性が付与または増強するように改変された株の具体的な作製方法について説明する。ALS活性が増強された株は、親株をN−メチル−N’−ニトローN−ニトロソグアニジン(NTG)や亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、ALS活性が上昇した株を選択することによって得ることができる。
また、ALS活性が付与または増強された株は、alsS遺伝子を用いて改変することによっても得ることができる。具体的には、alsS遺伝子のコピー数を高めることによって達成でき、コピー数を高めることは、alsS遺伝子を含むベクターで形質転換すること、または相同組換え法等の手法によって染色体上に該遺伝子を導入し、染色体上で多コピー化させることなどによって達成できる。
Hereinafter, a specific method for producing a strain modified so that ALS activity is imparted or enhanced will be described. In the strain with enhanced ALS activity, the parent strain was treated with a mutagen such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or nitrous acid, and the ALS activity was increased. It can be obtained by selecting a strain.
In addition, a strain to which ALS activity has been imparted or enhanced can also be obtained by modification using the alsS gene. Specifically, it can be achieved by increasing the copy number of the alsS gene. The increase in the copy number can be achieved by transforming the gene on the chromosome by a technique such as transformation with a vector containing the alsS gene or homologous recombination. This can be achieved by introducing and making multiple copies on the chromosome.

さらに、ALS活性が増強された株は、染色体上またはプラスミドベクター上のalsS遺伝子に変異を導入することによって、alsS遺伝子がコードするタンパク質1分子当たりのALS活性を増加させることによっても達成できる。
また、alsS遺伝子の発現が増強された株は、染色体上またはプラスミドベクター上でalsS遺伝子のプロモーターへ変異を導入すること、より強力なプロモーターへ置換することなどでalsS遺伝子を高発現化させることによっても達成できる。
Furthermore, a strain with enhanced ALS activity can also be achieved by increasing the ALS activity per molecule of protein encoded by the alsS gene by introducing a mutation into the alsS gene on the chromosome or plasmid vector.
Also, a strain with enhanced expression of the alsS gene can be obtained by introducing a mutation into the promoter of the alsS gene on a chromosome or a plasmid vector, or by making the alsS gene highly expressed by replacing it with a stronger promoter. Can also be achieved.

ALS活性の付与または増強に用いるalsS遺伝子としては、ALS活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)由来の遺伝子を挙げることができる。
さらに、バチルス・サブチリス以外の細菌、または他の微生物や動植物由来のalsS遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のalsS遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子や、ホモロジー等に基づいてALS活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を、微生物や動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、プロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。なお、ALS活性の増強にあたっては、異なる微生物や動植物由来の複数種類のalsS遺伝子を用いてもよい。
The alsS gene used for imparting or enhancing ALS activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having ALS activity, and examples thereof include a gene derived from Bacillus subtilis.
Furthermore, a bacterium other than Bacillus subtilis, or an alsS gene derived from other microorganisms or animals and plants can also be used. For the alsS gene derived from microorganisms or animals and plants, a gene whose base sequence has already been determined or a gene encoding a protein having ALS activity based on homology or the like is isolated from a chromosome of microorganisms, animals or plants, etc. The determined one can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing a promoter and an ORF portion by a hybridization method or a PCR method. In enhancing ALS activity, a plurality of types of alsS genes derived from different microorganisms or animals and plants may be used.

上記のようにして単離されたALSをコードする遺伝子を公知の発現ベクターに発現可能なように挿入することにより、ALS発現ベクターが提供される。この発現ベクターで形質転換することにより、ALS活性が付与または増強するように改変された株を得ることができる。あるいは、相同組換えなどによって、宿主微生物の染色体DNAにALSをコードするDNAを発現可能なように組み込むことによってもALS活性が付与または増強するように改変された株を得ることができる。なお、形質転換、相同組換えは当業者に知られた通常の方法に従って行うことができる。   An ALS expression vector is provided by inserting the gene encoding ALS isolated as described above into a known expression vector so that the gene can be expressed. By transforming with this expression vector, a strain modified so that ALS activity is imparted or enhanced can be obtained. Alternatively, a strain modified so as to impart or enhance ALS activity can also be obtained by incorporating ALS-encoding DNA into the chromosomal DNA of the host microorganism so as to allow expression, such as by homologous recombination. Note that transformation and homologous recombination can be performed according to ordinary methods known to those skilled in the art.

染色体上またはプラスミド上にalsS遺伝子を導入する場合には、適当なプロモーターを該遺伝子の5’−側上流に、より好ましくはターミネーターを3’−側下流にそれぞれ組み込む。このプロモーターおよびターミネーターとしては、宿主として利用する微生物中において機能することが知られているプロモーターおよびターミネーターであれば特に限定されず、alsS遺伝子自身のプロモーターおよびターミネーターであってもよいし、他のプロモーターおよびターミネーターに置換してもよい。これら各種微生物において利用可能なベクター、プロモーターおよ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 the alsS gene is introduced onto a chromosome or a plasmid, a suitable promoter is incorporated upstream of the gene 5'-side, more preferably a terminator 3'-downstream. The promoter and terminator are not particularly limited as long as the promoter and terminator are known to function in microorganisms used as hosts, and may be the promoter and terminator of the alsS gene itself, or other promoters. And a terminator. Vectors, promoters and terminators that can be used in these various microorganisms are described in detail in, for example, “Basic Course of Microbiology 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Shuppan”.

以下、コリネ型細菌においてalsS遺伝子を導入する方法について説明する。コリネ型細菌を使用する場合、alsS遺伝子を含むDNA断片を、コリネ型細菌内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子を含むプラスミドベクターに導入することにより、コリネ型細菌内でalsS遺伝子の発現が可能な組換えプラスミドを得ることができる。該組み換えベクターで、コリネ型細菌、例えばコリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株を形質転換することにより、alsS遺伝子が導入されたコリネ型細菌が得られる。形質転換は、例えば、電気パルス法(Vertes AA, Inui M, Kobayashi M, Kurusu Y, Yukawa H, Res. Microbiol., 1993, Vol.144(3), p181−185)等によって行うことができる。   Hereinafter, a method for introducing the alsS gene in coryneform bacteria will be described. When a coryneform bacterium is used, a DNA fragment containing the alsS gene can be expressed in the coryneform bacterium by introducing the DNA fragment containing the alsS gene into a plasmid vector containing a gene that controls the replication and replication function of the plasmid in the coryneform bacterium. Recombinant plasmids can be obtained. By transforming a coryneform bacterium such as Corynebacterium glutamicum MJ-233 with the recombinant vector, a coryneform bacterium into which the alsS gene has been introduced can be obtained. Transformation can be performed, for example, by an electric pulse method (Vertes AA, Inui M, Kobayashi M, Kurusu Y, Yukawa H, Res. Microbiol., 1993, Vol. 144 (3), p181-185).

コリネ型細菌に遺伝子を導入することができるプラスミドベクターとしては、コリネ型細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。その具体例としては、例えば、特開2006−320208号公報に記載のプラスミドpTZ4;国際公開WO2005−021770号パンフレットに記載のプラスミドpC3.14;特開平3−210184号公報に記載のプラスミドpCRY30;特開平2−72876号公報および米国特許5,185,262号明細書公報に記載のプラスミドpCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KE、および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、および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等を挙げることができる。それらの中でもコリネ型細菌の宿主−ベクター系で用いられるプラスミドベクターとしては、コリネ型細菌内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子とコリネ型細菌内でプラスミドの安定化機能を司る遺伝子とを有するものが好ましく、例えば、プラスミドpCRY30、pCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KE、およびpCRY3KX等が好適に使用される。   A plasmid vector capable of introducing a gene into a coryneform bacterium is not particularly limited as long as it contains at least a gene that controls the replication and proliferation function in the coryneform bacterium. Specific examples thereof include, for example, plasmid pTZ4 described in JP-A-2006-320208; plasmid pC3.14 described in International Publication WO2005-021770; plasmid pCRY30 described in JP-A-3-210184; Plasmids pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE, and pCRY3KX described in Kaihei 2-72876 and US Pat. No. 5,185,262; plasmids pCRY2 and pCRY3 described in JP-A-1-191686; PAM330 described in JP-A-58-67679; pHM1519 described in JP-A-58-77895; pAJ655, pAJ611, and pA described in JP-A-58-192900 1844; described in JP-57-134500 JP pCG1; may be mentioned pCG4 and pCG11 like described in JP 57-183799 JP; pCG2 described in JP 58-35197 JP. Among them, plasmid vectors used in the host-vector system of coryneform bacteria have a gene responsible for the replication and replication function of the plasmid in coryneform bacteria and a gene responsible for the plasmid stabilization function in coryneform bacteria. For example, plasmids pCRY30, pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE, and pCRY3KX are preferably used.

上記プラスミドベクターにおいて、alsS遺伝子を発現させるためのプロモーターはコリネ型細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、用いるalsS遺伝子自身のプロモーターであってもよい。プロモーターを適宜選択することによっても、alsS遺伝子の発現量の調節が可能である。コリネ型細菌において機能するプロモーターの具体例としては、TZ4プロモーター、fbaプロモーター、tacプロモーター、trcプロモーターなどが挙げられる。   In the above plasmid vector, the promoter for expressing the alsS gene may be any promoter that functions in coryneform bacteria, and may be the promoter of the alsS gene itself to be used. The expression level of the alsS gene can also be adjusted by appropriately selecting a promoter. Specific examples of promoters that function in coryneform bacteria include TZ4 promoter, fba promoter, tac promoter, trc promoter, and the like.

また、2,3−ブタンジオール生産能の付与においては、アセトラクテートデカルボキシラーゼ活性を付与または増強するように改変された微生物であってもよい。
ここで、「アセトラクテートデカルボキシラーゼ(以下、ALDCとも呼ぶ)活性」とは、アセト乳酸からアセトインを生成する反応を触媒する活性(EC:4.1.1.5)をいう。「ALDC活性が増強する」とは、ALDC活性が非改変株よりも高くなったことをいう。ALDC活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上に増加していることが好ましく、3倍以上に増加していることがより好ましい。ALDC活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばLokenらの方法(Loken JP, Stormer FC, Eur. J. Biochem., 1970, Vol.14(1), p133−137)により、ALDC活性を測定することによって確認することができる。
In addition, in imparting 2,3-butanediol-producing ability, a microorganism modified so as to impart or enhance acetolactate decarboxylase activity may be used.
Here, “acetolactate decarboxylase (hereinafter also referred to as ALDC) activity” refers to an activity (EC: 4.1.1.5) that catalyzes a reaction for producing acetoin from acetolactate. “ALDC activity is enhanced” means that ALDC activity is higher than that of an unmodified strain. The ALDC activity is preferably increased 1.5 times or more per unit cell weight, more preferably 3 times or more, compared to the unmodified strain. It was confirmed that ALDC activity was imparted or enhanced by a known method such as the method of Loken et al. (Loke JP, Stormer FC, Eur. J. Biochem., 1970, Vol. 14 (1), p133-137). This can be confirmed by measuring the activity.

ALDC活性が付与または増強するように改変された株は、上述のALS活性を付与または増強する方法と同様にして作製することができる。
ALDC活性の付与または増強に用いるalsD遺伝子としては、ALDC活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えばバチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)由来の遺伝子を挙げることができる。
さらに、バチルス・サブチリス以外の細菌、または他の微生物や動植物由来のalsD遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のalsD遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子や、ホモロジー等に基づいてALDC活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を、微生物や動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、プロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。なお、ALDC活性の増強にあたっては、異なる微生物や動植物由来の複数種類のalsD遺伝子を用いてもよい。
A strain modified so as to confer or enhance ALDC activity can be produced in the same manner as the method for conferring or enhancing ALS activity described above.
The alsD gene used for imparting or enhancing ALDC activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having ALDC activity, and examples thereof include a gene derived from Bacillus subtilis.
Furthermore, bacteria other than Bacillus subtilis, or alsD genes derived from other microorganisms and animals and plants can also be used. For alsD genes derived from microorganisms or animals and plants, a gene whose base sequence has already been determined or a gene encoding a protein having ALDC activity based on homology, etc., is isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc. The determined one can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing a promoter and an ORF portion by a hybridization method or a PCR method. In enhancing ALDC activity, multiple types of alsD genes derived from different microorganisms or animals and plants may be used.

ALS活性およびALDC活性を付与または増強する場合、導入するalsS遺伝子とalsD遺伝子は同じ遺伝子座上に存在していてもよく、それぞれ別の遺伝子座上に存在していてもよい。2つの遺伝子が同じ遺伝子座上に存在している例としては、例えば、それぞれの遺伝子が連結して形成されたオペロンなどが挙げられる。   When ALS activity and ALDC activity are imparted or enhanced, the introduced alsS gene and alsD gene may be present on the same gene locus, or may be present on different gene loci. As an example in which two genes exist on the same locus, for example, an operon formed by linking each gene can be mentioned.

さらに、2,3−ブタンジオール生産能の付与においては、2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ活性を付与または増強するように改変された微生物であってもよい。
ここで、「2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ(以下、BDHとも呼ぶ)活性」とは、アセトインを還元して2,3−ブタンジオールを生成する反応を触媒する活性(EC:1.1.1.−,1.1.1.4,1.1.1.76)をいう。「BDH活性が増強する」とは、BDH活性が非改変株よりも高くなったことをいう。BDH活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上に増加していることが好ましく、3倍以上に増加していることがより好ましい。BDH活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばUiらの方法(Ui S, Masuda H, Muraki H, J Ferment. Technol., 1983, Vol.61(5), p467−471)により、BDH活性を測定することによって確認することができる。
Furthermore, in imparting 2,3-butanediol-producing ability, a microorganism modified so as to impart or enhance 2,3-butanediol dehydrogenase activity may be used.
Here, “2,3-butanediol dehydrogenase (hereinafter also referred to as BDH) activity” means an activity that catalyzes a reaction of reducing acetoin to produce 2,3-butanediol (EC: 1.1.1). .-, 1.1.1.4, 1.1.1.76). “Enhanced BDH activity” means that the BDH activity is higher than that of the unmodified strain. The BDH activity is preferably increased 1.5 times or more per unit cell weight, more preferably 3 times or more, compared to the unmodified strain. BDH activity was imparted or enhanced by a known method such as the method of Ui et al. (Ui S, Masuda H, Muraki H, J Ferment. Technol., 1983, Vol. 61 (5), p467-471). This can be confirmed by measuring the BDH activity.

BDH活性が付与または増強するように改変された株は、上述のALS活性を付与または増強する方法と同様にして作製することができる。
BDH活性の付与または増強に用いるbdhA遺伝子としては、BDH活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えばバチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)由来の遺伝子を挙げることができる。
さらに、バチルス・サブチリス以外の細菌、または他の微生物や動植物由来のbdhA遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のbdhA遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子や、ホモロジー等に基づいてBDH活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を、微生物や動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、プロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。なお、BDH活性の増強にあたっては、異なる微生物や動植物由来の複数種類のbdhA遺伝子を用いてもよい。
Strains modified to impart or enhance BDH activity can be produced in the same manner as the above-described method for imparting or enhancing ALS activity.
The bdhA gene used for imparting or enhancing BDH activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having BDH activity, and examples thereof include a gene derived from Bacillus subtilis.
Furthermore, bacteria other than Bacillus subtilis, or bdhA genes derived from other microorganisms and animals and plants can also be used. A bdhA gene derived from a microorganism or animal or plant is isolated from a chromosome of a microorganism, animal or plant, etc. by isolating a gene whose base sequence has already been determined or a gene encoding a protein having BDH activity based on homology, etc. The determined one can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing a promoter and an ORF portion by a hybridization method or a PCR method. In enhancing the BDH activity, a plurality of types of bdhA genes derived from different microorganisms or animals and plants may be used.

さらに、2,3−ブタンジオール生産能の付与においては、ジアセチルレダクターゼ活性を付与または増強するように改変された微生物であってもよい。
ここで、「ジアセチルレダクターゼ活性(以下、DRとも呼ぶ)」とは、ジアセチルを還元してアセトインを生成する反応を触媒する活性(EC:1.1.1.303,1.1.1.304)をいう。「DR活性が増強する」とは、DR活性が非改変株よりも高くなったことをいう。DR活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上に増加していることが好ましく、3倍以上に増加していることがより好ましい。DR活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばUiらの方法(Ui S, Masuda H, Muraki H, J Ferment. Technol., 1983, Vol.61(5), p467−471)により、DR活性を測定することによって確認することができる。
Furthermore, in imparting 2,3-butanediol-producing ability, it may be a microorganism modified so as to impart or enhance diacetylreductase activity.
Here, “diacetyl reductase activity (hereinafter also referred to as DR)” is an activity that catalyzes a reaction of reducing diacetyl to produce acetoin (EC: 1.1.1.103, 1.1.1.104). ). “DR activity is enhanced” means that DR activity is higher than that of an unmodified strain. The DR activity is preferably increased 1.5 times or more per unit cell weight, more preferably 3 times or more, compared with the unmodified strain. DR activity was imparted or enhanced by a known method such as the method of Ui et al. (Ui S, Masuda H, Muraki H, J Ferment. Technol., 1983, Vol. 61 (5), p467-471). This can be confirmed by measuring DR activity.

ピルビン酸から生成されたアセト乳酸は、酸素存在下で自発的に脱炭酸され、酵素活性を必要とすることなく、ジアセチルが生成する。このように生成したジアセチルをジアセチルレダクターゼによって還元し、アセトインへ変換する。このアセトインがさらに2,3−ブタンジオールへ変換されることで2,3−ブタンジオールの生産性向上に寄与することができる。   Acetolactate produced from pyruvic acid is decarboxylated spontaneously in the presence of oxygen, and diacetyl is produced without requiring enzyme activity. Diacetyl thus produced is reduced by diacetyl reductase and converted to acetoin. This acetoin is further converted into 2,3-butanediol, which can contribute to an improvement in the productivity of 2,3-butanediol.

DR活性が付与または増強するように改変された株は、上述のALS活性を付与または増強する方法と同様にして作製することができる。
DR活性の付与または増強に用いるbdhA遺伝子としては、DR活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えばバチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)由来の遺伝子を挙げることができる。
さらに、バチルス・サブチリス以外の細菌、または他の微生物や動植物由来のbdhA遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のbdhA遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子や、ホモロジー等に基づいてDR活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を、微生物や動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、プロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。なお、DR活性の増強にあたっては、異なる微生物や動植物由来の複数種類のbdhA遺伝子を用いてもよい。
A strain modified so as to confer or enhance DR activity can be produced in the same manner as the method for conferring or enhancing ALS activity described above.
The bdhA gene used for imparting or enhancing DR activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having DR activity, and examples thereof include a gene derived from Bacillus subtilis.
Furthermore, bacteria other than Bacillus subtilis, or bdhA genes derived from other microorganisms and animals and plants can also be used. A bdhA gene derived from a microorganism or animal or plant is isolated from a chromosome of a microorganism, animal or plant, etc. from a gene whose base sequence has already been determined or a gene encoding a protein having DR activity based on homology, etc. The determined one can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing a promoter and an ORF portion by a hybridization method or a PCR method. In enhancing the DR activity, a plurality of types of bdhA genes derived from different microorganisms or animals and plants may be used.

なお、このbdhA遺伝子がコードする酵素のように、BDH活性を有する酵素は、DR活性も有する場合が多い。このような遺伝子を用いると、BDH活性とDR活性を同時に付与または増強することができる。   In addition, like the enzyme encoded by this bdhA gene, an enzyme having BDH activity often has DR activity. When such a gene is used, BDH activity and DR activity can be simultaneously imparted or enhanced.

2,3−ブタンジオールの生産性を向上させるためには、ピルビン酸から2,3−ブタンジオールを生合成する代謝経路のうち律速となる反応を触媒する酵素活性を付与または増強すればよく、アセトラクテートシンターゼ活性、アセトラクテートデカルボキシラーゼ活性、2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ活性、およびジアセチルレダクターゼ活性からなる群より選ばれる少なくとも1種類以上の酵素活性を付与または増強するような改変を行うことによって達成できる。2,3−ブタンジオールの生産性をより向上させるためには、好ましくは、2種類以上、さらに好ましくは、3種類以上、特に好ましくは、4種類全ての活性を増強するような改変を行うことが望ましい。   In order to improve the productivity of 2,3-butanediol, the enzyme activity that catalyzes the rate-limiting reaction in the metabolic pathway for biosynthesis of 2,3-butanediol from pyruvate may be imparted or enhanced, Achieved by performing modification that imparts or enhances at least one enzyme activity selected from the group consisting of acetolactate synthase activity, acetolactate decarboxylase activity, 2,3-butanediol dehydrogenase activity, and diacetylreductase activity it can. In order to further improve the productivity of 2,3-butanediol, preferably, two or more types, more preferably three or more types, and particularly preferably modification that enhances all four types of activities. Is desirable.

本発明で用いる微生物は、本来的にキシロース資化能を有する微生物であってもよいし、育種によりキシロース資化能を付与したものでもよい。
育種によりキシロース資化能を付与する具体的な改変例としては、キシロースイソメラーゼ活性、キシルロキナーゼ活性を増強するような改変などが挙げられる。
The microorganism used in the present invention may be a microorganism that inherently has an ability to assimilate xylose or may be one that has been imparted with an ability to assimilate xylose by breeding.
Specific examples of modifications that impart xylose utilization by breeding include modifications that enhance xylose isomerase activity and xylulokinase activity.

ここで、「キシロースイソメラーゼ(以下、XylAとも呼ぶ)活性」とは、キシロースを異性化してキシルロースを生成する反応を触媒する活性(EC:5.3.1.5)をいう。「XylA活性が増強する」とは、XylA活性が非改変株よりも高くなったことをいう。XylA活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上に増加していることが好ましく、3倍以上に増加していることがより好ましい。XylA活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばGaoらの方法(Gao Q, Zhang M, McMillan JD, Kompala DS, Appl. Biochem. Biotechnol., 2002, Vol.98(100), p341−55)により、XylA活性を測定することによって確認することができる。   Here, “xylose isomerase (hereinafter also referred to as XylA) activity” refers to an activity (EC: 5.3.1.5) that catalyzes a reaction of isomerizing xylose to produce xylulose. “The XylA activity is enhanced” means that the XylA activity is higher than that of the unmodified strain. The XylA activity is preferably increased 1.5 times or more per unit cell weight, more preferably 3 times or more, compared to the unmodified strain. XylA activity was imparted or enhanced by known methods such as the method of Gao et al. (Gao Q, Zhang M, McMillan JD, Kompala DS, Appl. Biochem. Biotechnol., 2002, Vol. 98 (100), p341. -55) can be confirmed by measuring XylA activity.

XylA活性が付与または増強するように改変された株は、上述のALS活性を付与または増強する方法と同様にして作製することができる。
XylA活性の付与または増強に用いるxylA遺伝子としては、XylA活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)由来の遺伝子を挙げることができる。
さらに、大腸菌以外の細菌、または他の微生物や動植物由来のxylA遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のxylA遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子や、ホモロジー等に基づいてXylA活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を、微生物や動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、プロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。なお、XylA活性の増強にあたっては、異なる微生物や動植物由来の複数種類のxylA遺伝子を用いてもよい。
A strain modified so that XylA activity is imparted or enhanced can be produced in the same manner as described above for imparting or enhancing ALS activity.
The xylA gene used for imparting or enhancing XylA activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having XylA activity, and examples thereof include a gene derived from Escherichia coli (Escherichia coli).
Furthermore, bacteria other than E. coli, or xylA genes derived from other microorganisms and animals and plants can also be used. For a xylA gene derived from a microorganism or animal or plant, a gene whose base sequence has already been determined or a gene encoding a protein having XylA activity based on homology or the like is isolated from a chromosome of a microorganism, animal or plant, etc. The determined one can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing a promoter and an ORF portion by a hybridization method or a PCR method. In enhancing XylA activity, a plurality of types of xylA genes derived from different microorganisms or animals and plants may be used.

また、キシロース資化能の付与においては、キシルロキナーゼ活性を付与または増強するように改変された微生物であってもよい。
ここで、「キシルロキナーゼ(以下、XylBとも呼ぶ)活性」とは、キシルロースをリン酸化してキシルロース5リン酸を生成する反応を触媒する活性(EC:2.7.1.17)をいう。「XylB活性が増強する」とは、XylB活性が非改変株よりも高くなったことをいう。XylB活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上に増加していることが好ましく、3倍以上に増加していることがより好ましい。XylB活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばEliassonらの方法(Eliasson A, Boles E, Johansson B, Otensterberg M, Thevelein JM, Spencer−Martins I, Juhnke H, Hahn−Hatengerdal B, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2000, Vol.53, p376−82)により、XylB活性を測定することによって確認することができる。
In addition, in imparting xylose utilization ability, a microorganism modified so as to impart or enhance xylulokinase activity may be used.
Here, “xylulokinase (hereinafter also referred to as XylB) activity” refers to an activity (EC: 2.7.1.17) that catalyzes a reaction of phosphorylating xylulose to produce xylulose 5-phosphate. . “XylB activity is enhanced” means that XylB activity is higher than that of the unmodified strain. The XylB activity is preferably increased 1.5 times or more per unit cell weight, more preferably 3 times or more, compared to the unmodified strain. XylB activity was imparted or enhanced by known methods such as the method of Eliasson et al. (Eliasson A, Boles E, Johansson B, Osternberg M, Thevelin JM, Spencer-Martin I, Juhnh HH). Microbiol.Biotechnol., 2000, Vol.53, p376-82) can be confirmed by measuring XylB activity.

XylB活性が付与または増強するように改変された株は、上述のALS活性を付与または増強する方法と同様にして作製することができる。
XylB活性の付与または増強に用いるxylB遺伝子としては、XylB活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えばエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)由来の遺伝子を挙げることができる。
さらに、上記以外の細菌、または他の微生物や動植物由来のxylB遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のxylB遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子や、ホモロジー等に基づいてXylB活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を、微生物や動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、プロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。なお、XylB活性の増強にあたっては、異なる微生物や動植物由来の複数種類のxylB遺伝子を用いてもよい。
Strains modified so that XylB activity is imparted or enhanced can be produced in the same manner as described above for imparting or enhancing ALS activity.
The xylB gene used for imparting or enhancing XylB activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having XylB activity, and examples thereof include genes derived from Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum. be able to.
Furthermore, bacteria other than the above, or xylB genes derived from other microorganisms and animals and plants can also be used. For the xylB gene derived from microorganisms or animals and plants, a gene whose base sequence has already been determined or a gene encoding a protein having XylB activity based on homology, etc., is isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc. The determined one can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing a promoter and an ORF portion by a hybridization method or a PCR method. For enhancing XylB activity, a plurality of types of xylB genes derived from different microorganisms or animals and plants may be used.

XylA活性およびXylB活性を付与または増強する場合、導入するxylA遺伝子とxylB遺伝子は同じ遺伝子座上に存在していてもよく、それぞれ別の遺伝子座上に存在していてもよい。2つの遺伝子が同じ遺伝子座上に存在している例としては、例えば、それぞれの遺伝子が連結して形成されたオペロンなどが挙げられる。   When XylA activity and XylB activity are imparted or enhanced, the introduced xylA gene and xylB gene may be present on the same locus, or may be present on different loci. As an example in which two genes exist on the same locus, for example, an operon formed by linking each gene can be mentioned.

なお、本発明の微生物は、上述のような、さらに副生物を低減するための改変(PoxB活性、PC活性の低減など)、2,3−ブタンジオール生産能を付与または増強するための改変(ALS活性、ALDC活性、BDH活性、DR活性の増強など)、キシロース資化能を付与するための改変(XylA活性、XylB活性の増強など)のうちの2種類以上の改変を組み合わせて得られる微生物であってもよい。複数の改変を行う場合、その順番は問わない。   The microorganism of the present invention is further modified as described above to further reduce by-products (such as PoxB activity and PC activity) and to impart or enhance 2,3-butanediol-producing ability ( (ALS activity, ALDC activity, BDH activity, enhancement of DR activity, etc.) Microorganism obtained by combining two or more types of alterations for imparting xylose utilization (XylA activity, enhancement of XylB activity, etc.) It may be. When making a plurality of modifications, the order does not matter.

<2,3−ブタンジオールの製造方法>
本発明の製造方法は、本発明の微生物またはその処理物を水性媒体中で、有機原料に作用させることにより、2,3−ブタンジオールを生産させる工程(以下、「発酵工程」という)を含む。
<Method for producing 2,3-butanediol>
The production method of the present invention includes a step of producing 2,3-butanediol by causing the microorganism of the present invention or a processed product thereof to act on an organic raw material in an aqueous medium (hereinafter referred to as “fermentation step”). .

本発明の製造方法では、本発明の微生物の菌体の処理物を使用することもできる。微生物の処理物としては、例えば、微生物の菌体をアクリルアミド、カラギーナン等で固定化した固定化菌体、菌体を破砕した破砕物、その遠心分離上清、またはその上清を硫安処理等で部分精製した画分等が挙げられる。
また、本発明の製造方法は、前記発酵工程の後に、生産された2,3−ブタンジオールを回収する工程(以下、「回収工程」という)を有することが好ましい。
In the production method of the present invention, a processed product of the microorganism of the present invention can also be used. Examples of the processed microorganisms include, for example, immobilized microorganisms in which microorganisms are immobilized with acrylamide, carrageenan, etc., disrupted microorganisms, centrifuged supernatants thereof, or supernatants thereof by ammonium sulfate treatment, etc. Examples include partially purified fractions.
Moreover, it is preferable that the manufacturing method of this invention has the process (henceforth a "recovery process") which collects the produced 2, 3- butanediol after the said fermentation process.

本発明の製造方法に本発明の微生物を用いるに当たっては、寒天培地等の固体培地で斜面培養したものを直接用いてもよいが、発酵工程に先立ち、必要に応じて上記微生物を予め液体培地で培養したものを用いてもよい。即ち、後述する種培養や本培養を行なうことで、本発明の微生物を予め増殖させた後に、発酵工程を行なうことができる。
なお、後述する種培養や本培養と、後述する発酵工程は、区別することなく、同時に行なうこともできる。また、種培養または本培養した微生物を反応液中で増殖させながら、有機原料と反応させることによって2,3−ブタンジオールを生産させることもできる。
When the microorganism of the present invention is used in the production method of the present invention, a slant cultured medium such as an agar medium may be directly used. However, prior to the fermentation step, the microorganism may be preliminarily used in a liquid medium. What was cultured may be used. That is, the fermentation process can be performed after the microorganisms of the present invention are proliferated in advance by performing seed culture and main culture described later.
In addition, the seed culture and main culture which will be described later and the fermentation process which will be described later can be performed simultaneously without distinction. In addition, 2,3-butanediol can be produced by reacting with an organic raw material while growing a microorganism cultured in seed culture or main culture in a reaction solution.

(種培養)
種培養は、本培養に供する本発明の微生物の菌体を調製するために行なうものである。種培養に用いる培地は、微生物の培養に用いられる通常の培地を用いることができるが、窒素源や無機塩などを含む培地であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本発明の微生物が資化して増殖できる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物等が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、チアミン、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する。
(Seed culture)
The seed culture is performed in order to prepare the cells of the microorganism of the present invention to be subjected to the main culture. As a medium used for seed culture, a normal medium used for culturing microorganisms can be used, but a medium containing a nitrogen source, an inorganic salt, or the like is preferable. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated and grown by the microorganism of the present invention. Specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolysate, casein degradation product, peptone And various organic and inorganic nitrogen compounds such as yeast extract, meat extract and corn steep liquor. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, vitamins such as biotin, thiamine, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, factors that promote growth such as nucleotides and amino acids are added as necessary.

種培養においては、必要に応じて、前記培地に炭素源を添加してもよい。種培養に用いる炭素源としては、前記微生物が資化して増殖し得るものであれば特に限定されないが、通常、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、キシロース、アラビノース、スクロース、デンプン、セルロース等の炭水化物;グリセロール、マンニトール、イノシトール、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、このうちグルコース、フルクトース、スクロース、キシロース、またはアラビノースが好ましく、特にグルコース、スクロースまたはキシロースが好ましい。これらの炭素源は、単独で添加してもよいし、組み合わせて添加してもよい。   In seed culture, a carbon source may be added to the medium as necessary. The carbon source used for seed culture is not particularly limited as long as the microorganism can be assimilated and proliferated. Usually, carbohydrates such as galactose, lactose, glucose, fructose, xylose, arabinose, sucrose, starch, and cellulose; Fermentable carbohydrates such as polyalcohols such as glycerol, mannitol, inositol and ribitol are used, among which glucose, fructose, sucrose, xylose or arabinose are preferable, and glucose, sucrose or xylose is particularly preferable. These carbon sources may be added alone or in combination.

種培養は、一般的な生育至適温度で行なうことが好ましい。一般的な生育至適温度とは、2,3−ブタンジオールの生産に用いられる条件において最も生育速度が速い温度のことを言う。具体的な培養温度としては、通常25℃〜40℃であり、30℃〜37℃が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常25℃〜35℃であり、28℃〜33℃がより好ましく、約30℃が特に好ましい。   The seed culture is preferably performed at a general optimum growth temperature. The general optimum growth temperature means a temperature at which the growth rate is fastest under the conditions used for production of 2,3-butanediol. The specific culture temperature is usually 25 ° C to 40 ° C, preferably 30 ° C to 37 ° C. In the case of coryneform bacteria, the temperature is usually 25 ° C to 35 ° C, more preferably 28 ° C to 33 ° C, and particularly preferably about 30 ° C.

種培養は、一般的な生育至適pHで行なうことが好ましい。一般的な生育至適pHとは、有機化合物の生産に用いられる条件において最も生育速度が速いpHのことを言う。具体的な培養pHとしては、通常pH4〜10であり、pH6〜8が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常pH6〜9であり、pH6.5〜8.5が好ましい。   The seed culture is preferably performed at a general optimum pH for growth. The general optimum growth pH refers to a pH having the fastest growth rate under the conditions used for the production of organic compounds. The specific culture pH is usually pH 4 to 10, preferably pH 6 to 8. In the case of coryneform bacteria, the pH is usually 6-9, with pH 6.5-8.5 being preferred.

また、種培養の培養時間は、一定量の菌体が得られる時間であれば特段の制限はないが、通常6時間以上96時間以下である。また、種培養においては、通気したり攪拌したりして、酸素を供給することが好ましい。   The culture time for seed culture is not particularly limited as long as a certain amount of cells can be obtained, but is usually 6 hours or more and 96 hours or less. In the seed culture, oxygen is preferably supplied by aeration or stirring.

種培養後の菌体は、後述する本培養に用いることができるが、種培養については省略してもよく、寒天培地等の固体培地で斜面培養したものを直接本培養に用いてもよい。また、必要に応じて、種培養を何度か繰り返し行ってもよい。   The bacterial cells after the seed culture can be used for the main culture described later. However, the seed culture may be omitted, and the cells cultured on the slope with a solid medium such as an agar medium may be directly used for the main culture. Moreover, you may repeat seed culture several times as needed.

(本培養)
本培養は、後述する2,3−ブタンジオール生産反応に供する本発明の微生物の菌体を調製するために行なうものであり、主として菌体量を増やすことを目的とする。上述の種培養を行う場合は、種培養により得られた菌体を用いて本培養を行う。
(Main culture)
The main culture is performed in order to prepare the microbial cells of the microorganism of the present invention to be used in the 2,3-butanediol production reaction described later, and the main purpose is to increase the amount of the microbial cells. When performing the seed culture described above, the main culture is performed using the cells obtained by seed culture.

本培養に用いる培地は、微生物の培養に用いられる通常の培地を用いることができるが、窒素源や無機塩などを含む培地であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本微生物が資化して増殖できる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、チアミン、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する。また、培養時の発泡を抑えるために、培地には市販の消泡剤を適量添加しておくことが好ましい。   The medium used for the main culture can be a normal medium used for culturing microorganisms, but is preferably a medium containing a nitrogen source, an inorganic salt, or the like. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated and propagated by the present microorganism. Specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolyzate, casein degradation product, peptone, yeast Various organic and inorganic nitrogen compounds such as extract, meat extract and corn steep liquor can be mentioned. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, vitamins such as biotin, thiamine, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, factors that promote growth such as nucleotides and amino acids are added as necessary. In order to suppress foaming during culture, it is preferable to add an appropriate amount of a commercially available antifoaming agent to the medium.

また、本培養においては、前記培地に炭素源を添加することが好ましい。本培養に用いる炭素源としては、前記微生物が資化して増殖し得るものであれば特に限定されないが、通常、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、キシロース、アラビノース、スクロース、デンプン、セルロース等の炭水化物;グリセロール、マンニトール、イノシトール、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、このうちグルコース、フルクトース、スクロース、キシロース、またはアラビノースが好ましく、特にグルコース、スクロースまたはキシロースが好ましい。これらの炭素源は、単独で添加してもよいし、組み合わせて添加してもよい。   In the main culture, it is preferable to add a carbon source to the medium. The carbon source used in the main culture is not particularly limited as long as the microorganism can be assimilated and proliferated. Usually, carbohydrates such as galactose, lactose, glucose, fructose, xylose, arabinose, sucrose, starch, and cellulose; Fermentable carbohydrates such as polyalcohols such as glycerol, mannitol, inositol and ribitol are used, among which glucose, fructose, sucrose, xylose or arabinose are preferable, and glucose, sucrose or xylose is particularly preferable. These carbon sources may be added alone or in combination.

また、前記発酵性糖質を含有する澱粉糖化液、糖蜜なども使用され、前記発酵性糖質がサトウキビ、甜菜、サトウカエデ等の植物から搾取した糖液であるものが好ましい。
これらの炭素源は、単独で添加してもよいし、組み合わせて添加してもよい。
Moreover, the starch saccharified liquid containing the said fermentable saccharide | sugar, molasses etc. are also used, and what is the saccharide liquid which the said fermentable saccharide extracted from plants, such as sugarcane, sugar beet, and a sugar maple, is preferable.
These carbon sources may be added alone or in combination.

前記炭素源の使用濃度は特に限定されないが、微生物の増殖を阻害しない範囲で添加するのが有利であり、培養液に対して、通常0.1〜10%(W/V)、好ましくは0.5〜5%(W/V)の範囲内で用いることができる。また、増殖に伴う前記炭素源の減少にあわせ、炭素源を追加で添加してもよい。   The concentration of the carbon source used is not particularly limited, but it is advantageous to add it within a range that does not inhibit the growth of microorganisms, and is usually 0.1 to 10% (W / V), preferably 0, relative to the culture solution. 0.5 to 5% (W / V) can be used. Further, a carbon source may be additionally added in accordance with the decrease of the carbon source accompanying the growth.

また、本培養は、一般的な生育至適温度で行なうことが好ましい。具体的な培養温度としては、通常25℃〜40℃であり、30℃〜37℃が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常25℃〜35℃であり、28℃〜33℃がより好ましく、約30℃が特に好ましい。   The main culture is preferably performed at a general optimum growth temperature. The specific culture temperature is usually 25 ° C to 40 ° C, preferably 30 ° C to 37 ° C. In the case of coryneform bacteria, the temperature is usually 25 ° C to 35 ° C, more preferably 28 ° C to 33 ° C, and particularly preferably about 30 ° C.

また、本培養は、一般的な生育至適pHで行なうことが好ましい。具体的な培養pHとしては、通常pH4〜10であり、pH6〜8が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常pH6〜9であり、pH6.5〜8.5が好ましい。   Further, the main culture is preferably performed at a general optimum growth pH. The specific culture pH is usually pH 4 to 10, preferably pH 6 to 8. In the case of coryneform bacteria, the pH is usually 6-9, with pH 6.5-8.5 being preferred.

また、本培養の培養時間は、一定量の菌体が得られる時間であれば特段の制限はないが、通常6時間以上96時間以下である。また、本培養においては、通気したり攪拌したりして、酸素を供給することが好ましい。   The culture time for the main culture is not particularly limited as long as a certain amount of cells can be obtained, but is usually 6 hours or more and 96 hours or less. In the main culture, it is preferable to supply oxygen by aeration or stirring.

また、本培養においては、より2,3−ブタンジオールの製造に適した菌体の調製方法として、特開2008−259451号公報に記載の炭素源の枯渇と充足を短時間で交互に繰り返すように培養を行う方法も用いることができる。   In addition, in the main culture, as a method for preparing cells more suitable for the production of 2,3-butanediol, the carbon source depletion and sufficiency described in JP-A-2008-259451 are alternately repeated in a short time. A method of culturing can also be used.

本培養後の菌体は、後述する2,3−ブタンジオール生産反応に用いることができるが、培養液を直接用いてもよいし、遠心分離、膜分離等によって菌体を回収した後に用いてもよい。   The cells after the main culture can be used for 2,3-butanediol production reaction, which will be described later, but the culture solution may be used directly or after the cells are collected by centrifugation, membrane separation, etc. Also good.

(発酵工程)
発酵工程では、上述の2,3−ブタンジオール生産能を有する微生物またはその処理物を水性媒体中で、有機原料に作用させることにより、2,3−ブタンジオールを生産させる。この発酵工程で起こる反応を、以下、「2,3−ブタンジオール生産反応」という。
(Fermentation process)
In the fermentation process, 2,3-butanediol is produced by allowing the above-mentioned microorganism having 2,3-butanediol-producing ability or a processed product thereof to act on an organic raw material in an aqueous medium. The reaction that occurs in this fermentation process is hereinafter referred to as “2,3-butanediol production reaction”.

ここで、水性媒体とは、発酵工程における2,3−ブタンジオール生産反応を行う水溶液のことであり、後述するように窒素源、無機塩などを含む水溶液であることが好ましい。当該水性媒体中で、本発明の微生物またはその処理物と有機原料とを反応させることにより2,3−ブタンジオール生産反応を行うことができる。本明細書において、水性媒体とは、反応容器に含まれる液体全てを意味する。   Here, the aqueous medium is an aqueous solution that performs a 2,3-butanediol production reaction in the fermentation process, and is preferably an aqueous solution containing a nitrogen source, an inorganic salt, and the like as described later. In the aqueous medium, 2,3-butanediol production reaction can be performed by reacting the microorganism of the present invention or a processed product thereof with an organic raw material. In this specification, the aqueous medium means all liquids contained in the reaction vessel.

水性媒体としては、例えば、微生物を培養するための培地であってもよいし、リン酸緩衝液等の緩衝液であってもよいが、反応液は窒素源や無機塩などを含む水溶液であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本発明の微生物が資化して2,3−ブタンジオールを生成させうる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、チアミン、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する。また、反応時の発泡を抑えるために、反応液には市販の消泡剤を適量添加しておくことが好ましい。   The aqueous medium may be, for example, a medium for culturing microorganisms or a buffer solution such as a phosphate buffer, but the reaction solution is an aqueous solution containing a nitrogen source, an inorganic salt, or the like. It is preferable. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated by the microorganism of the present invention to produce 2,3-butanediol, and specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolysate. Various organic and inorganic nitrogen compounds such as degradation products, casein degradation products, peptone, yeast extract, meat extract, corn steep liquor and the like can be mentioned. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, vitamins such as biotin, thiamine, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, factors that promote growth such as nucleotides and amino acids are added as necessary. In order to suppress foaming during the reaction, it is preferable to add an appropriate amount of a commercially available antifoaming agent to the reaction solution.

本発明で用いる有機原料としては、本発明の微生物が資化して2,3−ブタンジオールを生産し得るものであれば特に限定されず、いわゆる一般的な糖質を用いることができる。
具体的には、グリセルアルデヒド等の炭素数3の単糖(トリオース);エリトロース、トレオース、エリトルロース等の炭素数4の単糖(テトロース);、リボース、リキソース、キシロース、アラビノース、デオキシリボース、キシルロース、リブロース等の炭素数5の単糖(ペントース);アロース、タロース、グロース、グルコース、アルトロース、マンノース、ガラクトース、イドース、フコース、フクロース、ラムノース、プシコース、フルクトース、ソルボース、タガトース等の炭素数6の単糖(ヘキソース);、セドヘプツロース等の炭素数7の単糖(ヘプトース);スクロース、ラクトース、マルトース、トレハノース、ツラノース、セロビオース等の二糖類;ラフィノース、メレジトース、マルトトリオース等の三糖類;フラクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、マンナオリゴ糖などのオリゴ糖類;デンプン、デキストリン、セルロース、ヘミセルロース、グルカン、ペントサン等の多糖類;グリセロール、マンニトール、イノシトール、リビトール等のポリアルコール類等が挙げられる。
The organic raw material used in the present invention is not particularly limited as long as the microorganism of the present invention can be assimilated to produce 2,3-butanediol, and so-called general carbohydrates can be used.
Specifically, monosaccharides having 3 carbon atoms (triose) such as glyceraldehyde; monosaccharides having 4 carbon atoms (tetrose) such as erythrose, threose, erythrulose; ribose, lyxose, xylose, arabinose, deoxyribose, xylulose 5 carbon monosaccharides (pentose) such as ribulose; 6 carbon atoms such as allose, talose, growth, glucose, altrose, mannose, galactose, idose, fucose, fucose, rhamnose, psicose, fructose, sorbose, tagatose Monosaccharide (hexose); monosaccharides having 7 carbon atoms such as cedoheptulose (heptose); disaccharides such as sucrose, lactose, maltose, trehanose, tulanose, cellobiose; trisaccharides such as raffinose, melezitose, maltotriose; Rakutoorigo sugars, galactooligosaccharides, oligosaccharides such Man'naorigo sugar; starch, dextrin, cellulose, hemicellulose, glucans, polysaccharides pentosan like; glycerol, mannitol, inositol, polyalcohols such as ribitol, and the like.

上述した糖質の中でも、炭素数3以上7以下の単糖を構成成分として含む糖質が好ましく、これらの中でも、ヘキソース、ペントース、およびこれらを構成成分とする二糖類からなる群から選ばれる少なくとも一種がより好ましい。
ヘキソースとしては、グルコース、フルクトース、マンノース、ガラクトースが好ましく、グルコースがより好ましい。ペントースとしてはキシロース、アラビノースが好ましく、キシロースがより好ましい。ヘキソースおよびペントースを構成成分とする二糖類としては、スクロースが好ましい。グルコース、キシロース、スクロースは、自然界、植物の主な構成成分となっているため、原料の入手が容易なためである。
なお、本発明で用いる有機原料には、1種類の糖が単独で含有されていてもよいし、2種類以上の糖が含有されていてもよい。
Among the sugars described above, a sugar containing a monosaccharide having 3 to 7 carbon atoms as a constituent component is preferable, and among these, at least selected from the group consisting of hexose, pentose, and a disaccharide containing these as constituent components. One type is more preferable.
As hexose, glucose, fructose, mannose and galactose are preferable, and glucose is more preferable. As pentose, xylose and arabinose are preferable, and xylose is more preferable. As the disaccharide containing hexose and pentose as components, sucrose is preferable. This is because glucose, xylose, and sucrose are the main constituents of nature and plants, and therefore it is easy to obtain raw materials.
Note that the organic raw material used in the present invention may contain one kind of sugar alone or two or more kinds of sugars.

本発明で用いる有機原料は、前記糖質を含んでいれば特に制限されないが、例えば、1種類以上の前記糖質を水に溶解して水溶液としたもの、1種類以上の前記糖質を構成成分として含む植物体またはその一部を糖質まで分解したもの、1種類以上の前記糖質を構成成分として含む植物体またはその一部から糖質を抽出したもの等を用いることができる。具体的には、後述するようなリグノセルロース分解原料、スクロース含有原料、デンプン分解原料等が挙げられる。   The organic raw material used in the present invention is not particularly limited as long as it contains the saccharide. For example, one or more saccharides dissolved in water to form an aqueous solution constitute one or more saccharides. A plant body containing a component or a part thereof decomposed to a carbohydrate, a plant body containing one or more types of the above-mentioned carbohydrates as a constituent component, or a substance obtained by extracting a carbohydrate from the part can be used. Specifically, a lignocellulose decomposition raw material, a sucrose-containing raw material, a starch decomposition raw material, and the like, which will be described later, may be mentioned.

本発明で用いる有機原料は、必要に応じて水等で希釈して糖質の濃度を下げて用いてもよいし、濃縮して糖質の濃度を高めて用いてもよい。
本発明における有機原料中に含まれる糖質の濃度としては、有機原料の由来や、含有する糖質の種類等によって大きく変動するため、特に限定されないが、発酵生産プロセスおよび化学変換プロセスの生産性を考慮して、通常0.1質量%以上、好ましくは2質量%以上であり、また、通常80質量%以下、好ましくは70質量%以下である。ただし、糖質を2種類以上含む場合は、その合計の濃度を示す。
The organic raw material used in the present invention may be used by diluting with water or the like to lower the saccharide concentration as necessary, or may be concentrated to increase the saccharide concentration.
The concentration of the saccharide contained in the organic raw material in the present invention is not particularly limited because it varies greatly depending on the origin of the organic raw material, the type of the saccharide contained, etc., but productivity of the fermentation production process and the chemical conversion process Is usually 0.1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, and usually 80% by mass or less, preferably 70% by mass or less. However, when two or more kinds of carbohydrates are included, the total concentration is shown.

好ましい有機原料として、リグノセルロース分解原料が挙げられる。
リグノセルロースとは、構造性多糖のセルロース、ヘミセルロース、及び芳香族化合物の重合体のリグニンから構成される有機物である。リグノセルロースは、通常、食用にはできず、通常であれば廃棄、焼却処理をされるものが多いため、安定して供給でき、資源を有効利用できる点で好ましい。
リグノセルロース分解原料としては、バガス、コーンストーバー、麦わら、稲わら、スイッチグラス、ネピアグラス、エリアンサス、ササ、ススキ等の草本系バイオマスや、廃木材、オガ粉、樹皮、古紙等の木質系バイオマス等を好適に用いることができる。中でも、バガス、コーンストーバー、麦わらが好ましい。
A preferable organic raw material is a lignocellulose decomposition raw material.
Lignocellulose is an organic substance composed of structural polysaccharide cellulose, hemicellulose, and polymer lignin of an aromatic compound. Lignocellulose is usually not edible and is usually discarded or incinerated, and is preferable in that it can be supplied stably and resources can be used effectively.
Lignocellulose decomposition materials include herbaceous biomass such as bagasse, corn stover, wheat straw, rice straw, switchgrass, napiergrass, Eliansus, Sasa and Susuki, and woody biomass such as waste wood, sawdust, bark and waste paper Etc. can be used suitably. Of these, bagasse, corn stover, and straw are preferable.

上述のリグノセルロース分解原料から有機原料を得る方法は、特に限定されないが、例えば、リグノセルロースに対して必要に応じて前処理を施した後、酵素、酸、亜臨界水、超臨界水等による加水分解、または熱分解を行う方法等が挙げられる。   The method for obtaining the organic raw material from the above lignocellulose-decomposing raw material is not particularly limited. For example, after pretreatment of lignocellulose as necessary, it is performed with an enzyme, an acid, subcritical water, supercritical water, or the like. Examples of the method include hydrolysis or thermal decomposition.

また、好ましい有機原料として、スクロース含有原料が挙げられる。
また、スクロースは、細胞中にスクロースを蓄積できる植物に含まれ、以下、このような植物のことを「スクロースを含む植物」という。スクロースを含む植物としては、サトウキビ、テンサイ、サトウカエデ、オウギヤシ、ソルガム等の砂糖の原料として使用されるもの等が挙げられ、中でも、サトウキビ、テンサイが好ましい。
Moreover, a sucrose containing raw material is mentioned as a preferable organic raw material.
Further, sucrose is included in plants that can accumulate sucrose in cells. Hereinafter, such plants are referred to as “plants containing sucrose”. Examples of plants containing sucrose include those used as raw materials for sugar such as sugar cane, sugar beet, sugar maple, sugar beet, and sorghum, among which sugar cane and sugar beet are preferred.

スクロースを含む植物から有機原料を得る方法は、特に限定されないが、例えば、当該植物を粉砕した後に圧搾または浸出を行なう方法等が挙げられる。本発明においては、このようにして得られたスクロースを含む植物の搾汁(例えば、サトウキビの場合はケーンジュース)、粗糖、廃糖蜜等も有機原料として用いることができる。   Although the method of obtaining an organic raw material from the plant containing sucrose is not specifically limited, For example, the method of squeezing or leaching after pulverizing the said plant etc. are mentioned. In the present invention, plant juice containing sucrose thus obtained (for example, cane juice in the case of sugarcane), crude sugar, molasses and the like can also be used as organic raw materials.

また、好ましい有機原料として、デンプン分解原料が挙げられる。
また、デンプンは、細胞中にデンプンを蓄積できる植物に含まれ、以下、このような植物のことを「デンプンを含む植物」という。デンプンを含む植物としては、キャッサバ、トウモロコシ、馬鈴薯、小麦、甘藷、サゴヤシ、米、クズ、カタクリ、緑豆、ワラビ、オオウバユリ等が挙げられ、中でも、キャッサバ、トウモロコシ、馬鈴薯、小麦が好ましい。
Moreover, a starch decomposition raw material is mentioned as a preferable organic raw material.
In addition, starch is included in plants that can accumulate starch in cells, and such plants are hereinafter referred to as “plants containing starch”. Examples of the plant containing starch include cassava, corn, potato, wheat, sweet potato, sago palm, rice, scrap, peanut, mung bean, bracken, green lily, etc. Among them, cassava, corn, potato and wheat are preferable.

デンプンを含む植物から有機原料を得る方法は、特に限定されないが、例えば、当該植物から抽出したデンプンを加水分解する方法等が挙げられる。   Although the method of obtaining an organic raw material from the plant containing starch is not specifically limited, For example, the method etc. which hydrolyze the starch extracted from the said plant are mentioned.

前記有機原料の使用濃度は特に限定されないが、2,3−ブタンジオールの生成を阻害しない範囲で可能な限り高くすると生産性の点で有利であり、好ましい。水性媒体中に含まれる有機原料の濃度は、そこに含まれる糖質の濃度で、水性媒体に対して、通常5%(W/V)以上、好ましくは10%(W/V)以上であり、一方、通常30%(W/V)以下、好ましくは20%(W/V)以下である。また、2,3−ブタンジオールの生産反応の進行に伴う前記有機原料の減少にあわせて、有機原料の追加で添加してもよい。   The concentration of the organic raw material used is not particularly limited, but it is advantageous and preferable in terms of productivity if it is as high as possible within a range not inhibiting the production of 2,3-butanediol. The concentration of the organic raw material contained in the aqueous medium is usually 5% (W / V) or more, preferably 10% (W / V) or more, based on the concentration of the saccharide contained therein, with respect to the aqueous medium. On the other hand, it is usually 30% (W / V) or less, preferably 20% (W / V) or less. Moreover, you may add by adding an organic raw material according to the reduction | decrease of the said organic raw material accompanying progress of the production reaction of 2, 3- butanediol.

2,3−ブタンジオール生産反応中の水性媒体のpHは、用いる本発明の微生物の種類に応じて、その活性が最も有効に発揮される範囲に調整されることが好ましい。具体的には、コリネ型細菌を用いる場合には、反応液のpHを、通常5.0以上、好ましくは5.5以上、より好ましくは6.0以上、さらに好ましくは6.5以上であり、一方、通常10以下、好ましくは9.5以下、より好ましくは9.0以下とすることが好ましい。   The pH of the aqueous medium during the 2,3-butanediol production reaction is preferably adjusted to a range where the activity is most effectively exhibited according to the type of the microorganism of the present invention to be used. Specifically, when coryneform bacteria are used, the pH of the reaction solution is usually 5.0 or higher, preferably 5.5 or higher, more preferably 6.0 or higher, and still more preferably 6.5 or higher. On the other hand, it is usually 10 or less, preferably 9.5 or less, more preferably 9.0 or less.

水性媒体のpHは、2,3−ブタンジオール生産反応中に生産される副生物が酸性物質である場合には、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、アンモニア(水酸化アンモニウム)、またはそれらの混合物等を添加することによって調整することができる。2,3−ブタンジオール生産反応中に生産される副生物が塩基性物質である場合には、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸、酢酸等の有機酸、それらの混合物等を添加すること、または二酸化炭素ガスを供給することによって調整することができる。   When the by-product produced during the 2,3-butanediol production reaction is an acidic substance, the pH of the aqueous medium is sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, magnesium carbonate, ammonium carbonate, It can be adjusted by adding ammonium bicarbonate, sodium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, ammonia (ammonium hydroxide), or a mixture thereof. If the by-product produced during the 2,3-butanediol production reaction is a basic substance, add an inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid, an organic acid such as acetic acid, or a mixture thereof. Or by supplying carbon dioxide gas.

2,3−ブタンジオール生産反応に用いる微生物の菌体量は、特に限定されないが、湿菌体重量として、通常1g/L以上、好ましくは10g/L以上、より好ましくは20g/L以上であり、一方、通常700g/L以下、好ましくは500g/L以下、さらに好ましくは400g/L以下である。   The amount of microbial cells used in the 2,3-butanediol production reaction is not particularly limited, but is usually 1 g / L or more, preferably 10 g / L or more, more preferably 20 g / L or more as the weight of wet cells. On the other hand, it is usually 700 g / L or less, preferably 500 g / L or less, more preferably 400 g / L or less.

2,3−ブタンジオール生産反応の時間は、特に限定はないが、通常1時間以上、好ましくは3時間以上であり、一方、通常168時間以下、好ましくは72時間以下である。   The time for the 2,3-butanediol production reaction is not particularly limited, but is usually 1 hour or longer, preferably 3 hours or longer, and is usually 168 hours or shorter, preferably 72 hours or shorter.

2,3−ブタンジオール生産反応の温度は、用いる前記微生物の生育至適温度と同じ温度で行ってもよいが、生育至適温度より高い温度で行うことが有利であり、通常2℃〜20℃、好ましくは7℃〜15℃高い温度で行うことが好ましい。具体的には、コリネ型細菌の場合には、通常30℃以上、好ましくは35℃以上、さらに好ましくは39℃以上であり、一方、通常45℃以下、好ましくは43℃以下、さらに好ましくは41℃以下である。有機化合物生産反応の間、常に30℃〜45℃の範囲とする必要はないが、全反応時間の50%以上、好ましくは80%以上の時間において、上記温度範囲にすることが望ましい。   The temperature of the 2,3-butanediol production reaction may be performed at the same temperature as the optimum growth temperature of the microorganism to be used, but it is advantageous to carry out the reaction at a temperature higher than the optimum growth temperature. It is preferable to carry out at a temperature as high as 7 ° C, preferably 7 ° C to 15 ° C. Specifically, in the case of coryneform bacteria, it is usually 30 ° C. or higher, preferably 35 ° C. or higher, more preferably 39 ° C. or higher, and usually 45 ° C. or lower, preferably 43 ° C. or lower, more preferably 41 It is below ℃. During the organic compound production reaction, it is not always necessary to set the temperature within the range of 30 ° C. to 45 ° C. However, it is desirable to set the temperature within the above temperature range for 50% or more, preferably 80% or more of the total reaction time.

2,3−ブタンジオール生産反応は、通気せず、酸素を供給しない嫌気的雰囲気下で行ってもよいが、通気、攪拌を行なうことが好ましい。具体的には、酸素移動速度として、通常0mmol/L/h以上、好ましくは10mmol/L/h以上、より好ましくは20mmol/L/h以上であり、一方、通常200mmol/L/h以下、好ましくは150mmol/L/h以下、さらに好ましくは100mmol/L/h以下である。   The 2,3-butanediol production reaction may be carried out in an anaerobic atmosphere in which oxygen is not supplied but is preferably aerated and stirred. Specifically, the oxygen transfer rate is usually 0 mmol / L / h or more, preferably 10 mmol / L / h or more, more preferably 20 mmol / L / h or more, while usually 200 mmol / L / h or less, preferably Is 150 mmol / L / h or less, more preferably 100 mmol / L / h or less.

本発明の2,3−ブタンジオールの製造方法は、特段の制限はないが、回分反応、半回分反応もしくは連続反応のいずれにも適用することができる。   The method for producing 2,3-butanediol of the present invention is not particularly limited, but can be applied to any of batch reaction, semi-batch reaction, and continuous reaction.

(回収工程)
本発明は、上記の2,3−ブタンジオール生産反応により2,3−ブタンジオールが生成し、反応液中に蓄積させることができる。蓄積させた2,3−ブタンジオールは、常法に従って、水性媒体より回収する工程をさらに含んでいてもよい。具体的には、例えば、遠心分離、ろ過等により菌体等の固形物を除去し、ナノ濾過膜処理後に蒸留することによって、高純度の2,3−ブタンジオールを回収することができる。
得られた2,3−ブタンジオールは、医薬品や化粧品の中間体原料、印刷用インク、芳香剤、可塑剤、柔軟剤、殺虫剤などの原料として用いることができる。
(Recovery process)
In the present invention, 2,3-butanediol is produced by the above-mentioned 2,3-butanediol production reaction and can be accumulated in the reaction solution. The accumulated 2,3-butanediol may further include a step of recovering from the aqueous medium according to a conventional method. Specifically, for example, solid substances such as bacterial cells are removed by centrifugation, filtration, and the like, and high purity 2,3-butanediol can be recovered by distillation after the nanofiltration membrane treatment.
The obtained 2,3-butanediol can be used as a raw material for pharmaceutical and cosmetic intermediate materials, printing inks, fragrances, plasticizers, softeners, insecticides and the like.

<1,3−ブタジエンの製造方法>
本発明においては、上述した方法により2,3−ブタンジオールを製造した後に、得られた2,3−ブタンジオールを原料として、常法に従って、1,3−ブタジエンを製造することができる。具体的には、例えば、アセチル化した後に酢酸を脱離する方法などが挙げられる。
1,3−ブタジエンは合成ゴムやABS樹脂などの主原料となるほか、ヘキサメチレンジアミンやアジピン酸、1,4−ブタンジオール等といった多種類の化合物を合成可能な出発物質であり、石油由来の既存合成樹脂をバイオマス由来に置き換えられる可能性があるため、その製造技術が注目されている。











































<Method for producing 1,3-butadiene>
In the present invention, after producing 2,3-butanediol by the method described above, 1,3-butadiene can be produced according to a conventional method using the obtained 2,3-butanediol as a raw material. Specifically, for example, a method of detaching acetic acid after acetylation can be mentioned.
1,3-Butadiene is a starting material capable of synthesizing many kinds of compounds such as hexamethylenediamine, adipic acid, 1,4-butanediol, etc. Since there is a possibility that an existing synthetic resin can be replaced with biomass, its production technology has attracted attention.











































以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

[作製例1]
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株について、以下のようにして、ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子(ldh遺伝子)、ホスホトランスアセチラーゼ遺伝子(pta遺伝子)、アセテートキナーゼ遺伝子(ack遺伝子)、およびCoAトランスフェラーゼ遺伝子(ctf遺伝子)の破壊、さらに、アセトラクテートシンターゼ遺伝子(alsS遺伝子)、アセトラクテートデカルボキシラーゼ遺伝子(alsD)、および2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子(bdhA遺伝子)の導入を行ない、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH株を作製した。
[Production Example 1]
About Brevibacterium flavum MJ233 strain, lactate dehydrogenase gene (ldh gene), phosphotransacetylase gene (pta gene), acetate kinase gene (ack gene), and CoA transferase gene (ctf gene) In addition, the acetolactate synthase gene (alsS gene), the acetolactate decarboxylase gene (alsD), and the 2,3-butanediol dehydrogenase gene (bdhA gene) are introduced, and the Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD is introduced. The strain / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH was prepared.

<PTA−ACK破壊株の作製>
PTA−ACK破壊株作製の供試菌株は、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株(LDH破壊株:WO2005−021770)を用いた。該菌株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pTACK1(特開2008−067629)を用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159) により形質転換した大腸菌JM110株から調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株の形質転換は、電気パルス法(Res. Microbiol.,1993,144,p181−5)によって行い、得られた形質転換体を50μg/mLカナマイシンを含むLBG寒天培地[トリプトン 10g、イーストエキストラクト 5g 、NaCl 5g、グルコース 20g、および寒天 15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。
この培地上に生育した株は、pTACK1がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのpta−ack遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組み換えを起こした結果、同ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子およびSacB遺伝子が挿入されているはずである。
<Preparation of PTA-ACK disruption strain>
Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain (LDH disruption strain: WO2005-021770) was used as a test strain for preparing the PTA-ACK disruption strain. Plasmid DNA used for transformation of the strain was prepared from Escherichia coli JM110 strain transformed by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53, 159) using pTACK1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-0667629).
Transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain was performed by the electric pulse method (Res. Microbiol., 1993, 144, p181-5), and the obtained transformant was LBG agar medium containing 50 μg / mL kanamycin. [Tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g, glucose 20 g, and agar 15 g dissolved in 1 L of distilled water].
Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pTACK1 cannot be replicated in the Brevibacterium flavum MJ233 strain, the same gene on the genome of the pta-ack gene of the plasmid and the Brevibacterium flavum MJ233 strain As a result of homologous recombination with the kanamycin, the kanamycin resistance gene and SacB gene derived from the plasmid should be inserted on the same genome.

次に、上記相同組み換え株を50μg/mLカナマイシンを含むLBG培地にて液体培養した。この培養液の菌体数約100万相当分を10%ショ糖含有LBG培地に塗抹にした。結果、2回目の相同組み換えによりSacB遺伝子が脱落しショ糖非感受性となったと考えられる株を数十個得た。
この様にして得られた株の中には、そのpta−ack遺伝子がpTACK1に由来する変異型に置き換わったものと野生型に戻ったものが含まれる。pta−ack遺伝子が変異型であるか野生型であるかの確認は、LBG培地にて培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し、pta−ack遺伝子の検出を行うことによって容易に確認できる。pta−ack遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号1および2)を用いて分析すると、野生型では1,645bp、欠失領域を持つ変異型では1,086bpのDNA断片を生成する。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、変異型遺伝子のみを有する株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔPTA−ACK/ΔLDHと命名した。
Next, the homologous recombination strain was subjected to liquid culture in an LBG medium containing 50 μg / mL kanamycin. A portion equivalent to about 1 million cells of this culture was smeared on a 10% sucrose-containing LBG medium. As a result, several tens of strains that were considered to be sucrose-insensitive due to the loss of the SacB gene by the second homologous recombination were obtained.
Among the strains thus obtained, those in which the pta-ack gene has been replaced with a mutant derived from pTACK1 and those in which the wild type has been restored are included. Confirmation of whether the pta-ack gene is a mutant type or a wild type can be easily performed by subjecting the cells obtained by culturing in the LBG medium directly to the PCR reaction and detecting the pta-ack gene. I can confirm. When the pta-ack gene is analyzed using primers (SEQ ID NOs: 1 and 2) for PCR amplification, a DNA fragment of 1,645 bp is generated in the wild type and 1,086 bp in the mutant type having the deletion region. As a result of analyzing the sucrose-insensitive strain by the above method, a strain having only the mutant gene was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / ΔPTA-ACK / ΔLDH.

<CTF破壊株の作製>
CTF破壊株作製の供試菌株は、上記にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔPTA−ACK/ΔLDH株を用いた。該菌株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pACH22(特開2008−067629)を用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159) により形質転換した大腸菌JM110株から調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔPTA−ACK/ΔLDH株の形質転換および2回相同組換え体の選抜は、上記PTA−ACK破壊株の作製と同様の方法で行い、数十個のショ糖非感受性コロニーを得た。これらのうちctf遺伝子が変異型であるか野生型であるかの判定は、ctf遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号3および4)を用いて分析することによって行うことができ、野生型では1,228bp、欠失領域を持つ変異型では1,003bpのDNA断片を生成する。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、変異型遺伝子のみを有する株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDHと命名した。
<Preparation of CTF disruption strain>
As the test strain for preparing the CTF disruption strain, the Brevibacterium flavum MJ233 / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain prepared above was used. Plasmid DNA used for transformation of the strain was prepared from E. coli strain JM110 transformed by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53, 159) using pACH22 (JP 2008-0667629).
Transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain and selection of twice homologous recombinants were carried out in the same manner as the preparation of the PTA-ACK-disrupted strain, and several tens of sucrose insensitive A colony was obtained. Of these, the determination of whether the ctf gene is a mutant type or a wild type can be carried out by analyzing the ctf gene using primers (SEQ ID NOs: 3 and 4) for PCR amplification. In this case, a DNA fragment of 1,228 bp is generated, and a mutant having a deletion region of 1,003 bp is generated. As a result of analyzing the strain that became insensitive to sucrose by the above method, a strain having only the mutant gene was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH.

<ALS、ALDC、BDH増強株の作製>
(A)Fbaプロモーターを用いた発現ベクターの構築
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来のFbaプロモーターを利用したコリネ型細菌においてタンパク質発現が可能なプラスミドベクターは、pTZ4ベクター(特開2006−320208)及びpC3.14ベクター(WO2005−021770)にフルクトース1,6−ビスホスフェイトアルドラーゼのプロモーター配列の領域を増幅したDNA断片を挿入することで作製した。Fbaプロモーター配列は、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子上流の配列(GenBank Database Accession No.AP005276)を基に遺伝子合成サービス(Genscript社)で合成した(配列番号5)。
これを鋳型として、合成したプライマー(配列番号6および7)を用いたPCRにてFbaプロモーター領域を増幅した。反応液組成:鋳型DNA5μL、PrimeStar DNAポリメラーゼ(タカラバイオ社)0.3μL、5倍濃度添付バッファー10μL、100μM各々プライマー0.3μL、添付dNTPs4μLを混合し、全量を50μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社)を用い、94℃で15秒、54℃で30秒、72℃で30秒からなるサイクルを5回繰り返し、続けて94℃で15秒、60℃で30秒、72℃で30秒のサイクルを25回繰り返した。さらにサイクルの前に94℃での保温は3分、最終サイクル後に72℃での保温3分をそれぞれ加えた。
得られたFbaプロモーター領域のDNA断片はQIAquick PCR Purification Kit(キアゲン社)を用いて精製後、制限酵素KpnIおよびPstI、または制限酵素KpnIおよびApaIで切断した。これによって生じた約0.2kbのDNA断片は、それぞれ0.9%アガロース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で検出し、MonoFasDNA精製キット(GLサイエンス社)を用いてゲルから回収した。
<Preparation of ALS, ALDC, BDH enhanced strain>
(A) Construction of expression vector using Fba promoter Plasmid vectors capable of protein expression in coryneform bacteria using the Fba promoter derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain are pTZ4 vector (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-320208) and pC3. .14 vector (WO2005-021770) was prepared by inserting a DNA fragment obtained by amplifying the region of the promoter sequence of fructose 1,6-bisphosphate aldolase. The Fba promoter sequence was synthesized by a gene synthesis service (Genscript) based on a sequence upstream of the gene (GenBank Database Accession No. AP005276) of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain for which the entire genome sequence was reported (SEQ ID NO: 5).
Using this as a template, the Fba promoter region was amplified by PCR using the synthesized primers (SEQ ID NOs: 6 and 7). Composition of reaction solution: 5 μL of template DNA, 0.3 μL of PrimeStar DNA polymerase (Takara Bio Inc.), 10 μL of 5-fold concentration attached buffer, 0.3 μL of primer for each 100 μM, and 4 μL of attached dNTPs were mixed to a total volume of 50 μL. Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 54 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 5 times, followed by 94 ° C. for 15 seconds. The cycle of 60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 25 times. Furthermore, the heat retention at 94 ° C. was added for 3 minutes before the cycle, and the heat retention at 72 ° C. for 3 minutes was added after the final cycle.
The obtained DNA fragment of the Fba promoter region was purified using QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen) and then cleaved with restriction enzymes KpnI and PstI or restriction enzymes KpnI and ApaI. The resulting DNA fragments of about 0.2 kb were separated by 0.9% agarose gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining, and then gelled using a MonoFas DNA purification kit (GL Science). Recovered from.

これらのDNA断片を、コリネ型細菌発現ベクターpC3.14を制限酵素KpnIおよびPstIで、コリネ型細菌発現ベクターpTZ4をKpnI及びApaIで切断して調製したDNAと混合し、DNA Ligation Kit Mighty Mix(タカラバイオ社)を用いて連結した。得られた各プラスミドDNAで大腸菌HTS08株(タカラバイオ社)を形質転換し、前者は25μg/mLスペクチノマイシン、後者は50μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](前者は25μg/mLスペクチノマイシン、後者は50μg/mLカナマイシンを含む)で液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(キアゲン社)を用いて各プラスミドDNAを精製した。得られた各プラスミドDNAは、プライマー(前者は配列番号8および9、後者は配列番号9および10)を用いて、Fbaプロモーター配列の導入を確認し、これらをそれぞれpC3.14F、pTZ4Fと命名した。   These DNA fragments were mixed with DNA prepared by cutting the coryneform bacterial expression vector pC3.14 with restriction enzymes KpnI and PstI, and the coryneform bacterial expression vector pTZ4 with KpnI and ApaI, and DNA Ligation Kit Mighty Mix (Takara). Biotechnology). Escherichia coli HTS08 strain (Takara Bio Inc.) was transformed with each of the obtained plasmid DNAs, and the former was smeared on an LB agar medium containing 25 μg / mL spectinomycin and the latter was 50 μg / mL kanamycin. The obtained clone was subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (the former containing 25 μg / mL spectinomycin, the latter containing 50 μg / mL kanamycin), and then QIAprep Spin Miniprep Kit (Qiagen). Was used to purify each plasmid DNA. Each of the obtained plasmid DNAs was confirmed to have an Fba promoter sequence introduced using primers (SEQ ID NOs: 8 and 9, the latter were SEQ ID NOs: 9 and 10), and these were named pC3.14F and pTZ4F, respectively. .

(B)AlsSD増強用プラスミドの構築
枯草菌(バチルス・サブチリスATCC6051株)株由来alsS遺伝子とalsD遺伝子はオペロンを構成しており(以下、alsSDとも呼ぶ)、この構造のまま両遺伝子のクローニングを行った。
枯草菌(バチルス・サブチリスATCC6051株)をLB培地[Yeast Extract 5g/L、Bacto trypton 10g/L、塩化ナトリウム 10g/L]2mLにて、対数増殖期後期まで培養し、インビトロジェン社 ChargeSwitch gDNA Mini Bacteria Kitのプロトコールに従い、ゲノムDNAを調製した。ゲノムDNAは滅菌水にて1000倍に希釈してPCRの鋳型に利用した。
枯草菌(バチルス・サブチリスATCC6051株)株由来alsSD遺伝子断片の取得は上記で調製したDNAを鋳型とし、既に全塩基配列が報告されているゲノム配列情報(GenBank Database Accession No.AL009126.3)、および該遺伝子の配列情報(GenBank Database Accession No.L04470.1)を基に設計したプライマー(配列番号11および12)を用いたPCRによって行った。反応液組成:鋳型DNA5μL、PrimeStar DNAポリメラーゼ(タカラバイオ社)0.3μL、5倍濃度添付バッファー10μL、100μM各々プライマー0.3μL、添付dNTPs4μLを混合し、全量を50μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社)を用い、94℃で15秒、54℃で30秒、72℃で2分からなるサイクルを5回繰り返し、続けて94℃で15秒、60℃で30秒、72℃で2分のサイクルを25回繰り返した。さらにサイクルの前に94℃での保温は3分、最終サイクル後に72℃での保温3分をそれぞれ加えた。
得られたalsSD遺伝子配列のDNA断片はQIAquick PCR Purification Kit(キアゲン社)を用いて精製後、制限酵素BamHIおよびApaIで切断した。これによって生じた約2.5kbのDNA断片は0.9%アガロース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で検出し、MonoFasDNA精製キット(GLサイエンス社)を用いてゲルから回収した。
(B) Construction of plasmid for enhancing AlsSD The alsS gene and alsD gene derived from Bacillus subtilis (Bacilli subtilis ATCC6051 strain) constitute an operon (hereinafter also referred to as alsSD), and both genes were cloned in this structure. It was.
Bacillus subtilis (strain Bacillus subtilis ATCC6051) is cultured in LB medium [Yeast Extract 5 g / L, Bacto trypton 10 g / L, sodium chloride 10 g / L] until the late logarithmic growth phase, Invitrogen ChargeSwitch gDNAterMiB Genomic DNA was prepared according to the protocol. Genomic DNA was diluted 1000 times with sterile water and used as a PCR template.
Obtaining an alsSD gene fragment derived from Bacillus subtilis (Bacilli subtilis ATCC6051) strain using the DNA prepared above as a template, genome sequence information (GenBank Database Accession No. AL009126.3) for which the entire nucleotide sequence has already been reported, and PCR was performed using primers (SEQ ID NOs: 11 and 12) designed based on the sequence information of the gene (GenBank Database Accession No. L04470.1). Composition of reaction solution: 5 μL of template DNA, 0.3 μL of PrimeStar DNA polymerase (Takara Bio Inc.), 10 μL of 5-fold concentration attached buffer, 0.3 μL of primer for each 100 μM, and 4 μL of attached dNTPs were mixed to a total volume of 50 μL. Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 54 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes was repeated 5 times, followed by 94 ° C. for 15 seconds, 60 The cycle of 30 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 2 minutes was repeated 25 times. Furthermore, the heat retention at 94 ° C. was added for 3 minutes before the cycle, and the heat retention at 72 ° C. for 3 minutes was added after the final cycle.
The obtained DNA fragment of the alsSD gene sequence was purified using QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen) and then cleaved with restriction enzymes BamHI and ApaI. The resulting DNA fragment of about 2.5 kb was separated by 0.9% agarose gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining and recovered from the gel using the MonoFas DNA purification kit (GL Science). did.

このDNA断片を、上記(A)にて構築したpC3.14Fを制限酵素BamHIおよびApaIで切断して調製したDNAと混合し、DNA Ligation Kit Mighty Mix(タカラバイオ社)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌HTS08株(タカラバイオ社)を形質転換し、25μg/mLスペクチノマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](25μg/mLスペクチノマイシンを含む)で液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(キアゲン社)を用いてプラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素BamHIおよびApaIで切断することにより約2.5kbの挿入断片が認められたことを確認し、これをpC3.14F−AlsSDと命名した。(図2に構築手順を示す。)   This DNA fragment was mixed with DNA prepared by cleaving pC3.14F constructed in (A) above with restriction enzymes BamHI and ApaI, and ligated using DNA Ligation Kit Mighty Mix (Takara Bio Inc.). Escherichia coli HTS08 strain (Takara Bio Inc.) was transformed with the obtained plasmid DNA, and smeared on an LB agar medium containing 25 μg / mL spectinomycin. The obtained clone was subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 25 μg / mL spectinomycin), and then the plasmid DNA was purified using QIAprep Spin Miniprep Kit (Qiagen). did. The obtained plasmid DNA was cleaved with restriction enzymes BamHI and ApaI to confirm that an inserted fragment of about 2.5 kb was confirmed, and this was named pC3.14F-AlsSD. (The construction procedure is shown in FIG. 2.)

(C)BdhA増強用プラスミドの構築
枯草菌(バチルス・サブチリスATCC6051株)株由来bdhA遺伝子断片の取得は上記で調製した枯草菌ゲノムDNAを鋳型とし、既に全塩基配列が報告されているゲノム配列情報(GenBank Database Accession No.AL009126.3)、該遺伝子の配列情報(GenBank Database Accession No.CAB12443.1)を基に設計したプライマー(配列番号13および14)を用いたPCRによって行った。反応液組成:鋳型DNA5μL、PrimeStar DNAポリメラーゼ(タカラバイオ社)0.3μL、5倍濃度添付バッファー10μL、100μM各々プライマー0.3μL、添付dNTPs4μLを混合し、全量を50μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC−200(MJResearch社)を用い、94℃で15秒、54℃で30秒、72℃で1分からなるサイクルを5回繰り返し、続けて94℃で15秒、60℃で30秒、72℃で1分のサイクルを25回繰り返した。さらにサイクルの前に94℃での保温は3分、最終サイクル後に72℃での保温3分をそれぞれ加えた。
得られたbdhA遺伝子配列のDNA断片はQIAquick PCR Purification Kit(キアゲン社)を用いて精製後、制限酵素BamHIおよびApaIで切断した。これによって生じた約1.1kbのDNA断片は0.9%アガロース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で検出し、MonoFasDNA精製キット(GLサイエンス社)を用いてゲルから回収した。
(C) Construction of plasmid for enhancing BdhA The bdhA gene fragment derived from Bacillus subtilis (Bacillus subtilis ATCC6051) strain was obtained using the Bacillus subtilis genomic DNA prepared above as a template, and the genome sequence information for which the entire nucleotide sequence has already been reported (GenBank Database Accession No. AL009126.3) and PCR using primers (SEQ ID NOs: 13 and 14) designed based on the sequence information of the gene (GenBank Database Accession No. CAB12443.1). Composition of reaction solution: 5 μL of template DNA, 0.3 μL of PrimeStar DNA polymerase (Takara Bio Inc.), 10 μL of 5-fold concentration attached buffer, 0.3 μL of primer for each 100 μM, and 4 μL of attached dNTPs were mixed to a total volume of 50 μL. Reaction temperature condition: DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 54 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 1 minute was repeated 5 times, followed by 94 ° C. for 15 seconds, 60 The cycle of 30 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 1 minute was repeated 25 times. Furthermore, the heat retention at 94 ° C. was added for 3 minutes before the cycle, and the heat retention at 72 ° C. for 3 minutes was added after the final cycle.
The obtained DNA fragment of the bdhA gene sequence was purified using QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen) and then cleaved with restriction enzymes BamHI and ApaI. The resulting 1.1 kb DNA fragment was separated by 0.9% agarose gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining and recovered from the gel using the MonoFas DNA purification kit (GL Science). did.

このDNA断片を、上記(A)にて構築したpTZ4Fを制限酵素BamHIおよびApaIで切断して調製したDNAと混合し、DNA Ligation Kit Mighty Mix(タカラバイオ社)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌HTS08株(タカラバイオ社)を形質転換し、50μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLカナマイシンを含む)で液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(キアゲン社)を用いてプラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAを制限酵素BamHIおよびApaIで切断することにより約1.1kbの挿入断片が認められたことを確認し、これをpTZ4F−BdhAと命名した。(図3に構築手順を示す。)   This DNA fragment was mixed with DNA prepared by cleaving pTZ4F constructed in (A) above with restriction enzymes BamHI and ApaI, and ligated using DNA Ligation Kit Mighty Mix (Takara Bio Inc.). Escherichia coli HTS08 strain (Takara Bio Inc.) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin. The obtained clone was subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (including 50 μg / mL kanamycin), and then the plasmid DNA was purified using QIAprep Spin Miniprep Kit (Qiagen). The obtained plasmid DNA was cleaved with restriction enzymes BamHI and ApaI to confirm that an inserted fragment of about 1.1 kb was confirmed, and this was named pTZ4F-BdhA. (The construction procedure is shown in FIG. 3)

(D)AlsSD、BdhA増強株の作製
AlsSD、BdhA増強株作製の供試菌株は、上記にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH株を用いた。該菌株の形質転換に用いるため、上記(B)にて構築したpC3.14F−AlsSDおよび上記(C)にて構築したpTZ4F−BdhAをそれぞれ用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159) により大腸菌JM110株を形質転換し、脱メチル化されたプラスミドDNAを調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH株の形質転換は、電気パルス法(Res. Microbiol.,1993,144,p181−5)によって行い、得られた形質転換体を50μg/mLカナマイシンおよび10μg/mLストレプトマイシンを含むLBG寒天培地[トリプトン 10g、イーストエキストラクト 5g 、NaCl 5g、グルコース 20g、および寒天 15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。この培地上に生育した株は、pC3.14F−AlsSDおよびpTZ4F−BdhAの双方がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で保持されており、この菌株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH(以下、MBD04とも呼ぶ)と命名した。
(D) Production of AlsSD and BdhA-enhanced strains The test strains for producing AlsSD and BdhA-enhanced strains were the Brevibacterium flavum MJ233 / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain produced above. In order to use this strain for transformation, the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53) using pC3.14F-AlsSD constructed in (B) and pTZ4F-BdhA constructed in (C), respectively. , 159) was used to transform E. coli JM110 strain to prepare demethylated plasmid DNA.
Brevibacterium flavum MJ233 / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain was transformed by the electric pulse method (Res. Microbiol., 1993, 144, p181-5), and the resulting transformant was 50 μg / mL. LBG agar medium containing kanamycin and 10 μg / mL streptomycin [tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g, glucose 20 g, and agar 15 g dissolved in 1 L distilled water] was smeared. In the strain grown on this medium, both pC3.14F-AlsSD and pTZ4F-BdhA are maintained in the Brevibacterium flavum MJ233 strain, and this strain is stored in Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / It was named ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH (hereinafter also referred to as MBD04).

[作製例2]
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株について、以下のようにして、ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子(ldh遺伝子)、ホスホトランスアセチラーゼ遺伝子(pta遺伝子)、アセテートキナーゼ遺伝子(ack遺伝子)、CoAトランスフェラーゼ遺伝子(ctf遺伝子)、およびピルベートオキシダーゼ遺伝子(poxB遺伝子)の破壊、さらに、アセトラクテートシンターゼ遺伝子(alsS遺伝子)、アセトラクテートデカルボキシラーゼ遺伝子(alsD)、および2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子(bdhA遺伝子)の導入を行ない、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH株を作製した。
[Production Example 2]
For Brevibacterium flavum MJ233 strain, lactate dehydrogenase gene (ldh gene), phosphotransacetylase gene (pta gene), acetate kinase gene (ack gene), CoA transferase gene (ctf gene), and Disrupting the pyruvate oxidase gene (poxB gene) and introducing the acetolactate synthase gene (alsS gene), the acetolactate decarboxylase gene (alsD), and the 2,3-butanediol dehydrogenase gene (bdhA gene) A bacterial flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain was prepared.

<PoxB破壊株の作製>
PoxB破壊株作製の供試菌株は、作製例1にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH株を用いた。該菌株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pOXB11(特開2008−067629)を用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159) により形質転換した大腸菌JM110株から調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH株の形質転換および2回相同組換え体の選抜は、上記PTA−ACK破壊株の作製と同様の方法で行い、数十個のショ糖非感受性コロニーを得た。これらのうちpoxB遺伝子が変異型であるか野生型であるかの判定は、poxB遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号15および16)を用いて分析することによって行うことができ、野生型では1,518bp、欠失領域を持つ変異型では981bpのDNA断片を生成する。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、変異型遺伝子のみを有する株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDHと命名した。
<Preparation of PoxB disruption strain>
The Brevibacterium flavum MJ233 / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain prepared in Preparation Example 1 was used as a test strain for preparation of the PoxB-disrupted strain. Plasmid DNA used for transformation of the strain was prepared from E. coli strain JM110 transformed by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53, 159) using pOXB11 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-0667629).
Transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain and selection of twice homologous recombinants were carried out in the same manner as the preparation of the PTA-ACK disrupted strain, and several tens of sucrose Insensitive colonies were obtained. Of these, determination of whether the poxB gene is a mutant type or a wild type can be performed by analyzing the poxB gene using primers (SEQ ID NOs: 15 and 16) for PCR amplification. In this case, a DNA fragment of 1,518 bp is generated, and in a mutant having a deletion region, a DNA fragment of 981 bp is generated. As a result of analyzing the strain that became insensitive to sucrose by the above method, a strain having only the mutant gene was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH. .

<ALS、ALDC、BDH増強株の作製>
AlsSD、BdhA増強株作製の供試菌株は、上記にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH株を用いた。該菌株の形質転換は作製例1のAlsSD、BdhA増強株の作製と同様の方法で行い、作製した菌株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH(以下、MBD05とも呼ぶ)と命名した。
<Preparation of ALS, ALDC, BDH enhanced strain>
As the test strains for producing AlsSD and BdhA-enhanced strains, the Brevibacterium flavum MJ233 / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain prepared above was used. Transformation of the strain was carried out in the same manner as in the preparation of AlsSD and BdhA-enhanced strains in Preparation Example 1, and the prepared strain was selected from Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH (hereinafter referred to as “BrevA”) , Also called MBD05).

[作製例3]
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株について、以下のようにして、ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子(ldh遺伝子)、ホスホトランスアセチラーゼ遺伝子(pta遺伝子)、アセテートキナーゼ遺伝子(ack遺伝子)、CoAトランスフェラーゼ遺伝子(ctf遺伝子)、ピルベートオキシダーゼ遺伝子(poxB遺伝子)、およびピルベートカルボキシラーゼ遺伝子(pc遺伝子)の破壊、さらに、アセトラクテートシンターゼ遺伝子(alsS遺伝子)、アセトラクテートデカルボキシラーゼ遺伝子(alsD)、および2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子(bdhA遺伝子)の導入を行ない、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔPC/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH株を作製した。
[Production Example 3]
For the Brevibacterium flavum MJ233 strain, lactate dehydrogenase gene (ldh gene), phosphotransacetylase gene (pta gene), acetate kinase gene (ack gene), CoA transferase gene (ctf gene), pill Disruption of the beet oxidase gene (poxB gene) and the pyruvate carboxylase gene (pc gene), as well as the acetolactate synthase gene (alsS gene), the acetolactate decarboxylase gene (alsD), and the 2,3-butanediol dehydrogenase gene ( bdhA gene), and Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔPC / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-A To produce a K / ΔLDH strain.

<PC破壊株の作製>
(E)PC破壊用プラスミドの構築
ゲノム上のpc遺伝子プロモーターを置換するためのプラスミドpMJPC17.2(WO2012−128231)を制限酵素BamHIおよびBglIIで切断することにより約0.4kbからなるPCのコーディング領域のアミノ末端側の配列を切り出した。残った約5.9kbのDNA断片を0.9%アガロースゲル電気泳動により分離後、QIAquick Gel Extraction Kit(キアゲン社)を用いて回収した。回収したDNA断片の末端をDNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ社)を用いて環状化させ、大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(キアゲン社)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素KpnIにより切断した結果、約2.0kbのアミノ末端側の欠損を示す断片が確認され、これをpKB−PC1と命名した。
<Production of PC disruption strain>
(E) Construction of a plasmid for PC disruption PC coding region consisting of about 0.4 kb by cleaving plasmid pMJPC17.2 (WO2012-128231) for replacing pc gene promoter on the genome with restriction enzymes BamHI and BglII The amino terminal sequence of was excised. The remaining DNA fragment of about 5.9 kb was separated by 0.9% agarose gel electrophoresis, and then recovered using a QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen). The ends of the recovered DNA fragments were labeled with DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio) was used to transform E. coli DH5α strain. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin. The obtained clone was subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 50 μg / mL kanamycin), and then a plasmid DNA was prepared using QIAprep Spin Miniprep Kit (Qiagen). As a result of cleaving the thus obtained plasmid DNA with the restriction enzyme KpnI, a fragment showing a deletion of about 2.0 kb on the amino terminal side was confirmed, and this was named pKB-PC1.

(F)PC増強株の作製
PC破壊株作製の供試菌株は、作製例1にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH株を用いた。該菌株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、上記(E)にて構築したpKB−PC1を用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159) により形質転換した大腸菌JM110株から調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH株の形質転換および2回相同組換え体の選抜は、上記PTA−ACK破壊株の作製と同様の方法で行い、数十個のショ糖非感受性コロニーを得た。これらのうちpc遺伝子が変異型であるか野生型であるかの判定は、pc遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号17および18)を用いて分析することによって行うことができ、野生型では1,297bp、欠失領域を持つ変異型では1,203bpのDNA断片を生成する。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、変異型遺伝子のみを有する株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔPC/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDHと命名した。
(F) Production of PC-enhanced strain As a test strain for producing a PC-disrupted strain, the Brevibacterium flavum MJ233 / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain prepared in Preparation Example 1 was used. The plasmid DNA used for transformation of the strain was prepared from E. coli JM110 strain transformed by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53, 159) using pKB-PC1 constructed in (E) above. .
Transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain and selection of twice homologous recombinants were carried out in the same manner as in the preparation of the above-mentioned PTA-ACK disrupted strain. Sucrose-insensitive colonies were obtained. Of these, the determination of whether the pc gene is a mutant type or a wild type can be made by analyzing the pc gene using primers (SEQ ID NOs: 17 and 18) for PCR amplification. In this case, a DNA fragment of 1,297 bp is generated, and a mutant having a deletion region of 1,203 bp is generated. As a result of analyzing the strain that became insensitive to sucrose by the above method, a strain having only the mutant gene was selected, and the strain was selected as Brevibacterium flavum MJ233 / ΔPC / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH. Named.

<ALS、ALDC、BDH増強株の作製>
AlsSD、BdhA増強株作製の供試菌株は、上記にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔPC/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH株を用いた。該菌株の形質転換は作製例1のAlsSD、BdhA増強株の作製と同様の方法で行い、作製した菌株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔPC/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH(以下、MBD06とも呼ぶ)と命名した。
<Preparation of ALS, ALDC, BDH enhanced strain>
As the test strains for producing AlsSD and BdhA-enhanced strains, the Brevibacterium flavum MJ233 / ΔPC / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain prepared above was used. Transformation of the strain was carried out in the same manner as the preparation of the AlsSD and BdhA-enhanced strain of Preparation Example 1, and the prepared strain was used as Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔPC / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH. (Hereinafter also referred to as MBD06).

[作製例4]
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株について、以下のようにして、アセトラクテートシンターゼ遺伝子(alsS遺伝子)、アセトラクテートデカルボキシラーゼ遺伝子(alsD)、および2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子(bdhA遺伝子)の導入を行ない、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD株を作製した。
[Production Example 4]
For the Brevibacterium flavum MJ233 strain, the acetolactate synthase gene (alsS gene), the acetolactate decarboxylase gene (alsD), and the 2,3-butanediol dehydrogenase gene (bdhA gene) are introduced as follows. Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD strain was prepared.

<ALS、ALDC、BDH増強株の作製>
AlsSD、BdhA増強株作製の供試菌株は、常法(Wolf Hetal,J.Bacteriol.,1983,156(3),p1165−70、Kurusu Yetal.,Agric Biol Chem.,1990,54(2),p443−7)に従って内在性プラスミドを除去(キュアリング)したブレビバクテリウム・フラバムMJ233株を用いた。該菌株の形質転換は作製例1のAlsSD、BdhA増強株の作製と同様の方法で行い、作製した菌株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD(以下、MBD01とも呼ぶ)と命名した。
<Preparation of ALS, ALDC, BDH enhanced strain>
Test strains for preparing AlsSD and BdhA-enhanced strains were prepared by conventional methods (Wolf Hetal, J. Bacteriol., 1983, 156 (3), p1165-70, Kurusu Yetal., Agric Biol Chem., 1990, 54 (2), Brevibacterium flavum MJ233 strain from which the endogenous plasmid was removed (curing) according to p443-7) was used. Transformation of the strain was performed in the same manner as the preparation of the AlsSD and BdhA-enhanced strain of Preparation Example 1, and the prepared strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD (hereinafter also referred to as MBD01).

[作製例5]
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株について、以下のようにして、ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子(ldh遺伝子)の破壊、さらに、アセトラクテートシンターゼ遺伝子(alsS遺伝子)、アセトラクテートデカルボキシラーゼ遺伝子(alsD)、および2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子(bdhA遺伝子)の導入を行ない、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔLDH株を作製した。
[Production Example 5]
For the Brevibacterium flavum MJ233 strain, disruption of the lactate dehydrogenase gene (ldh gene), the acetolactate synthase gene (alsS gene), the acetolactate decarboxylase gene (alsD), and 2,3- A butanediol dehydrogenase gene (bdhA gene) was introduced to prepare a Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔLDH strain.

<ALS、ALDC、BDH増強株の作製>
AlsSD、BdhA増強株作製の供試菌株は、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株(LDH破壊株:WO2005−021770)を用いた。該菌株の形質転換は作製例1のAlsSD、BdhA増強株の作製と同様の方法で行い、作製した菌株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔLDH(以下、MBD02とも呼ぶ)と命名した。
<Preparation of ALS, ALDC, BDH enhanced strain>
Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain (LDH disruption strain: WO2005-021770) was used as a test strain for preparing AlsSD and BdhA-enhanced strains. Transformation of the strain was performed in the same manner as the preparation of the AlsSD and BdhA-enhanced strain in Preparation Example 1, and the prepared strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔLDH (hereinafter also referred to as MBD02). .

[作製例6]
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株について、以下のようにして、ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子(ldh遺伝子)、ホスホトランスアセチラーゼ遺伝子(pta遺伝子)、およびアセテートキナーゼ遺伝子(ack遺伝子)の破壊、さらに、アセトラクテートシンターゼ遺伝子(alsS遺伝子)、アセトラクテートデカルボキシラーゼ遺伝子(alsD)、および2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子(bdhA遺伝子)の導入を行ない、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔPTA−ACK/ΔLDH株を作製した。
[Production Example 6]
For the Brevibacterium flavum MJ233 strain, disruption of the lactate dehydrogenase gene (ldh gene), the phosphotransacetylase gene (pta gene), and the acetate kinase gene (ack gene), and the acetolactate synthase gene (AlsS gene), acetolactate decarboxylase gene (alsD), and 2,3-butanediol dehydrogenase gene (bdhA gene) were introduced, and Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain was obtained. Produced.

<ALS、ALDC、BDH増強株の作製>
AlsSD、BdhA増強株作製の供試菌株は、作製例1で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔPTA−ACK/ΔLDH株を用いた。該菌株の形質転換は実施例1のAlsSD、BdhA増強株の作製と同様の方法で行い、作製した菌株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔPTA−ACK/ΔLDH(以下、MBD03とも呼ぶ)と命名した。
<Preparation of ALS, ALDC, BDH enhanced strain>
The Brevibacterium flavum MJ233 / ΔPTA-ACK / ΔLDH strain prepared in Preparation Example 1 was used as a test strain for preparing the AlsSD and BdhA-enhanced strain. Transformation of the strain was carried out in the same manner as the production of the AlsSD and BdhA-enhanced strain of Example 1, and the produced strain was designated as Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔPTA-ACK / ΔLDH (hereinafter also referred to as MBD03). ).

[実施例1]
<MBD04株の増殖評価>
作製例1にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH(MBD04)株の増殖評価を行うため、以下の通り種培養を行って菌体を調製し、その後、本培養としてフラスコ培養を実施した。
[Example 1]
<Proliferation evaluation of MBD04 strain>
In order to evaluate the growth of the Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH (MBD04) strain prepared in Preparation Example 1, a bacterial cell was prepared by performing seed culture as follows. Then, flask culture was implemented as main culture.

(A)種培養
種培養を行うため、CGXII培地(硫酸アンモニウム 20g/L、尿素 5g/L、リン酸二水素カリウム 1g/L、リン酸水素二カリウム 1g/L、MOPS 42g/L、硫酸マグネシウム・7水和物 0.25g/L、塩化カルシウム 10mg/L、硫酸第一鉄・7水和物 10mg/L、硫酸マンガン・5水和物 10mg/L、硫酸亜鉛・7水和物 1mg/L、硫酸銅 0.2mg/L、塩化ニッケル・6水和物 0.02mg/L、ビオチン 0.2mg/L、グルコース 40g/L、プロトカテク酸 30mg/L、pH7.0)2mLを15mL容の試験用培養チューブに入れ、無菌濾過した50mg/mlカナマイシン水溶液および25mg/mlストレプトマイシン水溶液を2μLずつ添加し、MBD04株を接種して一昼夜、32℃にて振とう培養した。
(A) Seed culture In order to perform seed culture, CGXII medium (ammonium sulfate 20 g / L, urea 5 g / L, potassium dihydrogen phosphate 1 g / L, dipotassium hydrogen phosphate 1 g / L, MOPS 42 g / L, magnesium sulfate. Heptahydrate 0.25 g / L, calcium chloride 10 mg / L, ferrous sulfate heptahydrate 10 mg / L, manganese sulfate pentahydrate 10 mg / L, zinc sulfate heptahydrate 1 mg / L , Copper sulfate 0.2 mg / L, nickel chloride hexahydrate 0.02 mg / L, biotin 0.2 mg / L, glucose 40 g / L, protocatechuic acid 30 mg / L, pH 7.0) 2 mL test Add 2 μL each of sterile filtered 50 mg / ml kanamycin aqueous solution and 25 mg / ml streptomycin aqueous solution to the MBD04 strain. Whole day and night and, with shaking cultured at 32 ℃.

(B)本培養
本培養を行うため、CGXII培地(上記と同様にカナマイシン及びストレプトマイシンを含む)50mlを200mlのノーマルフラスコに入れ、OD660の吸光度が0.1となるように得られた種培養液を添加、30℃にて振とう培養した。培養開始24時間後に80%(w/v)グルコース溶液を2.5ml添加した。また、培養開始後48時間及び69時間の段階で、サンプリングを行い、OD660の吸光度を測定した。
その結果、培養開始48時間後のOD660の値は13.1、培養開始69時間後のOD660の値は14.7であった。
(B) Main culture In order to carry out the main culture, 50 ml of CGXII medium (containing kanamycin and streptomycin as described above) was placed in a 200 ml normal flask, and the seed culture obtained so that the absorbance at OD 660 was 0.1. The solution was added and cultured with shaking at 30 ° C. After 24 hours from the start of culture, 2.5 ml of an 80% (w / v) glucose solution was added. Further, sampling was performed at the stage of 48 hours and 69 hours after the start of culture, and the absorbance of OD 660 was measured.
As a result, the value of OD 660 of 48 hours after the start of culture 13.1, the value of OD 660 after culture after 69 hours was 14.7.

[実施例2]
<MBD05株の増殖評価>
作製例2にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH(MBD05)株を使用したこと以外は、実施例1と同様に行った。その結果、培養開始48時間後のOD660の値は13.9、培養開始69時間後のOD660の値は14.2であった。
[Example 2]
<Proliferation evaluation of MBD05 strain>
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH (MBD05) strain prepared in Preparation Example 2 was used. As a result, the value of OD 660 of 48 hours after the start of culture 13.9, the value of OD 660 after culture after 69 hours was 14.2.

[実施例3]
<MBD06株の増殖評価>
作製例3にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔPC/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH(MBD06)株を使用したこと以外は、実施例1と同様に行った。その結果、培養開始48時間後のOD660の値は14.7、培養開始69時間後のOD660の値は16.4であった。
[Example 3]
<Evaluation of growth of MBD06 strain>
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔPC / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH (MBD06) strain prepared in Preparation Example 3 was used. As a result, the value of OD 660 of 48 hours after the start of culture 14.7, the value of OD 660 after culture after 69 hours was 16.4.

[比較例1]
<MBD01株の増殖評価>
作製例4にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD(MBD01)株を使用したこと以外は、実施例1と同様に行った。その結果、培養開始48時間後のOD660の値は17.1、培養開始69時間後のOD660の値は16.1であった。
[Comparative Example 1]
<Proliferation evaluation of MBD01 strain>
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD (MBD01) strain prepared in Preparation Example 4 was used. As a result, the value of OD 660 of 48 hours after the start of culture 17.1, the value of OD 660 after culture after 69 hours was 16.1.

[比較例2]
<MBD02株の増殖評価>
作製例5にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔLDH(MBD02)株を使用したこと以外は、実施例1と同様に行った。その結果、培養開始48時間後のOD660の値は9.34、培養開始69時間後のOD660の値は9.50であった。
[Comparative Example 2]
<Proliferation evaluation of MBD02 strain>
The same procedure as in Example 1 was conducted except that the Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔLDH (MBD02) strain prepared in Preparation Example 5 was used. As a result, the value of OD 660 of 48 hours after the start of culture 9.34, the value of OD 660 after culture after 69 hours was 9.50.

[比較例3]
<MBD03株の増殖評価>
作製例6にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔPTA−ACK/ΔLDH(MBD03)株を使用したこと以外は、実施例1と同様に行った。その結果、培養開始48時間後のOD660の値は10.6、培養開始69時間後のOD660の値は11.0であった。
[Comparative Example 3]
<Proliferation evaluation of MBD03 strain>
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔPTA-ACK / ΔLDH (MBD03) strain prepared in Preparation Example 6 was used. As a result, the value of OD 660 after 48 hours from the start of culture was 10.6, and the value of OD 660 after 69 hours from the start of culture was 11.0.

実施例1〜3、比較例1〜3の結果として、培養開始48時間後および69時間後のOD660の値を表1にまとめた。 As a result of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, OD 660 values 48 hours and 69 hours after the start of culture are summarized in Table 1.

Figure 2015228804
Figure 2015228804

表1より、2,3−ブタンジオール生産菌株であるMBD01株に対してldh遺伝子を破壊したMBD02株は、MBD01株に比べて増殖速度が大きく低下し、培養69時間後の到達OD660で比較して59%程度となることがわかった。また、MBD02株に対してさらにpta−ack遺伝子を破壊したMBD03株は、MBD02株よりもやや増殖速度が回復するものの、培養69時間後の到達OD660で比較して約16%向上するにとどまった。
一方、MBD03株に対してさらにctf遺伝子を破壊したMBD04株は、MBD02株に比べて増殖速度が大幅に回復し、培養69時間後の到達OD660で比較して約55%向上した。MBD04株に対してさらにpoxB遺伝子を破壊したMBD05株は、MBD04株と同等の増殖速度であった。MBD05株に対してさらにpc遺伝子を破壊したMBD06株は、MBD04株よりもさらに増殖速度が回復し、培養69時間後の到達OD660で比較してMBD02株に対して約73%向上、MBD01株と同等にまで回復した。
以上より、2,3−ブタンジオール生産菌株において、ldh遺伝子を破壊すると増殖が悪化するものの、pta−ack遺伝子およびctf遺伝子を破壊することで大幅に増殖速度が回復、さらにpc遺伝子を破壊すると元の菌株と同等にまで回復するということが明らかになった。これらの遺伝子改変は副生物の低減だけでなく、2,3−ブタンジオール生産菌株の増殖能を維持する上でも重要となる。
From Table 1, the growth rate of the MBD02 strain in which the ldh gene was disrupted compared to the MBD01 strain, which is a 2,3-butanediol-producing strain, was greatly reduced as compared with the MBD01 strain, and compared with the reached OD 660 after 69 hours of culture. It turned out to be about 59%. Further, MBD03 strain that destroyed more pta-ack gene against MBD02 strain, although slightly growth rate than MBD02 strain is restored, remained improved by about 16% compared with reach OD 660 after incubation for 69 hours It was.
On the other hand, MBD04 strain that destroyed more ctf gene against MBD03 strain, growth rate significantly recovered compared to MBD02 strain, was improved by about 55% compared with reach OD 660 after incubation for 69 hours. The MBD05 strain in which the poxB gene was further disrupted relative to the MBD04 strain had a growth rate equivalent to that of the MBD04 strain. The MBD06 strain in which the pc gene was further disrupted compared to the MBD05 strain recovered the growth rate more than the MBD04 strain, and improved by about 73% compared to the MBD02 strain compared with the reached OD 660 after 69 hours of culture. Recovered to the same level.
As described above, in the 2,3-butanediol-producing strain, when the ldh gene is disrupted, the growth is deteriorated, but by destroying the pta-ack gene and the ctf gene, the growth rate is significantly recovered. It was revealed that the strain recovered to the same level as the strain of. These genetic modifications are important not only for reducing by-products but also for maintaining the growth ability of 2,3-butanediol-producing strains.

[実施例4]
<MBD05株の2,3−ブタンジオール生産評価>
作製例2にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH(MBD05)株の2,3−ブタンジオール生産評価を行うため、以下の通り種培養を行って菌体を調製し、その後、本培養と同時に2,3−ブタンジオール生産反応を実施した。
[Example 4]
<Production evaluation of MBD05 strain for 2,3-butanediol>
In order to evaluate 2,3-butanediol production of Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH (MBD05) strain prepared in Preparation Example 2, seed culture was performed as follows. Then, the cells were prepared, and then 2,3-butanediol production reaction was carried out simultaneously with the main culture.

(G)種培養
種培養を行うため、CGXII培地(硫酸アンモニウム 20g/L、尿素 5g/L、リン酸二水素カリウム 1g/L、リン酸水素二カリウム 1g/L、MOPS 42g/L、硫酸マグネシウム・7水和物 0.25g/L、塩化カルシウム 10mg/L、硫酸第一鉄・7水和物 10mg/L、硫酸マンガン・5水和物 10mg/L、硫酸亜鉛・7水和物 1mg/L、硫酸銅 0.2mg/L、塩化ニッケル・6水和物 0.02mg/L、ビオチン 0.2mg/L、グルコース 40g/L、プロトカテク酸 30mg/L、pH7.0)2mLを15mL容の試験用培養チューブに入れ、無菌濾過した50mg/mlカナマイシン水溶液および25mg/mlストレプトマイシン水溶液を2μLずつ添加し、MBD05株を接種して一昼夜、32℃にて振とう培養した。
(G) Seed culture In order to perform seed culture, CGXII medium (ammonium sulfate 20 g / L, urea 5 g / L, potassium dihydrogen phosphate 1 g / L, dipotassium hydrogen phosphate 1 g / L, MOPS 42 g / L, magnesium sulfate. Heptahydrate 0.25 g / L, calcium chloride 10 mg / L, ferrous sulfate heptahydrate 10 mg / L, manganese sulfate pentahydrate 10 mg / L, zinc sulfate heptahydrate 1 mg / L , Copper sulfate 0.2 mg / L, nickel chloride hexahydrate 0.02 mg / L, biotin 0.2 mg / L, glucose 40 g / L, protocatechuic acid 30 mg / L, pH 7.0) 2 mL test 2 μL each of sterile filtered 50 mg / ml kanamycin aqueous solution and 25 mg / ml streptomycin aqueous solution were added to the MBD05 strain. Whole day and night and, with shaking cultured at 32 ℃.

(H)2,3−ブタンジオール生産反応
本培養と同時に2,3−ブタンジオール生産反応を行うため、CGXII培地(上記と同様にカナマイシン及びストレプトマイシンを含む)50mlを200mlのノーマルフラスコに入れ、OD660の吸光度が0.2となるように上記(G)で得られた種培養液を添加、30℃にて振とう培養した。培養開始24時間後、および42時間後に80%(w/v)グルコース溶液を2.5ml添加した。また、培養開始40時間後及び64時間後の段階で、サンプリングを行い、遠心分離後に培養上清を回収、蒸留水で10倍に希釈して液体クロマトグラフィーおよびガスクロマトグラフィーによる分析を行った。
それぞれの分析条件は以下の通りである。乳酸、酢酸、コハク酸は液体クロマトグラフィー分析により定量し、アセトイン、(Meso)−2,3−ブタンジオール、(R,R)または(S,S)−2,3−ブタンジオールはガスクロマトグラフィー分析により定量した。
(H) 2,3-butanediol production reaction In order to carry out the 2,3-butanediol production reaction simultaneously with the main culture, 50 ml of CGXII medium (containing kanamycin and streptomycin as described above) was placed in a 200 ml normal flask, and OD The seed culture solution obtained in (G) above was added so that the absorbance at 660 was 0.2, and the mixture was cultured with shaking at 30 ° C. 2.5 ml of an 80% (w / v) glucose solution was added 24 hours after the start of the culture and 42 hours later. In addition, sampling was performed at the stage of 40 hours and 64 hours after the start of culture, and the culture supernatant was collected after centrifugation, diluted 10-fold with distilled water, and analyzed by liquid chromatography and gas chromatography.
Each analysis condition is as follows. Lactic acid, acetic acid and succinic acid are quantified by liquid chromatography analysis, and acetoin, (Meso) -2,3-butanediol, (R, R) or (S, S) -2,3-butanediol are gas chromatographed. Quantified by analysis.

(液体クロマトグラフィー分析条件)
ポンプ:日立ハイテクノロジーズ社製 L−2130
カラムオーブン:日立ハイテクノロジーズ社製 L−2350
UV検出器:日立ハイテクノロジーズ社製 L−2400
RI検出器:日立ハイテクノロジーズ社製 L−2490
カラム:信和化工社製 ULTRON PS−80H 8.0ID×300mmL
温度:60℃
溶離液:0.11質量%過塩素酸溶液 1.0mL/分
検出方法:UV(210nm),RI
注入量:10μL
(ガスクロマトグラフィー分析条件)
装置:島津製作所製 GC17A
カラム:DB−17(0.25mmφ×30m 膜厚0.25μm)
carrier:He 1.0mL/min
スプリット比:1/50
注入口温度:260℃
検出器温度:280℃
カラム温度:50℃→280℃ 10℃/min
検出器:FID
注入量:1μL
(Liquid chromatography analysis conditions)
Pump: Hitachi High-Technologies Corporation L-2130
Column oven: Hitachi High-Technologies L-2350
UV detector: Hitachi High-Technologies Corporation L-2400
RI detector: L-2490 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation
Column: ULTRON PS-80H 8.0ID × 300mmL manufactured by Shinwa Kako Co., Ltd.
Temperature: 60 ° C
Eluent: 0.11% by mass perchloric acid solution 1.0 mL / min Detection method: UV (210 nm), RI
Injection volume: 10 μL
(Gas chromatography analysis conditions)
Device: GC17A manufactured by Shimadzu Corporation
Column: DB-17 (0.25 mmφ × 30 m film thickness 0.25 μm)
carrier: He 1.0 mL / min
Split ratio: 1/50
Inlet temperature: 260 ° C
Detector temperature: 280 ° C
Column temperature: 50 ° C. → 280 ° C. 10 ° C./min
Detector: FID
Injection volume: 1 μL

その結果、反応開始40時間後の乳酸は0.41g/L、酢酸は1.21g/L、コハク酸は4.67g/L、アセトインは2.10g/L、(Meso)−2,3−ブタンジオールは1.69g/L、(R,R)または(S,S)−2,3−ブタンジオールは9.08g/L、反応開始64時間後の乳酸は0.75g/L、酢酸は1.27g/L、コハク酸は1.55g/L、アセトインは3.87g/L、(Meso)−2,3−ブタンジオールは3.33g/L、(R,R)または(S,S)−2,3−ブタンジオールは12.4g/Lであった。   As a result, 40 hours after the start of the reaction, lactic acid was 0.41 g / L, acetic acid was 1.21 g / L, succinic acid was 4.67 g / L, acetoin was 2.10 g / L, (Meso) -2,3- Butanediol is 1.69 g / L, (R, R) or (S, S) -2,3-butanediol is 9.08 g / L, lactic acid 64 hours after the start of the reaction is 0.75 g / L, and acetic acid is 1.27 g / L, succinic acid 1.55 g / L, acetoin 3.87 g / L, (Meso) -2,3-butanediol 3.33 g / L, (R, R) or (S, S ) -2,3-butanediol was 12.4 g / L.

[実施例5]
<MBD06株の2,3−ブタンジオール生産評価>
作製例3にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔPC/ΔPoxB/ΔCTF/ΔPTA−ACK/ΔLDH(MBD06)株を使用したこと以外は、実施例4と同様に行った。その結果、反応開始40時間後の乳酸は0.22g/L、酢酸は1.16g/L、コハク酸は4.29g/L、アセトインは1.11g/L、(Meso)−2,3−ブタンジオールは1.49g/L、(R,R)または(S,S)−2,3−ブタンジオールは11.0g/L、反応開始64時間後の乳酸は0.58g/L、酢酸は1.24g/L、コハク酸は1.24g/L、アセトインは2.82g/L、(Meso)−2,3−ブタンジオールは2.79g/L、(R,R)または(S,S)−2,3−ブタンジオールは13.4g/Lであった。
[Example 5]
<Evaluation of 2,3-butanediol production by MBD06 strain>
It was carried out in the same manner as in Example 4 except that the Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔPC / ΔPoxB / ΔCTF / ΔPTA-ACK / ΔLDH (MBD06) strain prepared in Preparation Example 3 was used. As a result, 40 hours after the start of the reaction, lactic acid was 0.22 g / L, acetic acid was 1.16 g / L, succinic acid was 4.29 g / L, acetoin was 1.11 g / L, (Meso) -2,3- 1.49 g / L for butanediol, 11.0 g / L for (R, R) or (S, S) -2,3-butanediol, 0.58 g / L for lactic acid 64 hours after the start of the reaction, 1.24 g / L, succinic acid 1.24 g / L, acetoin 2.82 g / L, (Meso) -2,3-butanediol 2.79 g / L, (R, R) or (S, S ) -2,3-butanediol was 13.4 g / L.

[比較例4]
<MBD01株の2,3−ブタンジオール生産評価>
作製例4にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD(MBD01)株を使用したこと以外は、実施例4と同様に行った。その結果、反応開始40時間後の乳酸は11.4g/L、酢酸は1.02g/L、コハク酸は1.32g/L、アセトインは2.82g/L、(Meso)−2,3−ブタンジオールは1.02g/L、(R,R)または(S,S)−2,3−ブタンジオールは9.87g/L、反応開始64時間後の乳酸は11.6g/L、酢酸は1.03g/L、コハク酸は0.04g/L、アセトインは4.16g/L、(Meso)−2,3−ブタンジオールは1.11g/L、(R,R)または(S,S)−2,3−ブタンジオールは10.2g/Lであった。
[Comparative Example 4]
<Production evaluation of MBD01 strain for 2,3-butanediol>
The same procedure as in Example 4 was performed except that the Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD (MBD01) strain prepared in Preparation Example 4 was used. As a result, lactic acid 40 hours after the start of the reaction was 11.4 g / L, acetic acid was 1.02 g / L, succinic acid was 1.32 g / L, acetoin was 2.82 g / L, (Meso) -2,3- Butanediol is 1.02 g / L, (R, R) or (S, S) -2,3-butanediol is 9.87 g / L, lactic acid 64 hours after the start of the reaction is 11.6 g / L, and acetic acid is 1.03 g / L, succinic acid 0.04 g / L, acetoin 4.16 g / L, (Meso) -2,3-butanediol 1.11 g / L, (R, R) or (S, S ) -2,3-butanediol was 10.2 g / L.

[比較例5]
<MBD02株の2,3−ブタンジオール生産評価>
作製例5にて作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/BdhA/AlsSD/ΔLDH(MBD02)株を使用したこと以外は、実施例4と同様に行った。その結果、反応開始40時間後の乳酸は0.12g/L、酢酸は5.18g/L、コハク酸は1.90g/L、アセトインは0.60g/L、(Meso)−2,3−ブタンジオールは0.53g/L、(R,R)または(S,S)−2,3−ブタンジオールは4.32g/L、反応開始64時間後の乳酸は0.36g/L、酢酸は5.22g/L、コハク酸は0.15g/L、アセトインは1.15g/L、(Meso)−2,3−ブタンジオールは0.95g/L、(R,R)または(S,S)−2,3−ブタンジオールは4.86g/Lであった。
[Comparative Example 5]
<Production evaluation of MBD02 strain for 2,3-butanediol>
The same procedure as in Example 4 was performed except that the Brevibacterium flavum MJ233 / BdhA / AlsSD / ΔLDH (MBD02) strain prepared in Preparation Example 5 was used. As a result, 40 hours after the start of the reaction, lactic acid was 0.12 g / L, acetic acid was 5.18 g / L, succinic acid was 1.90 g / L, acetoin was 0.60 g / L, (Meso) -2,3- Butanediol is 0.53 g / L, (R, R) or (S, S) -2,3-butanediol is 4.32 g / L, lactic acid after 64 hours of reaction is 0.36 g / L, and acetic acid is 5.22 g / L, succinic acid 0.15 g / L, acetoin 1.15 g / L, (Meso) -2,3-butanediol 0.95 g / L, (R, R) or (S, S ) -2,3-butanediol was 4.86 g / L.

実施例4、5、比較例4、および5の結果として、培養開始40時間後および64時間後の乳酸、酢酸、コハク酸、アセトイン、(Meso)−2,3−ブタンジオール、(R,R)または(S,S)−2,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール合計値を表2にまとめた。   As a result of Examples 4 and 5 and Comparative Examples 4 and 5, lactic acid, acetic acid, succinic acid, acetoin, (Meso) -2,3-butanediol, 40 hours and 64 hours after the start of culture, (R, R ) Or (S, S) -2,3-butanediol and 2,3-butanediol total values are summarized in Table 2.

Figure 2015228804
Figure 2015228804

表2より、2,3−ブタンジオール生産菌株であるMBD01株に対してldh遺伝子を破壊したMBD02株は、MBD01株と比べて乳酸の副生が大幅に低減するものの、2,3−ブタンジオール((Meso)、(R,R)、(S,S)の合計)の生産性も低下し、反応64時間後の蓄積濃度で比較して51%程度となってしまうことがわかった。これは、ldh遺伝子を破壊したことによって、増殖速度が低下し、菌体量が不足していることが影響していると考えられる。また、MBD02株は、MBD01株と比較して酢酸、コハク酸の副生が増加した。
一方、MBD02株に対してさらにpta−ack遺伝子、ctf遺伝子、およびpoxB遺伝子を破壊したMBD05株は、MBD02株と比べて酢酸の副生が大幅に低減し、反応64時間後の蓄積濃度で比較して約76%の低減化を達成した。また、2,3−ブタンジオール((Meso)、(R,R)、(S,S)の合計)の生産性も大きく向上し、反応64時間後の蓄積濃度で比較してMBD01株に対して約39%向上した。ただし、MBD02株よりもさらにコハク酸の副生が増加した。
MBD05株に対してさらにpc遺伝子を破壊したMBD06株は、MBD05株と比べてコハク酸の副生が低減し、反応64時間後の蓄積濃度で比較して約20%の低減化を達成した。また、2,3−ブタンジオール((Meso)、(R,R)、(S,S)の合計)の生産性もさらに向上し、反応64時間後の蓄積濃度で比較してMBD01株に対して約43%向上した。
以上より、2,3−ブタンジオール生産菌株において、ldh遺伝子、pta−ack遺伝子、ctf遺伝子、poxB遺伝子、pc遺伝子を破壊することによって、乳酸、酢酸、およびコハク酸の副生を低減することができ、2,3−ブタンジオールの生産性を向上できることが示された。
From Table 2, MBD02 strain in which the ldh gene is disrupted with respect to MBD01 strain, which is a 2,3-butanediol-producing strain, significantly reduces the by-product of lactic acid compared to MBD01 strain, but 2,3-butanediol It was found that the productivity of ((Meso), (R, R), (S, S)) was also reduced, and the accumulated concentration after 64 hours of reaction was about 51%. This is considered to be due to the fact that the ldh gene was disrupted, resulting in a decrease in the growth rate and a lack of bacterial mass. In addition, the MBD02 strain increased the amount of acetic acid and succinic acid by-products compared to the MBD01 strain.
On the other hand, the MBD05 strain in which the pta-ack gene, the ctf gene, and the poxB gene were further disrupted compared to the MBD02 strain had a significantly reduced by-product of acetic acid compared to the MBD02 strain, and compared with the accumulated concentration after 64 hours of reaction As a result, a reduction of about 76% was achieved. In addition, the productivity of 2,3-butanediol (total of (Meso), (R, R), (S, S)) is greatly improved, and compared to the MBD01 strain compared with the accumulated concentration after 64 hours of reaction. About 39%. However, the by-product of succinic acid increased more than MBD02 strain.
In the MBD06 strain in which the pc gene was further disrupted compared to the MBD05 strain, succinic acid by-product was reduced as compared with the MBD05 strain, and a reduction of about 20% was achieved compared with the accumulated concentration after 64 hours of reaction. In addition, the productivity of 2,3-butanediol (total of (Meso), (R, R), (S, S)) is further improved, and compared to the MBD01 strain compared with the accumulated concentration after 64 hours of reaction. About 43%.
As described above, in the 2,3-butanediol-producing strain, by-production of lactic acid, acetic acid, and succinic acid can be reduced by destroying ldh gene, pta-ack gene, ctf gene, poxB gene, and pc gene. It was shown that the productivity of 2,3-butanediol can be improved.

本発明によれば、発酵の進行とともに微生物の増殖速度の著しい低下を伴うことなく、副生物の生成を低減して2,3−ブタンジオールの生産性が向上した微生物を提供することができる。
このような本発明の微生物を用いることにより、2,3−ブタンジオールを効率よくかつ安全に製造することができる。したがって、本発明は産業上の利用可能性が高い。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the production | generation of the 2, 3- butanediol can be provided by reducing the production | generation of a by-product without accompanying the remarkable fall of the growth rate of microorganisms with progress of fermentation.
By using such a microorganism of the present invention, 2,3-butanediol can be produced efficiently and safely. Therefore, the present invention has high industrial applicability.

Claims (10)

2,3−ブタンジオール生産能を有し、次のa)、b)、およびc)の活性が非改変株と比較して低減するように改変された微生物。
a)ラクテートデヒドロゲナーゼ活性
b)アセテートキナーゼ活性およびホスホトランスアセチラーゼ活性のいずれか一方または両方
c)CoAトランスフェラーゼ活性
A microorganism having an ability to produce 2,3-butanediol, and modified so that the following activities a), b), and c) are reduced as compared with an unmodified strain.
a) Lactate dehydrogenase activity b) Acetate kinase activity and / or phosphotransacetylase activity c) CoA transferase activity
ピルベートオキシダーゼ活性が非改変株と比較して低減するように改変された、請求項1に記載の微生物。   The microorganism according to claim 1, which has been modified so that pyruvate oxidase activity is reduced compared to an unmodified strain. ピルベートカルボキシラーゼ活性が非改変株と比較して低減するように改変された、請求項1または請求項2に記載の微生物。   The microorganism according to claim 1 or 2, which has been modified so that pyruvate carboxylase activity is reduced as compared to an unmodified strain. さらに、アセトラクテートシンターゼ活性、アセトラクテートデカルボキシラーゼ活性、2,3−ブタンジオールデヒドロゲナーゼ活性、およびジアセチルレダクターゼ活性からなる群より選ばれる少なくとも1種の酵素活性が非改変株と比較して増強するように改変された、請求項1〜3のいずれか一項に記載の微生物。   Further, at least one enzyme activity selected from the group consisting of acetolactate synthase activity, acetolactate decarboxylase activity, 2,3-butanediol dehydrogenase activity, and diacetylreductase activity is enhanced as compared with an unmodified strain. The microorganism according to any one of claims 1 to 3, which has been modified. さらに、キシロースイソメラーゼ活性が非改変株と比較して増強するように改変された、請求項1〜4のいずれか一項に記載の微生物。   Furthermore, the microorganism as described in any one of Claims 1-4 modified | changed so that xylose isomerase activity might be increased compared with an unmodified strain. さらに、キシルロキナーゼ活性が非改変株と比較して増強するように改変された、請求項1〜5のいずれか一項に記載の微生物。   Furthermore, the microorganism as described in any one of Claims 1-5 modified | changed so that xylulokinase activity might be increased compared with an unmodified strain. 前記微生物が、コリネ型細菌、大腸菌、バチルス(Bacillus)属細菌、アナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌、アクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌、マンヘミア(Mannheimia)属細菌、バスフィア(Basfia)属細菌、ザイモモナス(Zymomonas)属細菌、ザイモバクター(Zymobacter)属細菌、糸状菌、および酵母菌からなる群より選ばれる少なくとも1つである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の微生物。   The microorganism is a coryneform bacterium, Escherichia coli, Bacillus genus bacteria, Anaerobiospirillum genus bacteria, Actinobacillus genus bacteria, Mannheimia genus bacteria, Basfia moth The microorganism according to any one of claims 1 to 6, which is at least one selected from the group consisting of (Zymomonas) bacteria, Zymobacter bacteria, filamentous fungi, and yeasts. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の微生物またはその処理物を水性媒体中で有機原料に作用させることを特徴とする2,3−ブタンジオールの製造方法。   A method for producing 2,3-butanediol, comprising causing the microorganism according to any one of claims 1 to 7 or a processed product thereof to act on an organic raw material in an aqueous medium. 前記有機原料が、グルコース、スクロース、およびキシロースからなる群より選ばれる1種類以上を含むものである、請求項8に記載の2,3−ブタンジオールの製造方法。   The method for producing 2,3-butanediol according to claim 8, wherein the organic raw material contains one or more selected from the group consisting of glucose, sucrose, and xylose. 請求項8または請求項9に記載の方法により2,3−ブタンジオールを製造する工程、および前記工程で得られた2,3−ブタンジオールを原料として1,3−ブタジエンへの変換工程を含む、1,3−ブタジエンの製造方法。   A step of producing 2,3-butanediol by the method according to claim 8 or 9, and a step of converting into 1,3-butadiene using the 2,3-butanediol obtained in the step as a raw material. A method for producing 1,3-butadiene.
JP2014114971A 2014-06-03 2014-06-03 Microorganisms capable of producing 2,3-butanediol and methods for producing 2,3-butanediol using the same, and methods for producing 1,3-butadiene Pending JP2015228804A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014114971A JP2015228804A (en) 2014-06-03 2014-06-03 Microorganisms capable of producing 2,3-butanediol and methods for producing 2,3-butanediol using the same, and methods for producing 1,3-butadiene

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014114971A JP2015228804A (en) 2014-06-03 2014-06-03 Microorganisms capable of producing 2,3-butanediol and methods for producing 2,3-butanediol using the same, and methods for producing 1,3-butadiene

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015228804A true JP2015228804A (en) 2015-12-21

Family

ID=54885964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014114971A Pending JP2015228804A (en) 2014-06-03 2014-06-03 Microorganisms capable of producing 2,3-butanediol and methods for producing 2,3-butanediol using the same, and methods for producing 1,3-butadiene

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015228804A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019022083A1 (en) 2017-07-24 2019-01-31 国立研究開発法人理化学研究所 Decarboxylase and method for producing unsaturated hydrocarbon compound using same
JP2019154357A (en) * 2018-03-15 2019-09-19 公益財団法人地球環境産業技術研究機構 Coryneform bacterial transformant, and method for producing 2,3-butanediol using the same
WO2021054441A1 (en) 2019-09-20 2021-03-25 国立研究開発法人理化学研究所 Ferulic acid decarboxylase mutant derived from saccharomyces, and method for producing unsaturated hydrocarbon compound using same
WO2022145178A1 (en) 2020-12-28 2022-07-07 国立研究開発法人理化学研究所 Method for producing chain unsaturated carboxylic acid compound using phenylalanine ammonia lyase

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019022083A1 (en) 2017-07-24 2019-01-31 国立研究開発法人理化学研究所 Decarboxylase and method for producing unsaturated hydrocarbon compound using same
US11142778B2 (en) 2017-07-24 2021-10-12 Riken Decarboxylase and method for producing unsaturated hydrocarbon compound using same
JP2019154357A (en) * 2018-03-15 2019-09-19 公益財団法人地球環境産業技術研究機構 Coryneform bacterial transformant, and method for producing 2,3-butanediol using the same
JP7112218B2 (en) 2018-03-15 2022-08-03 公益財団法人地球環境産業技術研究機構 Coryneform bacterium transformant and method for producing 2,3-butanediol using the same
WO2021054441A1 (en) 2019-09-20 2021-03-25 国立研究開発法人理化学研究所 Ferulic acid decarboxylase mutant derived from saccharomyces, and method for producing unsaturated hydrocarbon compound using same
WO2022145178A1 (en) 2020-12-28 2022-07-07 国立研究開発法人理化学研究所 Method for producing chain unsaturated carboxylic acid compound using phenylalanine ammonia lyase

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7972823B2 (en) Succinic acid-producing bacterium and process for producing succinic acid
EP1748062B1 (en) Succinic acid-producing bacterium and process for producing succinic acid
JP5180060B2 (en) Organic acid producing bacteria and method for producing organic acid
JP6624230B2 (en) Method for treating sugar solution, hydrogenated sugar solution, method for producing organic compound, and method for culturing microorganism
US10370684B2 (en) Treatment method of saccharide solution
JP5034630B2 (en) Preparation method of organic acid producing microorganism and production method of organic acid
JP2015228804A (en) Microorganisms capable of producing 2,3-butanediol and methods for producing 2,3-butanediol using the same, and methods for producing 1,3-butadiene
WO2017036740A1 (en) Biological preparation of 5-aminovalerate
JP5602982B2 (en) Method for producing succinic acid
JP2008067623A (en) Method for producing non-amino organic acids
JP6446807B2 (en) Method for producing organic compound using microorganism
JP2017192325A (en) Method for producing organic acid
WO2013069786A1 (en) Method for producing succinic acid
JP6863380B2 (en) Microorganisms capable of producing mucinic acid and methods for producing mucinic acid, 2,5-furandicarboxylic acid and 2,5-furancarboxylic acid diester
JP6394221B2 (en) Method for producing purified sugar solution, method for producing organic compound, and method for culturing microorganism
JP2015061524A (en) Sugar solution purifying method, active carbon processed sugar solution, manufacturing method for organic compound, and cultivation method for microorganism
JP6221478B2 (en) Method for producing organic compound using microorganism having pentose utilization ability
WO2016093294A1 (en) Method for producing alcohol
JP2008067624A (en) Method for producing non-amino organic acids