JP2015508647A - 低下したppGppアーゼ活性を有する細胞 - Google Patents

低下したppGppアーゼ活性を有する細胞 Download PDF

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Abstract

本発明は、その野生型に対して低下したppGppアーゼ活性を有し且つ好ましくは必須アミノ酸、更に一層好ましくはセリン由来の必須アミノ酸、最も好ましくはメチオニン又はトリプトファンを過剰生産するように、その野生型に対して遺伝的に改変された細胞に関し、かかる細胞を含む試料添加剤に関し、必須アミノ酸、更に好ましくはセリン由来の必須アミノ酸、最も好ましくはメチオニン又はトリプトファンを過剰生産する細胞の製造方法であって、ppGppアーゼをコードするノックアウト遺伝子を有する細胞の製造を含む、前記製造方法に関し、且つ必須アミノ酸、更に好ましくはセリン由来の必須アミノ酸、最も好ましくはメチオニン又はトリプトファンの製造方法であって、a)本発明の第1の態様による又はその実施態様のいずれかによる細胞を培養する工程、及びb)任意にアミノ酸を精製する工程を含む、前記製造方法に関する。

Description

本発明は、その野生型に対して低下したppGppアーゼ活性を有し、好ましくは必須アミノ酸、更に好ましくはセリン由来の必須アミノ酸、最も好ましくはメチオニン又はトリプトファンを過剰生産するようにその野生型に対して遺伝的に改変された細胞に関し、かかる細胞を含む試料添加剤に関し、セリン由来の必須アミノ酸、好ましくはメチオニン、又は芳香族必須アミノ酸、特にトリプトファンを過剰生産する細胞の製造方法であって、ppGppアーゼをコードするノックアウト遺伝子を有する細胞の製造を含む、前記製造方法に関し、且つセリン由来のその必須アミノ酸の製造方法であって、a)本発明の第1の態様による又はその実施態様のいずれかによる細胞を培養する工程、及びb)任意にアミノ酸を精製する工程を含む、前記製造方法に関する。
硫黄含有及び芳香族L−アミノ酸は、経済的に非常に重要である。L−システインは、薬理学的に活性な化合物(例えば、N−アセチルシステイン)及び化粧品のための出発物質として、食品添加物として使用されている。アミノ酸のL−メチオニン及びL−トリプトファンは動物栄養において非常に重要な役割を果たす。それらは脊椎動物の代謝の生合成によって製造することができない必須アミノ酸に属している。その結果として、動物の飼育では、十分な量の特定のアミノ酸が供給物中に取り込まれることが保証されなければならない。しかしながら、例えば、L−メチオニンは、特に豚及び家禽の場合、従来の飼料植物(例えば大豆又は穀類)中に最適な動物の栄養を保証するには少なすぎる量で存在することが多いため、メチオニンを添加剤として動物の飼料に添加することが有利である。D−メチオニンは、脊椎動物によって生物学的に活性なL−メチオニンに変換され得る。従って、D−及びL−メチオニンのラセミ体は、通常、動物用飼料に添加されている。動物では、L−ホモシステインは、メチル基移転によって変換され、これにより、L−メチオニンを置換することができる。
従来技術では、メチオニンなどのアミノ酸は、化学合成によって製造されている。これは、3−メチルチオプロピオンアルデヒドを得るために最初にアクロレインとメチルメルカプタンを反応させることを含み、次にシアニド、アンモニア及び一酸化炭素によってヒダントインが得られる。これは、最終的に加水分解されてラセミ化合物、即ち、2つの立体異性体のD−メチオニン及びL−メチオニンの等モル混合物が得られる。L体のみが生物学的に活性な形態の分子を構成するので、供給物中に存在するD体は最初に脱アミノ反応及びアミノ基転移反応によって活性なL体に代謝的に変換されなければならない。
メチオニンとは対照的に、例えば、トリプトファンなどの他の殆どの天然のタンパク質遺伝子のアミノ酸は、微生物が天然アミノ酸を合成するための適切な生合成経路を有する事実を利用して、主に微生物の発酵によって製造される。更に、多くの発酵方法は、グルコース及び鉱物塩などの安価な反応物により非常に有利な製造コストを実現し、更には特定のアミノ酸の生物学的に活性なL体を提供する。
この種のアミノ酸は、腸内細菌株、特に大腸菌(E. coli)及びセラチア・マルセッセンスの発酵によって産生されることで知られている。非常に重要なので、作業は常に製造プロセスを改善するために行われている。プロセスの改善は、例えば、撹拌及び酸素の供給、又は例えば、栄養培地の組成、例えば、使用される糖及び発酵中の糖濃度の選択などの発酵の目安に関係するか、又は例えば、イオン交換クロマトグラフィによる、製品形態への仕上げに関係するか、又は微生物自体の固有の生産性に関係し得る。
アミノ酸の生合成経路は、野生型株において厳格に代謝調節され、これによりアミノ酸は確実に細胞自身が要求する程度まで生産される。従って、効率的な生産プロセスのための重要な前提条件は、適切な微生物の利用可能性であり、これは野生型の微生物とは対照的に、所望のアミノ酸を製造するためのそれら自身の要求(過剰生産)を超える急激に増加した生産量を有する。
かかるアミノ酸過剰生産微生物は、従来の変異/選択プロセスによって、及び/又は近代的な、特定の、組換え技術(代謝工学)によって生成され得る。この場合は、まず、それらの変性、活性又は不活性化によるアミノ酸の過剰生産に影響を及ぼす遺伝子又は対立遺伝子の同定を含む。従って、分子生物学の技術は、過剰生産を最適化するように、これらの遺伝子/対立遺伝子を微生物株に導入するか又はそれらを不活性化するために使用されている。しかしながら、幾つかの異なる尺度の組み合わせによって初めて真に効率的な産生をもたらすことが多い。前記遺伝子又は対立遺伝子は、酵素、転写因子、輸送及び他のポリペプチド、補因子又は補因子合成ポリペプチド又は目的のアミノ酸の合成に影響を及ぼすことが可能な構成要素をコードし得る。好ましい実施態様では、「構成要素」との用語は、本願明細書で理解されるように、当該アミノ酸の合成に影響を及ぼすポリペプチドのサブユニットを意味し、このサブユニットは、遺伝子又はオペロンによってコードされるシステム全体よりも小さいが、例えば、ポリペプチドのサブユニット又はドメインは、システム全体のタスクに関して機能的である。
L−メチオニンは、アスパラギン酸及びセリンに由来する。大腸菌では、硫黄がL−システインを介して(中間体としてのシスタチオニンを介して)硫黄転移反応によってL−メチオニンに導入される。L−メチオニンのCH基はC1代謝に由来し且つMetE又はMetHメチオニン合成によってL−ホモシステインに移動する(レビュー:Neidhardt FCら(編)のグリーンRC(1996年)、”Escherichia coli and Salmonella”、第2版、第542〜560頁)。株及びL−メチオニンの発酵生産プロセスは、大腸菌の場合、例えば、WO2006/001616号又はWO2009/043803号に記載されている。
とりわけコリスミ酸、腸内バクチン、メナキノン、テトラヒドロ葉酸、ユビキノン及び芳香族アミノ酸を合成するためのシキミ酸の代謝経路も同様に厳密に調節されている。大腸菌中の芳香族生合成は、遺伝子レベルでの減衰及び抑圧によって、及び酵素のフィードバック阻害によって調節されている(Frost and Draths, Annual review of microbiology, 49:557-79 (1995年); Pittard, Genes to Cells 1 (8):717-25 (1996年))。この経路は、芳香族代謝物の生産は細胞の要求と厳密に一致する。シキミ酸経路は、3つの異なるイソ酵素の3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロソン酸−7−リン酸シンターゼ(aroF、aroG及びaroH遺伝子によってコードされた、DAHPシンターゼ)によって触媒される初期反応を制御することによって調節される。AroG遺伝子産物は、大腸菌における全てのDAHPシンターゼの全活性の80%を構成し(Tribeら, Journal of Bacteriology 127(3): 1085-1097 (1976年); Pittard, Genes to Cells 1 (8):717-25 (1996年));AroGは芳香族アミノ酸L−フェニルアラニンによって95%阻害される。遺伝子レベルでは、フェニルアラニン及びトリプトファンの存在化で、TyrR調節因子は、aroG転写を抑制し(Baseggioら, Journal of Bacteriology 172 (5): 2547-57 (1990年); Daviesら, Gene 33 (3) : 323-31 (1985年))。出願EP1270721号及びEP2147972号は、aroG対立遺伝子を利用することで、大腸菌属の菌株を用いる芳香族アミノ酸L−フェニルアラニン及びL−トリプトファンの生産及び製造に有益な影響を及ぼすことを記載している。
このような背景の下で、本発明の根底にある目的は、従来技術に記載された細胞よりも改善された細胞、かかる細胞の製造方法並びにセリン、好ましくはメチオニン、又は芳香族必須アミノ酸、特にトリプトファンから誘導された必須アミノ酸を過剰生産するためのかかる細胞を使用する方法を提供することであり、前記改善は、過剰生産されたアミノ酸の達成された細胞内濃度、培養物の処理後の過剰生産されたアミノ酸の収量、細胞の成長特性及び前記アミノ酸の過剰生産及び処理に要求される方法工程の時間と数、並びにプロセスによって要求されるリソース、例えば、時間、エネルギー及び使用される菌株と反応物の量などの要因に関係している。
この課題及び更なる課題は、本出願の主題によって、特に一緒に含まれる独立請求項の主題によって達成され、その際、実施態様は従属請求項から生じている。
第1の態様では、本出願の根底となる課題は、その野生型よりも低下したppGppアーゼ活性を有し、且つ好ましくは必須アミノ酸、更に一層好ましくはセリン由来の必須アミノ酸、最も好ましくはメチオニン又はトリプトファンを過剰生産するように、その野生型に対して遺伝的に改変された細胞によって達成される。
第1の態様の第1の実施態様では、この課題は、その野生型に対して実質的に変化していない(p)ppGppシンテターゼ活性を有する細胞によって解決される。
本発明の範囲内では、「その野生型に対して実質的に変化していない(p)ppGppシンテターゼ活性を有する細胞」とは、前記細胞が、同等の条件下で、時間当たりに合成された(p)ppGpp分子の数によって測定された、少なくとも90%、95%、99%、101%、105%、110%の活性の野生型細胞を有することを意味する。
第1の実施態様の実施態様でもある、第1の態様の第2の実施態様では、この課題は、アミノ酸配列番号2、配列番号4及び配列番号6を含む群、さらにはその変異体、好ましくは配列番号2又はその変異体から選択された、その野生型よりも低下した活性の少なくとも1つのppGppアーゼを有するように、その野生型に対して遺伝的に改変された細胞によって解決される。
第1〜第2の実施態様の実施態様でもある、第1の態様の第3の実施態様では、この課題は、アミノ酸配列番号2、配列番号4及び配列番号6を含む群、さらにはその変異体、好ましくは配列番号2又はその変異体からの少なくとも1つのppGppアーゼ活性が、前記ppGppアーゼが以下の改変:
a)Gly174又はそれと相同のアミノ酸が、好ましくは非保存的に、異なるアミノ酸によって置換された、
b)Leu529又はそれと相同のアミノ酸が、好ましくは非保存的に、異なるアミノ酸によって置換された、
c)少なくとも1種のアミノ酸、好ましくは少なくとも2種のアミノ酸、好ましくはHis及びAsnの挿入が、Asp84及びMet85又はそれと相同のアミノ酸の間に存在する、
その際、好ましくは全ての3つの変異が存在している、
のうち少なくとも1つを有する結果として低下する、細胞によって解決される。
第3の実施態様の実施態様でもある、第1の態様の第4の実施態様では、この課題は、ppGppアーゼが、アミノ酸Gln9、Thr13、Tyr63、Arg109、Gln225、Cys245、Val248、Asn268、Ser270、Met280、His344、Pro436、Asn501、Gln505、His543、Ala546、Ser547、Ile548、His555、Gly556、His557、Pro559、Lys619、Thr621、Ala622、Thr627、Thr651、Ala669、Ala675、Thr698での置換、好ましくは非保存性置換、並びにGlu343及びHis344又はそれぞれの場合にそれと相同のアミノ酸の間の挿入を含む群からの少なくとも1つの改変を更に有する、細胞によって解決される。
第3及び第4の実施態様の実施態様でもある、第1の態様の第5の実施態様では、この課題は、ppGppアーゼが以下の置換又はその置換されるアミノ酸と相同のアミノ酸の同じアミノ酸による置換:
1.)Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはLeuによるGln9の置換、
2.)Lys、Arg、His、Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはArg又はAsnによるThr13の置換、
3.)Lys、Arg及びHisからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはHisによるTyr63の置換、
4.)Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるArg109の置換、
5.)Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはThrによるGln225の置換、
6.)Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはLeuによるCys245の置換、
7.)Lys、Arg及びHisからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはHisによるVal248の置換、
8.)Lys、Arg及びHisからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはL−His又はLysによるAsn268の置換、
9.)Ala、Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAla又はValによるSer270の置換、
10.)Ser、Thr及びAlaからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAlaによるMet280の置換、
11.)アミノ酸Glu343及びHis344の間にアミノ酸Lys及びGluの挿入、
12.)Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるHis344の置換、
13.)Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはSerによるPro436の置換、
14.)Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはL−アラニンによるAsn501の置換、
15.)Pro、Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはPro又はAlaによるGln505の置換、
16.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるHis543の置換、
17.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるAla546の置換、
18.)Ala、Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAla又はValによるSer547の置換、
19.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAsnによるIle548の置換、
20.)Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはValによるHis555の置換、
21.)Lys、Arg及びHis、好ましくはArgによるGly556の置換、
22.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるHis557の置換、
23.)Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAlaによるPro559の置換、
24.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるLys619の置換、
25.)Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはIleによるThr621の置換、
26.)Glu及びAspからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAspによるAla622の置換、
27.)Ala及びGlyからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAlaによるThr627の置換、
28.)Glu及びAspからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGluによるThr651の置換、
29.)ThrによるAla669及び/又はAla675の置換、
30.)Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAsnによるThr698の置換
を有する群からの少なくとも1つの改変を有する、細胞によって解決される。
第5〜第6の実施態様の実施態様でもある、第1の態様の第6の実施態様では、この課題は、その野生型に対して、過剰発現するように、その野生型に対して遺伝的に改変された細胞、以下の酵素:
1)チオ硫酸/硫酸トランスポートシステムCysPUWA(EC3.6.3.25)、
2)3’−ホスホアデノシン5’−ホスホ硫酸レダクターゼCysH(EC1.8.4.8)、
3)亜硫酸レダクターゼCysJI(EC1.8.1.2)、
4)システインシンターゼA CysK(EC2.5.1.47)、
5)システインシンターゼB CysM(EC2.5.1.47)、
6)セリンアセチルトランスフェラーゼCysE(EC2.3.1.30)、
7)グリシン開裂系GcvTHP−Lpd(EC2.1.2.10、EC1.4.4.2、EC1.8.1.4)、
8)リポイルシンテターゼLipA(EC2.8.1.8)、
9)リポイル−タンパク質リガーゼLipB(EC2.3.1.181)、
10)ホスホグリセリン酸デヒドロゲナーゼSerA(EC1.1.1.95)、
11)3−ホスホセリンホスファターゼSerB(EC3.1.3.3)、
12)3−ホスホセリン/ホスホヒドロキシトレオニンアミノトランスフェラーゼSerC(EC.6.1.52)、
13)セリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼGlyA(EC2.1.2.1)、
14)アスパルトキナーゼI及びホモセリンデヒドロゲナーゼI ThrA(EC2.7.2.4、EC1.1.1.3)、
15)アスパラギン酸キナーゼLysC(EC2.7.2.4)、
16)ホモセリンデヒドロゲナーゼHom(EC1.1.1.3)、
17)ホモセリンO−アセチルトランスフェラーゼMetX(EC2.3.1.31)、
18)ホモセリンO−スクシニルトランスフェラーゼMetA(EC2.3.1.46)、
19)シスタチオニンガンマ−シンターゼMetB(EC2.5.1.48)、
20)βC−SリアーゼAecD(EC4.4.1.8、ベータ−リアーゼとも呼ばれる)、
21)シスタチオニンベータ−リアーゼMetC(EC4.4.1.8)、
22)B12−非依存性ホモシステインS−メチルトランスフェラーゼMetE(EC2.1.1.14)、
23)B12−依存性ホモシステインS−メチルトランスフェラーゼMetH(EC2.1.1.13)、
24)メチレンテトラヒドロ葉酸還元酵素MetF(EC1.5.1.20)、
25)コリネバクテリウムグルタミクム(Corynebacterium glutamicum)由来のL−メチオニンエキスポーターBrnFE、
26)大腸菌(Echerichia coli)由来のバリンエキスポーターYgaZH、好ましくはデータベースコードb2682、b2683又はその変異体によって表されるもの、
27)大腸菌由来の推定トランスポーターYjeH、好ましくはデータベースコードb4141又はその変異体によって表されるもの、
28)ピリジンヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼPntAB(EC1.6.1.2)、
29)O−スクシニルホモセリンスルフヒドリラーゼMetZ(EC2.5.1.48)、
30)ホスホエノールピルビン酸カルボキシキラーゼPyc(EC4.1.1.31)、
31)チオ硫酸硫黄トランスフェラーゼRDL2(EC2.8.1.1)、
32)チオ硫酸−チオール硫黄トランスフェラーゼ(EC2.8.1.3)、
33)チオ硫酸−ジチオール硫黄トランスフェラーゼ(EC2.8.1.5)、
その構成要素又は前記酵素の変異体又はその構成要素のいずれかをコードする少なくとも1つの核酸配列又はその変異体によって解決される。
第1〜第6の実施態様の実施態様でもある、第1の態様の第7の実施態様では、この課題は、その野生型に対して、低減された規模で発現するように、その野生型に対して遺伝的に改変された細胞、以下の酵素:
1)L−メチオニン生合成(MetJ)の転写調節因子、好ましくはデータベースコードb3938、ECK3930又はその変異体によって表されるもの、
2)グルコース−6−ホスフェートイソメラーゼ(Pgi、EC5.3.1.9)、好ましくはデータベースコードb4025、ECK4017又はその変異体によって表されるもの、
3)ホモセリンキナーゼ(ThrB,EC2.7.1.39)、好ましくはデータベースコードb0003、ECK0003又はその変異体によって表されるもの、
4)S−アデノシルメチオニンシンターゼ(MetK、EC2.5.1.6)、好ましくはデータベースコードb2942、ECK2937又はその変異体によって表されるもの、
5)ジヒドロジピコリネートシンターゼ(DapA、EC4.2.1.52)、好ましくはデータベースコードb2479、ECK2474又はその変異体によって表されるもの、
6)ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ(Pck、EC4.1.1.49)、好ましくはデータベースコードb3403、ECK3390又はその変異体によって表されるもの、
7)ホルミルテトラヒドロフォレートヒドロラーゼ(PurU、EC3.5.1.10)、好ましくはデータベースコードb1232、ECK1227又はその変異体によって表されるもの、
8)ピルビン酸キナーゼII(PykA、EC2.7.1.40)、好ましくはデータベースコードb1854、ECK1855又はその変異体によって表されるもの、
9)ピルビン酸キナーゼI(PykF、EC2.7.1.40)、好ましくはデータベースコードb1676、ECK1672又はその変異体によって表されるもの、
10)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニット、好ましくはデータベースコードb0197、ECK0197又はその変異体によって表されるもの、
11)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニット、好ましくはデータベースコードb0198、ECK0198又はその変異体によって表されるもの、
12)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニット、好ましくはデータベースコードb0199、ECK0199又はその変異体によって表されるもの、
13)デオキシシチジン5’−トリホスフェートデアミナーゼ(Dcd,EC3.5.4.13)、好ましくはデータベースコードb2065、ECK2059又はその変異体によって表されるもの、
14)推定N−アシルトランスフェラーゼ(YncA)、好ましくはデータベースコードb1448、ECK1442又はその変異体によって表されるもの、
15)調節sRNA FnrS、好ましくはデータベースコードb4699、ECK4511又はその変異体によって表されるもの、
16)シグマ因子RpoS、好ましくはデータベースコードb2741、ECK2736又はその変異体によって表されるもの、
その構成要素又は前記酵素の変異体又はその構成要素のいずれかをコードする少なくとも1つの核酸配列又はその変異体によって解決される。
第1〜第5の実施態様の実施態様でもある、第1の態様の第8の実施態様では、この課題は、その野生型に対して過剰発現するように、その野生型に対して遺伝的に改変された細胞、以下の酵素:
1)アントラニル酸シンターゼ(trpDE、EC4.1.3.27)、アントラニル酸ホスホリボシル−トランスフェラーゼ(trpD、EC2.4.2.18)、ホスホリボシルアントラニル酸イソメラーゼ(trpC、EC5.3.1.24)、インドール−3−グリセリンリン酸シンターゼ(trpC、EC4.1.1.48)及びトリプトファンシンターゼ(trpAB、EC4.1.2.8及び4.2.1.122)、
2)ホスホグリセリン酸デヒドロゲナーゼSerA(EC1.1.1.95)、
3)3−ホスホセリンホスファターゼSerB(EC3.1.3.3)、
4)3−ホスホセリン/ホスホヒドロキシトレオニンアミノトランスフェラーゼSerC(EC2.6.1.52)、
5)L−チロシン感受性DHAPシンターゼ(aroF、EC2.5.1.54)、
6)L−フェニルアラニンフィードバック耐性DHAPシンターゼ(aroG、EC2.5.1.54)、
7)L−トリプトファン感受性DHAPシンターゼ(aroH、EC2.5.1.54)、
8)ホスホエノール/ピルビン酸シンターゼppsA(EC2.7.9.2)、
9)ホスホエノール/ピルビン酸カルボキシキナーゼpck(EC4.1.1.49)、
10)トランスケトラーゼA tktA(EC2.2.1.1)、
11)トランスケトラーゼB tktB(EC2.2.1.1)、
12)大腸菌のオープンリーディングフレーム(ORF)の遺伝子産物yddG、好ましくはデータベースコードb1473、ECK1467又はその変異体によって表されるもの、
その構成要素又は前記酵素の変異体又はその構成要素のいずれかをコードする少なくとも1つの核酸配列又はその変異体によって解決される。
第1〜第5の実施態様の実施態様でもある、第1の態様の第9の実施態様では、この課題は、その野生型に対して、低減された規模で発現するようにその野生型に対して遺伝的に改変された細胞、以下の酵素:
1)トリプトファナーゼ(tnaA、EC4.1.99.1)、
2)trpオペロンのリプレッサー(trpR)、好ましくはデータベースコードb4393によって表されるもの、ECK4385又はその変異体、
3)コリスミ酸ムターゼT又はプレフェン酸デヒドロゲナーゼ(tyrA、EC1.3.1.12)、
4)コリスミ酸ムターゼP又はプレフェン酸デヒドロゲナーゼ(pheA、EC4.2.1.51)、
5)トリプトファン特異的輸送タンパク質mtr、好ましくはデータベースコードb3161によって表されるもの、ECK3149又はその変異体、
6)トリプトファンパーミアーゼ(tnaB)、好ましくはデータベースコードb3709によって表されるもの、ECK3702又はその変異体、
7)芳香族アミノ酸(aroP)のトランスポーター、好ましくはデータベースコードb0112によって表されるもの、ECK0111又はその変異体、
8)L−セリンデアミナーゼ(sdaA、EC4.3.1.17)、
9)グルコース−6−ホスフェートイソメラーゼ(pgi、EC5.3.1.9)、
10)チロシンアミノトランスフェラーゼ(thrB)、好ましくは、データベースコードb4054、ECK4046又はその変異体によって表されるもの、
11)glpレギュロンのリプレッサー(glpR)、好ましくはデータベースコードb3423、ECK3409又はその変異体によって表されるもの、
12)シグマ因子RpoS(rpoS)、好ましくはデータベースコードb2741によって表されるもの、ECK2736又はその変異体、
その構成要素又は前記酵素の変異体又はその構成要素のいずれかをコードする少なくとも1つの核酸配列又はその変異体によって解決される。
第1〜第9の実施態様の実施態様でもある、第1の態様の第10の実施態様では、この課題は、セリン、好ましくはメチオニン由来の必須アミノ酸、又は特に、トリプトファン中の芳香族必須アミノ酸の過剰生産のための細胞によって解決される。
第2の態様では、本発明によって対処される課題は、本発明の第1の態様又はその実施態様による細胞を含む飼料添加剤によって解決される。
第3の態様では、本発明によって対処される課題は、必須アミノ酸、更に一層好ましくはセリン由来の必須アミノ酸、最も好ましくはメチオニン又はトリプトファンを過剰生産する細胞の製造方法であって、好ましくはその野生型に対して低下した(p)ppGppシンテターゼ活性を有していない、好ましくはアミノ酸配列番号2、配列番号4及び配列番号6を含む群、さらにはその変異体から選択され、更に一層好ましくは配列番号2である、ppGppアーゼをコードするノックアウト遺伝子を有する細胞を準備する工程、及び前記細胞を、アミノ酸の任意の精製を用いて培養する工程を含む、前記製造方法によって解決される。
第4の態様では、本発明によって対処される課題は、セリン由来の必須アミノ酸の製造方法であって、
a)本発明の第1の態様又はその実施態様のいずれかによる細胞を培養する工程、
b)任意にアミノ酸を精製する工程
を含む、前記方法によって解決される。
第4の態様の第1の実施態様では、この課題は、第1の態様又はその実施態様のいずれかによる細胞を用いて解決され、該方法はメチオニンの製造方法である。
第1の実施態様の実施態様でもある、第4の態様の第2の実施態様では、この課題は、第1の態様又はその第2〜第6の実施態様又は第9〜第10の実施態様による細胞を使用し且つ芳香族必須アミノ酸、好ましくはトリプトファンの製造方法である、前記方法によって解決される。
第1〜第2の実施態様の実施態様でもある、第4の態様の第3の実施態様では、この課題は、微生物が回分プロセス、流加プロセス、反復流加プロセス又は連続プロセスで培養される方法によって解決される。
第1〜第4の態様の全ての実施態様の実施態様でもある、第1、第2、第3及び第4の態様の更なる実施態様では、この課題は、細胞/飼料添加剤によって又は細胞が腸内細菌科(Enterobacteriaceae)の属由来の細菌細胞である方法によって解決される。
第1〜第4の態様の全ての実施態様の実施態様でもある、第1、第2、第3及び第4の態様の更なる実施態様では、この課題は、細胞/飼料添加剤によって又は細胞がエシェリキア(Escherichia)、エルウィニア(Erwinia)、プロビデンシア(Providencia)及びセラチア(Serratia)を含む属の群から選択され、且つ細胞が好ましくはエシェリキア属、更に一層好ましくは大腸菌由来の細胞である、前記方法によって解決される。
第5の態様では、本発明によって対処される課題は、その野生型に対して低下したppGppアーゼ活性を有するようにその野生型に対して遺伝的に改変されたppGppアーゼをコードする部分を含む単離又は組み換え核酸分子によって解決される。
第5の態様の第1の実施態様では、単離された又は組み換え核酸分子によってコードされたppGppアーゼは、その野生型に対して実質的に変化していない(p)ppGpp−シンテターゼを有する。
第1の実施態様の実施態様でもある、第5の態様の第2の実施態様では、単離された又は組み換え核酸分子によってコードされたppGppアーゼは、アミノ酸配列番号2、配列番号4及び配列番号6を含む群、さらにはその変異体から選択され、好ましくは配列番号2又はその変異体である。
第2の実施態様の実施態様でもある、第5の態様の第3の実施態様では、単離された又は組み換え核酸分子によってコードされたppGppアーゼの活性は、対応する野生型配列に対する以下の改変のうち少なくとも1つを有するppGppアーゼをコードする前記核酸分子の結果として低下する:
a)Gly174又はそれと相同のアミノ酸は、異なるアミノ酸によって、好ましくは非保存的に置換された、
b)Leu529又はそれと相同のアミノ酸は、異なるアミノ酸によって、好ましくは非保存的に置換された、
c)少なくとも1つのアミノ酸、好ましくは少なくとも2つのアミノ酸、好ましくはHis及びAsnの挿入は、Asp84とMet85又はそれと相同のアミノ酸の間に存在し、好ましくは全ての3つの変異が存在する。
第1〜第3の実施態様の実施態様でもある、第5の態様の第4の実施態様では、単離された又は組み換え核酸分子によってコードされたppGppアーゼの活性は、ppGppアーゼをコードする前記単離された又は組み換え核酸分子が、対応する野生型の配列に対して以下の改変:アミノ酸Gln9、Thr13、Tyr63、Arg109、Gln225、Cys245、Val248、Asn268、Ser270、Met280、His344、Pro436、Asn501、Gln505、His543、Ala546、Ser547、Ile548、His555、Gly556、His557、Pro559、Lys619、Thr621、Ala622、Thr627、Thr651、Ala669、Ala675、Thr698での置換、好ましくは非保存性の置換並びにGlu343及びHis344又はそれぞれの場合のそれと相同のアミノ酸の間の挿入を含む群からの改変のうち少なくとも1つを有する結果として低下する。
第1〜第4の実施態様の実施態様でもある、第5の態様の第5の実施態様では、単離された又は組み換え核酸分子によってコードされたppGpppaseの活性は、対応する野生型配列に対して以下の置換のうち少なくとも1つを有するppGpppaseをコードする前記単離された又は組み換え核酸分子の結果として低下する:
1.)Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはLeuによるGln9の置換、
2.)Lys、Arg、His、Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはArg又はAsnによるThr13の置換、
3.)Lys、Arg及びHisからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはHisによるTyr63の置換。
4.)Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるArg109の置換、
5.)Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはThrによるGln225の置換、
6.)Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはLeuによるCys245の置換、
7.)Lys、Arg及びHisからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはHisによるVal248の置換、
8.)Lys、Arg及びHisからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはL−His又はLysによるAsn268の置換、
9.)Ala、Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAla又はValによるSer270の置換、
10.)Ser、Thr及びAlaからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAlaによるMet280の置換、
11.)アミノ酸Glu343とHis344との間のアミノ酸Lys及びGluの挿入、
12.)Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるHis344の置換、
13.)Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはSerによるPro436の置換、
14.)Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはL−アラニンによるAsn501の置換、
15.)Pro、Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはPro又はAlaによるGln505の置換、
16.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるHis543の置換、
17.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるAla546の置換、
18.)Ala、Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAla又はValによるSer547の置換、
19.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAsnによるIle548の置換、
20.)Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはValによるHis555の置換、
21.)Lys、Arg及びHis、好ましくはArgによる位置556でのグリシンの置換、
22.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるHis557の置換、
23.)Ser、Ala及びThr、好ましくはAlaからなる群から選択されるアミノ酸によるPro559の置換、
24.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるLys619の置換、
25.)Leu、Ile及びVal、好ましくはIleからなる群から選択されるアミノ酸によるThr621の置換、
26.)Glu及びAspからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAspによるAla622の置換、
27.)Ala及びGlyからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAlaによるThr627の置換、
28.)Glu及びAspからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGluによるThr651の置換、
29.)ThrによるAla669及び/又はAla675の置換、
30.)Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAsnによるThr698の置換。
第1〜第5の実施態様の実施態様でもある、第5の態様の第6の実施態様では、この課題は、配列番号8又はその変異体をコードする単離された又は組み換え核酸分子によって解決される。
第1〜第5の実施態様の実施態様でもある、第5の態様の第7の実施態様では、この課題は、配列番号7又はその変異体を含む単離された又は組み換え核酸分子によって解決される。
第6の態様では、本発明によって対処される課題は、第5の態様又はその実施態様のいずれかによる核酸分子を含むベクターによって解決される。
本発明の発明者らは、必須アミノ酸、好ましくはセリン由来の必須アミノ酸、最も好ましくはメチオニン又はトリプトファンが、驚くことに、前記細胞がその野生型よりも低下したppGppアーゼ活性を有する状況によって増加することを見出した。驚くことに、これは、特に細胞の(p)ppGpp−シンテターゼ活性がその野生型に対して本質的に変化しない場合である。
本発明による細胞の本質的な性質は、その野生型よりも低下したppGppアーゼ活性を有するように、野生型に対して遺伝的に改変されているものである。好ましい実施態様では、本願明細書で使用される、「ppGppアーゼ活性」との用語は、グアノシン−3’,5’−ビス(二リン酸)3’−ジホスファターゼ(EC3.1.7.2)の酵素活性、即ち、GDP及びピロホスフェートを得るためにグアノシン−3’,5’−ビス(二リン酸)(=ppGpp)の分解を触媒する能力を意味する。好ましい実施態様では、本願明細書で使用される用語「ppGppアーゼ」は、ppGppアーゼ活性を有する酵素を意味し、その酵素はppGppアーゼ活性を含む、ppGppアーゼ活性のみ又は複数の活性を有し得る。ppGppは、グアノシン−5’−三リン酸、グアノシン3’−二リン酸5’−三リン酸(=pppGpp)からの3’−二リン酸ピロホスファターゼ(EC3.6.1.40)、ATP及びGTPからのGTPジホスホキナーゼ(EC2.7.6.5、しばしば文献にPSI及びPSIIと略される)によって次々に産生される化合物の作用によって産生される。好ましい実施態様では、「(p)ppGpp−シンテターゼ活性」との用語は、好ましくはATPの加水分解によって、2種の化合物pppGpp及びppGppのうちの少なくとも1つ、好ましくは両方を生成するために、本願明細書で使用されるような能力を含む。従来技術は、例えば、Blattnerら(Science277:1453〜1462頁(1997年))及び、データベース、例えば、NC_003197(REGION:3934070−3936181)、NC_009832(REGION:(5391421−5393532)、NC_007613、NC_004741、NC_013971及びNC_009648において多数のppGppアーゼ及びppGppアーゼをコードする遺伝子を記載している。好ましい実施態様では、本願明細書で使用される、その野生型に対して低下したppGppアーゼ活性を有し且つ「好ましくは必須アミノ酸、更に一層好ましくはセリン由来の必須アミノ酸、最も好ましくはメチオニン又はトリプトファンを過剰生産する」ようにその野生型に対して遺伝的に改変された細胞との表現は、細胞のベースとなる出発菌株が、ppGppアーゼ活性の低下の更に前に且つ無関係に、その元の野生型菌株と比較して増加した量の関連アミノ酸を既に産生していることを意味する。
当業者は、従来技術、例えば、Cornish-Bowden, Fundamentals of Enzym Kinetics, Portland Press Limited, 1995においてかかる測定で得られた動力学的パラメーターの専門家の評価及び解釈の方法と関連して説明されてきたもののように、活性アッセイに基づいて、酵素の活性、例えば、ppGppアーゼ又は(p)ppGppシンテターゼの活性を決定し得る。従来技術は、更に(p)ppGppシンテターゼ(Mecholdら, 1996年, J. Bact. 178, 1401〜1411頁)及びppGppアーゼ(Gallantら, 1970年, Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 35, 397)の活性を決定するための特別なアッセイを記載している。簡単に言えば、これは放射性同位元素識別ヌクレオチドによって決定されるべき活性を有する細胞を標識すること、400μg/mlのバリンを添加することによってイソロイシンに関してこれらを飢餓にすること、その後に、0.66Nのギ酸中での15分のバリン阻害、続いて1.5Mのリン酸二水素カリウム中でPEIセルロースプレートでの薄層クロマトグラフィによるpppGpp、ppGpp、pppG及びpppAの分別後に細胞のヌクレオチドプールを抽出すること及びオートラジオグラフィを用いて可視化することを含む。好ましい実施態様では、「その野生型よりも低下したppGppアーゼ活性を有するようにその野生型に対して遺伝的に改変された細胞」とは、かかる細胞が同等の条件下で、時間単位当たりに加水分解されたppGpp分子の数によって測定された、野生型細胞よりも低いppGppアーゼ活性、即ち、好ましさの高まる順に、70%、60%、40%、20%、10%又は5%未満の野生型細胞の活性を有することを意味する。更に好ましい実施態様では、「その野生型に対して実質的に変化していない(p)ppGpp−シンテターゼ活性を有する細胞」とは、前記細胞が同等の条件下で、単位時間当たりに合成された(p)ppGpp分子の数によって測定された、少なくとも90%、95%、99%、101%、105%、110%の活性の野生型細胞を有することを意味する。特に好ましい実施態様では、細胞は、その配列番号2又はその変異体のppGppアーゼ活性が低下している大腸菌株であるが、前記細胞の(p)ppGppシンテターゼ活性は実質的に変化していない。
本発明の教示は、本願明細書で使用される生体高分子のアミノ酸又は核酸配列が本出願に記載された配列又は本願明細書で示された又は引用された従来技術の配列と同一であるが、本発明による教示は、1種以上のアミノ酸又は核酸の欠損、追加又は置換、さらにはかかる高分子又はその変異体を含む融合によって得られるかかる高分子の変異体も含む。好ましい実施態様では、「相同の」との用語と同義的に且つ交換可能に以下で使用されている、核酸配列又はアミノ酸配列の「変異体」との用語は、本願明細書で使用される通り、対応する元の野生型の核酸又はアミノ酸配列に対して、本願明細書では70%、75%、80%、85%、90%、92%、94%、96%、98%、99%又はそれ以上のパーセントの同一性と同義的に使用される、相同性を有する、異なる核酸配列又はアミノ酸配列を意味しており、好ましいのは、触媒活性部位を形成するもの以外のアミノ酸又は欠損若しくは置換される構造又は折りたたみにとって必須のアミノ酸又は単に保存的に置換されるアミノ酸である。先行技術は、保存的な及び非保存的なアミノ酸の置換の性質と、それらがどのように生成され得るかを教示しており(例えば、Berg, Jeremy M., Tymoczko, John L, and Stryer, Lubert. Biochemistry. 第6版. New York, N.Y.: W.H. Freeman and Company, 2007年を参照のこと)、また、2つの配列の相同の程度を計算するために使用され得るアルゴリズムを記載している(例えば、Arthur Lesk (2008年)、Introduction to bioinformatics, 第3版)。本発明の更に一層好ましい実施態様では、アミノ酸又は核酸配列の変異体は、好ましくは上記と相同の配列の他に、野生型分子又は元の分子と実質的に同じ酵素活性を有する。例えば、プロテアーゼとして酵素的に活性なポリペプチドの変異体は、ポリペプチド酵素と同じ又は実質的に同じタンパク分解活性、即ち、ペプチド結合の加水分解を触媒する能力を有する。更に好ましい実施態様では、核酸又はアミノ酸配列の「変異体」との用語は、前記核酸又はアミノ酸配列の少なくとも1つの活性部位及び/又は断片を含む。更に好ましい実施態様では、本願明細書で使用される、「活性部位」との用語は、アミノ酸配列又は核酸配列であって、その長さが完全な長さのアミノ酸配列よりも短く又は完全な長さのアミノ酸配列よりも短い前記アミノ酸配列又は野生型ポリペプチド又はその変異体、例えば、(p)ppGppシンテターゼと同じ酵素活性を実質的に有する野性型のアミノ酸配列よりも短い長さを有する前記アミノ酸配列又はコードされたアミノ酸配列をコードするアミノ酸配列又は核酸配列を意味する。特定の実施態様では、核酸の「変異体」との用語は、その相補鎖が好ましくは厳格な条件下で野生型の核酸に結合している核酸を含む。ハイブリダイゼーション反応のストリンジェンシーは、当業者によって容易に測定することができ、一般的にプローブの長さ、洗浄中の温度及び塩濃度に依存する。一般的に、より長いプローブは、ハイブリダイゼーションに対してより高い温度を要求するが、低い温度はより短いプローブにとって適切である。ハイブリダイゼーションが起こるかどうかは、一般的に、特に溶融温度よりも低い、その周囲で相補鎖にアニーリングする変性DNAの能力に依存する。ハイブリダイゼーション反応及び対応する条件のストリンジェンシーは、F. M. Ausubel (1995), Current Protocols in Molecular Biology. John Wiley & Sons, Incに更に詳細に記載されている。ハイブリダイゼーションによるDNA配列の同定のための指示は、とりわけ、ベーリンガーマンハイムGmbHのハンドブック「The DIG System Users Guide for Filter Hybridization(マンハイム、独国、1993年)」及びLieblらの(International Journal of Systematic Bacteriology 41 : 255-260 (1991年))に当業者によって見出されている。好ましい実施態様では、ハイブリダイゼーションは厳格な条件下で実施される、即ち、プローブと標的配列、即ち、プローブで処理されたポリヌクレオチドが少なくとも70%同一であるハイブリッドのみが形成される。洗浄工程を含むハイブリダイゼーションのストリンジェンシーが、緩衝組成物、温度及び塩濃度の変化によって影響を受けるか又は決定されることが知られている。ハイブリダイゼーション反応は一般に、洗浄工程と比較して比較的低いストリンジェンシーで実施される(Hybaid Hybridisation Guide, Hybaid Limited, Teddington, UK, 1996年)。ハイブリダイゼーション反応の場合、例えば、約50℃〜68℃の温度で5×SSC緩衝液に相当する緩衝液を利用することが可能である。ここで、プローブも該プローブの配列と70%未満の同一性を有するポリヌクレオチドでハイブリッド形成することができる。かかるハイブリッドはあまり安定ではなく、厳格な条件下で洗浄によって除去される。これは、例えば、塩濃度を2×SSC、場合により続いて0.5×SSC(The DIG System User's Guide for Filter Hybridisation, Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany, 1995年)まで低下させることによって達成することができ、その際、好ましさの高まる順に、約50℃〜68℃、約52℃〜68℃、約54℃〜68℃、約56℃〜68℃、約58℃〜68℃、約60℃〜68℃、約62℃〜68℃、約64℃〜68℃、約66℃〜68℃の温度に調整される。約64℃〜68℃又は約66℃〜68℃の温度範囲が好ましい。任意に塩濃度を0.2×SSC又は0.1×SSCに相当する濃度に低下させることが可能である。約1〜2℃から50℃〜68℃の段階で、ハイブリダイゼーション温度を段階的に高めることによって、利用されるプローブの配列と又は配列番号1、配列番号3又は配列番号5に記載されたヌクレオチド配列と、好ましさの高まる順に、少なくとも70%又は少なくとも80%又は少なくとも90%、少なくとも91%、少なくとも92%、少なくとも93%、少なくとも94%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%又は少なくとも99%の同一性を有するポリヌクレオチド断片が単離され得る。ハイブリダイゼーションの更なる説明は、「キット」(例えば、DIG Easy Hyb from Roche Diagnostics GmbH、マンハイム、独国、カタログNo.1603558)の形で市場で得られる。好ましい実施態様では、本願明細書で使用される、核酸の「変異体」との用語は、遺伝コードの縮重の結合内のこのアミノ酸配列の元の核酸又は変異体と同じアミノ酸配列をコードする任意の核酸配列を含む。
核酸及びアミノ酸レベルの両方で、生体高分子中への特定の変異の導入は、現在では、分子生物学、微生物学及び生化学の日常的に使用される標準方法の一部である。例えば、突然変異誘発性オリゴヌクレオチドを使用する部位特異的突然変異誘発の方法(T. A. Brown: Gentechnologie fur Einsteiger [Genetic engineering for beginners], Spektrum Akademischer Verlag, ハイデルベルグ、独国、1993年)が使用され得るか又はGaitによるマニュアル: Oligonucleotide synthesis: A Practical Approach (IRL Press, オックスフォード、英国、1984年)又はNewton及びGrahamによるマニュアル(PCR, Spektrum Akademischer Verlag, ハイデルベルグ、1994年)に記載されるようなポリメラーゼ連鎖反応(PCR)が使用され得る。変異を操作するために、例えば、Stratagene社(アムステルダム、オランダ)製のクイックチェンジ部位特異的突然変異誘発キットが使用され得る。これらの方法の使用は、出発配列、例えば、従来技術に記載されたppGppアーゼ−コード配列を、野生型菌株の単離された全DNAから出発するポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を用いて増幅すること、前記配列を適したプラスミドベクター中でクローニングすること、その後にDNAを突然変異誘発プロセスにかけることを含む。「GeneSOEing」(Gene Splicing by Overlap Extension, Horton, Molecular Biotechnology 3: 93-98 (1995年))により、点突然変異が更にPCRによって得られる。ヌクレオチド配列のデノボ遺伝子合成(例えば、GENEART AG, レーゼンブルグ、独国)もスポット遺伝子に突然変異を生じさせるために使用され得る。生じた突然変異を決定し、例えば、サンガーらの方法(Proc. Natl. Acad. Sci. 74 (12): 5463-5467, 1977年)によるDNA配列決定によって確認することができる。生じた対立遺伝子は、例えば、形質転換及び遺伝子又は対立遺伝子交換の方法によって、適切な菌株の染色体に組み込まれ得る。
ハミルトンらによって記載された慣用の方法(Journal of Bacteriology 171, 4617 - 4622 (1989年))は、条件的に複製するpSC101誘導体pMAK705による又はpKO3による遺伝子交換の方法(Linkら, Journal of Bacteriology 179: 6228-6237)である。従来技術に記載された他の方法、例えば、Martinez-Moralesらの方法(Journal of Bacteriology 1999, 7143-7148 (1999年))又はBoydらの方法(Journal of Bacteriology 182, 842-847 (2000年))も同様に使用され得る。
別の慣用法は、短い、相同の隣接配列を介してPCR又は遺伝子合成によって生じたDNA断片を、ラムダレッドリコンビナーゼ(Lambda Red recombinase)を用いて直接、染色体中に組み込むこと、又は置換を実施することからなる(Proc. Natl. Acad. Sci. 97(12), 6640-6645 (2000年); Nature Genetics 20, 123 - 128, 1998年)。
生じた対立遺伝子を、接合又は形質導入によって、様々な菌株中に移すことも可能である。
核酸又はアミノ酸配列中に自然に発生しない多数の人工ヌクレオチド又はアミノ酸を、例えば、完全な化学合成の過程で又は細胞の翻訳装置を変更することによって、生物学的高分子中に導入することは技術的に可能であるが、本発明は、好ましい実施態様において、特定のポリペプチド中に最初から存在する1種以上のアミノ酸を交換するための置換のためにタンパク質を構成するL−アミノ酸のみを提供する。好ましい実施態様において、「タンパク質を構成する」アミノ酸との用語は、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン及びバリンの全てのL形のアミノ酸の中から任意のアミノ酸を意味する。好ましい実施態様において、本願明細書で使用される、ポリペプチドの野生型配列におけるアミノ酸の「相同の」アミノ酸との用語は、一次構造に関して野生型配列に関係する、異なるアミノ酸配列において同定されるアミノ酸を意味しているが、野生型配列中のアミノ酸に相当するアミノ酸である又は関連するアミノ酸配列中のそれらの対応する位置を占める2つの配列の配置に基づいている。2つ以上のアミノ酸配列のアラインメントを実施する方法は、従来技術、例えば、Arthur Lesk (2008年), Introduction to bioinformatics, 第3版に記載されており、Clustal W(Thompsonら, Nucleic Acids Research 22, 4637-4680, 1994年)又はMAFFT(Katohら, Genome Information, 16(1), 22-33, 2005年)などのソフトウェアパッケージの使用を含む。例えば、ヒトPa×6遺伝子によってコードされたポリペプチド中のArg26は、ショウジョウバエ遺伝子eylessのArg59と相同である(Lesk (2008)、第36頁を参照のこと)。
本発明による変異体の遺伝学的な調製方法は、遺伝子工学的方法の他に、腸内細菌株の細胞集団及び変異原、例えば、N−メチル−N’−ニトロ−N−ニトロソグアニジン(MNNG)、エチルメタンスルホネート(EMS)、5−ブロモウラシル又は紫外光を用いるin vivo突然変異誘発法などの従来の遺伝学的な方法も含む。突然変異誘発法は、例えば、一般的な細菌学のための方法のマニュアル(Gerhardら(編集)、American Society for Microbiology、ワシントン、DC、米国、1981年)又はTosakaら(Agricultural and Biological Chemistry 42(4), 745-752 (1978年))又はKonicekら(Folia Microbiologica 33, 337-343 (1988年))に記載されている。MNNGを使用する典型的な突然変異誘発反応は、50〜500mg/lの濃度又はせいぜい1g/lまでの更に高い濃度、及びpH5.5〜7.5で1〜30分間にわたるインキュベーションを含む。これらの条件下で、生存細胞の数は、およそ50%〜90%又はおよそ50%〜99%又はおよそ50%〜99.9%以上の割合だけ減少する。
変異体又は細胞は、突然変異誘発された細胞集団から除去され且つ伝播される。更なる工程では、好ましくは、適した栄養培地を使用するバッチ培養において、アミノ酸、好ましくはメチオニン又はトリプトファンを分泌するそれらの能力が調査されている。適切なロボットシステムを使用する場合、例えば、ツィンマーマンら(VDI Berichte No.1841, VDI-Verlag、デュッセルドルフ、独国、2004年、439〜443頁)又はツィンマーマン(Chemie Ingenenieur Technik 77 (4), 426〜428頁(2005年))に記載される通り、多数の変異体を短時間で調査することができる。一般に、3000個以下、10000個以下、30000個以下又は更に60000個以下、適切であればそれより多くの変異体が調査されている。親株又は変異誘発されていない出発株と比較して、増加した栄養培地中への又は細胞内部へのアミノ酸の分泌を示す突然変異体は、このように同定されている。これらは、例えば、アミノ酸分泌が少なくとも0.5%増加する突然変異体を含んでいた。
次にDNAが変異体から調製又は単離され、そして対応するポリヌクレオチドは、本発明によるスポット遺伝子又はスポット対立遺伝子の増幅又は本発明による突然変異体の増幅を可能にするプライマー対を用いるポリメラーゼ連鎖反応により合成される。DNAは好ましくは増加した程度までのアミノ酸を分泌する突然変異体から単離される。
好ましい実施態様では、本願明細書で使用される「遺伝子」との用語は、最初にリボ核酸(RNA)の産生(転写)に関する情報を含む、デオキシリボ核酸(DNA)の一区画を意味しており、その際、ポリペプチドが(p)ppGppシンテターゼIIの活性を有する場合に、これはタンパク質(ポリペプチド)の産生(翻訳)に関する情報を含む。遺伝子又はポリヌクレオチドがタンパク質を産生する情報を含む事実は、遺伝子による又はRNAによるタンパク質又はポリペプチドのコードとも呼ばれる。遺伝子発現とは、DNA及び遺伝子に含まれる遺伝情報からのRNA及びタンパク質の生合成を意味する。内因性遺伝子又はポリヌクレオチドは、種の集団中に存在するオープンリーディングフレーム(ORF)、遺伝子又は対立遺伝子又はそれらのポリヌクレオチドを意味すると理解されている。「遺伝子」及び「ORF」(オープンリーディングフレーム)との用語は、本発明において同義的に使用される。
好ましい実施態様では、本願明細書で使用される「ポリヌクレオチド」との用語は、未修飾RNA又はDNA又は修飾RNA又はDNAであってよい、ポリリボヌクレオチド及びポリデオキシリボヌクレオチドを意味しており、その際、ポリヌクレオチドとの用語は、「核酸」との用語と同義的に且つ交換可能に使用されている。
好ましい実施態様では、本願明細書で使用される、「ポリペプチド」との用語は、ペプチド結合を介して結合された2種以上のアミノ酸を含むペプチド又はタンパク質を意味する。ポリペプチド及びタンパク質との用語は同義的に使用されている。タンパク質は、全ての細胞の基本的なビルディングブロックの1つである。それらは細胞に構造を与えるだけでなく、物質を運び、化学反応を触媒し且つシグナル伝達物質を認識する分子「機械」でもある。
当業者は、ポリペプチド又はコード遺伝子の変異体又は突然変異体を設計する際に、あるアミノ酸を従来の方法で野生型の配列中のアミノ酸と交換する場合、類似の又は更に同一の特性を有するポリペプチドに至る可能性が非常に高いことを知っている。好ましい実施態様では、本願明細書で使用される、「保存的な」置換との用語は、アミノ酸が類似の物理化学的性質を有するタンパク質を構成するアミノ酸によって置換されることを意味する。更に一層好ましい実施態様では、これは以下の群のいずれかのアミノ酸が同じ群からの別のアミノ酸によってのみ置換されることを意味し、前記群は、Gly、Ala、Ser及びThrを含む小さいアミノ酸の群を含み、Cys、Val、Ile及びLeuを含む中低度の大きさの非極性アミノ酸の群、Phe、Tyr、Met及びTrpを含む大きな非極性アミノ酸の群、His、Gln及びAsnを含む、側鎖に電荷のない極性アミノ酸の群、Lys及びArgを含む正の荷電のアミノ酸の群、及びGlu及びAspを含む負に荷電したアミノ酸の群を含む。
本発明による教示は、原則的にアミノ酸の製造のために利用され得る。好ましい実施態様では、本願明細書で使用される「アミノ酸」との用語は、少なくとも1つのアミノ基及び1つのカルボキシ基を含む有機酸、好ましくは同じ炭素原子によって共有結合された有機酸、最も好ましくはL型のアミノ酸を意味すると理解されている。好ましい実施態様では、本発明による細胞又は本発明による方法は、必須の及び/又はセリン由来の及び/又は芳香族のアミノ酸を調製するために利用されている。好ましい実施態様では、「必須」アミノ酸との用語は、高等真核生物、好ましくは温血動物高等真核生物、更に一層好ましくは鳥類又は哺乳動物によって独立して産生することができないアミノ酸を意味する。更に好ましい実施態様では、これはその生命体がそれ自体を産生できるアミノ酸も含むが、これは適切な前駆体、最も好ましくは別のアミノ酸において栄養物と一緒に取る場合のみである。好ましい実施態様において、本願明細書で使用される「セリン由来のアミノ酸」との用語は、セリンを反応物として消費する少なくとも1つの反応を含む生合成経路を介して産生されるアミノ酸を意味するが、前記生合成経路は好ましくは産生されるべきアミノ酸の構造のタスクに直接寄与する反応のみを含み、単に補助因子を再生する反応は含まない。
本発明による細胞又は本発明による方法で産生される又は利用される細胞は、生物工学で利用され得る多数の生命体の細胞であってよい。好ましい実施態様では、これは原核又は下等真核細胞である。好ましい実施態様では、本願明細書で使用される「下等真核細胞」との用語は、単細胞真核細胞、好ましくは酵母細胞を意味する。下等真核細胞の例としては、サッカロミセス属、シゾサッカロミケス属、カンジダ、ピキア及びヤロウィアの酵母が挙げられる。別の好ましい実施態様では、細胞は原核細胞、更に好ましくはグラム陰性細菌、更に一層好ましくはエシェリキア(Escherichia)、エルウィニア(Erwinia)、プロビデンシア(Providencia)及びセラチア(Serratia)を含む属の群から選択される細胞、更に一層好ましくはエシェリキア属由来の細胞、最も好ましくは大腸菌である。好ましい実施態様では、これは純粋な培地によって維持される単離された細胞である。更なる実施態様は培地の混合物を使用する。最も好ましい実施態様では、細胞は菌株EMC1_spoT1849のバクテリアであり、実施例4を参照されたい。
少なくとも1種のアミノ酸を調製するための本発明による細胞は、好ましくは無傷であり、損なわれていない代謝活性を有する。しかしながら、本発明による教示はまた、その代謝が当該アミノ酸(単数又は複数)を未だ産生することが可能な、部分的に溶解し且つ部分的に精製された細胞を用いることによって実施され得る。本発明による細胞が飼料添加物の一部として使用される場合、任意の細胞の精製段階は、無傷の細胞〜部分的に又は完全に溶解した細胞から純粋なアミノ酸まで可能である。
本発明によれば、特に好ましいのは、セリン由来の必須アミノ酸、好ましくはメチオニン又はトリプトファン、又は芳香族アミノ酸、特にトリプトファン、低下したppGppアーゼ活性に導く遺伝的な改変の前に既に天然から取られたその野生型よりも増加した量の特定のアミノ酸、即ち、対応する出発菌株の形のアミノ酸である。好ましい実施態様では、本願明細書で使用される、「親菌株」との用語と交換可能に使用される、「出発菌株」との用語は、1種以上のアミノ酸、ペプチド又はタンパク質の生産性を高める手段、又は1種以上の酵素の活性を高める手段、例えば、過剰発現をもたらす手段が実施される微生物菌株を意味する。出発菌株は野生型菌株であるだけでなく、予め改変された菌株、例えば、産生株として使用され得る、少なくとも1種のL−アミノ酸を過剰生産する菌株であってもよい。
従来技術は、関連アミノ酸を過剰生産する多数の菌株、さらにはかかる過剰生産が達成され得る手段及び改変を開示している。好ましい実施態様では、L−メチオニンを分泌又は産生する大腸菌株は、好ましくは強化されたアスパラギン酸キナーゼ(EC2.7.2.4)酵素活性を有し、その際、フィードバック耐性対立遺伝子が好ましい。大腸菌では、遺伝子thrA、metL及びlysCによってコードされる、3つの異なるアスパラギン酸キナーゼが存在する。別の好ましい実施態様では、L−メチオニン生合成は、metJ遺伝子によってコードされた調節タンパク質MetJの減衰又は欠失によって増加する。MetJは大腸菌のL−メチオニン生合成の主要なリプレッサーである。
更に好ましい実施態様では、細胞の出発菌株は、大腸菌MG1655、大腸菌W3110、大腸菌DH5α、大腸菌DH10B、大腸菌BW2952、大腸菌REL606を含む群からの菌株に由来する。
本出願における従来技術からの核酸及びアミノ酸配列を引用するために使用される全ての受託番号及び受託コードは、2011年12月1日にオンラインで入手可能なバージョンの、ISR、CA、USAのBioCycデータベースからの受託番号及び受託コードである。
更に好ましい実施態様では、細胞は、メチオニン過剰生産大腸菌産生株MG1655Δ metJ metA11 Ptrc−metH Ptrc−metF PtrcF−cysPUWAM PtrcF−cysJIH ΔpykF ΔpykA Ptrc09−gcvTHP ΔpurU Ptrc36−ARNmst17−metFに由来し、これらは産生プラスミドpME101−thrA1−cysE−Pgap−metA11及びpCC1BAC−serB−glyA−serA−serCを含む(WO2009/043803号)。
更に好ましい実施態様では、細胞はメチオニン過剰生産大腸菌産生株MG1655ΔmetJ Ptrc−metH Ptrc−metF PtrcF−cysPUWAM PtrcF−cysJIH Ptrc09−gcvTHPに由来し、これらは産生プラスミドpME101−thrA1−cysE−Pgap−metA11を含む。この菌株は、出願WO2009/043803号に記載されるように、多くのP1形質導入及び養生によってクローニングされ得る。この菌株は、野生型の菌株大腸菌K12MG1655に基づく。以下の改変がこの株のゲノムに導入された:L−メチオニン生合成のリプレッサーのための遺伝子、metJの欠失;コバラミン依存性メチオニンシンターゼをコードするmetH遺伝子の強力なtrcプロモータ上流の挿入;5,10−メチレンテトラヒドロフォレートレダクターゼをコードするmetF遺伝子の強力なtrcプロモータ上流の挿入;サルフェート/チオサルフェート摂取トランスポータをコードするcycPUWA及びシステインシンターゼBをコードするcysMによる、cysPUWAMオペロンの強力なtrcプロモータ上流の挿入;亜硫酸レダクターゼをコードするcysJI及び3’−ホスホ−アデニリル−サルフェートレダクターゼをコードするcysHによる、cysJIHオペロンの強力なtrcプロモータ上流の挿入;グリシン開裂系の3つの構成要素をコードするgcvT、gcvH及びgcv Pによる、gcvTHPオペロンの強力なtrc09プロモータ上流の挿入。
大腸菌産生プラスミドpME101−thrA1−cysE−Pgap−metA11のクローニングは、出願WO2007/077041号及びWO2009/043803号に記載されている。これはベクターpCL1920をベースとした低コピープラスミドである(Lerner, C.G.及びInouye, M., Nucl. Acids Res. (1990年) 18:4631 [PMID: 2201955])。空のプラスミド、pME101は、lacリプレッサーの強力に発現した対立遺伝子をコードするlacl遺伝子を保有している。thrA1遺伝子は、Lacリプレッサーによって表され得る強力なtrcプロモータの下流でクローニングされた。これは大腸菌ThrAアスパラギン酸キナーゼ/ホモセリンデヒドロゲナーゼのフィードバック耐性変異体をコードする。その天然のプロモータを含むcysE遺伝子は、その下流に同じ方向で配置されている。これは大腸菌セリンアセチルトランスフェラーゼをコードする。以下のcysEの下流は、metA11遺伝子の発現を制御する強力な大腸菌gapAプロモータである。metA11は大腸菌ホモセリンO−スクシニルトランスフェラーゼのフィードバック耐性変異体をコードする。
記載され得る他のL−メチオニン−分泌及び産生微生物の例は以下の菌株である:大腸菌TF4076BJF metA#10+metYX(Lm)(WO2008/127240号);大腸菌W3110ΔJ/pKP451(EP1445310B1号、第7頁、実施例4);大腸菌WΔthrBCΔmetJmetK32 pMWPthrmetA4Δ5Δ9(Yoshihiro Usuda及びOsamu Kurahashi、2005年、Applied and Environmental Microbiology、第71巻、第6号、第3228〜3234頁);及びW3110/pHC34(WO01/27307号第13頁、実施例3)。様々な好適な微生物の更なる例は、Gomesら(Enzyme and Microbial Technology 37, 2005年, 3-18)に記載されている。
従来技術はまた、トリプトファン過剰生産菌株、さらにはこのアミノ酸の過剰生産が達成され得る手法及び改変、例えば、大腸菌JP4735/pMU3028(US5,756,345号)、大腸菌JP6015/pMU91(US5,756,345号)、大腸菌SV164(pGH5)(WO94/08031号)、大腸菌AGX17(pGX44)(NRRL B−12263)(US4,371,614号)、大腸菌AGX6(pGX50)aroP(NRRL B−12264)(US4,371,614号)、大腸菌AGX17/pGX50、pACKG4−pps(WO97/08333号)、大腸菌ATCC31743(CA1182409)、大腸菌C534/pD2310、pDM136(ATCC39795)(WO87/01130号)、大腸菌JB102/p5LRPS2(US5,939,295号)も記載している。
好ましい実施態様では、腸内細菌科のL−トリプトファン過剰生産株は、5−メチル−DL−トリプトファンへの耐性、5−フルオロトリプトファンへの耐性、4−メチル−DL−トリプトファンへの耐性、6−メチル−DL−トリプトファンへの耐性、4−フルオロトリプトファンへの耐性、6−フルオロトリプトファンへの耐性、アントラニレートへの耐性、トリプタザンへの耐性、インドールへの耐性、インドールアクリル酸への耐性、フェニルアラニンの必要性、チロシンの必要性、任意にスクロースを利用する能力、トリプトファンオペロンの強化、好ましくはアントラニル酸シンターゼの強化、好ましくはフィードバック耐性型の強化、部分的欠損のトリプトファニル−tRNAシンターゼ、減衰トリプトファン摂取、欠損トリプトファナーゼ、不活性リプレッサータンパク質、セリン生合成の強化、ホスホエノールピルビン酸合成の強化、D−エリスロース−4−リン酸合成の強化、3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロソネート−7−ホスフェート(DHAP)合成の強化、及びコリスミ酸生合成の強化を含む群から選択される1つ以上の遺伝的表現型の特徴を有する。
ppGppアーゼ活性の低下を引き起こす少なくとも1つの遺伝的改変の他に、本発明による細胞は、特に遺伝子の発現を変更することによって、当該アミノ酸の産生の増加に影響を及ぼす出発株に対して更なる改変を有し得る。好ましい実施態様では、細胞が、その野生型に対して、「少なくとも1つの核酸配列又はその変異体を低下した程度まで発現する又は過剰発現する」ように、その野生型に対して遺伝的に改変されているとの文言は、本願明細書で使用されるように、遺伝的に改変された細胞が、同等の条件下で、例えば、温度、栄養物の供給及び細胞密度の下で、遺伝的に改変されていない細胞が行うよりも少量の又は多量の転写及び/又は核酸配列の翻訳産物を産生することを意味する。
核酸の発現は、例えば、少なくとも1つのコピーによって、対応するポリヌクレオチドのコピー数を染色体で又は染色体外で増加させることによって増加され得る。コピー数を増大させる広く使用されている方法は、細菌によって複製されるベクター、好ましくはプラスミドに関連するポリヌクレオチドを挿入することから構成されている。腸内細菌に適したプラスミドベクターの例は、pACYC184由来のクローニングベクター(Bartolomeら; Gene 102: 75-78 (1991年))、pTrc99A(Amannら; Gene 69: 301-315, 1988年)、又はpSC101誘導体(Vocke及びBastia; Proc. Natl. Acad. Sci. 80 (21): 6557-6561, 1983年)である。また、pCL1920由来のプラスミド(Lerner, C.G.及びInouye, M., Nucl. Acids Res., 1990年, 18:4631 [PMID: 2201955])が特に適している。「細菌人工染色体」(BAC)由来のプラスミドベクター、例えば、pCCI BAC(EPICENTRE Biotechnologies社、マディソン、米国)も同様に大腸菌内の関連するポリヌクレオチドのコピー数を増加させるのに適している。
さらに使用され得るベクターは、トランスポゾン、挿入エレメント(ISエレメント)又はファージである。これらの遺伝系のタイプは、例えば、特許文献、US4822738号、US5804414号及びUS5,804414号に例示されている。同様に、WO92/02627号に記載されたIS要素ISaBI又はプラスミドpXZ10142のTn45トランスポゾン(”Handbook of Corynebacterium glutamicum”(編集者: L. Eggeling及びM. Bott)に引用)が使用され得る。
発現を増加させる別の一般的な方法は、染色体遺伝子増幅法である。この方法は、細胞の染色体に目的のポリヌクレオチドの少なくとも1つの追加のコピーを挿入することを含む。このタイプの増幅プロセスは、例えば、WO03/014330号又はWO03/040373号に記載されている。
発現を増加させる別の方法は、プロモータ又は発現カセット(機能的に連結された)に関連する遺伝子又は対立遺伝子を機能的に連結することから構成されている。大腸菌に適したプロモータは、例えば、Amannら(Gene 69(2), 301 -315, 1988年)及びAmann及び Brosius(Gene 40(2-3), 183-190, 1985年)によって記載されたプロモータ、T3、T7、SP6、M13、lac、tac及びtrcである。このタイプのプロモータは、例えば、典型的には、開始コドンから約1〜500ヌクレオチド塩基の距離で、当該遺伝子の上流に挿入され得る。US5,939,307号は、発現カセット又はプロモータ、例えば、tacプロモータ、trpプロモータ、Ippプロモータ又はPLプロモータ及びλファージのPRプロモータを、例えば、染色体スレオニンオペロンの上流に組み込むことによって、発現の増加を達成したことを報告している。T7−ファージプロモータ、ギアボックスプロモータ、narプロモータ又は遺伝子rrsG、rnpB、csrA、csrB、ompA、fusA、pepQ、rplX及びrpsGのプロモータは、同様の方法で使用され得る。EP0593792号に記載されているように、発現カセット又はプロモータのこれらのタイプもプラスミドに結合した遺伝子を過剰発現するために使用され得る。laclQ対立遺伝子を使用することにより、遺伝子の発現を順番に制御することができる(Glascock及びWeickert、Gene 223, 221 -231, 1998年)。当業者は、挿入及び/又は欠失による1つ以上のヌクレオチド置換を用いてそれらの配列を改変することによって前記プロモータの活性を更に増加させ得る。
核酸又はその変異体の発現の程度は、遺伝子発現又はアンチセンスRNA技術によりシグナル構造の遺伝的改変(変異)によって、適切な培養管理によって低減され得る。遺伝子発現のシグナル構造は、例えば、リプレッサー遺伝子、アクチベーター遺伝子、オペレータ、プロモータ、減衰器、リボソーム結合部位、開始コドン及びターミネータである。当業者は、これらの情報を、とりわけ、例えば、ジェンセン及びハンマー(Biotechnology and Bioengineering 58: 191-195, 1998年)、キャリア及びキースリング(Biotechnology Progress 15: 58-64, 1999年)、フランチ及びジェルド(Current Opinion in Microbiology 3: 159-164, 2000年)、Kawanoら(Nucleic Acids Research 33(19), 6268-6276, 2005年)、例えば、クニッペルスの教科書(”Molekulare Genetik” [Molecular Genetics], 第6版, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, Germany, 1995年)又はウインナッカーの教科書(”Gene und Klone” [Genes and Clones], VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, Germany, 1990年)などの遺伝子及び分子生物学の公知の教科書において見出している。好ましい実施態様では、本願明細書で使用される遺伝子の「ノックアウト」との用語は、遺伝子又は細胞機構が、その発現に要求されるか又は要求される核酸又はその一部、例えば、プロモータが、好ましい順に50%、75%、80%、85%、90%、95%、99%発現が低減されるように、突然変異、欠失又は挿入により遺伝的に改変されたことを意味する。例えば、遺伝子の発現を、プロモータの制御下に置くことが可能であり、これは出発菌株と比較して、低減した本方法に使用される微生物における発現につながる。発現は、本方法に使用される微生物のその遺伝子又は一部を削除することによって更に低減され得る。また、ミスセンス突然変異又はナンセンス突然変異を導くトランジション、トランスバージョン又は挿入を用いることも可能である。発現は更に、出発菌株と比較して、本方法に使用される微生物における減少した翻訳をもたらすリボソーム結合部位を使用することによって低減され得る。当業者は更に、本方法に使用される微生物に関してコドンの使用頻度を少なくすることによって遺伝子の発現を低減させることができる。最後に、遺伝子発現は、適切なt−RNAサプレッサーによって、遺伝子のコード領域における終止コドン変異を抑制することによって低減され得る。
本発明による細胞又は本発明によって使用される細胞は、発酵プロセスにおいて所望のアミノ酸の分泌又は産生を、利用される出発菌株又は親株と比較して増加させ、その際、該アミノ酸は周りの培地中に放出されるか又は細胞内に蓄積される。
本発明による細胞の性能又は該細胞を用いる発酵プロセスの性能は、生成物濃度(体積当たりの生成物)、生成物収率(消費された炭素源当たりに形成された生成物)及び生成物形成(体積及び時間当たりに形成された生成物)又はその他のプロセスパラメータ及びそれらの組み合わせからなる群から選択される1つ以上のパラメータに対して、出発株又は親株又はこれらを用いる発酵プロセスを基準として少なくとも0.5%、少なくとも1%、少なくとも1.5%又は少なくとも2%改善されている。
本発明による方法で培養され得る細胞は、L−アミノ酸を製造するために、例えば、PCT/EP2004/008882号に記載されるように連続的に培養され得るか、又は回分プロセス(バッチ培養)又は流加プロセス又は反復流加プロセスで不連続的に培養され得る。公知の培養方法の一般的な概要は、Chmielによる教科書(Bioprozesstechnik 1. Einfuhrung in die Bioverfahrenstechnik [Bioprocess Technology 1. Introduction to Bioprocess Technology] (Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, 1991年))又はStorhasによる教科書(Bioreaktoren und periphere Einrichtungen [Bioreactors and Peripheral Equipment] (Vieweg Verlag, Brunswick/Wiesbaden, 1994年))で得られる。
使用されるべき培養培地又は発酵培地は、特定の菌株の要求を適切に満たさなければならない。異なる微生物を培養するための培地の説明は、例えば、米国微生物学協会(the American Society for Bacteriology)(米国、ワシントンD.C.1981年)によって刊行されたマニュアル”Manual of Methods for General Bacteriology”に示されている。培養培地、発酵培地及び培地との用語は相互に交換可能である。
利用される炭素源は、糖及び炭水化物、例えば、グルコース、スクロース、ラクトース、フルクトース、マルトース、糖蜜、テンサイ糖又はショ糖から誘導されるスクロース含有溶液、デンプン、デンプン加水分解物及びセルロース、油及び脂肪、例えば、大豆油、ヒマワリ油、ピーナッツ油及びココナッツ油、脂肪酸、例えば、パルミチン酸、ステアリン酸、及びリノール酸、アルコール類、例えば、グリセロール、メタノール及びエタノール、有機酸、例えば、酢酸であってよい。これらの物質は、別個に又は混合物として使用され得る。
利用される窒素源は、有機窒素含有化合物、例えば、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、麦芽エキス、コーンスティープリカー、大豆粉及び尿素、又は無機化合物、例えば、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、アンモニア及びチオ硫酸アンモニウムであってよい。窒素源は、単独で又は混合物として使用され得る。
利用されるリン源は、リン酸、リン酸二水素カリウム又はリン酸水素二カリウム又は対応するナトリウム含有塩であってよい。
利用される硫黄源は、ジチオ硫酸の塩(チオ硫酸塩)単独で又は他の硫黄源、例えば、硫酸塩、亜硫酸塩、硫化物、硫化水素、メタンチオラート又は亜ジオチン酸塩と一緒であってよく、EP出願第11151526.8号も参照されたい。
培養培地は更に、例えば、金属の塩化物の形で塩、例えば、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム及び鉄、例えば、硫酸マグネシウム又は硫酸鉄を含有しなければならず、これらは成長のために必要とされている。最後に、アミノ酸などの成長物質、例えば、ホモセリン、及びビタミン、例えば、コバラミン、チアミン、ビオチン又はパントテン酸は、上記の物質に加えて使用され得る。
この他に、特定のアミノ酸の適切な前駆体が培地に添加されてもよい。
上記の利用される物質は、一回のみ混合物の形で培養物に添加されるか又は培養中に適切な方法で供給され得る。
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア又はアンモニア水などの塩基性化合物、又はリン酸又は硫酸などの酸性化合物が、培養物のpHを調節するために適切な方法で使用される。一般に、pHは6.0〜9.0、好ましくは6.5〜8の値に調整される。泡の形成を制御するために、脂肪酸ポリグリコールエステルなどの消泡剤を使用することが可能である。例えば、抗生物質、選択的に作用させる好適な物質が、プラスミドの安定性を維持するために培地に添加され得る。好気条件を維持するために、酸素又は酸素含有ガス混合物、例えば、空気が培養物中に通気される。また、過酸化水素で富化された液体を使用することも可能である。適切な場合、発酵は、0.03〜0.2MPaの圧力下にて正の圧力下で実施される。培養物の温度は、通常、20℃〜45℃、好ましくは25℃〜40℃である。回分プロセスの場合、培養は、最大量の所望のアミノ酸が生成されるまで継続される。この目的は、通常10時間〜160時間以内に達成される。より長い培養時間は、連続プロセスの場合に可能である。
好適な発酵培地は、とりわけ、米国特許第6,221,636号、同第5,840,551号、同第5,770,409号、同第5,605,818号、同第5,275,940号及び同第4,224,409号に記載されている。
この方法で調製された発酵ブロスは、次に、更なる処理が施されて固体又は液体生成物になる。
好ましい実施態様では、本願明細書で使用される「発酵ブロス」とは、微生物が、一定の温度で一定時間にわたり培養された発酵培地を意味すると理解されている。発酵培地、又は発酵中に用いられる培地は、微生物の増殖と所望のアミノ酸の形成に必要とされる全ての物質又は成分を含有する。
従って、発酵の終わりに、得られた発酵ブロスは、a)前記微生物の細胞の増殖によって生成された微生物のバイオマス、b)発酵の間に形成された所望のアミノ酸、c)発酵の間に形成された副生物、及びd)利用された発酵培地/発酵媒体の成分、又は利用される物質の成分、例えば、ビオチンなどのビタミン、ホモセリンなどのアミノ酸、又は硫酸マグネシウムなどの塩を含有し、これらの成分は発酵によって消費されなかった。
副生物は、特定の所望のL−アミノ酸の他に発酵で利用される微生物によって生成され、且つ分泌され得る物質を含む。それらは、所望のアミノ酸と比べて30%、20%又は10%より少ない量のL−アミノ酸を含み、更に1個〜3個のカルボキシル基を有する有機酸、例えば、酢酸、乳酸、クエン酸、リンゴ酸又はフマル酸、さらには糖、例えば、トレハロースを含む。
工業用に適した典型的な発酵ブロスは、40g/kg〜180g/kg又は50g/kg〜150g/kgのアミノ含有量を有する。一般に、バイオマス含有量(乾燥バイオマスによる)は20〜50g/kgである。
従来技術は、生成された培養ブロス又は発酵ブロスからアミノ酸を精製するための多数の方法を記載しており、これはイオン交換クロマトグラフィ、結晶化、抽出プロセス及び活性炭処理を含む。これは、90質量%以上、95質量%以上、96質量%以上、97質量%以上、98質量%以上、99質量%以上の含有率を有する大部分純粋なL−アミノ酸をもたらす。
同様に、発酵ブロス中に含有されるバクテリアのバイオマスを、完全に(100%)又は殆ど完全に、即ち、90%、95%、97%、99%を超えて除去し、且つ発酵ブロスの他の成分を大部分、即ち、それらの30%〜100%、40%〜100%、50%〜100%、60%〜100%、70%〜100%、80%〜100%、又は90%〜100%、好ましくは50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、又は完全に(100%)を生成物中に残すことによって生成される発酵ブロスからアミノ酸を精製することも可能である。
遠心分離、濾過、デカンテーション、凝集又はそれらの組み合わせなどの分離方法がバイオマスの除去又は分離のために使用されている。
得られたブロスは、次に、公知の方法を用いて、例えば、回転蒸発器、薄層蒸発器、流下膜式蒸発器を用いて、逆浸透、ナノ濾過又はそれらの組み合わせによって、増粘又は濃縮される。
この濃縮されたブロスは、次いで、凍結乾燥、噴霧乾燥、噴霧造粒の方法によって又は他のプロセスによって後処理されて、好ましくは注入可能な、微粉砕された粉末が得られる。この注入可能な、微細粉末は、その後、適切な締固め又は造粒法によって、容易に注入可能な、貯蔵可能な且つ殆ど無塵の製品に、順番に変換され得る。これは、製品中の水分含有率が10質量%未満、5質量%未満、4質量%未満又は3質量%未満であるように、全体的に見て、90%を上回る水を除去することを含む。
発酵の間の1つ以上の時間での濃度を測定するためのL−アミノ酸の分析は、Spackmanら(Analytical Chemistry 30: 1190〜1206頁(1958年))に記載されるように、イオン交換クロマトグラフィ、好ましくはカチオン交換クロマトグラフィによってL−アミノ酸を分離し、その後にニンヒドリンを用いるポストカラム誘導体化によって実施され得る。また、ポストカラム誘導体化のためにニンヒドリンではなくオルト−フタルアルデヒドを利用することも可能である。イオン交換クロマトグラフィの概要の論文は、ピカリング(Pickering)(LC GC (Magazine of Chromatographic Science) 7(6), 484-487 (1989年))に見出され得る。
同様に、例えば、オルト−フタルアルデヒド又はフェニルイソチオシアネートを使用することによって、プレカラム誘導体化を実施し、得られるアミノ酸誘導体を、好ましくは高速液体クロマトグラフィー(HPLC)の形で、逆相クロマトグラフィー(RP)によって分画することも可能である。この種の方法は、例えば、Lindrothら(Analytical Chemistry 51: 1167-1174 (1979年))に記載されている。
検出は、測光法(吸光度、蛍光)により行われる。
アミノ酸分析に関する概要は、とりわけ、Lottspeich及びZorbasによる教科書”Bioanalytik”(Spektrum Akademischer Verlag、独国ハイデルベルグ、1998年)に見出され得る。
本発明は、本発明の更なる特徴、実施態様、態様及び利点が引き出され得る、以下の図面及び非限定的な実施例によって更に例示される。
図1はligB遺伝子の断片を含有するプラスミドpMAK−ligBのマップを示す。
図2はプラスミドpCC3のマップを示す。
図3はプラスミドpME−RDL2aのマップを示す。
長さ情報は近似値として解釈されるべきである。使用される略語及び参照名は以下の意味を有する:
・ aadA1:ストレプトマイシン/スペクチノマイシン耐性遺伝子
・ laclq:trc−プロモーターリプレッサータンパク質の遺伝子
・ repAts:プラスミド複製タンパク質(ts);またrepA
・ oriV:複製起点
・ ori2:複製起点
・ cam/Cm:クロラムフェニコール耐性遺伝子
・ ligBインサート:ligB遺伝子のコード領域の一部
・ serC:serC遺伝子のコード領域
・ serA:serA遺伝子のコード領域
・ glyA:glyA遺伝子のコード領域
・ serB:serB遺伝子のコード領域
・ thrA1:thrA遺伝子のコード領域(フィードバック耐性対立遺伝子)
・ cysE:cysE遺伝子のコード領域
・ PgapA:GAPプロモーター
・ metA11:metA遺伝子のコード領域(フィードバック耐性対立遺伝子)
・ RDL2a:チオ硫酸硫黄トランスフェラーゼをコードするRDL2対立遺伝子のコード領域
制限酵素の略語は以下のように定義されている:
・ Agel:Ruegeria gelatinovora由来の制限エンドヌクレアーゼ
・ Hind III:インフルエンザ菌(Haemophilus influenzae)由来の制限エンドヌクレアーゼ
・ Xbal:グラム陰性細菌(Xanthomonas campestris)由来の制限エンドヌクレアーゼ
・ Kpnl:肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)由来の制限エンドヌクレアーゼ
本発明は、例示的な実施態様に基づいて以下に更に詳細に説明される。
大腸菌に使用される最小培地(M9)及び完全な培地(LB)は、J.H. Miller(A Short Course in Bacteriol Genetics (1992年), Cold Spring Harbor Laboratory Press)によって記載されている。大腸菌由来のプラスミドDNAの単離及び制限、連結、クレノー処理及びアルカリホスファターゼ処理に関する全ての技術は、特段記載されない限り、Sambrookら(Molecular Cloning - A Laboratory Manual (1989年) Cold Spring Harbor Laboratory Press)に従って実施されている。大腸菌の形質転換は、特段記載されない限り、Chungら(Proc. Natl. Acad. Sci. 86: 2172-2175, 1989年)に従って実施されている。
特段記載されない限り、菌株及び形質転換株の生産のためのインキュベーション温度は37℃である。
図1はligB遺伝子の断片を含有するプラスミドpMAK−ligBのマップを示す。 図2はプラスミドpCC3のマップを示す。 図3はプラスミドpME−RDL2aのマップを示す。
実施例1
pMAK−ligBのクローニング
プラスミドpMAK−ligBを、spoT対立遺伝子の形質導入のための選択マーカーとしてクローニングし、これを大腸菌DM1849の染色体中のligB遺伝子に挿入した。ligB遺伝子をspoTの約1.2kbp上流の染色体に配置する。大腸菌DM1849菌株は本発明によるspoT対立遺伝子を有する。
PCRプライマーligB−アップ及びligB−ダウンは、それらの5’末端に、それぞれの場合に、ランダムに選択されたヌクレオチドを有し、その後に、それぞれ、制限エンドヌクレアーゼXbal(tctaga)及びKpnl(ggtacc)についての認識配列が続く。ligB−アップのヌクレオチド13〜32は、大腸菌MG1655ゲノムにおける位置3817496番目から3817516番目まで結合する。ligB−ダウンのヌクレオチド13〜32は、大腸菌MG1655ゲノムにおける位置3818519番目から3818498番目まで結合する。
Figure 2015508647
これらの2つのプライマー及び大腸菌MG1655のゲノムDNAをテンプレートとしてPCRを実施するために使用した。PCR産物は、1045bpの長さであり、MG1655ゲノム(配列番号11)の3817496番目から3818519番目までの位置の配列を含んでいた。
前記PCR産物を、QIAquick PCR精製キット(キアゲン、ヒルデン、独国)を用いて精製し、XbaI及びKpnI制限酵素によって切断し、再び精製した。プラスミドpMAK705(Hamilton CM, Aldea M, Washburn BK, Babitzke P, Kushner SR (1989); J Bacteriol.; 171 (9): 4617-4622)を、XbaI及びKpnI制限酵素によって切断し、アルカリホスファターゼ(アルカリホスファターゼ、仔ウシ腸管、New England Biolabs社、フランクフルトアムマイン、独国)によって脱リン酸化し、QIAquick PCR精製キット(キアゲン、ヒルデン)を用いて精製した。PCR産物を、次いでpMAK705で連結し、結合混合物を大腸菌DH5αに形質転換した。正確なプラスミドクローンを、20mg/lのクロラムフェニコールによって選択し、制限切断及びその後の挿入物の配列決定により同定した。この方法で得られたプラスミドをpMAK−ligBと命名した。
実施例2
pMAK−ligBのドナー株DM1849への導入
大腸菌株DM1849はppGppアーゼコードspoT遺伝子中に3つの突然変異を有する:ヌクレオチド位置252の下流の6つのヌクレオチドCATGATの挿入(MG1655ゲノム中の位置3820674に対応)、置換g520t(MG1655ゲノム中の位置3820942に対応する野生型spoT遺伝子に基づく)及び置換c1585t(MG1655ゲノム中の位置3822007に対応する野生型spoT遺伝子に基づく)。
DM1849株を電気穿孔法によりプラスミドpMAK−ligBで形質転換した。pMAK−ligBはクロラムフェニコール耐性遺伝子と複製の温度感受性起源を有する。温度感受性起源は44℃ではなく30℃で大腸菌によって複製される。形質転換混合物を20mg/Lのクロラムフェニコールを含有するLB寒天上にプレーティングし、30℃で40時間インキュベートした。次に細胞を、接種ループを用いてピックアップし、LB培地に再懸濁し且つLB培地で10000分の1に希釈した。100μlの希釈溶液を20mg/Lのクロラムフェニコールを含有するLB寒天上にプレーティングし、44℃で更に24時間インキュベートした。その結果、pMAK−ligBプラスミドがligB遺伝子に染色体に組込まれたコロニーを選択した。これらのコロニーの1つを、20mg/lのクロラムフェニコールを含有するLB寒天上で接種ループを用いて採取し、これを44℃で24時間インキュベートした。得られた菌株を、DM1849::pMAK−ligBと命名した。
実施例3
DM1849::pMAK−ligBからのP1−ファージライブラリの生成
まず、10mlのLB培地をDM1849::pMAK−ligB株で接種し、これを44℃で18時間培養した。その後、100μlの培養物を、10mlのLB培地に移し、これを44℃で0.5の光学密度(600nm)まで培養した。次に、5mMの最終濃度までの塩化カルシウム、及び2g/lの最終濃度までのグルコースを添加した。この後に、100μlのP1−ファージ懸濁液を添加し、37℃で細胞をインキュベートした。4時間後に、培養物を遠心分離し、上清を2回滅菌濾過した。
実施例4
DM1849の3つの突然変異を導入するためのDM1849::pMAK−ligBからのP1−ファージライブラリを用いるメチオニン生産大腸菌ECM1の形質導入
L−メチオニン−生産大腸菌株ECM1は、フィードバック耐性metA対立遺伝子、metJ遺伝子の欠失及び遺伝子metH、metF、cysP及びcysJのそれぞれの上流に強力なtrcプロモータのコピーを有する。これは野生型K12株MG1655に基づいている。
LB培地10mlをアクセプター株ECM1で接種し、これを37℃で18時間培養した。この後に、2mlの培養物を遠心分離によって除去し、10mMのMgSOと5mMのCaClを含有する1mlのLB培地内で細胞ペレットを再懸濁した。細胞懸濁液300μlに、DM1849::pMAK−ligBからのP1−ファージライブラリ100μlを添加し、混合物を37℃で30分間インキュベートした。この後に、200μlの1Mクエン酸三ナトリウムを添加し、簡単に渦撹拌した。次に、1mlのLB培地を添加し、細胞を44℃で1時間増殖させた。その後、細胞を、それぞれの場合に100mMのクエン酸三ナトリウムを含有する1mlのLBで2回洗浄し、最後に100mMのクエン酸三ナトリウムを含有する100μlのLBに再懸濁した。それらを20mg/lのクロラムフェニコールを含有するLB寒天上で画線し、これを44℃で48時間インキュベートした。10個のコロニーを20mg/Lのクロラムフェニコールを含有するLB寒天上で採取し、これを再び44℃で48時間インキュベートした。これらのクローンでは、組み込まれたpMAK−ligBプラスミドを含むligB領域を構成する、ゲノム断片が形質導入されていた。spoT遺伝子の関連部分のその後のDNA配列決定により、DM1849からのspoT対立遺伝子が同時形質導入された5つのクローンが同定された。
pMAK−ligBプラスミドの染色体からの切除及びキュアリングをHamiltonら(CM Hamilton, Aldea M, Washburn BK, Babitzke P, Kushner SR (1989); J Bacterid.; 171 (9): 4617〜4622頁)に記載される通りに実施した。この方法で得られたプラスミドのないクローンの1つをECM1_spoT1849と命名した。
菌株ECM1及びECM1_spoT1849を、ブダペスト条約に従って2011年8月3日にDSMZ(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Inhoffenstsse 7B, 38124ブランズウィック、独国)によりDSM番号DSM25066(=ECM1)及びDSM25067(=EMC1_spoT1849)の下で寄託した。
実施例5
プラスミドpUC18へのserC遺伝子のクローニング
大腸菌MG1655 serC遺伝子を、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を用いて増幅し、その後、pUC18プラスミド(Fermentas GmbH, St. Leon-Rot, 独国)にクローニングした。
PCRプライマーserCF(XbaI)及びserCR(HindIII)は、それぞれの場合に、それらの5’末端にランダムに選択されたヌクレオチドを有し、その後に、それぞれ、制限エンドヌクレアーゼXbaI(TCTAGA)及びHindIII(AAGCTT)についての認識配列が続く。serCF(XbaI)のヌクレオチド13〜38は、大腸菌MG1655ゲノム中の位置956619番目から956644番目に結合する。serCR(HindIII)のヌクレオチド13〜37は、大腸菌MG1655ゲノム中の位置958028番目から958004番目に結合する。
Figure 2015508647
serC遺伝子を、serCF(XbaI)及びserCR(HindIII)プライマー並びにPhusion DNAポリメラーゼ(Finnzymes Oy, Espoo、フィンランド)を用いてポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって増幅させた。大腸菌MG1655のゲノムDNAは鋳型の役割を果たす。得られたDNA断片のサイズは1434bpであった。これをXbaI及びHindIII制限エンドヌクレアーゼによって切断し、QIAクイックPCR精製キット(キアゲン、ヒルデン、独国)を用いて精製した。非メチル化pUC18プラスミドDNAを、XbaI及びHindIII制限エンドヌクレアーゼによって切断し、これをQIAクイックPCR精製キット(キアゲン、ヒルデン、独国)を用いて精製した。次に、切断されたプラスミドをPCR産物と連結し、大腸菌DH5αに形質転換した。serC遺伝子を含むプラスミドクローンを制限酵素切断及びDNA配列決定により同定した。得られたプラスミドをpUC18−serCと命名した。
実施例6
serA遺伝子のプラスミドpUC18−serCへのクローニング
大腸菌MG1655serA遺伝子を、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を用いて増幅し、その後、pUC18−serCプラスミドにクローニングした。
PCRプライマーserAF(XbaI)は、その5’末端に6つのランダムに選択されたヌクレオチドを有し、その後に制限エンドヌクレアーゼXbaI(TCTAGA)についての認識配列が続く。ヌクレオチド12〜33は、大腸菌MG1655ゲノム中の位置3055199番目から3055220番目まで結合する。PCRプライマーserAR(SHSSNB)は、その5’末端に6つのランダムに選択されたヌクレオチドを有し、その後に制限エンドヌクレアーゼSacI、HindIII、SphI、SmaI、NotI及びBgIIIについての認識配列が続く。ヌクレオチド49〜58は、大腸菌MG1655ゲノム中の位置3056880番目から3056861番目まで結合する。
Figure 2015508647
serA遺伝子を、serAF(XbaI)及びserAR(SHSSNB)プライマー並びにPhusion DNAポリメラーゼ(Finnzymes Oy、エスポー、フィンランド)を用いるポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって増幅させた。大腸菌MG1655のゲノムDNAは鋳型としての役割を果たす。得られたDNA断片のサイズは1731bpであった。
これをXbaI及びSacI制限エンドヌクレアーゼによって切断し、QIAクイックPCR精製キット(キアゲン、ヒルデン、独国)を用いて精製した。pUC18−serCプラスミドを、同様にXbaI及びSacI制限エンドヌクレアーゼによって切断し、QIAクイックPCR精製キット(キアゲン、ヒルデン、ドイツ)を用いて精製した。切断したプラスミドを次いでPCR産物と連結し、大腸菌DH5αに形質転換した。serA遺伝子を含むプラスミドクローンを制限酵素切断及びDNA配列決定により同定した。得られたプラスミドをpUC18−serACと命名した。
実施例7
プラスミドpUC18−serACへのserB遺伝子のクローニング
大腸菌MG1655serB遺伝子を、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を用いて増幅し、その後、pUC18−serACプラスミドにクローニングした。
PCRプライマーserB(SphI)は、その5’末端に6つのランダムに選択されたヌクレオチドを有し、その後に制限エンドヌクレアーゼSphI(GCATGC)の認識配列が続く。ヌクレオチド13〜34は、大腸菌MG1655ゲノム中の位置4622816番目から4622837番目まで結合する。
PCRプライマーserB(SmaI)は、その5’末端に6つのランダムに選択されたヌクレオチドを有し、その後に制限エンドヌクレアーゼSalI(GTCGAC)及びSmaI(CCCGGG)の認識配列が続く。ヌクレオチド54〜75は、大腸菌MG1655ゲノム中の位置4623887番目から4623866番目まで結合する。
Figure 2015508647
serB遺伝子を、serB(SphI)及びserB(SmaI)プライマー並びにPhusion DNAポリメラーゼ(Finnzymes Oy、エスポー、フィンランド)を用いてポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって増幅させた。大腸菌MG1655のゲノムDNAは鋳型としての役割を果たす。得られたDNA断片のサイズは1137bpであった。
これをSphI及びSmaI制限エンドヌクレアーゼによって切断し、QIAクイックPCR精製キット(キアゲン、ヒルデン、独国)を用いて精製した。pUC18−serACプラスミドも同様にSphI及びSmaI制限エンドヌクレアーゼによって切断し、アルカリホスファターゼにより脱リン酸化し、QIAクイックPCR精製キット(キアゲン、ヒルデン、独国)を用いて精製した。次に、切断されたプラスミドをPCR産物と連結し、大腸菌DH5αに形質転換した。serB遺伝子を含むプラスミドクローンを制限酵素切断及びDNA配列決定により同定した。得られたプラスミドをpUC18−serBACと命名した。
実施例8
glyA遺伝子のプラスミドpUC18−serBACへのクローニング
大腸菌MG1655glyA遺伝子を、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を用いて増幅し、その後、pUC18−serBACプラスミドにクローニングした。
PCRプライマーglyA−下流は、その5’末端に6つのランダムに選択されたヌクレオチドを有し、その後に制限エンドヌクレアーゼBgIII(AGATCT)の認識配列が続く。ヌクレオチド13〜35は、大腸菌MG1655ゲノム中の位置2682063番目から2682085番目まで結合する。
PCRプライマーglyA−上流は、その5’末端にランダムに選択されたヌクレオチドを有し、その後に制限エンドヌクレアーゼNotI(GCGGCCGC)の認識配列が続く。ヌクレオチド15〜33は、大腸菌MG1655ゲノム中の位置2683762番目から2683744番目まで結合する。
Figure 2015508647
glyA遺伝子を、glyA−下流及びglyA−上流プライマー並びにPhusion DNAポリメラーゼ(Finnzymes Oy、エスポー、フィンランド)を用いてポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって増幅させた。大腸菌MG1655のゲノムDNAは鋳型としての役割を果たす。得られたDNA断片のサイズは1726bpであった。
これをBgIII及びNotI制限エンドヌクレアーゼによって切断し、QIAクイックPCR精製キット(キアゲン、ヒルデン、独国)を用いて精製した。pUC18−serBACプラスミドも同様にBgIII及びNotI制限エンドヌクレアーゼによって切断し、QIAクイックPCR精製キット(キアゲン、ヒルデン、独国)を用いて精製した。次に、切断されたプラスミドをPCR産物と連結し、大腸菌DH5αに形質転換した。glyA遺伝子を含むプラスミドクローンを制限酵素切断及びDNA配列決定により同定した。得られたプラスミドをpUC18−serB-glyA−serACと命名した。
実施例9
遺伝子serB−glyA−serACのpUC18−serB−glyA−serACからpCC1−BACまでのクローニング
pUC18−serB−glyA−serACプラスミドをHindIII制限エンドヌクレアーゼにより切断し、DNA断片をアガロースゲル電気泳動により分画した。serB、glyA、serA及びserC遺伝子を含む5.9kbのDNA断片をゲルから単離した。断片を、予めHindIIIによって切断された、Epicentre社(マディソン、米国)製のプラスミドpCC1 BAC Cloning−Readyベクター(Hind III)と連結し、大腸菌EPI300に形質転換した。serB、glyA、serA及びserCのDNA断片を含むプラスミドクローンを制限酵素切断及びDNA配列決定により同定した。得られた産生プラスミドをpCC3と命名した。
実施例10
産生プラスミドpME−RDL2aのクローニング
pME−RDL2a産生プラスミドのクローニングを、欧州特許出願第11151526.8号に記載されるように行った。これは、大腸菌cysE遺伝子、大腸菌thrA及びmetA遺伝子のフィードバック耐性対立遺伝子並びにサッカロミセスセレビシエチオ硫酸硫黄トランスフェラーゼRDL2pをコードするRDL2a遺伝子を含む。また、ストレプトマイシン耐性遺伝子を含む。
実施例11
菌株ECM1及びECM1 spoT1849の産生プラスミドによる形質転換
菌株ECM1及びECM1_spoT1849を、実施例9の産生ベクターpCC3により形質転換し、この形質転換株を20mg/lのクロラムフェニコールを用いて選択した。細胞を次いで実施例10のプラスミドpME−RDL2aで形質転換し、得られた形質転換株を20mg/lのクロラムフェニコール+100mg/lのストレプトマイシンを用いて選択した。得られた株をECM1/pCC3/pME−RDL2a及びECM1_spoT1849/pCC3/pME−RDL2aと命名した。
実施例12
シェーカーフラスコ実験でのパフォーマンス分析
大腸菌L−メチオニン生産株の性能を100mlの三角フラスコで生産試験により評価した。100μlの細胞培養物で接種された10mlの前培養培地(2.5g/lのグルコースを含有する10%LB培地及び90%PC1最小培地)の各場合における前培養物を、37℃で10時間増殖させた。次にこれらを使用して、それぞれの場合に10mlのPC1最小培地(表1)を、0.2のOD600nm(エッペンドルフバイオ光度計;エッペンドルフAG、ハンブルグ、独国)まで接種し、この培養物を37℃で24時間増殖させた。細胞外L−メチオニン濃度は、アミノ酸分析装置(Sykam社、Eresing、独国)を使用するニンヒドリン検出によるポストカラム誘導体化とイオン交換クロマトグラフィによって測定した。細胞外グルコース濃度を、YSI2700セレクトグルコースアナライザー(YSIライフサイエンス、イエロースプリングス、オハイオ州、米国)を用いて測定した。結果を表2に示す。24時間後に、グルコースは両方の培養物中で完全に使い切られた。ECM1_spoT1849/pCC3/pME−RDL2aの培養物上清中のメチオニン濃度は、1.56g/lで、比較の菌株(1.01g/l)よりも明らかに高かった。従って、変異Gly174、Leu529の導入及びAsp84とMet85との間の挿入によるppGppアーゼをコードする遺伝子の改変は、出発株を10.1%(グルコース1グラム当たりのメチオニンのグラム)から15.6%まで上回るメチオニンの収量の増加をもたらした。
Figure 2015508647
Figure 2015508647
上記明細書及び特許請求の範囲内に開示された本発明の特徴は、両方とも個別に及び任意の組み合わせで、その様々な実施態様において本発明を実施するために必須である。

Claims (19)

  1. その野生型に対して低下したppGppアーゼ活性を有し且つ好ましくは必須アミノ酸、更に好ましくはセリン由来の必須アミノ酸、最も好ましくはメチオニン又はトリプトファンを過剰生産するように、その野生型に対して遺伝的に改変された細胞。
  2. 細胞がその野生型に対して実質的に変化していない(p)ppGpp−シンテターゼ活性を有する、請求項1に記載の細胞。
  3. 前記細胞が、アミノ酸配列の配列番号2、配列番号4及び配列番号6を含む群から選択される少なくとも1つのppGppアーゼ、さらにはその変異体、好ましくは配列番号2又はその変異体の、その野生型に対して、低下した活性を有するように、その野生型に対して遺伝的に改変された、請求項1又は2に記載の細胞。
  4. アミノ酸配列の配列番号2、配列番号4及び配列番号6、さらにはその変異体、好ましくは配列番号2又はその変異体を含む群からの少なくとも1つのppGppアーゼの活性が、以下の改変:
    a)Gly174又はそれと相同のアミノ酸は、異なるアミノ酸によって、好ましくは非保存的に置換された、
    b)Leu529又はそれと相同のアミノ酸は、異なるアミノ酸によって、好ましくは非保存的に置換された、
    c)少なくとも1つのアミノ酸、好ましくは少なくとも2つのアミノ酸、好ましくはHis及びAsnの挿入は、Asp84とMet85又はそれと相同のアミノ酸の間に存在する、
    のうち少なくとも1つを有し、
    好ましくは3つ全ての突然変異が存在する
    前記ppGppアーゼの結果として低下する、請求項3に記載の細胞。
  5. ppGppアーゼがアミノ酸Gln9、Thr13、Tyr63、Arg109、Gln225、Cys245、Val248、Asn268、Ser270、Met280、His344、Pro436、Asn501、Gln505、His543、Ala546、Ser547、Ile548、His555、Gly556、His557、Pro559、Lys619、Thr621、Ala622、Thr627、Thr651、Ala669、Ala675、Thr698での置換、好ましくは非保存性置換、並びにGlu343及びHis344又はそれぞれの場合にそれと相同のアミノ酸の間の挿入を含む群からの少なくとも1つの改変を更に有する、請求項4に記載の細胞。
  6. ppGppアーゼが以下の置換又はその置換されるアミノ酸と相同のアミノ酸の同じアミノ酸による置換:
    1.)Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはLeuによるGln9の置換、
    2.)Lys、Arg、His、Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはArg又はAsnによるThr13の置換、
    3.)Lys、Arg及びHisからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはHisによるTyr63の置換、
    4.)Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるArg109の置換、
    5.)Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはThrによるGln225の置換、
    6.)Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはLeuによるCys245の置換、
    7.)Lys、Arg及びHisからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはHisによるVal248の置換、
    8.)Lys、Arg及びHisからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはL−His又はLysによるAsn268の置換、
    9.)Ala、Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAla又はValによるSer270の置換、
    10.)Ser、Thr及びAlaからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAlaによるMet280の置換、
    11.)アミノ酸Glu343とHis344との間のアミノ酸Lys及びGluの挿入、
    12.)Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるHis344の置換、
    13.)Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはSerによるPro436の置換、
    14.)Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはL−アラニンによるAsn501の置換、
    15.)Pro、Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはPro又はAlaによるGln505の置換、
    16.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるHis543の置換、
    17.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるAla546の置換、
    18.)Ala、Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAla又はValによるSer547の置換、
    19.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAsnによるIle548の置換、
    20.)Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはValによるHis555の置換、
    21.)Lys、Arg及びHis、好ましくはArgによる位置556でのグリシンの置換、
    22.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるHis557の置換、
    23.)Ser、Ala及びThrからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAlaによるPro559の置換、
    24.)Asn及びGlnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGlnによるLys619の置換、
    25.)Leu、Ile及びValからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはIleによるThr621の置換、
    26.)Glu及びAspからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAspによるAla622の置換、
    27.)Ala及びGlyからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAlaによるThr627の置換、
    28.)Glu及びAspからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはGluによるThr651の置換、
    29.)ThrによるAla669及び/又はAla675の置換、
    30.)Gln及びAsnからなる群から選択されるアミノ酸、好ましくはAsnによるThr698の置換、
    を有する群からの少なくとも1つの改変を有する、請求項4又は5に記載の細胞。
  7. 細胞が、その野生型に対して、以下の酵素:
    1.)チオ硫酸/硫酸トランスポートシステムCysPUWA(EC3.6.3.25)、
    2.)3’−ホスホアデノシン5’−ホスホ硫酸レダクターゼCysH(EC1.8.4.8)、
    3.)亜硫酸レダクターゼCysJI(EC1.8.1.2)、
    4.)システインシンターゼA CysK(EC2.5.1.47)、
    5.)システインシンターゼB CysM(EC2.5.1.47)、
    6.)セリンアセチルトランスフェラーゼCysE(EC2.3.1.30)、
    7.)グリシン開裂系GcvTHP−Lpd(EC2.1.2.10、EC1.4.4.2、EC1.8.1.4)、
    8.)リポイルシンターゼLipA(EC2.8.1.8)、
    9.)リポイル−タンパク質リガーゼLipB(EC2.3.1.181)、
    10.)ホスホグリセリン酸デヒドロゲナーゼSerA(EC1.1.1.95)、
    11.)3−ホスホセリンホスファターゼSerB(EC3.1.3.3)、
    12.)3−ホスホセリン/ホスホヒドロキシトレオニンアミノトランスフェラーゼSerC(EC.2.6.1.52)、
    13.)セリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼGlyA(EC2.1.2.1)、
    14.)アスパルトキナーゼI及びホモセリンデヒドロゲナーゼI ThrA(EC2.7.2.4、EC1.1.1.3)、
    15.)アスパラギン酸キナーゼLysC(EC2.7.2.4)、
    16.)ホモセリンデヒドロゲナーゼHom(EC1.1.1.3)、
    17.)ホモセリンO−アセチルトランスフェラーゼMetX(EC2.3.1.31)、
    18.)ホモセリンO−スクシニルトランスフェラーゼMetA(EC2.3.1.46)、
    19.)シスタチオニンガンマ−シンターゼMetB(EC2.5.1.48)、
    20.)βC−SリアーゼAecD(EC4.4.1.8、ベータ−リアーゼとも呼ばれる)、
    21.)シスタチオニンベータ−リアーゼMetC(EC4.4.1.8)、
    22.)B12−非依存性ホモシステインS−メチルトランスフェラーゼMetE(EC2.1.1.14)、
    23.)B12−依存性ホモシステインS−メチルトランスフェラーゼMetH(EC2.1.1.13)、
    24.)メチレンテトラヒドロ葉酸還元酵素MetF(EC1.5.1.20)、
    25.)コリネバクテリウムグルタミクム(Corynebacterium glutamicum)由来のL−メチオニンエキスポーターBrnFE、
    26.)大腸菌(Echerichia coli)由来のバリンエキスポーターYgaZH(b2682、b2683)、
    27.)大腸菌由来の推定トランスポーターYjeH(b4141)、
    28.)ピリジンヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼPntAB(EC1.6.1.2)、
    29.)O−スクシニルホモセリンスルフヒドリラーゼMetZ(EC2.5.1.48)、
    30.)ホスホエノールピルビン酸カルボキシキラーゼPyc(EC4.1.1.31)、
    31.)チオ硫酸硫黄トランスフェラーゼRDL2p(EC2.8.1.1)、
    32.)チオ硫酸−チオール硫黄トランスフェラーゼ(EC2.8.1.3)、
    33.)チオ硫酸−ジチオール硫黄トランスフェラーゼ(EC2.8.1.5)、
    その構成要素又は前記酵素の変異体又はその構成要素のいずれかをコードする少なくとも1つの核酸配列又はその変異体を過剰発現するように、その野生型に対して遺伝的に改変された、請求項1から6までのいずれか1項に記載の細胞。
  8. 細胞が、以下の酵素:
    1.)L−メチオニン生合成の転写調節因子(MetJ)(b3938、ECK3930)、
    2.)グルコース−6−ホスフェートイソメラーゼ(Pgi、EC5.3.1.9)(b4025、ECK4017)、
    3.)ホモセリンキナーゼ(ThrB、EC2.7.1.39)(b0003、ECK0003)、
    4.)S−アデノシルメチオニンシンターゼ(MetK、EC2.5.1.6)(b2942、ECK2937)、
    5.)ジヒドロジピコリネートシンターゼ(DapA、EC4.2.1.52)(b2478、ECK2474)、
    6.)ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ(Pck、EC4.1.1.49)(b3403、ECK3390)、
    7.)ホルミルテトラヒドロフォレートヒドロラーゼ(PurU、EC3.5.1.10)(b1232、ECK1227)、
    8.)ピルビン酸キナーゼII(PykA、EC2.7.1.40)(b1854、ECK1855)、
    9.)ピルビン酸キナーゼI(PykF、EC2.7.1.40)(b1676、ECK1672)、
    10.)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニット(b0197、ECK0197)、
    11.)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニット(b0198、ECK0198)、
    12.)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニット(b0199、ECK0199)、
    13.)デオキシシチジン5’−トリホスフェートデアミナーゼ(Dcd,EC3.5.4.13)(b2065、ECK2059)、
    14.)推定N−アシルトランスフェラーゼ(YncA)、
    15.)調節sRNA FnrS、
    16.)シグマ因子RpoS、
    その構成要素又は前記酵素の変異体又はその構成要素のいずれかをコードする少なくとも1つの核酸配列又はその変異体を、その野生型に対して、低減された規模で発現するように、その野生型に対して遺伝的に改変された、請求項1から7までのいずれか1項に記載の細胞。
  9. 細胞が、以下の酵素:
    1.)アントラニル酸シンターゼ(trpDE、EC4.1.3.27)、アントラニル酸ホスホリボシル−トランスフェラーゼ(trpD、EC2.4.2.18)、ホスホリボシルアントラニル酸イソメラーゼ(trpC、EC5.3.1.24)、インドール−3−グリセロール−リン酸シンターゼ(trpC、EC4.1.1.48)及びトリプトファンシンターゼ(trpAB、EC4.1.2.8及び4.2.1.122)、
    2.)ホスホグリセリン酸デヒドロゲナーゼSerA(EC1.1.1.95)、
    3.)3−ホスホセリンホスファターゼSerB(EC3.1.3.3)、
    4.)3−ホスホセリン/ホスホヒドロキシトレオニンアミノトランスフェラーゼSerC(EC2.6.1.52)、
    5.)L−チロシン感受性DHAPシンターゼ(aroF、EC2.5.1.54)、
    6.)L−フェニルアラニンフィードバック耐性DHAPシンターゼ(aroG、EC2.5.1.54)、
    7.)L−トリプトファン感受性DHAPシンターゼ(aroH、EC2.5.1.54)、
    8.)ホスホエノールピルビン酸シンターゼppsA(EC2.7.9.2)、
    9.)ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼpck(EC4.1.1.49)、
    10.)トランスケトラーゼA tktA(EC2.2.1.1)、
    11.)トランスケトラーゼB tktB(EC2.2.1.1)、
    12.)大腸菌のオープンリーディングフレーム(ORF)yddGの遺伝子産物、
    その構成要素又は前記酵素の変異体又はその構成要素のいずれかをコードする少なくとも1つの核酸配列又はその変異体を、その野生型に対して、過剰発現するように、その野生型に対して遺伝的に改変された、請求項1から6までのいずれか1項に記載の細胞。
  10. 細胞が、以下の酵素:
    1.)トリプトファナーゼ(tnaA、EC4.1.99.1)、
    2.)trpオペロンのリプレッサー(trpR)、
    3.)コリスミ酸ムターゼT又はプレフェン酸デヒドロゲナーゼ(tyrA、EC1.3.1.12)、
    4.)コリスミ酸ムターゼP又はプレフェン酸デヒドロゲナーゼ(pheA、EC4.2.1.51)、
    5.)トリプトファン特異的輸送タンパク質(mtr)、
    6.)トリプトファンパーミアーゼ(tnaB)、
    7.)芳香族アミノ酸のトランスポーター(aroP)、
    8.)L−セリンデアミナーゼ(sdaA、EC4.3.1.17)、
    9.)グルコース−6−ホスフェートイソメラーゼ(pgi、EC5.3.1.9)、
    10.)チロシンアミノトランスフェラーゼ(thrB)、
    11.)glpレギュロンのリプレッサー(glpR)、
    12.)シグマ因子RpoS(rpoS)、
    その構成要素又は前記酵素の変異体又はその構成要素のいずれかをコードする少なくとも1つの核酸配列又はその変異体を、その野生型に対して、低減された規模で発現するように、その野生型に対して遺伝的に改変された、請求項1から6までのいずれか1項に記載の細胞。
  11. 細胞が、必須アミノ酸、更に一層好ましくはセリン由来の必須アミノ酸、最も好ましくはメチオニン又はトリプトファンを過剰生産するための細胞である、請求項1から10までのいずれか1項に記載の細胞。
  12. 請求項1から11までのいずれか1項に記載の細胞を含む飼料添加剤。
  13. 必須アミノ酸、更に好ましくはセリン由来の必須アミノ酸、最も好ましくはメチオニン又はトリプトファンを過剰生産する細胞の製造方法であって、ppGppアーゼをコードするノックアウト遺伝子を有する細胞、好ましくはその野生型に対して低下した(p)ppGpp−シンテターゼ活性を有していない細胞を製造すること、その際、前記ppGppアーゼが好ましくはアミノ酸配列番号2、配列番号4及び配列番号6、さらにはその変異体を含む群から選択され、更に一層好ましくは配列番号2である、及び前記細胞を培養すること、任意にアミノ酸を精製することを含む、前記製造方法。
  14. セリン由来の必須アミノ酸の製造方法であって、
    a.)請求項1から11までのいずれか1項に記載の細胞を培養する工程、
    b.)任意にアミノ酸を精製する工程
    を含む、前記製造方法。
  15. 請求項1から11までのいずれか1項に記載の細胞を使用し且つメチオニンの製造方法である、請求項14に記載の方法。
  16. 請求項1から7までのいずれか1項又は請求項10及び請求項11に記載の細胞を使用し且つ芳香族アミノ酸、好ましくはトリプトファンの製造方法である、請求項14に記載の方法。
  17. 微生物を回分プロセス、流加プロセス、反復流加プロセス又は連続プロセスで培養する、請求項13から16までのいずれか1項に記載の方法。
  18. 細胞が腸内細菌科(Enterobacteriaceae)の属由来の細菌細胞である、請求項1から12までのいずれか1項に記載の細胞/飼料添加剤又は請求項13から17までのいずれか1項に記載の方法。
  19. 細胞がエシェリキア(Escherichia)、エルウィニア(Erwinia)、プロビデンシア(Providencia)及びセラチア(Serratia)を含む属の群から選択され、細胞は好ましくはエシェリキア属由来の細胞、更に一層好ましくは大腸菌である、請求項1から12までのいずれか1項に記載の細胞/飼料添加剤又は請求項13から18までのいずれか1項に記載の方法。
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