JP2017055702A - Recombinant cell, method for producing recombinant cell, and method for producing shyobunol - Google Patents

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加奈 福西
Kana Fukunishi
加奈 福西
古谷 昌弘
Masahiro Furuya
昌弘 古谷
一史 川端
Kazufumi Kawabata
一史 川端
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for producing shyobunol from syngas and methanol using recombinant cells.SOLUTION: The present invention provides a recombinant cell having the ability of synthesizing farnesyl diphosphate, the cell comprising a gene encoding a shyobunol synthase or a functional fragment thereof, expressing the gene, and capable of producing shyobunol from at least one C1 compound selected from carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol. The present invention also provides a recombinant cell having (i) the ability of synthesizing isopentenyl diphosphate by a non-mevalonate pathway or (ii) function of synthesizing acetyl CoA from methyl tetrahydrofolic acid, carbon monoxide, and CoA and capable of producing shyobunol from at least one C1 compound selected from carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol. The present invention further provides a method for producing shyobunol, where the recombinant cell is a syngas-utilizing bacterium or a methylotroph and the recombinant cell is allowed to produce shyobunol from the C1 compound.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、組換え細胞、組換え細胞の製造方法、並びに、ショウブノールの生産方法に関する。   The present invention relates to a recombinant cell, a method for producing the recombinant cell, and a method for producing shobunol.

セスキテルペンは、イソペンテニル二リン酸(IPP)が3分子縮合したファルネシル二リン酸(FPP)を生合成前駆体とする、炭素15個を持つイソプレン則に従う化合物の総称である。セスキテルペンは、現在3000種類以上のものが知られている。セスキテルペンはバラや柑橘類のような芳香を持ち、香水などにも多用されている。また、生理活性物質としても作用し、医薬品にも用いられている。   Sesquiterpene is a generic name for compounds that follow the isoprene rule with 15 carbons, using farnesyl diphosphate (FPP) in which three molecules of isopentenyl diphosphate (IPP) are condensed as biosynthetic precursors. Currently, over 3000 types of sesquiterpenes are known. Sesquiterpenes have a fragrance like roses and citrus fruits, and are often used in perfumes. It also acts as a physiologically active substance and is used in pharmaceuticals.

セスキテルペンの一種であるショウブノール(Shyobunol)は、香料、化粧品、医薬品およびその中間体、樹脂原料として有用である。   Shyobunol, a kind of sesquiterpene, is useful as a fragrance, a cosmetic, a pharmaceutical product and an intermediate thereof, and a resin raw material.

ショウブノールの生合成経路としては、以下の経路が考えられる、まず、ゲラニル二リン酸(GPP)合成酵素の作用によって、イソペンテニル二リン酸(IPP)からゲラニル二リン酸(GPP)が生合成される。続いて、ファルネシル二リン酸(FPP)合成酵素の作用により、ゲラニル二リン酸(GPP)からファルネシル二リン酸(FPP)が生合成される。そして、ショウブノール合成酵素の作用によってファルネシル二リン酸(FPP)からショウブノールが生合成される。ただし、現在のところショウブノール合成酵素はまだ同定されていない。   The following pathways can be considered as the biosynthesis pathway of shobunol. First, geranyl diphosphate (GPP) is biosynthesized from isopentenyl diphosphate (IPP) by the action of geranyl diphosphate (GPP) synthase. Is done. Subsequently, farnesyl diphosphate (FPP) is biosynthesized from geranyl diphosphate (GPP) by the action of farnesyl diphosphate (FPP) synthase. Then, shobunol is biosynthesized from farnesyl diphosphate (FPP) by the action of shovenol synthase. However, at present, the shovenol synthase has not yet been identified.

合成ガス(Synthesis gas, Syngas)は、廃棄物、天然ガス、及び石炭から高温・高圧下で金属触媒の作用によって効率よく得られる、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素を主成分とする混合ガスである。合成ガスを起点とする金属触媒によるC1ケミストリーの分野では、メタノール、ギ酸、ホルムアルデヒド等の液状の化学品を安価かつ大量に生産するプロセスが開発されている。   Synthesis gas (Syngas) is a mixed gas composed mainly of carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen, which is efficiently obtained from waste, natural gas, and coal by the action of a metal catalyst at high temperature and high pressure. It is. In the field of C1 chemistry using a metal catalyst starting from synthesis gas, a process has been developed for producing liquid chemicals such as methanol, formic acid and formaldehyde at low cost and in large quantities.

そして、一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素は、廃棄物由来の合成ガスや工場排ガス、天然ガス、または石炭由来の合成ガスに含まれており、ほぼ永久的に利用可能である。しかしながら、合成ガスをはじめとするC1炭素源とした、微生物による化学品生産の例は、極めて少ないのが現状である。現在のところ、開発が進んでいるのは、合成ガスからのエタノール、2,3−ブタンジオール等の生産のみである。特に、組換え体による合成ガス資化性物の利用に関する報告は少ない。特許文献1には、大腸菌の組換え体によるイソプロパノールの生産技術が開示されている。この技術では、大腸菌に複数のCO代謝酵素遺伝子を導入して合成ガス資化能を付与し、合成ガスからイソプロパノールを生産している。特許文献2には、合成ガス資化性微生物から作製した組換え細胞を用いてイソプレンを生産する技術が記載されている。しかし、いずれの技術もショウブノールを生産するものではない。   Carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen are contained in synthesis gas derived from waste, factory exhaust gas, natural gas, or coal-derived synthesis gas, and can be used almost permanently. However, there are very few examples of chemical production by microorganisms using C1 carbon sources such as synthesis gas. At present, development is progressing only in the production of ethanol, 2,3-butanediol and the like from synthesis gas. In particular, there are few reports on the use of synthetic gas assimilation materials by recombinants. Patent Document 1 discloses a technique for producing isopropanol using a recombinant Escherichia coli. In this technique, a plurality of CO metabolizing enzyme genes are introduced into Escherichia coli to impart syngas assimilation ability, and isopropanol is produced from syngas. Patent Document 2 describes a technique for producing isoprene using a recombinant cell produced from a synthesis gas assimilating microorganism. However, neither technology produces shobunol.

また、C1化合物の中でも、メタノールは、天然ガス、及びバイオマスや都市ゴミ等の廃棄物から得られる一酸化炭素、二酸化炭素、及び水素の混合ガスである合成ガス等から安価に製造される。メタノールは、水に可溶であること等、取り扱いや貯蔵が容易である上、微生物培養の炭素源としても適している。   Among the C1 compounds, methanol is produced at low cost from natural gas and synthesis gas that is a mixed gas of carbon monoxide, carbon dioxide, and hydrogen obtained from waste such as biomass and municipal waste. Methanol is easy to handle and store, such as being soluble in water, and is also suitable as a carbon source for microbial culture.

メチロトローフ(Methylotroph)とは、分子内にC−C結合を有さない炭素化合物、例えばメタン、メタノール、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン等を唯一の炭素源、エネルギー源として利用するC1化合物資化性微生物の総称名である。メサノトローフ(Methanotroph)、メタン酸化細菌、メタノール資化性細菌、メタノール資化性酵母、メタノール資化性微生物等と呼ばれる微生物は、全てメチロトローフに属するものである。   Methylotroph is a carbon compound that does not have a C—C bond in the molecule, such as methane, methanol, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, etc., as the sole carbon source and energy source. It is a generic name for microorganisms. Microorganisms called methanotroph, methane oxidizing bacteria, methanol-assimilating bacteria, methanol-assimilating yeast, methanol-assimilating microorganisms, etc. all belong to methylotrophs.

メチロトローフは、メタノールをホルムアルデヒドに変換後、ホルムアルデヒドをC−C結合を有する有機物に変換する反応を中心代謝とする。ホルムアルデヒドを介した炭素同化代謝経路として、セリン経路、リブロースモノリン酸経路(RuMP経路)、及びキシルロースモノリン酸経路(XuMP経路)が知られている。細菌に分類されるメチロトローフ(メチロトローフ細菌)は、セリン回路又はRuMP経路を保有している。一方、酵母に分類されるメチロトローフ(メチロトローフ酵母)は、XuMP経路を保有している。   A methylotroph uses, as a central metabolism, a reaction in which methanol is converted into formaldehyde and then formaldehyde is converted into an organic substance having a C—C bond. Serine pathway, ribulose monophosphate pathway (RuMP pathway), and xylulose monophosphate pathway (XuMP pathway) are known as carbon assimilation metabolic pathways via formaldehyde. Methylotrophs classified as bacteria (methylotrophic bacteria) possess a serine cycle or RuMP pathway. On the other hand, methylotrophs (methylotrophic yeast) classified as yeast possess the XuMP pathway.

また、メチロトローフ細菌は、メタノール要求性の違いから、偏性メチロトローフ(obligate methylotroph)と、他の炭素化合物も利用できる通性メチロトローフ(facultative methylotroph)とに分類される。   Moreover, methylotrophic bacteria are classified into obligate methylotroph and facultative methylotroph that can use other carbon compounds because of the difference in methanol requirement.

特許文献3には、メチロトローフから作製した組換え細胞を用いてイソプレンを生産する技術が記載されている。しかし、この技術はショウブノールを生産するものではない。   Patent Document 3 describes a technique for producing isoprene using recombinant cells prepared from methylotrophs. However, this technique does not produce Shobunol.

特表2011−509691号公報Special table 2011-509691 gazette 国際公開第2014/065271号International Publication No. 2014/066511 国際公開第2014/104202号International Publication No. 2014/104202

上記現状に鑑み、本発明は、組換え細胞を用いて合成ガスやメタノールからショウブノールを生産することができる技術を提供することを目的とする。   In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a technique capable of producing shovenol from synthesis gas or methanol using recombinant cells.

本発明者らは、新たに単離されたショウブノール合成酵素をコードする遺伝子を利用した、組換え細胞を用いて合成ガスやメタノールからショウブノールを生産することができる技術を構築した。   The inventors of the present invention have constructed a technology that can produce shoubnol from synthesis gas or methanol using recombinant cells using a gene encoding a newly isolated shobnol synthase.

本発明の1つの様相は、ファルネシル二リン酸合成能を有する組換え細胞であって、ショウブノール合成酵素又はその機能的断片をコードする遺伝子を有し、当該遺伝子が発現し、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産可能である組換え細胞である。   One aspect of the present invention is a recombinant cell having the ability to synthesize farnesyl diphosphate, having a gene encoding a shovenol synthase or a functional fragment thereof, wherein the gene is expressed, carbon monoxide, A recombinant cell capable of producing shoubnol from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol.

ショウブノール合成酵素は、ファルネシル二リン酸(FPP)をショウブノールに変換する作用を有する。そして本様相の組換え細胞は、ファルネシル二リン酸合成能を有するものであり、ショウブノール合成酵素又はその機能的断片をコードする遺伝子を有し、当該遺伝子が発現する。そして、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産可能である。本様相の組換え細胞は、細胞内で合成されたファルネシル二リン酸を、ショウブノール合成酵素の作用によってショウブノールに変換することができる。すなわち、本様相の組換え細胞によれば、前記したC1化合物からショウブノールを生産することができる。   Shobunol synthase has the effect of converting farnesyl diphosphate (FPP) into shovenol. The recombinant cell of this aspect has the ability to synthesize farnesyl diphosphate, has a gene encoding a shovenol synthase or a functional fragment thereof, and the gene is expressed. Then, shobunol can be produced from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol. The recombinant cell of this aspect can convert farnesyl diphosphate synthesized in the cell into shobunol by the action of shobunol synthase. That is, according to the recombinant cell of this aspect, shobunol can be produced from the aforementioned C1 compound.

ショウブノール合成酵素の機能的断片とは、ショウブノール合成酵素の部分配列を有するポリペプチドであって、ショウブノール合成酵素の活性(ファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性)を有するものを指す。   The functional fragment of schovenol synthase refers to a polypeptide having a partial sequence of schovenol synthase, which has the activity of schovenol synthase (the activity of converting farnesyl diphosphate to shobunol). .

ショウブノール合成酵素の具体例としては、後述するベチバー(Vetiveria zizanioides)由来のショウブノール合成酵素が挙げられる。   As a specific example of the shobunol synthase, there is a shovenol synthase derived from vetiver zizanioides described later.

好ましくは、(i)非メバロン酸経路によるイソペンテニル二リン酸合成能、又は(ii)メチルテトラヒドロ葉酸、一酸化炭素、及びCoAからアセチルCoAを合成する機能、を有し、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産可能である。   Preferably, it has (i) the ability to synthesize isopentenyl diphosphate via a non-mevalonate pathway, or (ii) the function of synthesizing acetyl CoA from methyltetrahydrofolate, carbon monoxide, and CoA, and Shobunol can be produced from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon, formic acid, and methanol.

(i)又は(ii)の機能は、合成ガス資化性微生物が一般的に有しているものである。   The function (i) or (ii) is generally possessed by the synthesis gas assimilating microorganism.

好ましくは、一酸化炭素脱水素酵素を有するものである。   Preferably, it has carbon monoxide dehydrogenase.

好ましくは、一酸化炭素と水から二酸化炭素及び水素を発生する活性を有するものである。   Preferably, it has the activity to generate carbon dioxide and hydrogen from carbon monoxide and water.

好ましくは、Clostridium属細菌又はMoorella属細菌である。   Preferably, it is Clostridium bacteria or Moorella bacteria.

好ましくは、メタン、メタノール、メチルアミン、ギ酸、ホルムアルデヒド、及びホルムアミドからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生合成できるメチロトローフである。   Preferably, it is a methylotroph that can biosynthesize shoubnol from at least one C1 compound selected from the group consisting of methane, methanol, methylamine, formic acid, formaldehyde, and formamide.

本様相は、組換え細胞がメチロトローフである態様に相当する。   This aspect corresponds to an embodiment in which the recombinant cell is a methylotroph.

好ましくは、ホルムアルデヒドの固定化経路として、セリン経路、リブロースモノリン酸経路、及びキシルロースモノリン酸経路からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1炭素同化経路を有する。   Preferably, the formaldehyde immobilization pathway has at least one C1 carbon assimilation pathway selected from the group consisting of serine pathway, ribulose monophosphate pathway, and xylulose monophosphate pathway.

好ましくは、3−ヘキスロース6リン酸合成酵素をコードする遺伝子と、6−ホスホ−3−ヘキスロイソメラーゼをコードする遺伝子とをさらに有し、当該遺伝子が発現する。   Preferably, it further has a gene encoding 3-hexulose 6-phosphate synthase and a gene encoding 6-phospho-3-hexoisomerase, and the gene is expressed.

かかる構成により、リブロースモノリン酸経路によるホルムアルデヒド固定化能が付与又は増強される。   With this configuration, formaldehyde immobilization ability by the ribulose monophosphate pathway is imparted or enhanced.

好ましくは、Pichia属、Hansenula属、又はCandida属に属するものである。   Preferably, it belongs to the genus Pichia, Hansenula, or Candida.

好ましくは、前記ショウブノール合成酵素は、下記(a)、(b)又は(c)であるタンパク質からなるものである。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質、
(c)配列番号2で表されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質。
Preferably, the said shobunol synthetase consists of protein which is the following (a), (b) or (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having an activity of converting farnesyl diphosphate into shovenol,
(C) a protein having an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having an activity of converting farnesyl diphosphate into shobunol.

(a)のタンパク質は、ベチバー由来のショウブノール合成酵素である。   The protein (a) is a schivenol synthase derived from vetiver.

好ましくは、ファルネシル二リン酸の合成経路で作用する少なくとも1つの酵素をコードする遺伝子をさらに有し、当該遺伝子が発現する。   Preferably, it further has a gene encoding at least one enzyme that acts in the farnesyl diphosphate synthesis pathway, and the gene is expressed.

好ましくは、ファルネシル二リン酸の合成経路は、メバロン酸経路を含む。   Preferably, the farnesyl diphosphate synthesis pathway comprises the mevalonate pathway.

好ましくは、メバロン酸経路は、放線菌のメバロン酸経路である。   Preferably, the mevalonate pathway is an actinomycete mevalonate pathway.

本発明の他の様相は、組換え細胞の製造方法であって、ファルネシル二リン酸合成能を有する宿主細胞を提供する第1工程、及び、前記宿主細胞にショウブノール合成酵素又はその機能的断片をコードする遺伝子を導入する第2工程、を包含し、前記遺伝子が前記宿主細胞内で発現し、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産する組換え細胞を製造する組換え細胞の製造方法である。   Another aspect of the present invention is a method for producing a recombinant cell, the first step of providing a host cell having the ability to synthesize farnesyl diphosphate, and a Shobunol synthase or a functional fragment thereof to the host cell. At least one C1 selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol, wherein the gene is expressed in the host cell. A method for producing a recombinant cell, wherein a recombinant cell producing shoubnol from a compound is produced.

本様相は組換え細胞の製造方法に係るものである。本様相の組換え細胞の製造方法は、ファルネシル二リン酸合成能を有する宿主細胞を提供する第1工程と、前記宿主細胞にショウブノール合成酵素又はその機能的断片をコードする遺伝子を導入する第2工程とを包含する。そして、第2工程で導入した遺伝子が宿主細胞内で発現し、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産する組換え細胞、を製造する。本様相によれば、前記したC1化合物からショウブノールを生産する組換え細胞を製造することができる。   This aspect relates to a method for producing a recombinant cell. The method for producing a recombinant cell of this aspect comprises a first step of providing a host cell having a farnesyl diphosphate synthesizing ability, and a step of introducing a gene encoding a shovenol synthase or a functional fragment thereof into the host cell. 2 steps. Then, the gene introduced in the second step is expressed in the host cell, and recombination produces shobnol from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol. Cells. According to this aspect, a recombinant cell that produces shobunol from the above-described C1 compound can be produced.

好ましくは、前記宿主細胞は、(i)非メバロン酸経路によるイソペンテニル二リン酸合成能、又は(ii)メチルテトラヒドロ葉酸、一酸化炭素、及びCoAからアセチルCoAを合成する機能、を有し、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産する組換え細胞を製造する。   Preferably, the host cell has (i) the ability to synthesize isopentenyl diphosphate by a non-mevalonate pathway, or (ii) the function of synthesizing acetyl CoA from methyltetrahydrofolate, carbon monoxide, and CoA. A recombinant cell producing shobnol is produced from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, and methanol.

好ましくは、前記組換え細胞は、一酸化炭素脱水素酵素を有するものである。   Preferably, the recombinant cell has carbon monoxide dehydrogenase.

好ましくは、前記組換え細胞は、一酸化炭素と水から二酸化炭素及び水素を発生する活性を有するものである。   Preferably, the recombinant cell has an activity to generate carbon dioxide and hydrogen from carbon monoxide and water.

好ましくは、前記組換え細胞は、Clostridium属細菌又はMoorella属細菌である。   Preferably, the recombinant cell is a Clostridium bacterium or a Moorella bacterium.

好ましくは、前記組換え細胞は、メタン、メタノール、メチルアミン、ギ酸、ホルムアルデヒド、及びホルムアミドからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生合成できるメチロトローフである。   Preferably, the recombinant cell is a methylotroph that can biosynthesize shovenol from at least one C1 compound selected from the group consisting of methane, methanol, methylamine, formic acid, formaldehyde, and formamide.

好ましくは、前記組換え細胞が、ホルムアルデヒドの固定化経路として、セリン経路、リブロースモノリン酸経路、及びキシルロースモノリン酸経路からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1炭素同化経路を有する。   Preferably, the recombinant cell has at least one C1 carbon assimilation pathway selected from the group consisting of a serine pathway, a ribulose monophosphate pathway, and a xylulose monophosphate pathway as a formaldehyde immobilization pathway.

好ましくは、3−ヘキスロース6リン酸合成酵素をコードする遺伝子と、6−ホスホ−3−ヘキスロイソメラーゼをコードする遺伝子とを宿主細胞に導入する工程をさらに包含し、当該遺伝子が前記宿主細胞内で発現する。   Preferably, the method further includes a step of introducing a gene encoding 3-hexulose 6-phosphate synthase and a gene encoding 6-phospho-3-hexoisomerase into the host cell. Expressed in

好ましくは、前記組換え細胞が、Pichia属、Hansenula属、又はCandida属に属するものである。   Preferably, the recombinant cell belongs to the genus Pichia, Hansenula, or Candida.

好ましくは、前記ショウブノール合成酵素は、下記(a)、(b)又は(c)であるタンパク質からなるものである。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質、
(c)配列番号2で表されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質。
Preferably, the said shobunol synthetase consists of protein which is the following (a), (b) or (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having an activity of converting farnesyl diphosphate into shovenol,
(C) a protein having an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having an activity of converting farnesyl diphosphate into shobunol.

好ましくは、ファルネシル二リン酸の合成経路で作用する少なくとも1つの酵素をコードする遺伝子を宿主細胞に導入する工程をさらに包含し、当該遺伝子が前記宿主細胞内で発現する。   Preferably, the method further includes the step of introducing into the host cell a gene encoding at least one enzyme that acts in the farnesyl diphosphate synthesis pathway, and the gene is expressed in the host cell.

好ましくは、ファルネシル二リン酸の合成経路は、メバロン酸経路を含む。   Preferably, the farnesyl diphosphate synthesis pathway comprises the mevalonate pathway.

好ましくは、メバロン酸経路は、放線菌のメバロン酸経路である。   Preferably, the mevalonate pathway is an actinomycete mevalonate pathway.

本発明の他の様相は、上記の組換え細胞又は上記の方法で製造された組換え細胞に、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を接触させ、当該組換え細胞に前記C1化合物からショウブノールを生産させるショウブノールの生産方法である。   Another aspect of the present invention provides the above recombinant cell or the recombinant cell produced by the above method with at least one C1 selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol. This is a method for producing shobunol, wherein a compound is brought into contact with the recombinant cell to produce shobunol from the C1 compound.

本様相はショウブノールの生産方法に係るものである。本様相では、上記した組換え細胞に、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を接触させ、当該C1化合物からショウブノールを生産させる。本様相によれば、合成ガスや、メタン、メタノールからショウブノールを生産することができる。   This aspect relates to a method for producing Shobunol. In this aspect, the above-described recombinant cell is contacted with at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol, and shobunol is produced from the C1 compound. According to this aspect, shobunol can be produced from synthesis gas, methane, and methanol.

好ましくは、前記組換え細胞を、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を炭素源として用いて培養し、その培養物からショウブノールを取得する。   Preferably, the recombinant cell is cultured using at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol as a carbon source, and Shobunol is obtained from the culture. get.

本発明によれば、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、又はメタノールからショウブノールを生産することができる。例えば、一酸化炭素や二酸化炭素を含む合成ガスや、メタノールから、組換え細胞を用いてショウブノールを生産することが可能となる。   According to the present invention, shobenol can be produced from carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, or methanol. For example, it becomes possible to produce shobunol from synthetic gas containing carbon monoxide and carbon dioxide, or methanol using recombinant cells.

ショウブノールの化学構造とファルネシル二リン酸からの生合成経路を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the biosynthetic pathway from the chemical structure of a shobunol and a farnesyl diphosphate. 実施例で用いたベチバー(Vetiveria zizanioides)の根と葉を表す写真である。It is the photograph showing the root and leaf of the vetiver (Vetiveria zizanioides) used in the Example. ガスクロマトグラフィーの結果を表すクロマトグラムである。It is a chromatogram showing the result of gas chromatography. 質量分析の結果を表すマススペクトルである。It is a mass spectrum showing the result of mass spectrometry.

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明において「遺伝子」という用語は、全て「核酸」あるいは「DNA」という用語に置き換えることができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the present invention, the term “gene” can be replaced by the term “nucleic acid” or “DNA”.

本発明では、ショウブノール合成酵素又はその機能的断片をコードする遺伝子を使用する。ショウブノール合成酵素の例としては、下記(a)、(b)又は(c)のタンパク質からなるショウブノール合成酵素が挙げられる。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質、
(c)配列番号2で表されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質。
In the present invention, a gene encoding a shovenol synthase or a functional fragment thereof is used. As an example of a shobunol synthetase, the shobunol synthetase which consists of the protein of following (a), (b) or (c) is mentioned.
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having an activity of converting farnesyl diphosphate into shovenol,
(C) a protein having an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having an activity of converting farnesyl diphosphate into shobunol.

配列番号1は、ベチバー(Vetiveria zizanioides)由来のショウブノール合成酵素をコードする遺伝子(cDNA)の塩基配列と、対応のアミノ酸配列である。配列番号2は配列番号1のアミノ酸配列のみを抜粋したものである。すなわち配列番号2は、ベチバー由来のショウブノール合成酵素のアミノ酸配列を表す。   SEQ ID NO: 1 is a base sequence of a gene (cDNA) encoding a shovenol synthase derived from vetiver (Vetiveria zizanioides) and a corresponding amino acid sequence. SEQ ID NO: 2 is an excerpt of only the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. That is, SEQ ID NO: 2 represents the amino acid sequence of schivenol synthase derived from vetiver.

本発明で用いるショウブノール合成酵素は、配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質を包含する。欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸の数は1〜20個であるが、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜10個、さらに好ましくは1〜5個である。   The shovenol synthase used in the present invention comprises an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, and farnesyl diphosphate is converted to shobunol. Includes proteins with activity to convert. The number of amino acids deleted, substituted or added is 1 to 20, preferably 1 to 15, more preferably 1 to 10, and still more preferably 1 to 5.

本発明で用いるショウブノール合成酵素は、配列番号2で表されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質を包含する。配列番号2で表されるアミノ酸配列との相同性は80%以上であるが、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上である。   The shovenol synthase used in the present invention is a protein having an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having an activity of converting farnesyl diphosphate into shovenol. Include. The homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 is 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and further preferably 95% or more.

本発明では、ショウブノール合成酵素の機能的断片をコードする遺伝子を用いることができる。前述のとおり、ショウブノール合成酵素の機能的断片とは、ショウブノール合成酵素の部分配列を有するポリペプチドであって、ショウブノール合成酵素の活性(ファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性)を有するものを指す。例えば、上記ショウブノール合成酵素の断片であって、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するポリペプチドは、ショウブノール合成酵素の機能的断片である。   In the present invention, a gene encoding a functional fragment of shovenol synthase can be used. As described above, a functional fragment of schovenol synthase is a polypeptide having a partial sequence of schovenol synthase, and the activity of schovenol synthase (activity to convert farnesyl diphosphate to shobnol). It refers to what you have. For example, a polypeptide of the above-mentioned schovenol synthase and having an activity of converting farnesyl diphosphate into schovenol is a functional fragment of schovenol synthase.

図1にショウブノールの化学構造とファルネシル二リン酸からの生合成経路を示す。本発明で用いるショウブノール合成酵素は、図1に示す反応を触媒する。   FIG. 1 shows the chemical structure of shobunol and the biosynthetic pathway from farnesyl diphosphate. The shovenol synthase used in the present invention catalyzes the reaction shown in FIG.

本発明は、ファルネシル二リン酸合成能を有する組換え細胞であって、ショウブノール合成酵素又はその機能的断片をコードする遺伝子を有し、当該遺伝子が発現し、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産可能である組換え細胞を包含する。
また本発明は、組換え細胞の製造方法であって、ファルネシル二リン酸合成能を有する宿主細胞を提供する第1工程、及び、前記宿主細胞にショウブノール合成酵素又はその機能的断片をコードする遺伝子を導入する第2工程、を包含し、前記遺伝子が前記宿主細胞内で発現し、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産する組換え細胞を製造する組換え細胞の製造方法を包含する。
The present invention is a recombinant cell having the ability to synthesize farnesyl diphosphate, has a gene encoding a shovenol synthase or a functional fragment thereof, and the gene is expressed, and carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid A recombinant cell capable of producing shovenol from at least one C1 compound selected from the group consisting of methane, and methanol.
The present invention also provides a method for producing a recombinant cell, the first step of providing a host cell having a farnesyl diphosphate synthesizing ability, and encoding the schovenol synthase or a functional fragment thereof in the host cell. A second step of introducing a gene, wherein the gene is expressed in the host cell and is expressed from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol. The present invention includes a method for producing a recombinant cell for producing a recombinant cell that produces anol.

宿主細胞に導入される上記遺伝子は、宿主細胞が本来有していない遺伝子、すなわち外因性の遺伝子であってもよいし、宿主細胞が本来有している遺伝子、すなわち内因性の遺伝子であってもよい。後者は所謂セルフクローニングに該当する。   The gene introduced into the host cell may be a gene that the host cell does not originally have, that is, an exogenous gene, or a gene that the host cell originally has, that is, an endogenous gene. Also good. The latter corresponds to so-called self-cloning.

1つの実施形態では、組換え細胞が、(i)非メバロン酸経路によるイソペンテニル二リン酸合成能、又は(ii)メチルテトラヒドロ葉酸、一酸化炭素、及びCoAからアセチルCoAを合成する機能、を有し、かつ一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産可能である。例えば、ショウブノール合成酵素遺伝子が導入される宿主細胞が(i)又は(ii)の機能を有する。(i)と(ii)の機能は、合成ガス資化性微生物が一般的に備えているものである。以下、この実施形態(第一実施形態)について詳述する。   In one embodiment, the recombinant cell has (i) the ability to synthesize isopentenyl diphosphate via a non-mevalonate pathway, or (ii) the ability to synthesize acetyl CoA from methyltetrahydrofolate, carbon monoxide, and CoA. And can produce shobunol from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, and methanol. For example, a host cell into which a Shobunol synthase gene is introduced has the function (i) or (ii). The functions (i) and (ii) are generally provided by the synthesis gas assimilating microorganism. Hereinafter, this embodiment (first embodiment) will be described in detail.

一般に、イソペンテニル二リン酸(IPP)の合成経路は、メバロン酸経路(MVA経路)と非メバロン酸経路(MEP経路)の2つに大別される。メバロン酸経路は真核生物が備えているものであり、アセチルCoAを出発物質としている。メバロン酸経路で作用する酵素としては、上流から順に、アセチルCoAアセチルトランスフェラーゼ、HMG−CoAシンターゼ、HMG−CoAレダクターゼ、メバロン酸キナーゼ、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼが挙げられる。   In general, the synthesis pathway of isopentenyl diphosphate (IPP) is roughly divided into two routes, the mevalonate pathway (MVA pathway) and the non-mevalonate pathway (MEP pathway). The mevalonate pathway is provided by eukaryotes and starts from acetyl CoA. Enzymes acting in the mevalonate pathway include, in order from the upstream, acetyl CoA acetyltransferase, HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase, mevalonate kinase, 5-phosphomevalonate kinase, diphosphomevalonate decarboxylase, isopentenyl diphosphate isomerase Is mentioned.

一方、非メバロン酸経路は原核生物や葉緑体・色素体が備えているものであり、グリセルアルデヒド3−リン酸(GAP)とピルビン酸を出発物質としている。非メバロン酸経路で作用する酵素としては、上流から順に、DOXPシンターゼ、DOXPレダクトイソメラーゼ、4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリトリトールシンターゼ、4−ジホスホヂチジル−2−C−メチル−D−エリトリトールキナーゼ、2−C−メチル−D−エリトリトール−2,4−シクロ二リン酸シンターゼ、HMB−PPシンターゼ、HMB−PPレダクターゼ、が挙げられる。   On the other hand, the non-mevalonic acid pathway is provided in prokaryotes, chloroplasts, and plastids, and starts from glyceraldehyde 3-phosphate (GAP) and pyruvic acid. The enzymes that act in the non-mevalonate pathway include DOXP synthase, DOXP reductoisomerase, 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol synthase, 4-diphosphoditidyl-2-C-methyl-D- in order from the upstream. Examples include erythritol kinase, 2-C-methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphate synthase, HMB-PP synthase, and HMB-PP reductase.

本実施形態で用いる組換え細胞は、さらに、一酸化炭素脱水素酵素(CODH)を有するものであることが好ましい。詳細には、主に一酸化炭素代謝、すなわち一酸化炭素脱水素酵素の働きにより、一酸化炭素と水から二酸化炭素とプロトンを発生する機能によって生育する細胞が好ましい。そのような細胞の例としては、アセチルCoA経路(Wood-Ljungdahl pathway)とメタノール経路(Methanol pathway)を有する嫌気性微生物が挙げられる。   It is preferable that the recombinant cell used in this embodiment further has carbon monoxide dehydrogenase (CODH). Specifically, a cell that grows mainly by carbon monoxide metabolism, that is, by the function of carbon monoxide dehydrogenase to generate carbon dioxide and protons from carbon monoxide and water is preferable. Examples of such cells include anaerobic microorganisms having an acetyl-CoA pathway (Wood-Ljungdahl pathway) and a methanol pathway.

当該嫌気性微生物として、Clostridium ljungdahlii、Clostridium autoethanogenumn、Clostridium carboxidivorans、Clostridium ragsdalei(Kopke M. et al., Appl. Environ. Microbiol. 2011, 77(15), 5467-5475)、Moorella thermoacetica(Clostridium thermoaceticumと同じ) (Pierce EG. Et al., Environ. Microbiol. 2008, 10, 2550-2573)等のClostridium属細菌又はMoorella属細菌が代表例として挙げられる。特に、Clostridium属細菌は、宿主−ベクター系や培養方法が確立しており、本発明における宿主細胞として好適である。
上記5種のClostridium属細菌又はMoorella属細菌は、合成ガス資化性微生物の代表例として知られている。
The anaerobic microorganisms include Clostridium ljungdahlii, Clostridium autoethanogenumn, Clostridium carboxidivorans, Clostridium ragsdalei (Kopke M. et al., Appl. Environ. Microbiol. 2011, 77 (15), 5467-5475), Moorella thermoacetica (same as Clostridium thermoacetic ) (Pierce EG. Et al., Environ. Microbiol. 2008, 10, 2550-2573) and the like, typical examples include Clostridium bacteria or Moorella bacteria. In particular, Clostridium bacteria have established host-vector systems and culture methods and are suitable as host cells in the present invention.
The above five kinds of Clostridium bacteria or Moorella bacteria are known as representative examples of syngas assimilating microorganisms.

Clostridium属細菌、Moorella属細菌以外では、Carboxydocella sporoducens sp. Nov. (Slepova TV. et al., Inter. J. Sys. Evol. Microbiol. 2006, 56, 797-800)、Rhodopseudomonas gelatinosa(Uffen RL, J. Bacteriol. 1983, 155(3), 956-965)、Eubacterium limosum (Roh H. et al., J. Bacteriol. 2011, 193(1), 307-308),Butyribacterium methylotrophicum (Lynd, LH. Et al., J. Bacteriol. 1983, 153(3), 1415-1423)等の細菌を宿主細胞として用いることができる。   Other than Clostridium and Moorella bacteria, Carboxydocella sporoducens sp. Nov. (Slepova TV. Et al., Inter. J. Sys. Evol. Microbiol. 2006, 56, 797-800), Rhodopseudomonas gelatinosa (Uffen RL, J Bacteriol. 1983, 155 (3), 956-965), Eubacterium limosum (Roh H. et al., J. Bacteriol. 2011, 193 (1), 307-308), Butyribacterium methylotrophicum (Lynd, LH. Et al. , J. Bacteriol. 1983, 153 (3), 1415-1423) can be used as host cells.

なお、上記した細菌の増殖及びCODH活性は全て酸素感受性であるが、酸素非感受性のCODHも知られている。例えば、Oligotropha carboxidovorans (Schubel, U. et al., J. Bacteriol., 1995, 2197-2203)、Bradyrhizobium japonicum (Lorite MJ. Et al., Appl. Environ. Microbiol., 2000, 66(5), 1871-1876)を始め、その他のバクテリア種には酸素非感受性のCODHが存在する(King GM et al., Appl. Environ. Microbiol. 2003, 69 (12), 7257-7265)。好気性水素酸化細菌であるRalsotonia属菌にも酸素非感受性のCODHが存在する (NCBI Gene ID: 4249199, 8019399)。
このように、CODHを有する細菌は広く存在しており、その中から本発明で用いる宿主細胞を適宜選択することができる。例えば、CO、CO/H2(COとH2を主成分とするガス)、もしくはCO/CO2/H2(COとCO2とH2を主成分とするガス)を唯一の炭素源かつエネルギー源とした選択培地を用い、嫌気、微好気、もしくは好気的条件で、宿主細胞として利用できるCODHを有する細菌を分離することができる。
The above-mentioned bacterial growth and CODH activity are all oxygen-sensitive, but oxygen-insensitive CODH is also known. For example, Oligotropha carboxidovorans (Schubel, U. et al., J. Bacteriol., 1995, 2197-2203), Bradyrhizobium japonicum (Lorite MJ. Et al., Appl. Environ. Microbiol., 2000, 66 (5), 1871 In other bacterial species, oxygen-insensitive CODH exists (King GM et al., Appl. Environ. Microbiol. 2003, 69 (12), 7257-7265). There is also oxygen-insensitive CODH in the genus Ralsotonia, which is an aerobic hydrogen-oxidizing bacterium (NCBI Gene ID: 4249199, 8019399).
As described above, bacteria having CODH exist widely, and a host cell used in the present invention can be appropriately selected from them. For example, CO, CO / H 2 (a gas containing CO and H 2 as main components), or CO / CO 2 / H 2 (a gas containing CO, CO 2 and H 2 as main components) is the only carbon source and Using a selective medium as an energy source, bacteria having CODH that can be used as host cells can be isolated under anaerobic, microaerobic, or aerobic conditions.

ショウブノール合成酵素をコードする遺伝子は、宿主細胞で転写されやすいコドンに改変したものであってもよい。例えば、宿主細胞がClostridium属細菌であれば、Clostridium属細菌のコドン使用頻度の情報を基に、導入する遺伝子のコドンを改変することができる。   The gene encoding the shovenol synthase may be modified to a codon that is easily transcribed in the host cell. For example, if the host cell is a Clostridium bacterium, the codon of the gene to be introduced can be modified based on the information on the codon usage of the Clostridium bacterium.

本発明の組換え細胞においては、ショウブノール合成酵素遺伝子に加えて、他の遺伝子がさらに導入されていてもよい。1つの態様では、ファルネシル二リン酸の合成経路で作用する少なくとも1つの酵素をコードする遺伝子がさらに導入されている。   In the recombinant cell of the present invention, other genes may be further introduced in addition to the shovenol synthase gene. In one embodiment, a gene encoding at least one enzyme that acts in the farnesyl diphosphate synthesis pathway is further introduced.

上述のように、ショウブノールの生合成経路としては、まずゲラニル二リン酸(GPP)合成酵素の作用によって、イソペンテニル二リン酸(IPP)からゲラニル二リン酸(GPP)が生合成される。続いて、ファルネシル二リン酸(FPP)合成酵素の作用により、ゲラニル二リン酸(GPP)からファルネシル二リン酸(FPP)が生合成される。そして、ショウブノール合成酵素の作用によってファルネシル二リン酸(FPP)からショウブノールが生合成される。したがって、ファルネシル二リン酸の合成経路で作用する酵素の例としては、GPP合成酵素とFPP合成酵素がまず挙げられる。   As described above, in the biosynthesis pathway of shobunol, geranyl diphosphate (GPP) is first biosynthesized from isopentenyl diphosphate (IPP) by the action of geranyl diphosphate (GPP) synthase. Subsequently, farnesyl diphosphate (FPP) is biosynthesized from geranyl diphosphate (GPP) by the action of farnesyl diphosphate (FPP) synthase. Then, shobunol is biosynthesized from farnesyl diphosphate (FPP) by the action of shovenol synthase. Accordingly, examples of enzymes that act in the farnesyl diphosphate synthesis pathway include GPP synthase and FPP synthase.

ファルネシル二リン酸の合成経路で作用する酵素の他の例としては、前述した、IPPの合成経路であるメバロン酸経路(MVA経路)又は非メバロン酸経路(MEP経路)で作用する各酵素が挙げられる。   Other examples of enzymes that act in the farnesyl diphosphate synthesis pathway include the aforementioned enzymes that act in the mevalonate pathway (MVA pathway) or non-mevalonate pathway (MEP pathway), which are the synthesis pathways of IPP. It is done.

1つの実施形態では、メバロン酸経路で作用する酵素群をコードする遺伝子がさらに導入され、メバロン酸経路によるIPP合成能をさらに有する。かかる構成によれば、メバロン酸経路と非メバロン酸経路の両方からIPPが合成されるので、IPP合成能が増強され、結果としてショウブノールの生合成がより効率的に行われる。   In one embodiment, a gene encoding an enzyme group that acts in the mevalonate pathway is further introduced, and further has an ability to synthesize IPP through the mevalonate pathway. According to such a configuration, since IPP is synthesized from both the mevalonate pathway and the non-mevalonate pathway, the ability to synthesize IPP is enhanced, and as a result, biosynthesis of shobunol is performed more efficiently.

上述したように、メバロン酸経路で作用する酵素群としては、アセチルCoAアセチルトランスフェラーゼ、HMG−CoAシンターゼ、HMG−CoAレダクターゼ、メバロン酸キナーゼ、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼが挙げられる。このうち、例えば、HMG−CoAシンターゼ、HMG−CoAレダクターゼ、メバロン酸キナーゼ、5−ホスホメバロン酸キナーゼ、ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼ、及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼからなる酵素群が宿主細胞内で発現するように、導入する遺伝子を選択すればよい。これらの遺伝子についても、宿主細胞で転写されやすいコドンに改変したものを採用することができる。   As described above, enzymes acting in the mevalonate pathway include acetyl CoA acetyltransferase, HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase, mevalonate kinase, 5-phosphomevalonate kinase, diphosphomevalonate decarboxylase, isopentenyl dilin Acid isomerase is mentioned. Among these, for example, an enzyme group consisting of HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase, mevalonate kinase, 5-phosphomevalonate kinase, diphosphomevalonate decarboxylase, and isopentenyl diphosphate isomerase is expressed in the host cell. The gene to be introduced may be selected. These genes can also be modified into codons that are easily transcribed in the host cell.

なお、メバロン酸経路は全ての真核生物が保有しているが、原核生物でも見出されている。原核生物でメバロン酸経路を有するものとしては、放線菌では、Streptomyces sp. Strain CL190 (Takagi M. et al., J. Bacteriol. 2000, 182 (15), 4153-7)、Streptomyces griseolosporeus MF730-N6 (Hamano Y. et al., Biosci. Biotechnol. Biochem. 2001, 65(7), 1627-35)が挙げられる。
細菌では、Lactobacillus helvecticus (Smeds A et al., DNA seq. 2001, 12(3), 187-190)、Corynebacterium amycolatum、Mycobacterium marinum、Bacillus coagulans、Enterococcus faecalis、Streptococuss agalactiae、Myxococcus xanthus等が挙げられる(Lombard J. et al., Mol. Biol. Evol. 2010, 28(1), 87-99)。
アーキアでは、Aeropyrum属、Sulfolobus属、Desulfurococcus属、Thermoproteus属、Halobacterium属、Methanococcus属、Thermococcus属、Pyrococcus属、Methanopyrus属、Thermoplasma属等が挙げられる(Lombard J. et al., Mol. Biol. Evol. 2010, 28(1), 87-99)。
The mevalonate pathway is possessed by all eukaryotes, but has also been found in prokaryotes. Prokaryotes that have a mevalonate pathway include Streptomyces sp. Strain CL190 (Takagi M. et al., J. Bacteriol. 2000, 182 (15), 4153-7), Streptomyces griseolosporeus MF730-N6 (Hamano Y. et al., Biosci. Biotechnol. Biochem. 2001, 65 (7), 1627-35).
Examples of bacteria include Lactobacillus helvecticus (Smeds A et al., DNA seq. 2001, 12 (3), 187-190), Corynebacterium amycolatum, Mycobacterium marinum, Bacillus coagulans, Enterococcus faecalis, Streptococuss agalactiae, Myxococcus xanthus, etc. J. et al., Mol. Biol. Evol. 2010, 28 (1), 87-99).
In the archaea, Aeropyrum genus, Sulfolobus genus, Desulfurococcus genus, Thermoproteus genus, Halobacterium genus, Methanococcus genus, Thermococcus genus, Pyrococcus genus, Methanopyrus genus, Thermoplasma genus, etc. (Lombard J. et al., Mol. Biol. Evol. 2010, 28 (1), 87-99).

上記メバロン酸経路で作用する酵素群の由来としては特に限定はないが、酵母のメバロン酸経路で作用する酵素群が好ましい。その他、放線菌のメバロン酸経路で作用する酵素群も好ましく採用される。   The origin of the enzyme group acting in the mevalonate pathway is not particularly limited, but the enzyme group acting in the mevalonate pathway of yeast is preferable. In addition, enzymes that act in the mevalonate pathway of actinomycetes are also preferably employed.

別の実施形態では、非メバロン酸経路で作用する少なくとも1つの酵素をコードする遺伝子がさらに導入され、当該遺伝子が細胞内で発現する。本実施形態においても、IPP合成能が増強され、結果としてショウブノールの生合成がより効率的に行われる。導入される当該遺伝子は1種のみでもよいし、2種以上でもよい。
上述したように、非メバロン酸経路で作用する酵素としては、DOXPシンターゼ、DOXPレダクトイソメラーゼ、4−ジホスホシチジル−2−C−メチル−D−エリトリトールシンターゼ、4−ジホスホヂチジル−2−C−メチル−D−エリトリトールキナーゼ、2−C−メチル−D−エリトリトール−2,4−シクロ二リン酸シンターゼ、HMB−PPシンターゼ、HMB−PPレダクターゼ、が挙げられる。例えば、これらの酵素群から1又は2以上の酵素を選択し、当該酵素をコードする遺伝子を宿主細胞に導入すればよい。
また、非メバロン酸経路で作用する酵素は、宿主細胞以外の由来であることが好ましい。かかる構成により、反応生成物による反応抑制を避けることができる。
これらの遺伝子についても、宿主細胞で転写されやすいコドンに改変したものを採用することができる。
In another embodiment, a gene encoding at least one enzyme that acts in the non-mevalonate pathway is further introduced and the gene is expressed in the cell. Also in this embodiment, the ability to synthesize IPP is enhanced, and as a result, the biosynthesis of shobunol is performed more efficiently. The gene to be introduced may be only one type or two or more types.
As mentioned above, enzymes that act in the non-mevalonate pathway include DOXP synthase, DOXP reductoisomerase, 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol synthase, 4-diphosphoditidyl-2-C-methyl-D. -Erythritol kinase, 2-C-methyl-D-erythritol-2,4-cyclodiphosphate synthase, HMB-PP synthase, HMB-PP reductase. For example, one or more enzymes may be selected from these enzyme groups and a gene encoding the enzyme may be introduced into the host cell.
In addition, the enzyme that acts in the non-mevalonate pathway is preferably derived from sources other than the host cell. With this configuration, reaction suppression due to the reaction product can be avoided.
These genes can also be modified into codons that are easily transcribed in the host cell.

メバロン酸経路あるいは非メバロン酸経路で作用するこれらの酵素については、天然に存在するものの他、各酵素の改変体でもよい。例えば、各酵素のアミノ酸置換変異体や、各酵素の部分断片であって同様の酵素活性を有するポリペプチド(機能的断片)でもよい。   These enzymes acting in the mevalonate pathway or the non-mevalonate pathway may be naturally occurring or a modified form of each enzyme. For example, it may be an amino acid substitution mutant of each enzyme or a polypeptide (functional fragment) that is a partial fragment of each enzyme and has the same enzyme activity.

宿主細胞に遺伝子を導入する方法としては特に限定はなく、宿主細胞の種類等によって適宜選択すればよい。例えば、宿主細胞に導入可能でかつ組み込まれた遺伝子を発現可能なベクターを用いることができる。
例えば、宿主細胞が細菌等の原核生物の場合には、当該ベクターとして、宿主細胞において自立複製可能ないしは染色体中への組み込みが可能で、挿入された上記遺伝子(核酸、DNA)を転写できる位置にプロモーターを含有しているものを用いることができる。例えば、当該ベクターを用いて、プロモーター、リボソーム結合配列、上記遺伝子、および転写終結配列からなる一連の構成を宿主細胞内で構築することが好ましい。
A method for introducing a gene into a host cell is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the type of the host cell. For example, a vector that can be introduced into a host cell and can express an integrated gene can be used.
For example, when the host cell is a prokaryotic organism such as a bacterium, the vector can be replicated in the host cell or can be integrated into a chromosome, and can be transcribed into the inserted gene (nucleic acid, DNA). Those containing a promoter can be used. For example, it is preferable to construct a series of components comprising a promoter, a ribosome binding sequence, the above gene, and a transcription termination sequence in the host cell using the vector.

宿主細胞がClostridium属細菌(Moorella属細菌のような近縁種を含む)の場合について説明すると、Clostridium属細菌と大腸菌とのシャトルベクターpIMP1(Mermelstein LD et al., Bio/technology 1992, 10, 190-195)を用いることができる。本シャトルベクターは、pUC9 (ATCC 37252)とBacillus subtilisから分離されたpIM13 (Projan SJ et al., J. Bacteriol. 1987, 169 (11), 5131-5139)との融合ベクターであり、Clostridium属細菌内でも安定的に保持される。   When the host cell is a Clostridium bacterium (including closely related species such as a Moorella bacterium), a shuttle vector pIMP1 (Mermelstein LD et al., Bio / technology 1992, 10, 190) between Clostridium bacterium and Escherichia coli is described. -195) can be used. This shuttle vector is a fusion vector of pUC9 (ATCC 37252) and pIM13 (Projan SJ et al., J. Bacteriol. 1987, 169 (11), 5131-5139) isolated from Bacillus subtilis. It is held stably even within.

なお、Clostridium属細菌への遺伝子導入には、通常、エレクトロポレーション法が使用されるが、遺伝子導入直後の導入された外来プラスミドは制限酵素Cac824I等による分解を受けやすく極めて不安定である。そのため、Bacillus subtilis ファージΦ3T1由来メチルトランスフェラーゼ遺伝子が保持されたpAN1 (Mermelstein LD et al., Apply. Environ. Microbiol. 1993, 59(4), 1077-1081)を保有する大腸菌、例えばER2275株等で、pIMP1に由来するベクターを一旦増幅し、メチル化処理を行ってから、これを大腸菌から回収しエレクトロポレーションによる形質転換に使用することが好ましい。なお最近では、Cac824I遺伝子が欠損したClostridium acetobuthylicumが開発されており、メチル化処理されていないベクターも安定的に可能である(Dong H. et al., PLoS ONE 2010, 5 (2), e9038)。   In general, electroporation is used for gene introduction into Clostridium bacteria, but the introduced foreign plasmid immediately after gene introduction is susceptible to degradation by the restriction enzyme Cac824I or the like and is extremely unstable. Therefore, E. coli carrying pAN1 (Mermelstein LD et al., Apply. Environ. Microbiol. 1993, 59 (4), 1077-1081) carrying the Bacillus subtilis phage Φ3T1-derived methyltransferase gene, such as ER2275 strain, It is preferable that the vector derived from pIMP1 is once amplified and methylated and then recovered from E. coli and used for transformation by electroporation. Recently, Clostridium acetobuthylicum lacking the Cac824I gene has been developed, and non-methylated vectors are also possible stably (Dong H. et al., PLoS ONE 2010, 5 (2), e9038) .

Clostridium属細菌における異種遺伝子発現のプロモーターとしては、例えばthl (thiolase)プロモーター(Perret S et al., J. Bacteriol. 2004, 186(1), 253-257)、Dha (glycerol dehydratase)プロモーター(Raynaud C. et al., PNAS 2003, 100(9), 5010-5015)、ptb (phosphotransbutyrylase)プロモーター (Desai RP et al., Appl. Environ. Microbiol. 1999, 65(3), 936-945)、adc (acetoacetate decarboxylase)プロモーター(Lee J et al., Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78 (5), 1416-1423)等がある。ただし、本発明ではこれらに限定されることなく、宿主細胞等に見出される様々な代謝系のオペロンに使用されているプロモーター領域の配列が使用可能である。   Examples of promoters for heterologous gene expression in Clostridium bacteria include thl (thiolase) promoter (Perret S et al., J. Bacteriol. 2004, 186 (1), 253-257), Dha (glycerol dehydratase) promoter (Raynaud C et al., PNAS 2003, 100 (9), 5010-5015), ptb (phosphotransbutyrylase) promoter (Desai RP et al., Appl. Environ. Microbiol. 1999, 65 (3), 936-945), adc ( acetoacetate decarboxylase) promoter (Lee J et al., Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78 (5), 1416-1423). However, the present invention is not limited thereto, and promoter region sequences used in various metabolic operons found in host cells and the like can be used.

また、ベクターを用いて複数種の遺伝子を宿主細胞に導入する場合、各遺伝子を1つのベクターに組み込んでもよいし、別々のベクターに組み込んでもよい。さらに1つのベクターに複数種の遺伝子を組み込む場合には、各遺伝子を共通のプロモーターの下で発現させてもよいし、別々のプロモーターの下で発現させてもよい。複数種の遺伝子を導入する例としては、「ショウブノール合成酵素又はその機能的断片をコードする遺伝子」に加えて、「メバロン酸経路で作用する酵素群をコードする遺伝子」や「非メバロン酸経路で作用する少なくとも1つの酵素をコードする遺伝子」を導入する態様が挙げられる。   Further, when a plurality of types of genes are introduced into a host cell using a vector, each gene may be incorporated into one vector or may be incorporated into separate vectors. Further, when a plurality of types of genes are incorporated into one vector, each gene may be expressed under a common promoter or may be expressed under different promoters. Examples of introducing multiple types of genes include "genes encoding enzymes that act in the mevalonate pathway" and "non-mevalonate pathways" in addition to "genes encoding shobunol synthase or functional fragments thereof" And a gene that encodes at least one enzyme acting in the above.

上記のような外来遺伝子導入に加え、突然変異やゲノムシャッフリングをさらに施すことで、ショウブノールの生産性が格段向上した菌株を育種することも可能である。   In addition to the introduction of foreign genes as described above, mutations and genome shuffling can be further performed to breed strains with significantly improved Shobunol productivity.

本発明においては、外来遺伝子を宿主細胞のゲノムに組み込んでもよいし、プラスミドに組み込んでもよい。   In the present invention, the foreign gene may be incorporated into the genome of the host cell or may be incorporated into a plasmid.

他の実施形態では、組換え細胞が、メタン、メタノール、メチルアミン、ギ酸、ホルムアルデヒド、及びホルムアミドからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生合成できるメチロトローフである。以下、この実施形態(第二実施形態)について詳述する。   In another embodiment, the recombinant cell is a methylotroph that can biosynthesize shovenol from at least one C1 compound selected from the group consisting of methane, methanol, methylamine, formic acid, formaldehyde, and formamide. Hereinafter, this embodiment (second embodiment) will be described in detail.

上述したように、メチロトローフ(methylotroph)は、メタノールをホルムアルデヒドに変換後、ホルムアルデヒドをC−C結合を有する有機物に変換する反応を中心代謝とする。ホルムアルデヒドを介した炭素同化代謝経路として、セリン経路、リブロースモノリン酸経路(RuMP経路)、及びキシルロースモノリン酸経路(XuMP経路)が知られている。メチロトローフ細菌は、セリン回路又はRuMP経路を保有している。一方、メチロトローフ酵母は、XuMP経路を保有している。   As described above, methylotroph uses, as a central metabolism, a reaction of converting formaldehyde into an organic substance having a C—C bond after converting methanol into formaldehyde. Serine pathway, ribulose monophosphate pathway (RuMP pathway), and xylulose monophosphate pathway (XuMP pathway) are known as carbon assimilation metabolic pathways via formaldehyde. Methylotrophic bacteria possess a serine cycle or RuMP pathway. On the other hand, methylotrophic yeast possesses the XuMP pathway.

メチロトローフである上記組換え細胞を得るための、宿主細胞と導入遺伝子との組み合わせとしては、以下のものが挙げられる。   Examples of the combination of a host cell and a transgene for obtaining the above recombinant cell which is a methylotroph include the following.

1つの例は、宿主細胞がメチロトローフであり、導入遺伝子がショウブノール合成酵素遺伝子である組み合わせである。これは最も基本的な組み合わせである。   One example is a combination where the host cell is a methylotroph and the transgene is a shovenol synthase gene. This is the most basic combination.

宿主細胞が非メチロトローフであっても、必要な遺伝子を導入することによってメチロトローフと同様に扱うことができる。1つの組み合わせの例は、宿主細胞が非メチロトローフであり、導入遺伝子が、メタノール及び/又はギ酸をホルムアルデヒドに変換する機能を付与する遺伝子と、ホルムアルデヒド固定化能を付与する遺伝子と、ショウブノール合成酵素遺伝子である組み合わせである。すなわち、宿主細胞が非メチロトローフであっても、メタノール及び/又はギ酸をホルムアルデヒドに変換する機能を付与する遺伝子と、ホルムアルデヒド固定化能を付与する遺伝子とを導入することにより、メチロトローフである組換え細胞を得ることができる。
同様の例として、宿主細胞がリブロースモノリン酸経路を有する非メチロトローフであり、導入遺伝子が、メタノール及び/又はギ酸をホルムアルデヒドに変換する機能を付与する遺伝子と、ショウブノール合成酵素遺伝子である組み合わせが挙げられる。
Even if the host cell is a non-methylotroph, it can be treated in the same manner as a methylotroph by introducing a necessary gene. An example of one combination is that the host cell is a non-methylotroph and the transgene is a gene that imparts a function of converting methanol and / or formic acid into formaldehyde, a gene that imparts formaldehyde immobilization ability, and schovenol synthase. A combination that is a gene. That is, even if the host cell is a non-methylotroph, a recombinant cell that is a methylotroph is introduced by introducing a gene that imparts a function of converting methanol and / or formic acid into formaldehyde and a gene that imparts formaldehyde immobilization ability. Can be obtained.
As a similar example, there is a combination in which the host cell is a non-methylotroph having a ribulose monophosphate pathway, and the transgene is a gene that imparts a function of converting methanol and / or formic acid into formaldehyde and a shovenol synthase gene. It is done.

メタノールをホルムアルデヒドに変換する機能を付与する遺伝子として、メタノールデヒドロゲナーゼ(例えば、EC1.1.1.244, EC1.1.2.7)をコードする遺伝子やアルコールオキシダーゼ(例えばEC1.13.13)をコードする遺伝子を用いることができる。また、ギ酸をホルムアルデヒドに変換する機能を付与する遺伝子として、ホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ(例えばEC1.2.1.46)をコードする遺伝子を用いることができる。さらに、メタンをメタノールに変換する機能を付与する遺伝子として、メタンモノオキシゲナーゼをコードする遺伝子を用いることができる。   Use a gene encoding methanol dehydrogenase (for example, EC1.1.1.244, EC1.1.2.7) or a gene encoding alcohol oxidase (for example, EC1.13.13) as a gene that gives the function of converting methanol to formaldehyde Can do. Moreover, a gene encoding formaldehyde dehydrogenase (for example, EC1.2.1.46) can be used as a gene that imparts a function of converting formic acid into formaldehyde. Furthermore, a gene encoding methane monooxygenase can be used as a gene imparting the function of converting methane to methanol.

ホルムアルデヒド固定化能を付与する遺伝子としては、例えば、上記したセリン経路、RuMP経路、又はXuMP経路で作用する酵素をコードする遺伝子を用いることができる。   As a gene that imparts formaldehyde immobilization ability, for example, a gene encoding an enzyme that acts in the serine pathway, RuMP pathway, or XuMP pathway described above can be used.

セリン経路によるホルムアルデヒド固定化能を付与する場合には、上記したセリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼ(例えばEC2.1.2.1)遺伝子を用いることができる。例えば、非メチロトローフに、メタノールデヒドロゲナーゼ等のアルコール脱水素酵素遺伝子、5,10-メチレンテトラヒドロ葉酸(5,10-methylenetetrahydrofolate)(CH2=H4F) 合成酵素遺伝子、及びセリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼ (例えばEC2.1.2.1)遺伝子等を導入することで、メタノール資化性と、セリン経路によるホルムアルデヒド固定化能を付与することが可能となる。   When conferring formaldehyde immobilization ability by the serine pathway, the above-mentioned serine hydroxymethyltransferase (for example, EC2.1.2.1) gene can be used. For example, non-methylotrophs include alcohol dehydrogenase genes such as methanol dehydrogenase, 5,10-methylenetetrahydrofolate (CH2 = H4F) synthase gene, and serine hydroxymethyltransferase (eg EC2.1.2. 1) By introducing a gene or the like, it is possible to impart methanol utilization and formaldehyde immobilization ability by serine pathway.

メチロトローフである組換え細胞においては、3−ヘキスロース6リン酸合成酵素(3-hexulose-6-phosphate synthase)をコードする遺伝子と、6−ホスホ−3−ヘキスロイソメラーゼ(6-phosphate-3-hexuloisomerase)をコードする遺伝子とをさらに有することが好ましい。かかる構成により、リブロースモノリン酸経路(RuMP経路)によるホルムアルデヒド固定化能が付与又は増強される。その結果、組換え細胞のホルムアルデヒド耐性を高めることができ、結果的にメタノールやギ酸に対する耐性と資化能を高めることができる。これにより、組換え細胞の培養効率やショウブノールの生産効率を高めることができる。   In a recombinant cell that is a methylotroph, a gene encoding 3-hexulose-6-phosphate synthase and 6-phospho-3-hexuloisomerase (6-phosphate-3-hexuloisomerase) And a gene encoding). With this configuration, formaldehyde immobilization ability by the ribulose monophosphate pathway (RuMP pathway) is imparted or enhanced. As a result, the formaldehyde resistance of the recombinant cells can be increased, and as a result, the resistance to methanol and formic acid and the ability to assimilate can be increased. Thereby, the culture efficiency of recombinant cells and the production efficiency of shobunol can be increased.

宿主細胞として用いられるメチロトローフの種類としては、特に限定はないが、例えば細菌や酵母に分類されるものを採用することができる。   The type of methylotroph used as the host cell is not particularly limited, and for example, those classified into bacteria and yeasts can be employed.

メチロトローフ細菌としては、例えば、Methylacidphilum属、Methylosinus属、Methylocystis属、Methylobacterium属、Methylocella属、Methylococcus属、Methylomonas属、Methylobacter属、Methylobacillus属、Methylophilus属、Methylotenera属、Methylovorus属、Methylomicrobium属、Methylophaga属、Methylophilaceae属、Methyloversatilis属、Mycobacterium属、Arthrobacter属、Bacillus属、Beggiatoa属、Burkholderia属、Granulibacter属、Hyphomicrobium属、Pseudomonas属、Achromobactor属、Paracoccus属、Crenothrix属、Clonothrix属、Rhodobacter属、Rhodocyclaceae属、Silicibacter属、Thiomicrospira属、Verrucomicrobia属、などに属する細菌が挙げられる。   Examples of methylotrophic bacteria include, for example, Methylacidphilum, Methylosinus, Methylocystis, Methylobacterium, Methylocella, Methylococcus, Methylomonas, Methylobacter, Methylobacillus, Methylophilus, Methylotenera, Methylovorus, Genus, Methyloversatilis, Mycobacterium, Arthrobacter, Bacillus, Beggiatoa, Burkholderia, Granulibacter, Hyphomicrobium, Pseudomonas, Achromobactor, Paracoccus, Crenothrix, Clonothrix, Rhodohobacter, Rhodobacter Examples include bacteria belonging to the genus Thiomicrospira, Verrucomicrobia, and the like.

メチロトローフ酵母としては、例えば、Pichia属、Candida属、Saccharomyces属、Hansenula属、Torulopsis属、Kloeckera属、などに属する酵母が挙げられる。Pichia属酵母の例としては、P. haplophila、P. pastoris、P. trehalophila、P. lindnerii、などが挙げられる。Candida属酵母の例としては、C. parapsilosis、C. methanolica、C. boidinii、C. alcomigas、などが挙げられる。Saccharomyces属酵母の例としては、Saccharomyces metha-nonfoams、などが挙げられる。Hansenula属酵母の例としては、H. wickerhamii、H. capsulata、H. glucozyma、H. henricii、H. minuta、H. nonfermentans、H. philodendra、H. polymorpha、などが挙げられる。Torulopsis属酵母の例としては、T. methanolovescens、T. glabrata、T. nemodendra、T. pinus、T. methanofloat、T. enokii、T. menthanophiles、T. methanosorbosa、T. methanodomercqii、などが挙げられる。   Examples of methylotrophic yeasts include yeasts belonging to the genus Pichia, Candida, Saccharomyces, Hansenula, Torulopsis, Kloeckera, and the like. Examples of Pichia genus yeast include P. haplophila, P. pastoris, P. trehalophila, P. lindnerii, and the like. Examples of Candida yeast include C. parapsilosis, C. methanolica, C. boidinii, C. alcomigas, and the like. Examples of Saccharomyces yeast include Saccharomyces metha-nonfoams. Examples of Hansenula yeast include H. wickerhamii, H. capsulata, H. glucozyma, H. henricii, H. minuta, H. nonfermentans, H. philodendra, H. polymorpha, and the like. Examples of Torulopsis yeast include T. methanolovescens, T. glabrata, T. nemodendra, T. pinus, T. methanofloat, T. enokii, T. menthanophiles, T. methanosorbosa, T. methanodomercqii, and the like.

本発明において、メチロトローフである組換え細胞は、Pichia属、Hansenula属、又はCandida属に属するものであることが好ましい。   In the present invention, a recombinant cell that is a methylotroph is preferably one belonging to the genus Pichia, Hansenula, or Candida.

第二実施形態においても、ショウブノール合成酵素遺伝子をはじめとした上記遺伝子に加えて、さらに他の遺伝子が導入されていてもよい。例えば、1つの態様では、ファルネシル二リン酸の合成経路で作用する少なくとも1つの酵素をコードする遺伝子がさらに導入されている。当該酵素としては、第一実施形態と同様に、GPP合成酵素、FPP合成酵素、メバロン酸経路で作用する各酵素、非メバロン酸経路で作用する各酵素が挙げられる。   Also in the second embodiment, other genes may be introduced in addition to the above-mentioned genes including the shobunol synthase gene. For example, in one embodiment, a gene encoding at least one enzyme that acts in the farnesyl diphosphate synthesis pathway is further introduced. Examples of the enzyme include GPP synthase, FPP synthase, enzymes that act in the mevalonate pathway, and enzymes that act in the non-mevalonate pathway, as in the first embodiment.

第二実施形態においても、宿主細胞に遺伝子を導入する方法としては特に限定はなく、宿主細胞の種類等によって適宜選択すればよい。例えば、宿主細胞に導入可能でかつ組み込まれた遺伝子を発現可能なベクターを用いることができる。   Also in the second embodiment, the method for introducing a gene into a host cell is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the type of the host cell. For example, a vector that can be introduced into a host cell and can express an integrated gene can be used.

例えば、メチロトローフ細菌の染色体への組み込み方法としては、リブロースモノリン酸経路を有するMethylobacillus flagellatusや、セリン経路を有するMethylobacterium extorquencsで、目的遺伝子の破壊操作によって例が示されている(Chistoserdova L. et al., Microbiology 2000, 146, 233-238; Chistoserdov AY., et al., J. Bacteriol 1994, 176, 4052-4065)。これらは環状DNAを用いたゲノムへの遺伝子導入法であるが、Methylophilus属細菌等では、直鎖状DNAを用いたゲノムへの遺伝子導入法も開発されている(特開2004−229662号公報)。一般に、宿主細胞による分解を受けにくい場合は、直鎖状DNAによるゲノム組換えの方が、環状DNAによるよりも効率的である。また通常、相同組換え法は、inverted-repeat sequence等のように、ゲノム上に多コピー存在する遺伝子を標的することが好ましい。また、ゲノムに多コピー導入する手法としては、相同組換え以外に、トランスポゾンに搭載する方法もある。メチロトローフ細菌へのプラスミドによる遺伝子導入法としては、例えば、広宿主域ベクターであるpAYC32 (Chistoserdov AY., et al., Plasmid 1986, 16, 161-167)、pRP301 (Lane M., et al., Arch. Microbiol. 1986, 144(1), 29-34)、pBBR1、pBHR1 (Antoine R. et al., Molecular Microbiology 1992, 6, 1785-1799)、pCM80 (Marx CJ. et al., Microbiology 2001, 147, 2065-2075)、等がある。   For example, examples of methods for integrating methylotrophic bacteria into the chromosome include Methylobacillus flagellatus having a ribulose monophosphate pathway and Methylobacterium extorquencs having a serine pathway by disrupting the target gene (Chistoserdova L. et al. , Microbiology 2000, 146, 233-238; Chistoserdov AY., Et al., J. Bacteriol 1994, 176, 4052-4065). These are gene introduction methods into the genome using circular DNA, but in the genus Methylophilus and the like, gene introduction methods into the genome using linear DNA have also been developed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-229626). . In general, when recombination by host cells is difficult, genomic recombination with linear DNA is more efficient than with circular DNA. In general, the homologous recombination method preferably targets a gene present in multiple copies on the genome, such as an inverted-repeat sequence. In addition to homologous recombination, methods for introducing multiple copies into the genome include a method for loading in a transposon. As a method for introducing a gene into a methylotrophic bacterium, for example, a broad host range vector pAYC32 (Chistoserdov AY., Et al., Plasmid 1986, 16, 161-167), pRP301 (Lane M., et al., Arch. Microbiol. 1986, 144 (1), 29-34), pBBR1, pBHR1 (Antoine R. et al., Molecular Microbiology 1992, 6, 1785-1799), pCM80 (Marx CJ. Et al., Microbiology 2001, 147, 2065-2075), etc.

メチロトローフ酵母における遺伝子導入方法としては、主にPichia pastorisで確立されており、pPIC3.5K、pPIC6、pGAPZ、pFLD(インビトロジェン社)等のベクターが市販されている。   The gene introduction method in methylotrophic yeast is established mainly by Pichia pastoris, and vectors such as pPIC3.5K, pPIC6, pGAPZ, and pFLD (Invitrogen) are commercially available.

Bacillus属細菌への遺伝子導入にできる使用プラスミドとしては、Bacillus subtilisには、pMTLBS72 (Nquyen HD. Et al., Plasmid 2005, 54(3), 241-248)、pHT01(フナコシ社)、pHT43(フナコシ社)等が、Bacillus megateriumには、p3STOP1623hp (フナコシ社)、pSPYocHhp(フナコシ社)等が、Bacillus brevisには、pNI DNA(タカラバイオ社)等がある。 As plasmids that can be used for gene transfer into Bacillus bacteria, Bacillus subtilis includes pMTLBS72 (Nquyen HD. Et al., Plasmid 2005, 54 (3), 241-248), pHT01 (Funakoshi), pHT43 (Funakoshi). Bacillus megaterium includes p3STOP1623hp (Funakoshi), pSP YocH hp (Funakoshi), and Bacillus brevis includes pNI DNA (Takara Bio).

本発明は、上記の組換え細胞に、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を接触させ、当該組換え細胞に前記C1化合物からショウブノールを生産させるショウブノールの生産方法を包含する。   In the present invention, the above recombinant cell is contacted with at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol. It includes a method for producing shoubnol, which produces nol.

好ましくは、前記組換え細胞を、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を炭素源として用いて培養し、その培養物からショウブノールを取得する。炭素源として用いるこれらのC1化合物については、1つのみを用いてもよいし、2つ以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらのC1化合物は、主たる炭素源として用いることが好ましく、唯一の炭素源であることがより好ましい。
また、エネルギー源として水素(H2)を同時に提供することが好ましい。
Preferably, the recombinant cell is cultured using at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol as a carbon source, and Shobunol is obtained from the culture. get. About these C1 compounds used as a carbon source, only one may be used and it may be used in combination of 2 or more. Moreover, it is preferable to use these C1 compounds as a main carbon source, and it is more preferable that it is the only carbon source.
In addition, it is preferable to simultaneously provide hydrogen (H 2 ) as an energy source.

本発明の組換え細胞を培養する方法としては特に限定はなく、宿主細胞の種類等に応じて適宜行うことができる。例えば、目的に応じて好気、微好気、もしくは嫌気条件で培養可能である。またバッチ培養、流加培養、連続培養のいずれの方法でもよい。   The method for culturing the recombinant cell of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately performed according to the type of the host cell. For example, it can be cultured under aerobic, microaerobic or anaerobic conditions depending on the purpose. Any of batch culture, fed-batch culture, and continuous culture may be used.

組換え細胞がClostridium属細菌(絶対嫌気性)の場合には、例えば、生育に必要な無機塩類及び、合成ガスからなる栄養条件で培養する。好ましくは0.2〜0.3MPa(絶対圧)程度の加圧状態で培養する。さらには、初期増殖及び到達細胞密度を良好にするためには、ビタミン、酵母エキス、コーンスティープリカー、バクトトリプトン等の有機物を少量加えてよい。   When the recombinant cell is a Clostridium genus bacterium (absolute anaerobic), for example, it is cultured under nutrient conditions consisting of inorganic salts necessary for growth and synthetic gas. The culture is preferably performed under a pressurized state of about 0.2 to 0.3 MPa (absolute pressure). Furthermore, a small amount of organic substances such as vitamins, yeast extract, corn steep liquor, and bacto tryptone may be added to improve the initial growth and the reached cell density.

組換え細胞に前記のC1化合物を単に接触させて、ショウブノールを生産させることもできる。例えば、固定化した組換え細胞に前記C1化合物を連続的に供給し、ショウブノールを連続的に生産させることができる。本実施形態においても、これらのC1化合物については、1つのみを用いてもよいし、2つ以上を組み合わせて用いてもよい。また、エネルギー源として水素(H2)を同時に接触させることが好ましい。 Shobanol can also be produced by simply contacting the aforementioned C1 compound with a recombinant cell. For example, the C1 compound can be continuously supplied to immobilized recombinant cells to produce shobunol continuously. Also in this embodiment, about these C1 compounds, only one may be used and it may be used in combination of 2 or more. Further, it is preferable to simultaneously contact hydrogen (H 2 ) as an energy source.

好ましい実施形態では、一酸化炭素と水素とを主成分とするガス、あるいは二酸化炭素と水素とを主成分とするガスを、前記組換え細胞に提供する。すなわち、これらのガスを炭素源として用いて組換え細胞を培養したり、あるいは、これらのガスを組換え細胞に接触させて、ガス中の一酸化炭素又は二酸化炭素からショウブノールを生産させる。この場合も、水素はエネルギー源として使用される。   In a preferred embodiment, a gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen or a gas mainly composed of carbon dioxide and hydrogen is provided to the recombinant cell. That is, recombinant cells are cultured using these gases as a carbon source, or these gases are brought into contact with the recombinant cells to produce shovenol from carbon monoxide or carbon dioxide in the gases. Again, hydrogen is used as an energy source.

ギ酸及び/又はメタノールを組換え細胞に提供し、ギ酸及び/又はメタノールからショウブノールを生産することもできる。すなわち、一酸化炭素や二酸化炭素に加えて、もしくは単独で、ギ酸やメタノールを炭素源として用いて組換え細胞を培養したり、ギ酸やメタノールを組換え細胞に接触させることにより、ギ酸やメタノールからもショウブノールを生産することができる。   Formic acid and / or methanol can be provided to the recombinant cells to produce shovenol from formic acid and / or methanol. In other words, in addition to carbon monoxide or carbon dioxide, or by culturing recombinant cells using formic acid or methanol as a carbon source, or by contacting formic acid or methanol with recombinant cells, Can also produce Shobunol.

組換え体が生合成したショウブノールは、組換え細胞の細胞外に放出されるか、細胞内に蓄積される。本発明においては、いずれのショウブノールを回収してもよく、具体的には、菌体破砕物、培養液(培養上清)、培養系の気相などから回収することができる。好ましくは、細胞外に放出されたショウブノールを回収し、具体的には、培養液(培養上清)や培養系の気相から回収する。   Shobunol biosynthesized by the recombinant is released out of the recombinant cell or accumulated in the cell. In the present invention, any shobunol may be recovered. Specifically, it can be recovered from a microbial cell disruption product, a culture solution (culture supernatant), a gas phase of a culture system, or the like. Preferably, Shobunol released to the outside of the cell is recovered, and specifically, recovered from the culture medium (culture supernatant) or the gas phase of the culture system.

組換え細胞が偏性メチロトローフの場合は、C1化合物を唯一の炭素源とする合成培地を用いることが基本であるが、これに酵母エキス、コーンスティープリカー、肉エキス等の天然培地やビタミン類を少量加えることによっても菌の増殖は促進される。通性メチロトローフである場合は、菌体増殖ステージでは糖質、脂質等のC1化合物以外の物質を炭素源としてもよく、ショウブノール生産ステージで炭素源を上記C1化合物に変更すればよい。炭素源として例えばメタノールを用いる場合は、通常、細菌の場合は1.0%(v/v)濃度、酵母の場合は3.0%(v/v)濃度以下で用いるが、人為的にこれらに対する耐性を改良した場合は、それ以上の濃度でも培養可能である。   When recombinant cells are obligate methylotrophs, it is fundamental to use a synthetic medium with C1 compound as the only carbon source, but this includes natural media such as yeast extract, corn steep liquor, meat extract and vitamins. The growth of bacteria is also promoted by adding a small amount. In the case of facultative methylotrophs, substances other than C1 compounds such as carbohydrates and lipids may be used as the carbon source in the cell growth stage, and the carbon source may be changed to the C1 compound in the shovenol production stage. For example, when methanol is used as the carbon source, it is usually used at a concentration of 1.0% (v / v) for bacteria and at a concentration of 3.0% (v / v) or less for yeast. When the resistance to is improved, it can be cultured at higher concentrations.

ここで、組換え細胞がアセチルCoA経路(Wood-Ljungdahl pathway)とメタノール経路(Methanol pathway)を有する場合において、組換え細胞に提供され得る一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、及びメタノールの組み合わせについて説明する。   Here, when a recombinant cell has an acetyl-CoA pathway (Wood-Ljungdahl pathway) and a methanol pathway (Methanol pathway), a combination of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, and methanol that can be provided to the recombinant cell will be described. To do.

アセチルCoA経路によるアセチルCoA合成では、メチルトランスフェラーゼ(Methyltransferase)、Corrinoid iron-sulfur protein (CoFeS-P)、アセチルCoAシンターゼ(Acetyl-CoA synthase、ACS)、及びCODHの作用による、CoA、メチルテトラヒドロ葉酸(methyltetrahydrofolate、[CH3]−THF)、及びCOからのアセチルCoAの合成過程が必須である(Ragsdale SW et al., B.B.R.C. 2008, 1784(12), 1873-1898)。 In the synthesis of acetyl CoA by the acetyl CoA pathway, methyl transferase, corrinoid iron-sulfur protein (CoFeS-P), acetyl CoA synthase (Acetyl-CoA synthase, ACS), and CODH by the action of COA, methyl tetrahydrofolate ( The synthesis process of acetyl CoA from methyltetrahydrofolate, [CH 3 ] -THF), and CO is essential (Ragsdale SW et al., BBRC 2008, 1784 (12), 1873-1898).

一方、Butyribacterium methylotrophicumの培養において、炭素源としてCOやCO2以外にギ酸やメタノールを添加することは、CO代謝すなわち、アセチルCoA経路のMethyl branchにおけるテトラヒドロ葉酸(tetrahydrofolate)含量、及び、CO代謝で必要とされるCODH、ギ酸デヒドロゲナーゼ(formate dehydrogenase、FDH)及びヒドロゲナーゼ(hydrogenase)の活性を増大させることが知られている(Kerby R. et al., J. Bacteriol. 1987, 169(12), 5605-5609)。Eubacterium limosum等においても、嫌気条件下CO2及びメタノールを炭素源とした場合でも、高い増殖を得ることが示されている(Genthner BRS. et al., Appl. Environ. Microbiol., 1987, 53(3), 471-476)。 On the other hand, in the culture of Butyribacterium methylotrophicum, addition of formic acid or methanol as a carbon source in addition to CO and CO 2 is necessary for CO metabolism, that is, tetrahydrofolate content in the methyl branch of the acetyl CoA pathway and CO metabolism It is known to increase the activity of CODH, formate dehydrogenase (FDH) and hydrogenase (Kerby R. et al., J. Bacteriol. 1987, 169 (12), 5605- 5609). Eubacterium limosum and the like have also been shown to obtain high growth even when CO 2 and methanol are used as carbon sources under anaerobic conditions (Genthner BRS. Et al., Appl. Environ. Microbiol., 1987, 53 ( 3), 471-476).

これらのメタノールの合成ガス資化性微生物へ影響、及びMoorella thermoacetica(Clostridium thermoaceticum)及びClostridium ljungdahlii等のゲノム解析(Pierce E. et al., Environ. Microbiol. 2008, 10(10), 2550-2573; Durre P. et al., PNAS 2010, 107(29), 13087-13092)の結果から、これらの微生物種では、図1に示されるようなメタノール経路(methanol pathway)がアセチルCoA経路(Wood-Ljungdahl pathway)にメチル基のドナーとして関与することが説明できる。   Effects of these methanol on syngas-utilizing microorganisms and genome analysis of Moorella thermoacetica (Clostridium thermoaceticum) and Clostridium ljungdahlii (Pierce E. et al., Environ. Microbiol. 2008, 10 (10), 2550-2573; From the results of Durre P. et al., PNAS 2010, 107 (29), 13087-13092), in these microbial species, the methanol pathway as shown in FIG. 1 is the acetyl-CoA pathway (Wood-Ljungdahl). It can be explained that it participates as a methyl group donor in pathway).

また実際に、いくつかのClostridium属菌ではギ酸デヒドロゲナーゼ(FDH)(EC 1.2.1.2/1.2.1.43:Formate+NAD(P)+ ⇔ CO2+NAD(P)H)の正方向の活性(FormateからのCO2形成)が確認されている(Liu CL et al., J. Bacteriol. 1984, 159(1), 375-380; Keamy JJ et al., J. Bacteriol. 1972, 109(1), 152-161)。このことから、これらの株ではCO2やCOが欠乏状態にある場合、部分的にメタノール(CH3OH)やギ酸(HCOOH)からCO2の生成方向の反応が働くことができる(図1)。このことは、前述したCH3OHを加えることによる、ギ酸ヒドロゲナーゼ(formatede hydrogenase)活性、及びCODHの活性増大の現象 (Kerby R et al., J. Bateriol. 1987, 169(12), 5605-5609)からも説明できる。すなわち、ギ酸(HCOOH)もしくはメタノール(CH3OH)を唯一の炭素源としても増殖可能である。 The fact, positive several Clostridium The genus formate dehydrogenase (FDH) (EC 1.2.1.2/1.2.1.43:Formate+NAD(P) + ⇔ CO 2 + NAD (P) H) Directional activity (CO 2 formation from Formate) has been confirmed (Liu CL et al., J. Bacteriol. 1984, 159 (1), 375-380; Keamy JJ et al., J. Bacteriol. 1972, 109 (1), 152-161). Therefore, in these strains, when CO 2 or CO is in a deficient state, a reaction in the direction of CO 2 production can partially work from methanol (CH 3 OH) or formic acid (HCOOH) (FIG. 1). . This is due to the phenomenon of increased formate hydrogenase activity and CODH activity by adding CH 3 OH as described above (Kerby R et al., J. Bateriol. 1987, 169 (12), 5605-5609. ) Can also be explained. That is, it can grow even if formic acid (HCOOH) or methanol (CH 3 OH) is the only carbon source.

宿主細胞が、元々、ギ酸デヒドロゲナーゼの正方向の活性を有しない株であっても、変異導入、外来遺伝子導入、もしくはゲノムシャッフリングのような遺伝子改変によって、正方向の活性を付与させればよい。   Even if the host cell is originally a strain having no forward activity of formate dehydrogenase, the forward activity may be imparted by genetic modification such as mutagenesis, foreign gene introduction, or genome shuffling.

以上のことから、組換え細胞がアセチルCoA経路とメタノール経路を有している場合には、以下のガスや液体を用いて、ショウブノールを生産することができる。
・CO
・CO2
・CO/H2
・CO2/H2
・CO/CO2/H2
・CO/HCOOH
・CO2/HCOOH
・CO/CH3OH
・CO2/CH3OH
・CO/H2/HCOOH
・CO2/H2/HCOOH
・CO/H2/CH3OH
・CO2/H2/CH3OH
・CO/CO2/H2/HCOOH
・CO/CO2/H2/CH3OH
・CH3OH/H2
・HCOOH/H2
・CH3OH
・HCOOH
From the above, when the recombinant cell has an acetyl CoA pathway and a methanol pathway, shobunol can be produced using the following gas or liquid.
・ CO
・ CO 2
・ CO / H 2
・ CO 2 / H 2
・ CO / CO 2 / H 2
・ CO / HCOOH
・ CO 2 / HCOOH
・ CO / CH 3 OH
・ CO 2 / CH 3 OH
・ CO / H 2 / HCOOH
・ CO 2 / H 2 / HCOOH
・ CO / H 2 / CH 3 OH
・ CO 2 / H 2 / CH 3 OH
・ CO / CO 2 / H 2 / HCOOH
· CO / CO 2 / H 2 / CH 3 OH
・ CH 3 OH / H 2
・ HCOOH / H 2
・ CH 3 OH
・ HCOOH

なお、本発明の組換え細胞について、ショウブノール生産を目的とせず、専ら細胞を増やす目的で培養する場合には、上記C1化合物(一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、又はメタノール)を炭素源として用いる必要はない。例えば糖類やグリセリンといった他の炭素源を用いて、組換え細胞を培養すればよい。   When the recombinant cell of the present invention is cultured not for the purpose of producing shobunol but exclusively for the purpose of increasing the number of cells, the above C1 compound (carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, or methanol) is used as carbon. There is no need to use it as a source. For example, the recombinant cells may be cultured using other carbon sources such as sugars and glycerin.

以下、実施例をもって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited only to these Examples.

本実施例では、ベチバー由来ショウブノール合成酵素遺伝子の塩基配列を決定し、当該遺伝子を導入した組換え大腸菌を作製し、当該組換え大腸菌を培養してショウブノールの生合成を行った。   In this example, the base sequence of the vetiver-derived schovenol synthase gene was determined, recombinant Escherichia coli into which the gene was introduced was prepared, and the recombinant Escherichia coli was cultured to perform biosynthesis of schovenol.

(1)ベチバーの転写産物解析およびショウブノール合成酵素遺伝子(VzTPS1)の塩基配列決定
ベチバー(Vetiveria zizanioides)の根および葉組織(図2)を切り取り、液体窒素にて凍結した。ビーズ式破砕装置(FastPrep 24、MPバイオメディカルズ社製)およびFastRNA Pro Green Kit(MPバイオメディカルズ社製)を用いて全RNAを抽出した。得られた全RNAについて、Agilent 2100 バイオアナライザ(アジレント・テクノロジー社製)およびAgilent RNA6000ナノキット(アジレント・テクノロジー社製)を用いてRNA Integrity Number(RIN)によりRNA品質を定量的に評価し、RIN=8以上のサンプルを以降の実験に供した。
(1) Analysis of transcripts of vetiver and determination of the base sequence of schovenol synthase gene (VzTPS1) The root and leaf tissues (FIG. 2) of vetiver zizanioides were cut out and frozen in liquid nitrogen. Total RNA was extracted using a bead crusher (FastPrep 24, MP Biomedicals) and FastRNA Pro Green Kit (MP Biomedicals). Using the Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technology) and the Agilent RNA6000 Nano Kit (Agilent Technology), RNA quality was quantitatively evaluated by RNA Integrity Number (RIN), and RIN = Eight or more samples were subjected to subsequent experiments.

根および葉より取得した全RNAのうち各5μgを北海道システムサイエンス社に提供し、RNAシーケンス解析、シーケンスデータ混合アセンブル、およびBlastXによる相同性検索を行った。シーケンスおよび混合アセンブルの結果、177,472のコンティグ配列を取得した。これらを相同性検索した結果、Zea maysのterpene synthase 7(Genbank accession DAA38747)と54%、Aegilops tauschiiの(+)-delta-cadinene synthase(Genbank accession EMT11542)と52%の相同性を示す遺伝子断片(配列番号1)を見出した。この遺伝子断片をVzTPS1と命名した。VzTPS1は、1521bpのオープンリーディングフレーム(ORF)を含み、506アミノ酸残基、分子量58.3kDa、およびpI=5.8と推定されるタンパク質をコードしていた。VzTPS1の推定アミノ酸配列(配列番号2)中には、RxR 、DDxxDといった、多くのテルペン合成酵素に保存されているモチーフが含まれていた。またVzTPS1のN末端アミノ酸配列には、色素体移行配列が含まれないことが予想された。   5 μg each of total RNA obtained from roots and leaves was provided to Hokkaido System Science, and RNA sequence analysis, sequence data mixing assembly, and homology search using BlastX were performed. As a result of sequencing and mixed assembly, 177,472 contig sequences were obtained. As a result of homology search, a gene fragment showing 52% homology with Zea mays terpene synthase 7 (Genbank accession DAA38747) and 54%, Aegilops tauschii (+)-delta-cadinene synthase (Genbank accession EMT11542) ( SEQ ID NO: 1) was found. This gene fragment was named VzTPS1. VzTPS1 contained a 1521 bp open reading frame (ORF) and encoded a protein predicted to have 506 amino acid residues, a molecular weight of 58.3 kDa, and a pI = 5.8. The deduced amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) of VzTPS1 contained a motif conserved in many terpene synthases, such as RxR and DDxxD. Further, it was predicted that the N-terminal amino acid sequence of VzTPS1 does not contain a plastid translocation sequence.

(2)ショウブノール合成酵素遺伝子(VzTPS1)発現プラスミド(pVzTPS1)の作製
VzTPS1の推定アミノ酸配列(配列番号2)をGenScript社に提供し、大腸菌コドン使用頻度に最適化したVzTPS1遺伝子を人工合成により作製した(配列番号3)。この際、開始メチオニンコドンATGを含むように制限酵素NdeI認識配列を5’末端に付加し、終止コドン直下に制限酵素XhoI認識配列を付加した。作製した人工合成遺伝子を含むプラスミドをNdeIおよびXhoIで消化し、得られたDNA断片をpRSFDuet-1プラスミド(Novagen社製)のNdeIおよびXhoI部位に連結した。このプラスミドをpVzTPS1と命名した。
(2) Preparation of Shobunol synthase gene (VzTPS1) expression plasmid (pVzTPS1)
The deduced amino acid sequence of VzTPS1 (SEQ ID NO: 2) was provided to GenScript, and a VzTPS1 gene optimized for E. coli codon usage was prepared by artificial synthesis (SEQ ID NO: 3). At this time, a restriction enzyme NdeI recognition sequence was added to the 5 ′ end so as to include the initiation methionine codon ATG, and a restriction enzyme XhoI recognition sequence was added immediately below the stop codon. The prepared plasmid containing the artificially synthesized gene was digested with NdeI and XhoI, and the obtained DNA fragment was ligated to the NdeI and XhoI sites of pRSFDuet-1 plasmid (Novagen). This plasmid was named pVzTPS1.

(3)プラスミドpVzTPS1を用いた大腸菌発現系によるショウブノールの合成
pVzTPS1プラスミドは、Harada H, Yu F, Okamoto S, Kuzuyama T, Utsumi R, Misawa N 2009, 81: 915-925、に記載の方法に従ってpAC−Mevプラスミドと共に大腸菌に導入し、ドデカンを添加した液体培地にて培養、生産および生産物の抽出を行った。抽出したドデカン層1μLをガスクロマトグラフ質量分析計(GC−MS)にて分析を行った結果、pVzTPS1プラスミドを導入した大腸菌由来のサンプルにおいて、対照となるpRSFDuet−1を導入した大腸菌由来サンプルには見られない新規ピークが複数出現した(図3)。このうち最も大きい保持時間37.5分のピーク(図2、ピーク1)についてマススペクトル解析を行った結果、このピークがショウブノールのスペクトルと一致することが示された(図4)。
以上の結果より、VzTPS1はファルネシル二リン酸を基質としてショウブノールを特異的に合成する酵素の遺伝子であることが示された。
(3) Synthesis of Shobunol by E. coli expression system using plasmid pVzTPS1
pVzTPS1 plasmid was introduced into Escherichia coli together with pAC-Mev plasmid according to the method described in Harada H, Yu F, Okamoto S, Kuzuyama T, Utsumi R, Misawa N 2009, 81: 915-925, and a liquid medium supplemented with dodecane Cultivation, production and extraction of the product were carried out. As a result of analyzing 1 μL of the extracted dodecane layer with a gas chromatograph mass spectrometer (GC-MS), an E. coli-derived sample into which pVzTPS1 plasmid was introduced was found to be an E. coli-derived sample into which pRSFDuet-1 was introduced as a control. A plurality of new peaks that could not be obtained appeared (FIG. 3). As a result of mass spectrum analysis of the peak with the longest retention time of 37.5 minutes (FIG. 2, peak 1), it was shown that this peak coincided with the spectrum of Shobunol (FIG. 4).
From the above results, it was shown that VzTPS1 is an enzyme gene that specifically synthesizes shobunol using farnesyl diphosphate as a substrate.

MVA経路遺伝子及びショウブノール合成酵素遺伝子が導入された、セリン経路を有するメチロトローフの作製と、組換え体によるメタノールからのショウブノール生産   Production of methylotroph having serine pathway into which MVA pathway gene and Shobunol synthase gene were introduced, and production of Shobunol from methanol by recombinants

本実施例では、セリン経路を有するメチロトローフとしてMethylobacterium extorquens (ATCC 55366)を使用し、本株へVzTPS1遺伝子及び放線菌由来のメバロン酸経路遺伝子クラスタを導入することで、ショウブノールを生産する組換えメチロトローフを作製した。   In this example, Methylobacterium extorquens (ATCC 55366) is used as a methylotroph having a serine pathway, and a recombinant methylotroph that produces shobnol by introducing a VzTPS1 gene and a mevalonate pathway gene cluster derived from actinomycetes into this strain. Was made.

実施例1で作製したpVzTPS1プラスミドを鋳型とし、配列番号4と配列番号5で表されるプライマーを使用して、ベチバー由来VzTPS1遺伝子を含むDNA断片を増幅した。このDNA断片をpT7-Blue T ベクターへクローニングし、pT7VzTPSを構築した。
放線菌Streptomyces griseolosporeus (Kitasatospora griseola)のゲノムDNAを鋳型とし、配列番号6と配列番号7で表されるプライマーを使用したPCRによって、S. griseolosporeusのメバロン酸経路酵素群をコードする遺伝子を含むDNA断片(配列番号8)を増幅した。このDNA断片には、Mevalonate kinase、Mevalonate diphosphate decarboxylase、Phosphomevalonate kinase、IPP isomerase、HMG-CoA (3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A) reductase (HMGR)、及びHMG-CoA synthaseをコードする遺伝子クラスタが含まれている。得られた増幅DNA断片をpT7-Blue T ベクターへクローニングし、pT7SMVAを構築した。
A DNA fragment containing the vetiver-derived VzTPS1 gene was amplified using the pVzTPS1 plasmid prepared in Example 1 as a template and using the primers represented by SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5. This DNA fragment was cloned into the pT7-Blue T vector to construct pT7VzTPS.
DNA fragment containing genes encoding S. griseolosporeus mevalonate pathway enzymes by PCR using Streptomyces griseolosporeus (Kitasatospora griseola) genomic DNA as a template and the primers represented by SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 (SEQ ID NO: 8) was amplified. This DNA fragment contains gene clusters encoding Mevalonate kinase, Mevalonate diphosphate decarboxylase, Phosphomevalonate kinase, IPP isomerase, HMG-CoA (3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A) reductase (HMGR), and HMG-CoA synthase It is. The obtained amplified DNA fragment was cloned into the pT7-Blue T vector to construct pT7SMVA.

pT7VzTPSよりBamHI及びKpnIによってVzTPS1遺伝子を切り出し、広宿主域ベクターであるpCM80(Marx CJ. et al., Microbiology 2001, 147, 2065-2075)のBamHI/KpnIサイトへ導入し、pC80VzTPSを作製した。pT7SMVAをKpnIで切断することによって放線菌MVA経路遺伝子及びターミネーター配列を含む断片を切り出し、これをpC80VzTPSのKpnIサイトへ導入し、pC80VzTPSMVAを構築した。発現ベクターpC80VzTPSMVAは、プロモーター下流にVzTPS1遺伝子及び放線菌MVA経路酵素遺伝子群を有する。発現ベクターpC80VzTPSMVAをエレクトロポレーションによってM. extorquensへ導入し、ME-VzTPSMVA株を得た。コントロールとして、発現ベクターpCM80をエレクトロポレーションによってM. extorquensへ導入し、ME-CM80株を得た。   The VzTPS1 gene was excised from pT7VzTPS with BamHI and KpnI and introduced into the BamHI / KpnI site of pCM80 (Marx CJ. et al., Microbiology 2001, 147, 2065-2075), which is a broad host range vector, to prepare pC80VzTPS. By cutting pT7SMVA with KpnI, a fragment containing the actinomycete MVA pathway gene and terminator sequence was excised and introduced into the KpnI site of pC80VzTPS to construct pC80VzTPSMVA. The expression vector pC80VzTPSMVA has a VzTPS1 gene and actinomycetes MVA pathway enzyme gene group downstream of the promoter. The expression vector pC80VzTPSMVA was introduced into M. extorquens by electroporation to obtain a ME-VzTPSMVA strain. As a control, the expression vector pCM80 was introduced into M. extorquens by electroporation to obtain the ME-CM80 strain.

ME-VzTPSMVA株又はME-CM80株を、メタノールを唯一の炭素源とする合成B培地(1LあたりH3PO4 18g、K2SO4 14.28g、KOH 3.9g、CaSO4・2H2O 0.9g、MgSO4・7H2O 11.7g、CuSO4・5H2O 8.4mg、KI 1.1mg、MnSO42O 4.2mg、NaMoO4・2H2O 0.3mg、H3BO3 0.03mg、CoCl2・6H2O 0.7mg、ZnSO4・7H2O 28mg、FeSO4・7H2O 91mg、ビオチン 0.28mg、メタノール5mL、及びテトラサイクリン10mgを含む。)20mLにて、好気的に30℃で培養した。培養液のOD600が1.0−1.2の時点で、菌体を回収した。回収した全菌体を20%ドデカン含有の上記合成B培地45mLに加え、ブチルゴム栓によって封をされた125mL容量のバイアル瓶中にて30℃で16時間振とう培養した。培養終了後、ドデカン相を回収し、成分をGC/MSによって分析した。GC/MSはGCMS-QP2010Ultra(島津製作所)、カラムはDB-WAX(Agilent Technologies)を用いた。 The ME-VzTPSMVA strain or the ME-CM80 strain is synthesized from a synthetic B medium containing methanol as a sole carbon source (18 g of H 3 PO 4 , 14.28 g of K 2 SO 4 , 3.9 g of KOH, CaSO 4 .2H 2 O per liter). 0.9g, MgSO 4 · 7H 2 O 11.7g, CuSO 4 · 5H 2 O 8.4mg, KI 1.1mg, MnSO 4 H 2 O 4.2mg, NaMoO 4 · 2H 2 O 0.3mg, H 3 BO 3 0.03mg, CoCl 2 · 6H 2 O 0.7mg, ZnSO 4 · 7H 2 O 28mg, FeSO 4 · 7H 2 O 91mg, at biotin 0.28 mg, methanol 5 mL, and tetracycline 10 mg.) 20 mL The cells were aerobically cultured at 30 ° C. The cells were collected when the OD600 of the culture solution was 1.0-1.2. The collected whole cells were added to 45 mL of the synthetic B medium containing 20% dodecane, and cultured with shaking at 30 ° C. for 16 hours in a 125 mL vial sealed with a butyl rubber stopper. After completion of the culture, the dodecane phase was recovered and the components were analyzed by GC / MS. GC / MS was GCMS-QP2010Ultra (Shimadzu Corporation), and the column was DB-WAX (Agilent Technologies).

その結果、ME-VzTPSMVA株でME-CM80株に比べ、ショウブノールが有意に検出された。以上のことから、セリン経路を有するメチロトローフへ、MVA経路遺伝子及び、ショウブノール合成酵素遺伝子を導入することによって、メタノールからの効率的なショウブノールの生産が可能であることが示された。   As a result, Shobunol was significantly detected in the ME-VzTPSMVA strain as compared with the ME-CM80 strain. From the above, it was shown that by introducing the MVA pathway gene and the shovenol synthase gene into a methylotroph having a serine pathway, it is possible to efficiently produce shovenol from methanol.

Claims (28)

ファルネシル二リン酸合成能を有する組換え細胞であって、ショウブノール合成酵素又はその機能的断片をコードする遺伝子を有し、当該遺伝子が発現し、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産可能である組換え細胞。   A recombinant cell having the ability to synthesize farnesyl diphosphate, comprising a gene encoding a shovenol synthase or a functional fragment thereof, wherein the gene is expressed, carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and A recombinant cell capable of producing shoubnol from at least one C1 compound selected from the group consisting of methanol. (i)非メバロン酸経路によるイソペンテニル二リン酸合成能、又は(ii)メチルテトラヒドロ葉酸、一酸化炭素、及びCoAからアセチルCoAを合成する機能、を有し、
一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産可能である請求項1に記載の組換え細胞。
(I) has the ability to synthesize isopentenyl diphosphate by a non-mevalonate pathway, or (ii) synthesizes acetyl CoA from methyltetrahydrofolate, carbon monoxide, and CoA,
The recombinant cell according to claim 1, wherein shobunol can be produced from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, and methanol.
一酸化炭素脱水素酵素を有するものである請求項1又は2に記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to claim 1 or 2, which has carbon monoxide dehydrogenase. 一酸化炭素と水から二酸化炭素及び水素を発生する活性を有するものである請求項1〜3のいずれかに記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to any one of claims 1 to 3, which has an activity of generating carbon dioxide and hydrogen from carbon monoxide and water. Clostridium属細菌又はMoorella属細菌である請求項1〜4のいずれかに記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to any one of claims 1 to 4, which is a Clostridium bacterium or a Moorella genus bacterium. メタン、メタノール、メチルアミン、ギ酸、ホルムアルデヒド、及びホルムアミドからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生合成できるメチロトローフである請求項1に記載の組換え細胞。   2. The recombinant cell according to claim 1, which is a methylotroph capable of biosynthesizing shovenol from at least one C1 compound selected from the group consisting of methane, methanol, methylamine, formic acid, formaldehyde, and formamide. ホルムアルデヒドの固定化経路として、セリン経路、リブロースモノリン酸経路、及びキシルロースモノリン酸経路からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1炭素同化経路を有する請求項6に記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to claim 6, wherein the formaldehyde immobilization pathway has at least one C1 carbon assimilation pathway selected from the group consisting of a serine pathway, a ribulose monophosphate pathway, and a xylulose monophosphate pathway. 3−ヘキスロース6リン酸合成酵素をコードする遺伝子と、6−ホスホ−3−ヘキスロイソメラーゼをコードする遺伝子とをさらに有し、当該遺伝子が発現する請求項6又は7に記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to claim 6 or 7, further comprising a gene encoding 3-hexulose 6-phosphate synthase and a gene encoding 6-phospho-3-hexoisomerase, wherein the gene is expressed. Pichia属、Hansenula属、又はCandida属に属するものである請求項6〜8のいずれかに記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to any one of claims 6 to 8, which belongs to the genus Pichia, Hansenula, or Candida. 前記ショウブノール合成酵素は、下記(a)、(b)又は(c)であるタンパク質からなるものである請求項1〜9のいずれかに記載の組換え細胞。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質、
(c)配列番号2で表されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質。
The recombinant cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the shovenol synthase is composed of the following protein (a), (b) or (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having an activity of converting farnesyl diphosphate into shovenol,
(C) a protein having an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having an activity of converting farnesyl diphosphate into shobunol.
ファルネシル二リン酸の合成経路で作用する少なくとも1つの酵素をコードする遺伝子をさらに有し、当該遺伝子が発現する請求項1〜10のいずれかに記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to any one of claims 1 to 10, further comprising a gene encoding at least one enzyme that acts in a synthetic pathway of farnesyl diphosphate, wherein the gene is expressed. ファルネシル二リン酸の合成経路は、メバロン酸経路を含む請求項11に記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to claim 11, wherein the synthesis route of farnesyl diphosphate includes a mevalonate pathway. メバロン酸経路は、放線菌のメバロン酸経路である請求項12に記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to claim 12, wherein the mevalonate pathway is an actinomycete mevalonate pathway. 組換え細胞の製造方法であって、
ファルネシル二リン酸合成能を有する宿主細胞を提供する第1工程、及び、
前記宿主細胞にショウブノール合成酵素又はその機能的断片をコードする遺伝子を導入する第2工程、を包含し、
前記遺伝子が前記宿主細胞内で発現し、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産する組換え細胞を製造する組換え細胞の製造方法。
A method for producing a recombinant cell, comprising:
Providing a host cell having the ability to synthesize farnesyl diphosphate; and
A second step of introducing a gene encoding a shovenol synthase or a functional fragment thereof into the host cell,
Recombination for producing a recombinant cell in which the gene is expressed in the host cell and produces shobunol from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol A method for producing cells.
前記宿主細胞は、(i)非メバロン酸経路によるイソペンテニル二リン酸合成能、又は(ii)メチルテトラヒドロ葉酸、一酸化炭素、及びCoAからアセチルCoAを合成する機能、を有し、
一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生産する組換え細胞を製造する請求項14に記載の組換え細胞の製造方法。
The host cell has (i) the ability to synthesize isopentenyl diphosphate by a non-mevalonate pathway, or (ii) the function of synthesizing acetyl CoA from methyltetrahydrofolate, carbon monoxide, and CoA,
The method for producing a recombinant cell according to claim 14, wherein a recombinant cell producing shobnol is produced from at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid and methanol.
前記組換え細胞は、一酸化炭素脱水素酵素を有するものである請求項14又は15に記載の組換え細胞の製造方法。   The method for producing a recombinant cell according to claim 14 or 15, wherein the recombinant cell has carbon monoxide dehydrogenase. 前記組換え細胞は、一酸化炭素と水から二酸化炭素及び水素を発生する活性を有するものである請求項14〜16のいずれかに記載の組換え細胞の製造方法。   The method for producing a recombinant cell according to any one of claims 14 to 16, wherein the recombinant cell has an activity of generating carbon dioxide and hydrogen from carbon monoxide and water. 前記組換え細胞は、Clostridium属細菌又はMoorella属細菌である請求項14〜17のいずれかに記載の組換え細胞の製造方法。   The method for producing a recombinant cell according to any one of claims 14 to 17, wherein the recombinant cell is a Clostridium bacterium or a Moorella genus bacterium. 前記組換え細胞は、メタン、メタノール、メチルアミン、ギ酸、ホルムアルデヒド、及びホルムアミドからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物からショウブノールを生合成できるメチロトローフである請求項14に記載の組換え細胞の製造方法。   The recombinant cell according to claim 14, wherein the recombinant cell is a methylotroph that can biosynthesize shovenol from at least one C1 compound selected from the group consisting of methane, methanol, methylamine, formic acid, formaldehyde, and formamide. Manufacturing method. 前記組換え細胞が、ホルムアルデヒドの固定化経路として、セリン経路、リブロースモノリン酸経路、及びキシルロースモノリン酸経路からなる群より選ばれた少なくとも1つのC1炭素同化経路を有する請求項19に記載の組換え細胞の製造方法。   The combination according to claim 19, wherein the recombinant cell has at least one C1 carbon assimilation pathway selected from the group consisting of serine pathway, ribulose monophosphate pathway, and xylulose monophosphate pathway as a formaldehyde immobilization pathway. Method for producing replacement cells. 3−ヘキスロース6リン酸合成酵素をコードする遺伝子と、6−ホスホ−3−ヘキスロイソメラーゼをコードする遺伝子とを導入する工程をさらに包含し、当該遺伝子が前記宿主細胞内で発現する請求項19又は20に記載の組換え細胞の製造方法。   20. The method further comprises the step of introducing a gene encoding 3-hexulose 6-phosphate synthase and a gene encoding 6-phospho-3-hexoisomerase, and the gene is expressed in the host cell. Or the method for producing a recombinant cell according to 20, 前記組換え細胞が、Pichia属、Hansenula属、又はCandida属に属するものである請求項19〜21のいずれかに記載の組換え細胞の製造方法。   The method for producing a recombinant cell according to any one of claims 19 to 21, wherein the recombinant cell belongs to the genus Pichia, Hansenula, or Candida. 前記ショウブノール合成酵素は、下記(a)、(b)又は(c)であるタンパク質からなるものである請求項14〜22のいずれかに記載の組換え細胞の製造方法。
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質、
(c)配列番号2で表されるアミノ酸配列と80%以上の相同性を示すアミノ酸配列を有し、かつファルネシル二リン酸をショウブノールに変換する活性を有するタンパク質。
The method for producing a recombinant cell according to any one of claims 14 to 22, wherein the shovenol synthase is composed of the following protein (a), (b) or (c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2,
(B) a protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 20 amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having an activity of converting farnesyl diphosphate into shovenol,
(C) a protein having an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 and having an activity of converting farnesyl diphosphate into shobunol.
ファルネシル二リン酸の合成経路で作用する少なくとも1つの酵素をコードする遺伝子を導入する工程をさらに包含し、当該遺伝子が前記宿主細胞内で発現する請求項14〜23のいずれかに記載の組換え細胞の製造方法。   24. The recombination according to any one of claims 14 to 23, further comprising the step of introducing a gene encoding at least one enzyme acting in the synthetic pathway of farnesyl diphosphate, wherein the gene is expressed in the host cell. A method for producing cells. ファルネシル二リン酸の合成経路は、メバロン酸経路を含む請求項24に記載の組換え細胞の製造方法。   The method for producing a recombinant cell according to claim 24, wherein the synthesis route of farnesyl diphosphate includes the mevalonate pathway. メバロン酸経路は、放線菌のメバロン酸経路である請求項25に記載の組換え細胞の製造方法。   The method for producing a recombinant cell according to claim 25, wherein the mevalonate pathway is an actinomycete mevalonate pathway. 請求項1〜13のいずれかに記載の組換え細胞又は請求項14〜26のいずれかに記載の方法で製造された組換え細胞に、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を接触させ、当該組換え細胞に前記C1化合物からショウブノールを生産させるショウブノールの生産方法。   A recombinant cell according to any one of claims 1 to 13 or a recombinant cell produced by the method according to any one of claims 14 to 26, from carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol. A method for producing shobunol, wherein at least one C1 compound selected from the group consisting of the above-mentioned groups is brought into contact with each other, and the recombinant cell is made to produce shobunol from the C1 compound. 前記組換え細胞を、一酸化炭素、二酸化炭素、ギ酸、メタン、及びメタノールからなる群より選ばれた少なくとも1つのC1化合物を炭素源として用いて培養し、その培養物からショウブノールを取得する請求項27に記載のショウブノールの生産方法。   The recombinant cell is cultured using at least one C1 compound selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, formic acid, methane, and methanol as a carbon source, and shobunol is obtained from the culture. Item 28. A method for producing Shobunol according to Item 27.
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