JP2018000195A - Method for producing nootkatone - Google Patents

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修一 廣瀬
Shuichi Hirose
修一 廣瀬
優子 谷口
Yuko Taniguchi
優子 谷口
拓司 山田
Takuji Yamada
拓司 山田
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Nagase and Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing nootkatone with microorganisms.SOLUTION: A method for producing nootkatone includes culturing microorganisms containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T in the presence of valencene.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、微生物によるヌートカトンの製造方法、およびヌートカトン製造能を有する微生物に関する。   The present invention relates to a method for producing nootkaton using microorganisms, and a microorganism having the ability to produce nootkaton.

ヌートカトンは、グレープフルーツの果皮等に存在するセスキテルペンケトン化合物であり、グレープフルーツの香り成分の1つである。ヌートカトンは、植物の二次代謝物であり、バレンセンの酸化により生じることが知られている。一方、今までに、ヌートカトンが微生物の代謝物として見出されたという報告はない。   Nootkaton is a sesquiterpene ketone compound present in the skin of grapefruit and the like, and is one of the scent components of grapefruit. Nootkatone is a plant secondary metabolite and is known to be produced by oxidation of valencene. On the other hand, there has been no report that nootkaton has been found as a microbial metabolite.

ヌートカトンは、天然香料としての利用が注目されるが、グレープフルーツ中に少量しか含まれないことや、その生産がグレープフルーツの栽培情況に左右されること等の要因により、ヌートカトンの安定な供給は困難であり、費用もかかる。そこで、ヌートカトンを化学的に合成する方法や、微生物または植物を利用して製造する方法が研究されている。例えば、特許文献1は、土壌から採取された特定の菌学的性質を有するロドコッカス(Rhodococcus)属に属する微生物にバレンセンを与えてヌートカトンに変換させている。非特許文献1では、有機相および水相からなる2液相反応系において、枯草菌(Bacillus subtilis)由来のシトクロムCYP109B1を発現する組換え大腸菌(Escherichia coli)により、バレンセンをヌートカトンに変換させている。   Nootkaton is attracting attention as a natural fragrance, but stable supply of nootkaton is difficult due to factors such as the fact that only a small amount is contained in grapefruit and the production depends on the cultivation conditions of grapefruit. Yes and expensive. Therefore, methods for chemically synthesizing Nootkaton and methods for producing microorganisms or plants have been studied. For example, in Patent Document 1, valencene is given to a microorganism belonging to the genus Rhodococcus having a specific mycological property collected from soil to convert it into nootkatone. In Non-Patent Document 1, valencene is converted into nootkatone by recombinant Escherichia coli expressing cytochrome CYP109B1 derived from Bacillus subtilis in a two-liquid phase reaction system composed of an organic phase and an aqueous phase. .

特許第3245254号Japanese Patent No. 3245254

Microbial Cell Factories, 2009, 8:36Microbial Cell Factories, 2009, 8:36

天然香料として利用するためのヌートカトンの製造には、化学合成ではなく、微生物または植物等の生体触媒または天然酵素を用いて製造することが求められる。上記のとおり、微生物を用いてヌートカトンを製造する方法はいくつか報告されているが、いずれも特殊な細菌や反応系を必要とする。したがって、微生物等の生体触媒を用いてより簡便かつ安価にヌートカトンを製造する方法が求められている。   The production of nootkatone for use as a natural fragrance requires not using chemical synthesis but using a biocatalyst such as a microorganism or a plant or a natural enzyme. As described above, several methods for producing Nootkaton using microorganisms have been reported, but all require special bacteria and reaction systems. Accordingly, there is a need for a simpler and cheaper method for producing nootkatone using a biocatalyst such as a microorganism.

本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究した結果、驚くべきことに、微生物が元来有する特定のシトクロムP450酵素系を利用してバレンセンからヌートカトンを製造することが可能であることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have surprisingly found that it is possible to produce nootkatone from Valensen using a specific cytochrome P450 enzyme system originally possessed by microorganisms. The headline and the present invention were completed.

すなわち、本発明は、
[1]CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含む微生物をバレンセンの存在下で培養することを特徴とする、ヌートカトンの製造方法、
[2]CYP107Tに属するシトクロムP450が、配列番号1で示されるアミノ酸配列を含むか、あるいは配列番号1で示されるアミノ酸配列において少なくとも1個のアミノ酸が欠失、挿入、付加、および/または置換されたアミノ酸配列であって、配列番号1における231−235位、270−273位、および335−344位に対応する領域にそれぞれ、配列番号1と比べて0個〜数個のアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含むアミノ酸配列を含む、[1]記載の方法、
[3]CYP107Tに属するシトクロムP450が、配列番号1で示されるアミノ酸配列を含む、[2]記載の方法、
[4]微生物が放線菌である、[1]〜[3]のいずれか1項記載の方法、
[5]微生物がストレプトマイセス属の放線菌である、[4]記載の方法、
[6]CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子が導入された微生物、
[7]CYP107Tに属するシトクロムP450が、配列番号1で示されるアミノ酸配列を含むか、あるいは配列番号1で示されるアミノ酸配列において少なくとも1個のアミノ酸が欠失、挿入、付加、および/または置換されたアミノ酸配列であって、配列番号1における231−235位、270−273位、および335−344位に対応する領域にそれぞれ、配列番号1と比べて0個〜数個のアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含むアミノ酸配列を含む、[6]記載の微生物、
[8]CYP107Tに属するシトクロムP450が、配列番号1で示されるアミノ酸配列を含む、[7]記載の微生物、
[9]微生物が放線菌である、[6]〜[8]のいずれか1項記載の微生物、および
[10]微生物がストレプトマイセス属の放線菌である、[9]記載の微生物
を提供する。
That is, the present invention
[1] A method for producing Nootkaton, comprising culturing a microorganism containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T in the presence of valencene,
[2] Cytochrome P450 belonging to CYP107T includes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or at least one amino acid is deleted, inserted, added and / or substituted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. A deletion of 0 to several amino acids compared to SEQ ID NO: 1 in the regions corresponding to positions 231-235, 270-273, and 335-344 in SEQ ID NO: 1, The method according to [1], comprising an amino acid sequence comprising insertions, additions and / or substitutions;
[3] The method according to [2], wherein the cytochrome P450 belonging to CYP107T comprises the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the microorganism is actinomycete,
[5] The method according to [4], wherein the microorganism is Streptomyces actinomycetes,
[6] A microorganism into which a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T has been introduced,
[7] Cytochrome P450 belonging to CYP107T includes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or at least one amino acid is deleted, inserted, added and / or substituted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. A deletion of 0 to several amino acids compared to SEQ ID NO: 1 in the regions corresponding to positions 231-235, 270-273, and 335-344 in SEQ ID NO: 1, The microorganism of [6], comprising an amino acid sequence comprising an insertion, addition, and / or substitution;
[8] The microorganism according to [7], wherein cytochrome P450 belonging to CYP107T comprises the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1,
[9] The microorganism according to any one of [6] to [8], wherein the microorganism is actinomycete, and [10] the microorganism according to [9], wherein the microorganism is a Streptomyces genus To do.

本発明によれば、微生物を用いてより簡便かつ安価にヌートカトンを製造する方法が提供される。本発明の方法によって製造されたヌートカトンは、食品、化粧品を含む幅広い分野において天然香料として利用することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method of manufacturing a nootkaton more simply and cheaply using microorganisms is provided. The noot katon produced by the method of the present invention can be used as a natural fragrance in a wide range of fields including foods and cosmetics.

実施例で使用された遺伝子過剰発現用ベクターを示す模式図である。図中、「PLDter」はストレプトマイセス・シンナモネウス(Streptomyces cinnamoneus)由来のホスホリパーゼD遺伝子ターミネーター領域、「Target Gene」は目的遺伝子領域、「SSMPpro」はストレプトマイセス・セプタタス(Streptomyces septatus)由来のメタロエンドプロテアーゼプロモーター、「xylApro」はストレプトマイセス・アベルミチリス(Streptomyces avermitilis)由来キシロースイソメラーゼプロモーター、「tsr」はチオストレプトン耐性遺伝子、「rep pIJ101」は放線菌の複製領域を示す。It is a schematic diagram which shows the vector for gene overexpression used in the Example. In the figure, “PLDter” is a phospholipase D gene terminator region derived from Streptomyces cinnamoneus, “Target Gene” is a target gene region, “SSMPpro” is a Streptomyces septatas (Streptomyces septatum) Protease promoter, “xylApro” is a Streptomyces avermitilis xylose isomerase promoter, “tsr” is a thiostrepton resistance gene, and “rep pIJ101” is a replication region of actinomycetes. SCO3770過剰発現株のガスクロマトグラフィー(GC)/マススペクトロメトリー(MS)分析結果を示す。The gas chromatography (GC) / mass spectrometry (MS) analysis result of the SCO3770 overexpression strain is shown. 実施例で使用されたSCO3770遺伝子破壊用ベクターを示す模式図である。図中「oriT」、「oriV」は大腸菌の複製起点、「Km」はカナマイシン耐性遺伝子、melC1C2はストレプトマイセス・アンチバイオチクス(Streptomyces antibioticus)由来のmelCオペロン領域、「ΔSCO3770」はSCO3770遺伝子の部分配列を示す。It is a schematic diagram which shows the SCO3770 gene disruption vector used in the Example. In the figure, “oriT” and “oriV” are replication origins of Escherichia coli, “Km” is a kanamycin resistance gene, melC1C2 is a melC operon region derived from Streptomyces antibiotics, and “ΔSCO3770” is a SCO3770 gene. A partial sequence is shown. 4種の株の培養液上清抽出物のガスクロマトグラフィー分析結果を示す。The gas-chromatography analysis result of the culture supernatant extract of 4 types of strain | stump | stocks is shown. 4種の株の菌体抽出物のガスクロマトグラフィー分析結果を示す。The gas chromatographic analysis result of the microbial cell extract of 4 types of strain | stump | stocks is shown. SLNWT_3333過剰発現株の培養液上清抽出物のガスクロマトグラフィー分析結果を示す。The gas chromatographic analysis result of the culture supernatant extract of a strain overexpressing SLNWT — 3333 is shown. SLNWT_3333過剰発現株の菌体抽出物のガスクロマトグラフィー分析結果を示す。The gas chromatographic analysis result of the microbial cell extract of a SLNWT_3333 overexpression strain is shown.

シトクロムP450は、多種多様な基質の酸化反応を触媒するヘム含有酵素群であり、細菌(一部を除く)、植物および哺乳動物を包含するほとんど全ての生物に存在する。シトクロムP450はその配列類似性に基づいて多くのファミリーおよびサブファミリーに分類される。本発明では、サブファミリーCYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含む微生物が使用される。サブファミリーCYP107Tに属するシトクロムP450のアミノ酸配列または遺伝子配列は、例えば、Cytochrome P450 Homepage(http://drnelson.uthsc.edu/CytochromeP450.html)に記載があるもの、または該サイト内のBLAST検索の結果で最上位ヒットしたものから選択することができる。BLAST検索をする場合、前提条件として、クエリー配列はシトクロムP450の配列でなければならない。クエリー配列がシトクロムP450の配列であるかどうかは、例えば、Pfam(タンパク質ドメインファミリーデータベース:http://pfam.xfam.org/)などで、クエリー配列にシトクロムP450モチーフ(PF00067)が存在するかどうかを確認することにより決定することができる。   Cytochrome P450 is a group of heme-containing enzymes that catalyze oxidation reactions of a wide variety of substrates, and is present in almost all living organisms including bacteria (excluding some), plants, and mammals. Cytochrome P450s are classified into many families and subfamilies based on their sequence similarity. In the present invention, a microorganism containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to subfamily CYP107T is used. The amino acid sequence or gene sequence of cytochrome P450 belonging to subfamily CYP107T is, for example, those described in Cytochrome P450 Homepage (http://drnelson.uthsc.edu/CytochromeP450.html), or the result of BLAST search in the site You can select from the top hits. When performing a BLAST search, as a prerequisite, the query sequence must be a cytochrome P450 sequence. Whether or not the query sequence is a cytochrome P450 sequence is, for example, whether or not a cytochrome P450 motif (PF00067) exists in the query sequence in Pfam (protein domain family database: http://pfam.xfam.org/) or the like. Can be determined by confirming.

「CYP107Tに属するシトクロムP450」としては、例えば、ストレプトマイセス・コエリカラー(Streptomyces coelicolor)A3(2)由来のCYP107T1が挙げられる。CYP107T1をコードするアミノ酸配列を配列番号1に、ヌクレオチド配列を配列番号4に示す。したがって、本発明における「CYP107Tに属するシトクロムP450」の例として、配列番号1に示されるアミノ酸配列を含むシトクロムP450;配列番号1に示されるアミノ酸配列に対して55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、または95%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むシトクロムP450;配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるシトクロムP450;および配列番号1に示されるアミノ酸配列に対して55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、または95%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなるシトクロムP450が挙げられる。   Examples of “cytochrome P450 belonging to CYP107T” include CYP107T1 derived from Streptomyces coelicolor A3 (2). The amino acid sequence encoding CYP107T1 is shown in SEQ ID NO: 1, and the nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 4. Therefore, as an example of “cytochrome P450 belonging to CYP107T” in the present invention, cytochrome P450 including the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1; 55% or more, 60% or more, 65% with respect to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 Cytochrome P450 comprising an amino acid sequence having a sequence identity of 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, or 95% or more; cytochrome comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 P450; and 55% or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, or 95% or more with respect to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 And cytochrome P450 consisting of an amino acid sequence having the following sequence identity.

シトクロムP450のアミノ酸配列は非常に多様であるが、全てのシトクロムP450に共通して良く保存された領域(コンセンサス配列)が存在することが知られている(例えば、J. Biol. Chem., 2002 Jul 5;277(27), pp.24000-24005)。すなわち、K−ヘリックスにおけるEXXRモチーフ(Eはグルタミン酸残基、Rはアルギニン残基、Xはいずれかのアミノ酸残基を示す)、ヘム結合部位におけるシステイン残基およびその上流にある2つのグリシン残基(ヘム結合モチーフ)、およびI−ヘリックスにおけるスレオニン残基である。本発明における「CYP107Tに属するシトクロムP450」においては、上記コンセンサス配列部位が保存されていることが好ましい。   Although the amino acid sequence of cytochrome P450 is very diverse, it is known that there is a well-conserved region (consensus sequence) common to all cytochrome P450s (for example, J. Biol. Chem., 2002). Jul 5; 277 (27), pp.24000-24005). That is, EXXXR motif in K-helix (E is glutamic acid residue, R is arginine residue, X is any amino acid residue), cysteine residue in heme binding site and two glycine residues upstream thereof (Heme binding motif) and the threonine residue in the I-helix. In the “cytochrome P450 belonging to CYP107T” in the present invention, the consensus sequence site is preferably conserved.

したがって、本発明における「CYP107Tに属するシトクロムP450」として、上記した例の他に、配列番号1で示されるアミノ酸配列において少なくとも1個のアミノ酸が欠失、挿入、付加、および/または置換されたアミノ酸配列であって、配列番号1の231−235位、270−273位、および335−344位に対応する領域にそれぞれ、配列番号1と比べて0個〜数個のアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含むアミノ酸配列を含むシトクロムP450;および配列番号1で示されるアミノ酸配列において少なくとも1個のアミノ酸が欠失、挿入、付加、および/または置換されたアミノ酸配列であって、配列番号1の231−235位、270−273位、および335−344位に対応する領域にそれぞれ、配列番号1と比べて0個〜数個のアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含むアミノ酸配列からなるシトクロムP450が挙げられる。配列番号1で示されるアミノ酸配列において欠失、挿入、付加、および/または置換される「少なくとも1個のアミノ酸」の数は、該欠失、挿入、付加、および/または置換を含むアミノ酸配列がCYP107Tに属するシトクロムP450をコードする限り、特に限定されない。   Therefore, in the present invention, “cytochrome P450 belonging to CYP107T” is an amino acid in which at least one amino acid is deleted, inserted, added and / or substituted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 in addition to the above-described example. A sequence comprising 0 to several amino acid deletions and insertions compared to SEQ ID NO: 1 in the regions corresponding to positions 231-235, 270-273, and 335-344 of SEQ ID NO: 1, A cytochrome P450 comprising an amino acid sequence comprising additions and / or substitutions; and an amino acid sequence wherein at least one amino acid has been deleted, inserted, added and / or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. In regions corresponding to positions 231-235, 270-273, and 335-344 of SEQ ID NO: 1 Respectively, deletion of 0 to several amino acids as compared to SEQ ID NO: 1, insertion, addition, and / or include cytochrome P450 comprising the amino acid sequence comprising a substitution. The number of “at least one amino acid” to be deleted, inserted, added and / or substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is the number of amino acid sequences containing the deleted, inserted, added and / or substituted. As long as it codes cytochrome P450 belonging to CYP107T, it is not particularly limited.

さらに、本発明における「CYP107Tに属するシトクロムP450」の例として、配列番号1に示されるアミノ酸配列に対して55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、または95%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列であって、配列番号1の231−235位、270−273位、および335−344位に対応する領域にそれぞれ、配列番号1と比べて0個〜数個のアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含むアミノ酸配列を含むシトクロムP450が挙げられる。また、本発明における「CYP107Tに属するシトクロムP450」のさらなる例として、配列番号1に示されるアミノ酸配列に対して55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、または95%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列であって、配列番号1の231−235位、270−273位、および335−344位に対応する領域にそれぞれ、配列番号1と比べて0個〜数個のアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含むアミノ酸配列からなるシトクロムP450が挙げられる。   Furthermore, as an example of “cytochrome P450 belonging to CYP107T” in the present invention, 55% or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more with respect to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. , 85% or more, 90% or more, or 95% or more of amino acid sequences each having a sequence identity corresponding to positions 231-235, 270-273, and 335-344 of SEQ ID NO: 1. And cytochrome P450 comprising an amino acid sequence comprising deletion, insertion, addition and / or substitution of 0 to several amino acids compared to SEQ ID NO: 1. In addition, as a further example of “cytochrome P450 belonging to CYP107T” in the present invention, 55% or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% with respect to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. An amino acid sequence having a sequence identity of 85% or more, 90% or more, or 95% or more in the region corresponding to positions 231-235, 270-273, and 335-344 of SEQ ID NO: 1. Examples include cytochrome P450 consisting of an amino acid sequence that includes deletion, insertion, addition, and / or substitution of 0 to several amino acids compared to SEQ ID NO: 1, respectively.

配列番号1における231−235位、270−273位、および335−344位はそれぞれ、上記したI−ヘリックス、K−ヘリックス、およびヘム結合部位におけるコンセンサス配列部位に相当する。上記「配列番号1の231−235位、270−273位、および335−344位に対応する領域」に含まれるアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換の数は、0個〜数個、例えば、0、1、2、3、4、5、6、または7個であり、好ましくは0個である。例えば、配列番号1の231−235位に対応する領域に含まれるアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換の数は、0、1、2、3、または4個であり、好ましくは0個である。例えば、配列番号1の270−273位に対応する領域に含まれるアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換の数は、0、1、2、または3個であり、好ましくは0個である。例えば、配列番号1の335−344位に対応する領域に含まれるアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換の数は、0、1、2、3、4、5、6、または7個であり、好ましくは0個である。さらに好ましくは、本発明における「CYP107Tに属するシトクロムP450」が配列番号1で示されるアミノ酸配列において少なくとも1個のアミノ酸が欠失、挿入、付加、および/または置換されたアミノ酸配列を含む場合、あるいは配列番号1に示されるアミノ酸配列に対して55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、または95%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む場合は、配列番号1の231−235位、270−273位、および335−344位に対応する領域のいずれの領域にもアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含まず、配列番号1の231−235位、270−273位、および335−344位に対応する領域以外の領域にアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含む。   Positions 231-235, 270-273, and 335-344 in SEQ ID NO: 1 correspond to the consensus sequence sites in the I-helix, K-helix, and heme binding sites, respectively. The number of amino acid deletions, insertions, additions, and / or substitutions contained in the “region corresponding to positions 231-235, 270-273, and 335-344 of SEQ ID NO: 1” is from 0 to a number. For example, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7, preferably 0. For example, the number of amino acid deletions, insertions, additions and / or substitutions contained in the region corresponding to positions 231-235 of SEQ ID NO: 1 is 0, 1, 2, 3, or 4, preferably 0. For example, the number of amino acid deletions, insertions, additions, and / or substitutions contained in the region corresponding to positions 270-273 of SEQ ID NO: 1 is 0, 1, 2, or 3, preferably 0 It is. For example, the number of amino acid deletions, insertions, additions, and / or substitutions contained in the region corresponding to positions 335-344 of SEQ ID NO: 1 is 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7. The number is preferably 0. More preferably, when “cytochrome P450 belonging to CYP107T” in the present invention includes an amino acid sequence in which at least one amino acid is deleted, inserted, added, and / or substituted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or 55% or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, or 95% or more of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 In the region corresponding to positions 231-235, 270-273, and 335-344 of SEQ ID NO: 1, and amino acid deletion, insertion, addition, and / or Or a region other than the region corresponding to positions 231-235, 270-273, and 335-344 of SEQ ID NO: 1 without substitution. To deletions of amino acids, insertion, addition, and / or substitutions.

配列番号1の231−235位に対応する領域がアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含む場合、配列番号1の235位のスレオニン残基(T)が維持されていることが好ましい。配列番号1の270−273位に対応する領域がアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含む場合、配列番号1の270位のグルタミン酸残基(E)および273位のアルギニン残基(R)が維持されていることが好ましい。配列番号1の335−344位に対応する領域がアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含む場合、配列番号1の336位および338位のグリシン残基(G)ならびに342位のシステイン残基(C)が維持されていることが好ましい。   When the region corresponding to positions 231-235 of SEQ ID NO: 1 contains amino acid deletions, insertions, additions, and / or substitutions, the threonine residue (T) at position 235 of SEQ ID NO: 1 is maintained. preferable. When the region corresponding to positions 270-273 of SEQ ID NO: 1 contains amino acid deletions, insertions, additions, and / or substitutions, the glutamic acid residue (E) at position 270 and the arginine residue at position 273 of SEQ ID NO: 1 (R) is preferably maintained. When the region corresponding to positions 335-344 of SEQ ID NO: 1 includes amino acid deletions, insertions, additions, and / or substitutions, the glycine residues (G) at positions 336 and 338 of SEQ ID NO: 1 and positions 342 It is preferred that the cysteine residue (C) is maintained.

本発明において、アミノ酸の置換は、同様の性質の側鎖を有するアミノ酸による保存的アミノ酸置換であってもよい。   In the present invention, the amino acid substitution may be a conservative amino acid substitution with an amino acid having a side chain of similar properties.

「CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子」のヌクレオチド配列は、上記「CYP107Tに属するシトクロムP450」のアミノ酸配列に基づいて決定すればよい。例えば、限定するものではないが、配列番号4を含むヌクレオチド配列;配列番号4に示されるヌクレオチド酸配列に対して55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、または95%以上の配列同一性を有する配列を含むヌクレオチド配列;配列番号4からなるヌクレオチド配列;および配列番号4に示されるヌクレオチド酸配列に対して55%以上、60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、または95%以上の配列同一性を有するヌクレオチド配列等が挙げられる。   The nucleotide sequence of “a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T” may be determined based on the amino acid sequence of “cytochrome P450 belonging to CYP107T”. For example, but not limited to, a nucleotide sequence comprising SEQ ID NO: 4; 55% or more, 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more with respect to the nucleotide acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 % Nucleotide sequence comprising a sequence having a sequence identity of greater than or equal to 85%, greater than or equal to 85%, greater than or equal to 90%, or greater than or equal to 95%; a nucleotide sequence consisting of SEQ ID NO: 4; Examples include nucleotide sequences having 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, or 95% or more sequence identity.

本発明において使用される微生物の種類は、シトクロムP450酸化還元系を有する微生物であるかぎり特に限定されない。例えば、放線菌、桿菌、真正細菌、根粒菌、細菌などが挙げられる。好ましくは、ストレプトマイセス属、ノカルディア属、ロドコッカス属、サッカロポリスポラ属、ミクロモノスポラ属、シュードモナス属、ブラジリゾビウム属、マイコバクテリウム属、バシラス属、リゾビウム属等であり、より好ましくは、ストレプトマイセス・コエリカラー(Streptomyces coelicolor)、ストレプトマイセス・リビダンス(Streptomyces lividans)、ストレプトマイセス・バイオラセオルバー(Streptomyces violaceoruber)、ストレプトマイセス・アベルミチリス(Streptomyces avermitilis)、ストレプトマイセス・グリセウス(Streptmyces grieus)、ストレプトマイセス・ベネズエラエ(Streptomyces venezuelae)、ストレプトマイセス・シンナモネウス(Streptomyces cinnamoneus)、ストレプトマイセス・アルブス(Streptomyces albus)、ストレプトマイセス・アズレウス(Streptomyces azureus)、ストレプトマイセス・モバラエンシス(Streptomyces mobaraensis)、ストレプトマイセス・ハイグロスコピカス(Streptomyces hygroscopicus)、ストレプトマイセス・アンチバイオチクス(Streptomyces antibioticus)、ストレプトマイセス・エリスレア(Streptomyces erthraea)、ストレプトマイセス・フラディエ(Streptomyces fradiae)、ロドコッカス・ファシアンス(Rhodococcus fascians)、シュードモナス・プチダ(Psudomonas putida)、シュードモナス・インコニタ(Psudomonas incognita)、バシラス・メガテリウム(Bacillus megaterium)等の微生物が使用される。   The type of microorganism used in the present invention is not particularly limited as long as it is a microorganism having a cytochrome P450 redox system. For example, actinomycetes, bacilli, eubacteria, rhizobia, bacteria and the like can be mentioned. Preferably, the genus Streptomyces, Nocardia, Rhodococcus, Saccharopolyspora, Micromonospora, Pseudomonas, Bradyrizobium, Mycobacterium, Bacillus, Rhizobium and the like, more preferably Streptomyces coelicolor, Streptomyces lividans, Streptomyces violaceort, Streptomyces cerevisiae striatums grieus), Streptomyces venezuelae ( Streptomyces venezuelae), Streptomyces cinnamoneus, Streptomyces albus, Streptomyces albus, Streptomyces alestomyce Kas (Streptomyces hygroscopicus), Streptomyces antibiotics, Streptomyces erythraea, Streptomyces erthraea Streptomyces fradiae, Rhodococcus fascians, Psudomonas putida, Psudomonas incogita, um, and B.

本発明において、CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含む微生物は、内在性のCYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含む微生物であってもよく、または外来性のCYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含む微生物であってもよく、または内在性および外来性の両方を含む微生物であってもよい。本発明においては、好ましくは、CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を過剰発現している微生物(以下、「過剰発現株」と記す場合もある)が使用される。ここで、過剰発現とは、野生株と比べてCYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を多く含むこと、またはCYP107Tに属するシトクロムP450の発現量が高いことをいう。このような過剰発現株は、自然発生的に生じたものであってもよく、または人為的に作成されたものであってもよい。上記の外来性のCYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含む微生物または外来性および内在性の両方の該遺伝子を含む微生物、あるいは上記の人為的な過剰発現株は、例えば、CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を微生物に導入することによって作成することができる。上記CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子は、例えば、公知の塩基配列情報に基づいて設計したプライマーまたはプローブを用いて、PCRまたはハイブリダイゼーションなどの常法により調製することができる。   In the present invention, the microorganism containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T may be a microorganism containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to endogenous CYP107T, or encodes cytochrome P450 belonging to exogenous CYP107T. Or a microorganism containing both endogenous and exogenous genes. In the present invention, a microorganism overexpressing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T (hereinafter sometimes referred to as “overexpression strain”) is preferably used. Here, overexpression means that a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T is contained more than the wild type, or that the expression level of cytochrome P450 belonging to CYP107T is high. Such an overexpressing strain may be generated spontaneously or may be artificially created. For example, a microorganism containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to the exogenous CYP107T or a microorganism containing both the exogenous and endogenous genes, or the above-described artificial overexpression strain may be, for example, a cytochrome P450 belonging to CYP107T. It can be created by introducing a gene coding for. The gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T can be prepared by a conventional method such as PCR or hybridization using a primer or probe designed based on known base sequence information.

上記CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子の導入は、常法により行うことができる。例えば、上記CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を適当なベクター中に挿入し、該ベクターで微生物を形質転換する。ベクターは、プラスミドベクター、ファージベクター、シャトルベクターなどから適宜選択される。上記ベクターは、プロモーター、ターミネーター、オペレーター、エンハンサーなどの適当な調節因子、チオストレプトン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子などの適当な選択マーカーを含んでいてもよい。形質転換は、当該分野で通常用いられる方法で行えばよい。したがって、本発明は、上記CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含むベクターも提供する。   The gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T can be introduced by a conventional method. For example, a gene encoding cytochrome P450 belonging to the CYP107T is inserted into an appropriate vector, and a microorganism is transformed with the vector. The vector is appropriately selected from plasmid vectors, phage vectors, shuttle vectors, and the like. The vector may contain an appropriate selection marker such as a suitable regulatory factor such as a promoter, terminator, operator or enhancer, a thiostrepton resistance gene, or an ampicillin resistance gene. Transformation may be performed by a method usually used in the art. Therefore, the present invention also provides a vector containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to the CYP107T.

また、本発明は、CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を微生物に導入することを含む、CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含む微生物の製造方法も提供する。例えば、CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を微生物に導入することを含む、CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を過剰発現している微生物の製造方法を提供する。   The present invention also provides a method for producing a microorganism containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T, which comprises introducing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T into the microorganism. For example, there is provided a method for producing a microorganism overexpressing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T, which comprises introducing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T into the microorganism.

本発明においては、上記CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含む微生物をバレンセンの存在下で培養することにより、ヌートカトンを製造する(以下、「本培養」と記す場合もある)。ヌートカトンの前駆体として、ヌートカトールが生成される場合もある。本培養における「バレンセンの存在下」とは、培養培地にバレンセンを添加することによって達成してもよく、または上記CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含む微生物であって、かつ、バレンセンを産生するように遺伝子が導入された微生物を用いることによって達成してもよい。本培養のための培地は、使用される微生物の生育に必要な養分を含む培地であれば、特に限定されない。好ましくは液体培地が使用される。該培地は、微生物の培養に通常用いられる成分、炭素源、窒素源、バレンセンを含み、さらに必要に応じて、ミネラル、ビタミンなどを含んでいてもよい。該培地としては、例えば、TSB培地(トリプティックソイブロス培地)などの市販の培地に、炭素源、窒素源、およびバレンセンを添加したものを使用することもできる。炭素源としては、使用される微生物が資化し得る糖類または糖アルコール、例えば、グルコース、キシロース、アラビノース、デンプン、グリセロールなどを用いることができる。窒素源としては、無機または有機アンモニウム塩、トリプトン、ペプトン、肉汁エキス、酵母エキス、ホエー、カゼイン加水分解物、大豆粉末、フィッシュミールなどを用いることができる。培地中に含まれる炭素源および窒素源の量または炭素源および窒素源の比率は特に限定されず、適宜決定することができる。培地中に含まれるバレンセンの量もまた、特に限定されない。培地に添加するバレンセンの量は、所望のヌートカトンの生産量や培養環境などに応じて適宜決定することができる。例えば、培地中のバレンセンの濃度が0.0001〜5%(w/v)、好ましくは0.01〜0.5%(w/v)になるような量が挙げられる。なお、上記微生物としてバレンセンを産生するように遺伝子が導入された微生物を用いる場合は、上記培地にバレンセンを添加しなくてもよい。上記微生物としてCYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を人為的に導入した微生物を使用する場合は、本培養の培地にさらに、形質転換体の選択のための抗生物質(例えば、チオストレプトン、アンピシリンなど)などを添加してもよい。   In the present invention, a nootkatone is produced by culturing a microorganism containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T in the presence of valencene (hereinafter sometimes referred to as “main culture”). In some cases, nootkatol is produced as a precursor of nootkatone. “In the presence of valencene” in the main culture may be achieved by adding valencene to the culture medium, or a microorganism containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T and producing valencene. Alternatively, it may be achieved by using a microorganism into which a gene has been introduced. The medium for the main culture is not particularly limited as long as it contains a nutrient necessary for the growth of the microorganism to be used. Preferably a liquid medium is used. The medium contains components usually used for culturing microorganisms, a carbon source, a nitrogen source, and valencene, and may further contain minerals, vitamins, and the like as necessary. As the medium, for example, a commercially available medium such as TSB medium (tryptic soy broth medium) added with a carbon source, a nitrogen source, and valencene can be used. As the carbon source, saccharides or sugar alcohols that can be assimilated by the microorganism used, for example, glucose, xylose, arabinose, starch, glycerol, and the like can be used. As the nitrogen source, inorganic or organic ammonium salts, tryptone, peptone, gravy extract, yeast extract, whey, casein hydrolyzate, soybean powder, fish meal and the like can be used. The amount of the carbon source and nitrogen source or the ratio of the carbon source and nitrogen source contained in the medium is not particularly limited and can be determined as appropriate. The amount of valencene contained in the medium is also not particularly limited. The amount of valencene added to the medium can be appropriately determined according to the desired production amount of Nootkaton, the culture environment, and the like. For example, the amount is such that the concentration of valencene in the medium is 0.0001 to 5% (w / v), preferably 0.01 to 0.5% (w / v). When a microorganism into which a gene has been introduced so as to produce valencene is used as the microorganism, it is not necessary to add valencene to the medium. When a microorganism artificially introduced with a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T is used as the microorganism, an antibiotic for selection of a transformant (for example, thiostrepton, ampicillin, etc.) is further added to the main culture medium. Etc.) may be added.

本培養の培養条件、例えば、培養開始時の微生物の数、培養時間、培養温度、培地のpHなどは、上記微生物が良好に増殖し、ヌートカトンを産生する限り特に限定されず、使用される微生物の種類、所望のヌートカトンの生産量、または培養環境などに応じて適宜決定することができる。本培養は、例えば20〜35℃で、好ましくは28〜30℃で、例えばpH5〜9で、好ましくはpH6〜8で、例えば3日以上、好ましくは5〜20日間行われる。   The culture conditions of the main culture, for example, the number of microorganisms at the start of culture, the culture time, the culture temperature, the pH of the medium, etc. are not particularly limited as long as the microorganisms grow well and produce Nootkaton, and the microorganisms used It can be determined as appropriate according to the type, the production amount of the desired Nootkaton, or the culture environment. The main culture is performed, for example, at 20 to 35 ° C., preferably at 28 to 30 ° C., for example, at pH 5 to 9, preferably at pH 6 to 8, for example, 3 days or more, preferably 5 to 20 days.

CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含む微生物は、本培養の前に、予め培養して細胞数を増大させてもよい(このような本培養前の培養を、以下、「種菌培養」と記す場合もある)。種菌培養では、微生物の増殖用培地として通常用いられる培地が用いられ、該培地にはバレンセンが添加されない。上記微生物としてCYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を人為的に導入した微生物を使用する場合は、種菌培養の培地に形質転換体の選択のための抗生物質(例えば、チオストレプトン、アンピシリンなど)などを添加してもよい。培養時間、培養温度などの培養条件は、上記微生物が良好に増殖する限り特に限定されず、適宜決定することができる。種菌培養は、例えば、28〜30℃で、pH6〜8で、2〜5日間行われる。   A microorganism containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T may be cultured in advance before the main culture to increase the number of cells (hereinafter, the culture before the main culture is referred to as “seed culture”). May be noted). In inoculum culture, a medium usually used as a growth medium for microorganisms is used, and valencene is not added to the medium. When a microorganism artificially introduced with a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T is used as the microorganism, an antibiotic for selecting a transformant (eg, thiostrepton, ampicillin, etc.) in the inoculum culture medium Etc. may be added. The culture conditions such as culture time and culture temperature are not particularly limited as long as the above-mentioned microorganisms grow well, and can be appropriately determined. Inoculum culture is performed, for example, at 28-30 ° C., pH 6-8, for 2-5 days.

本培養後、培養液を菌体および培養上清に分離し、菌体および/または培養上清からヌートカトン(またはヌートカトン及びヌートカトール等の混合物)を回収する。菌体および培養上清からのヌートカトンの抽出および精製は、常法に従って行えばよい。例えば、遠心分離によって培養液を菌体および培養上清に分離し、メタノール、ヘキサンなどの有機溶媒を用いて菌体または培養上清を処理してヌートカトンを抽出することができる。さらに、クロマトグラフィーなどの公知の手段を用いて上記抽出物を精製し、純度の高いヌートカトンを得ることができる。   After the main culture, the culture solution is separated into cells and culture supernatant, and nootkatone (or a mixture of nootkaton and nootkatol) is recovered from the cells and / or culture supernatant. Extraction and purification of nootkatone from the microbial cells and culture supernatant may be performed according to conventional methods. For example, the culture solution can be separated into cells and culture supernatant by centrifugation, and the cells or culture supernatant can be treated with an organic solvent such as methanol and hexane to extract nootkatone. Furthermore, the said extract can be refine | purified using well-known means, such as a chromatography, and a nootkatone with high purity can be obtained.

以下に実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1:ヌートカトン産生候補遺伝子群のスクリーニング
(1)遺伝子のクローニング
ストレプトマイセス・コエリカラー(Streptomyces coelicolor A(3)2)のゲノム情報(Genbank No.NC_003888)を基に、SCO5223、SCO3099、SCO3770、およびSCO3636遺伝子領域を増幅するためのプライマーを設計した(表1)。SCO5223、SCO3099、SCO3770、およびSCO3636遺伝子領域は各々、CYP170A、CYP107U、CYP107T、CYP107Pに属するシトクロムP450をコードすることが分かった。ストレプトマイセス・コエリカラーのゲノムをテンプレート、設計したプライマーをフォワードプライマーとリバースプライマーとし、東洋紡社のKOD−Plus−Neo(登録商標)キットを用いてPCR反応を行い、目的遺伝子断片を増幅した。PCR反応は、「94℃にて2分」を1サイクル後、「98℃にて10秒、68℃にて1分30秒」を30サイクルの条件で行った。かかる増幅により得たSCO5223、SCO3099、SCO3770、SCO3636に対応する遺伝子の配列は各々、配列番号2、3、4、20に対応する。
Example 1 Screening of Nootkaton Production Candidate Gene Group (1) Gene Cloning Based on the genomic information (Genbank No. NC_003888) of Streptomyces coelicolor A (3) 2, SCO5223, SCO3099, SCO3770, And primers for amplifying the SCO3636 gene region were designed (Table 1). The SCO5223, SCO3099, SCO3770, and SCO3636 gene regions were found to encode cytochrome P450 belonging to CYP170A, CYP107U, CYP107T, and CYP107P, respectively. A Streptomyces coelicolor genome was used as a template, the designed primers were used as a forward primer and a reverse primer, and a PCR reaction was performed using a KOD-Plus-Neo (registered trademark) kit manufactured by Toyobo Co., Ltd. to amplify a target gene fragment. The PCR reaction was performed under the condition of 30 cycles of “94 ° C. for 2 minutes” after 1 cycle and “98 ° C. for 10 seconds, 68 ° C. for 1 minute 30 seconds”. The sequences of the genes corresponding to SCO5223, SCO3099, SCO3770, and SCO3636 obtained by such amplification correspond to SEQ ID NOs: 2, 3, 4, and 20, respectively.

目的のタンパク質を過剰発現させるために、ストレプトマイセス・セプタタス(Streptomyces septatus)由来メタロエンドプロテアーゼ(SSMP)プロモーター(配列番号11)(特開2009−65837参照)を利用した。このプロモーターと共に増幅断片を、pIJ101を複製起点として有するベクターに連結し、目的の遺伝子過剰発現ベクターとした。該ベクターの構造を図1に示す。   In order to overexpress the target protein, a Streptomyces septatus-derived metalloendoprotease (SSMP) promoter (SEQ ID NO: 11) (see JP 2009-65837 A) was used. The amplified fragment together with this promoter was ligated to a vector having pIJ101 as a replication origin to obtain a target gene overexpression vector. The structure of the vector is shown in FIG.

(2)放線菌の形質転換
ストレプトマイセス・リビダンス(Streptomyces lividans)TK64株(独立法人 製品評価技術基盤機構 バイオテクノロジー本部 生物遺伝資源部門(NBRC):NBRC番号15678)を遺伝子過剰発現ベクターで形質転換した。放線菌の形質転換は、放線菌に関する遺伝子操作技術についての「Genetic Manipulation of Streptomyces」(Hopwood, D.A.ら、1985年、Genetic Manipulation of Streptomyces: a Laboratory Manual, the John Innes Foundation, Norwich)に記載の方法に従って行った。得られた形質転換株をSCO5223、SCO3099、SCO3770、SCO3636過剰発現株とした。
(2) Transformation of actinomycetes Streptomyces lividans TK64 strain (National Institute of Technology and Evaluation, Biotechnology Headquarters, Biogenetic Resources Division (NBRC): NBRC No. 15678) transformed with a gene overexpression vector did. The transformation of actinomycetes is described in “Genetic Manipulation of Streptomyces” (Hopwood, DA, et al., 1985, Genetic Manipulation of Streptomyces: a Laboratory of Streptomyces: The procedure was as described. The obtained transformants were designated as SCO5223, SCO3099, SCO3770, and SCO3636 overexpressing strains.

(3)培養方法
上記の通り作成したSCO5233、SCO3099、SCO3770、SCO3636過剰発現株を、まず種菌培養として、チオストレプトン(50μg/mL)を含有するTSB培地(ベクトン・ディッキンソン製 Bacto(商標) Tryptic Soy Broth(Soybean−Casein Digest Medium)、品番:211825)5mL中で28℃、72時間、試験管で振とう培養した。その後本培養として、500mL容バッフルフラスコにチオストレプトン(10μg/mL)を含有するSSMP培地(表2)50mLを入れ、種菌培養溶液を3%(1.5mL)植菌し、28℃で振とう培養した。培養開始72時間後に、終濃度10%になるようにグルコース溶液、および終濃度0.025%になるようにバレンセン(SIGMA−ALDRICH社製、品番:75056−10G−F)を添加し、さらに168時間振とう培養した。
(3) Culture method SCO5233, SCO3099, SCO3770, and SCO3636 overexpressing strains prepared as described above are first used as seed cultures, TSB medium (Bacto (trademark) Tryptic manufactured by Becton Dickinson) containing thiostrepton (50 μg / mL). Soy Broth (Soybean-Casein Digest Medium), product number: 21825) was cultured with shaking in a test tube at 28 ° C. for 72 hours in 5 mL. Then, as the main culture, put 50 mL of SSMP medium (Table 2) containing thiostrepton (10 μg / mL) into a 500 mL baffle flask, inoculate 3% (1.5 mL) of the inoculum culture solution, and shake at 28 ° C. Cultured at last. 72 hours after the start of culture, a glucose solution was added to a final concentration of 10%, and valencene (manufactured by SIGMA-ALDRICH, product number: 75056-10G-F) was added to a final concentration of 0.025%. Cultured with shaking.

pH=7.0 pH = 7.0

(4)ヌートカトンの検出方法
培養終了後、菌体培養液を2mL回収後、遠心(14,000rpm、20分)により分離し、菌体を回収した。1.5mLメタノールを加えて振盪で混合した。上清1mLに0.25mL蒸留水及び0.5mLヘキサンを加えて振盪で混合した。遠心により分離し、ヘキサン層を回収した。得られたヘキサン溶液中のヌートカトンを、GL Sciences社のInertCap 5(内径0.25mm、長さ30m、膜厚0.40μm)を用いた株式会社島津製作所製のガスクロマトグラフGC−2010および質量分析計GCMS−QP2010Plusを用いて分析した(表3)。
(4) Detection method of Nootkaton After completion of the culture, 2 mL of the bacterial cell culture solution was recovered and then separated by centrifugation (14,000 rpm, 20 minutes) to recover the bacterial cells. 1.5 mL methanol was added and mixed by shaking. To 1 mL of the supernatant, 0.25 mL distilled water and 0.5 mL hexane were added and mixed by shaking. The hexane layer was recovered by centrifugation. Gas chromatograph GC-2010 and mass spectrometer manufactured by Shimadzu Corporation using InertCap 5 (inner diameter: 0.25 mm, length: 30 m, film thickness: 0.40 μm) of GL Sciences Co., Ltd. were used as the Nootkaton in the obtained hexane solution. Analysis was performed using GCMS-QP2010Plus (Table 3).

ガスクロマトグラフィー/マススペクトロメトリー分析結果から、SCO5223、SCO3099、およびSCO3636過剰発現株ではヌートカトンの生成は確認できなかった。一方、SCO3770過剰発現株のサンプルは、ヌートカトン標品(東京化成工業株式会社製、品番:N0920)と同じ保持時間にガスクロマトグラフィーで溶出されるピークを含み、このピークのマススペクトルがヌートカトン標品と極めて類似していること(図2)から、SCO3770過剰発現株ではヌートカトン生成が確認できた。   From the results of gas chromatography / mass spectrometry analysis, it was not possible to confirm the production of nootkatone in the SCO5223, SCO3099, and SCO3636 overexpressing strains. On the other hand, the sample of the SCO3770 overexpressing strain contains a peak eluted by gas chromatography at the same retention time as that of the Nootkaton standard (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., product number: N0920). As shown in FIG. 2, nootkatone production was confirmed in the SCO3770 overexpressing strain.

実施例2:SCO3770の機能の詳細解析
(1)SCO3770遺伝子破壊株の作製
SCO3770遺伝子(配列番号4)の97番目から1090番目の領域を増幅するためのプライマーを設計した(表4)。ストレプトマイセス・コエリカラーのゲノムをテンプレート、設計したプライマーをフォワードプライマーとリバースプライマーとし、タカラバイオ社のPrimeSTAR(登録商標) GXL DNA Polymeraseキットを用いてPCR反応を行い、目的遺伝子断片を増幅した。PCR反応は、「98℃にて5分」を1サイクル後、「98℃にて30秒、55℃にて30秒、68℃にて1分」を30サイクルの条件で行った。かかる増幅により得た配列(以下、「ΔSCO3770配列」と記す場合もある)を配列番号12に示す。
Example 2: Detailed analysis of SCO3770 function (1) Preparation of SCO3770 gene disruption strain Primers for amplifying the 97th to 1090th regions of the SCO3770 gene (SEQ ID NO: 4) were designed (Table 4). A Streptomyces coelicolor genome was used as a template, the designed primers were used as a forward primer and a reverse primer, and a PCR reaction was performed using PrimeSTAR (registered trademark) GXL DNA Polymerase kit manufactured by Takara Bio Inc. to amplify the target gene fragment. The PCR reaction was carried out under the conditions of “cycle at 98 ° C. for 5 minutes” after 1 cycle and “98 ° C. for 30 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, 68 ° C. for 1 minute” for 30 cycles. The sequence obtained by such amplification (hereinafter sometimes referred to as “ΔSCO3770 sequence”) is shown in SEQ ID NO: 12.

SCO3770遺伝子に対応するストレプトマイセス・リビダンスTK64ゲノム上の遺伝子を削除するために、増幅断片をpGM160(Muth et.al, 1989, Mol.Gen.Genet., 219, 341−348)を複製起点として有するベクターに連結し、SCO3770遺伝子破壊用ベクターとした。該ベクターの構造を図3に示す。該ベクター中のmelCオペロン領域の配列を配列番号15に示す。   In order to delete the gene on the Streptomyces lividans TK64 genome corresponding to the SCO3770 gene, the amplified fragment was used as a replication origin from pGM160 (Muth et.al, 1989, Mol. Gen. Genet., 219, 341-348). The SCO3770 gene disruption vector was ligated to the vector. The structure of the vector is shown in FIG. The sequence of the melC operon region in the vector is shown in SEQ ID NO: 15.

ストレプトマイセス・リビダンスTK64株をSCO3770遺伝子破壊用ベクターで形質転換した。この結果、相同組換えによりゲノム上のSCO3770遺伝子に対応する遺伝子内へ、SCO3770遺伝子破壊用配列(ΔSCO3770配列)が挿入され、SCO3770遺伝子に対応する遺伝子の機能が破壊されたSCO3770破壊株(以下、「ΔSCO3770株」と記す場合もある)が得られた。   Streptomyces lividans strain TK64 was transformed with the SCO3770 gene disruption vector. As a result, the SCO3770 disruption strain (hereinafter referred to as the SCO3770 disruption strain in which the SCO3770 gene disruption sequence (ΔSCO3770 sequence) was inserted into the gene corresponding to the SCO3770 gene on the genome by homologous recombination and the function of the gene corresponding to the SCO3770 gene was destroyed. In some cases, “ΔSCO3770 strain” is also obtained.

(2)SCO3770遺伝子復帰株の構築
SCO3770遺伝子の機能を確認するために、実施例2(1)に記載したSCO3770遺伝子破壊株を、実施例1(1)に記載したSCO3770遺伝子過剰発現ベクターで形質転換した。得られた形質転換株を、SCO3770過剰発現(ΔSCO3770)株とした。
(2) Construction of SCO3770 gene reversion strain In order to confirm the function of the SCO3770 gene, the SCO3770 gene-disrupted strain described in Example 2 (1) was transformed with the SCO3770 gene overexpression vector described in Example 1 (1). Converted. The obtained transformant was designated as an SCO3770 overexpression (ΔSCO3770) strain.

(3)ヌートカトンの生産量測定
実施例1(3)に記載の手順で4種の株(ストレプトマイセス・リビダンスTK64株、SCO3770過剰発現株、SCO3770破壊株、SCO3770過剰発現(ΔSCO3770)株)を培養した後、菌体培養液を2mL回収後、遠心(14,000rpm、20分)により分離し、上清を1mL、および菌体を別々に回収した。
回収した上清は、1/2量のヘキサンを加えて振盪で混合した。遠心(14,000rpm、1分)により分離し、ヘキサン層を回収した。一方、回収した菌体は、1.5mLメタノールを加えて振盪で混合した。上清1mLに0.25mL蒸留水及び0.5mLヘキサンを加えて振盪で混合した。遠心により分離し、ヘキサン層を回収した。上清と菌体から得られたヘキサン溶液中のヌートカトンの量を、GL Sciences社のInertCap 5(内径0.25mm、長さ 30m、膜厚0.40μm)を用いた株式会社島津製作所製のガスクロマトグラフGC−2014を用いて分析した(表5)。なお、この条件では、ヌートカトンは12分付近に溶出される。また、ヌートカトンの量は、上記クロマトグラムにおけるβ−カリオフィレン標準品の検量線により算出される。
(3) Production measurement of Nootkaton Four types of strains (Streptomyces lividans TK64 strain, SCO3770 overexpressing strain, SCO3770-destroying strain, SCO3770 overexpressing (ΔSCO3770) strain) were prepared by the procedure described in Example 1 (3). After culturing, 2 mL of the bacterial cell culture solution was collected and then separated by centrifugation (14,000 rpm, 20 minutes), and 1 mL of the supernatant and the bacterial cells were separately collected.
The collected supernatant was mixed with shaking after adding 1/2 volume of hexane. The hexane layer was recovered by centrifugation (14,000 rpm, 1 minute). On the other hand, the collected microbial cells were mixed by shaking with addition of 1.5 mL methanol. To 1 mL of the supernatant, 0.25 mL distilled water and 0.5 mL hexane were added and mixed by shaking. The hexane layer was recovered by centrifugation. The amount of Nootkaton in the hexane solution obtained from the supernatant and the bacterial cells was measured using a gas chromatograph manufactured by Shimadzu Corporation using InertCap 5 (inner diameter 0.25 mm, length 30 m, film thickness 0.40 μm) from GL Sciences. Analysis was performed using a graph GC-2014 (Table 5). Under this condition, the Noot Katon is eluted around 12 minutes. Moreover, the amount of Nootkaton is calculated from a standard curve of β-caryophyllene standard product in the chromatogram.

培養液上清および菌体内のヌートカトン量を測定したところ、ストレプトマイセス・リビダンスTK64株(元株)はヌートカトンを生産していないのに対し、SCO3770過剰発現株ではヌートカトンの産生が確認できた(図4、図5、表6)。一方、ΔSCO3770株では、ヌートカトンが産生されていなかった。この株に対してSCO3770遺伝子を過剰発現させたSCO3770過剰発現(ΔSCO3770)株では、ヌートカトンの産生が確認できた。これらの結果より、SCO3770遺伝子産物がバレンセンからヌートカトンへの変換を行っていることが明らかとなった。   When the amount of nootkatone in the culture supernatant and the bacterial cells was measured, Streptomyces lividans TK64 strain (former strain) did not produce nootkatone, whereas SCO3770 overexpressing strains confirmed the production of nootkatone ( FIG. 4, FIG. 5, Table 6). On the other hand, Noutkaton was not produced in the ΔSCO3770 strain. In the SCO3770 overexpression (ΔSCO3770) strain in which the SCO3770 gene was overexpressed with respect to this strain, production of nootkatone could be confirmed. From these results, it was revealed that the SCO3770 gene product was converted from Valensen to Nootkaton.

培養液1mL換算の濃度(mg/L)。3検体の平均値。 Concentration (mg / L) in terms of 1 mL of culture solution. Average of 3 samples.

実施例3:ヌートカトン産生候補遺伝子のスクリーニング
(1)遺伝子のクローニング
ストレプトマイセス・アルブス(Streptomyces albus)(ATCC 21838株(独立行政法人 製品評価技術基盤機構 バイオテクノロジー本部 生物遺伝資源部門(NBRC):NBRC番号107858)由来の配列であるSLNWT_3333の配列情報を基に、人工遺伝子合成技術を用いて人工遺伝子を作成した(配列番号16)。SLNWT_3333は、SCO3770(配列番号1)と配列相同性がアミノ酸レベルで69%であり、かつ、配列番号1における335〜344位に対応する領域に配列番号1と比べて1つのアミノ酸置換を有し、配列番号1における231〜235位および270〜273位は保存されている。さらに、SLNWT_3333は、配列番号1の336位および338位のグリシン残基ならびに342位のシステイン残基を維持している。
Example 3 Screening of Nootkaton Production Candidate Genes (1) Gene Cloning Streptomyces albus (ATCC 21838 strain (National Institute of Technology and Evaluation, Biotechnology Headquarters, Biogenetic Resources Division (NBRC)): NBRC Based on the sequence information of SLNWT — 3333, which is a sequence derived from No. 107858), an artificial gene was created using an artificial gene synthesis technique (SEQ ID NO: 16), and SLNWT — 3333 has a sequence homology with SCO3770 (SEQ ID NO: 1) at the amino acid level. 69%, and has one amino acid substitution in the region corresponding to positions 335 to 344 in SEQ ID NO: 1 compared to SEQ ID NO: 1, and positions 231 to 235 and 270 to 273 in SEQ ID NO: 1 are conserved. Has been In addition, SLNWT — 3333 maintains the glycine residues at positions 336 and 338 of SEQ ID NO: 1 and the cysteine residue at position 342.

目的のタンパク質を過剰発現させるために、ストレプトマイセス・アベルミチリス由来キシロースイソメラーゼ(xylA)プロモーター(配列番号17)(J. Microbiol. Biotechnol. 2008 May;18(5):837-44に開示)を利用した。このプロモーターと共に人工遺伝子を、pIJ101を複製起点として有するベクターに連結し、目的遺伝子の過剰発現ベクターとした。該ベクターの構造を図1に示す。   In order to overexpress the protein of interest, the Streptomyces avermitilis-derived xylose isomerase (xylA) promoter (SEQ ID NO: 17) (disclosed in J. Microbiol. Biotechnol. 2008 May; 18 (5): 837-44) is used. did. The artificial gene together with this promoter was linked to a vector having pIJ101 as a replication origin to obtain an overexpression vector of the target gene. The structure of the vector is shown in FIG.

(2)放線菌の形質転換
実施例1−(2)と同様の方法で、ストレプトマイセス・リビダンスTK64株を遺伝子過剰発現ベクターで形質転換した。得られた形質転換株をSLNWT_3333過剰発現株とした。
(2) Transformation of Actinomycetes Streptomyces lividans TK64 strain was transformed with a gene overexpression vector in the same manner as in Example 1- (2). The obtained transformant was designated as SLNWT — 3333 overexpressing strain.

(3)培養方法
上記の通り作成したSLNWT_3333過剰発現株を、実施例1−(3)と同様の方法で培養した。但し、バレンセン添加後の培養時間を432時間とした。
(3) Culture method The SLNWT — 3333 overexpression strain prepared as described above was cultured in the same manner as in Example 1- (3). However, the culture time after addition of valencene was 432 hours.

(4)ヌートカトンの生産量測定
培養終了後、実施例2−(3)と同様の方法で、SLNWT_3333過剰発現株の培養液上清および菌体内のヌートカトン量を測定したところ、ヌートカトンの産生が確認された(図6、図7、表7)。
(4) Measurement of Noutkaton Production After completion of culture, the amount of SLNWT — 3333 overexpressing strain in the culture broth and the amount of nootkatone in the cells were measured in the same manner as in Example 2- (3). (FIG. 6, FIG. 7, Table 7).

本発明によれば、微生物を用いてより簡便かつ安価にヌートカトンを製造する方法が提供される。本発明の方法によって製造されたヌートカトンは、食品、化粧品を含む幅広い分野において天然香料として利用することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method of manufacturing a nootkaton more simply and cheaply using microorganisms is provided. The noot katon produced by the method of the present invention can be used as a natural fragrance in a wide range of fields including foods and cosmetics.

Claims (10)

CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子を含む微生物をバレンセンの存在下で培養することを特徴とする、ヌートカトンの製造方法。   A method for producing a nootkaton, comprising culturing a microorganism containing a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T in the presence of valencene. CYP107Tに属するシトクロムP450が、配列番号1で示されるアミノ酸配列を含むか、あるいは配列番号1で示されるアミノ酸配列において少なくとも1個のアミノ酸が欠失、挿入、付加、および/または置換されたアミノ酸配列であって、配列番号1における231−235位、270−273位、および335−344位に対応する領域にそれぞれ、配列番号1と比べて0個〜数個のアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含むアミノ酸配列を含む、請求項1記載の方法。   An amino acid sequence in which cytochrome P450 belonging to CYP107T includes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or at least one amino acid is deleted, inserted, added, and / or substituted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. In the region corresponding to positions 231-235, 270-273, and 335-344 in SEQ ID NO: 1, 0 to several amino acid deletions, insertions, additions compared to SEQ ID NO: 1, respectively. And / or an amino acid sequence comprising a substitution. CYP107Tに属するシトクロムP450が、配列番号1で示されるアミノ酸配列を含む、請求項2記載の方法。   The method according to claim 2, wherein the cytochrome P450 belonging to CYP107T comprises the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. 微生物が放線菌である、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the microorganism is actinomycete. 微生物がストレプトマイセス属の放線菌である、請求項4記載の方法。   The method according to claim 4, wherein the microorganism is Streptomyces actinomycetes. CYP107Tに属するシトクロムP450をコードする遺伝子が導入された微生物。   A microorganism into which a gene encoding cytochrome P450 belonging to CYP107T has been introduced. CYP107Tに属するシトクロムP450が、配列番号1で示されるアミノ酸配列を含むか、あるいは配列番号1で示されるアミノ酸配列において少なくとも1個のアミノ酸が欠失、挿入、付加、および/または置換されたアミノ酸配列であって、配列番号1における231−235位、270−273位、および335−344位に対応する領域にそれぞれ、配列番号1と比べて0個〜数個のアミノ酸の欠失、挿入、付加、および/または置換を含むアミノ酸配列を含む、請求項6記載の微生物。   An amino acid sequence in which cytochrome P450 belonging to CYP107T includes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or at least one amino acid is deleted, inserted, added, and / or substituted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. In the region corresponding to positions 231-235, 270-273, and 335-344 in SEQ ID NO: 1, 0 to several amino acid deletions, insertions, additions compared to SEQ ID NO: 1, respectively. And / or an amino acid sequence comprising a substitution. CYP107Tに属するシトクロムP450が、配列番号1で示されるアミノ酸配列を含む、請求項7記載の微生物。   The microorganism according to claim 7, wherein the cytochrome P450 belonging to CYP107T comprises the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. 微生物が放線菌である、請求項6〜8のいずれか1項記載の微生物。   The microorganism according to any one of claims 6 to 8, wherein the microorganism is actinomycetes. 微生物がストレプトマイセス属の放線菌である、請求項9記載の微生物。   The microorganism according to claim 9, wherein the microorganism is an actinomycete belonging to the genus Streptomyces.
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