JP2022079337A - Method for producing hydroxytyrosol - Google Patents

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Daisuke Koma
貴士 大本
Takashi Omoto
邦彦 森芳
Kunihiko Moriyoshi
勇人 山中
Isato Yamanaka
博之 大橋
Hiroyuki Ohashi
雅士 清水
Masashi Shimizu
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Abstract

To provide a method for producing hydroxytyrosol with improved productivity.SOLUTION: A method for producing hydroxytyrosol includes the step of reacting tyrosol with a microorganism, wherein the microorganism is a microorganism modified so that a gene encoding 4-hydroxyphenyl acetate-3-hydroxylase is incorporated into a chromosome in an expressible manner.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、ヒドロキシチロソールの製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for producing hydroxytyrosol.

ヒドロキシチロソールは高価値の化合物であり、高純度のヒドロキシチロソールの安定かつ持続可能な製造に対する需要が高まっている。ヒドロキシチロソールは、抗腫瘍剤、抗アテローム剤、抗炎症剤及び/又は抗血小板凝集剤としての潜在的な生物学的機能を有する最も強力な抗酸化剤のひとつであり、機能性食品、栄養補助食品、化粧品、及び動物飼料などの産業における広範囲の潜在的用途を有する。 Hydroxytyrosol is a high value compound and there is an increasing demand for stable and sustainable production of high purity hydroxytyrosol. Hydroxytyrosol is one of the most potent antioxidants with potential biological functions as an antitumor, antiatherome, anti-inflammatory and / or anti-platelet flocculant, functional foods, nutrition. It has a wide range of potential uses in industries such as supplements, cosmetics, and animal feeds.

ヒドロキシチロソールは、オリーブ抽出物から製造されるほか、微生物や酵素を利用したバイオコンバージョンによる製造も提案されている(特許文献1及び2、非特許文献1及び2)。
チロソールを原料としてヒドロキシチロソールを製造する方法として、緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)を利用する方法(非特許文献1)や、青枯病菌(Ralstonia solanacreaum)のチロシナーゼ酵素を利用する方法が報告されている(特許文献1)。
L-3,4-ジヒドロキシフェニルアラニン(L-DOPA)を原料としてヒドロキシチロソールを製造する方法として、大腸菌(Escherichia coli)の改変体を用いる方法が報告されている(特許文献2、非特許文献2)。
In addition to being produced from olive extract, hydroxytyrosol has also been proposed to be produced by bioconversion using microorganisms and enzymes (Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Documents 1 and 2).
As a method for producing hydroxytyrosol from tyrosol, a method using Pseudomonas aeruginosa (Non-Patent Document 1) and a method using tyrosinase enzyme of Ralstonia solanacreaum have been reported. (Patent Document 1).
As a method for producing hydroxytyrosol using L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) as a raw material, a method using a variant of Escherichia coli has been reported (Patent Document 2, Non-Patent Document 2). ).

特表2017-538432号公報Japanese Patent Publication No. 2017-538432 特表2019-524076号公報Special Table 2019-524076 Gazette

Z. Bouallagui and S. Sayadi, Bioconversion of of p-Tyrosol into Hydroxytyrosol under Bench-Scale Fermentation, BioMed Research InternationalVolume 2018, Article ID 7390751Z. Bouallagui and S. Sayadi, Bioconversion of of p-Tyrosol into Hydroxytyrosol under Bench-Scale Fermentation, BioMed Research InternationalVolume 2018, Article ID 7390751 Chaozhi Li et al., Efficient Synthesis of Hydroxytyrosol from l-3,4-Dihydroxyphenylalanine Using Engineered Escherichia coli Whole Cells、J. Agric. Food Chem., 2019, 67, 24, 6867-6873Chaozhi Li et al., Efficient Synthesis of Hydroxytyrosol from l-3,4-Dihydroxyphenylalanine Using Engineered Escherichia coli Whole Cells, J. Agric. Food Chem., 2019, 67, 24, 6867-6873

緑膿菌を使う方法(非特許文献1)は、緑膿菌が病原菌であるため、大量培養が好ましくないなどの問題があり、この問題を解消するため、生菌ではなく酵素を利用する方法(特許文献1)が提案された。
しかし、酵素を調製するためには、酵素を作る微生物を増やし、そこから酵素を精製する手間がかかる。特に酵素は精製すればコストが大幅に上がる。また、酵素に補酵素が必要な場合は、反応液に補酵素を添加するか、補酵素の再生系を構築する必要があるが、補酵素は一般的に高価である。また、補酵素の再生系を構築するためには、そのために別の酵素が必要となる。
また、L-DOPAを原料とした生菌を用いる方法が提案されているが(特許文献2及び非特許文献2)、原料のL-DOPAは非常に高価である。また、L-DOPAを菌に作らせる工程を採用したとしても、この方法でL-DOPAを大量に生産することは困難が伴う。
The method using Pseudomonas aeruginosa (Non-Patent Document 1) has a problem that mass culture is not preferable because Pseudomonas aeruginosa is a pathogenic bacterium. (Patent Document 1) has been proposed.
However, in order to prepare an enzyme, it takes time and effort to increase the number of microorganisms that produce the enzyme and purify the enzyme from the microorganism. In particular, if enzymes are purified, the cost will increase significantly. When a coenzyme is required for an enzyme, it is necessary to add the coenzyme to the reaction solution or to construct a regeneration system for the coenzyme, but the coenzyme is generally expensive. In addition, in order to construct a regeneration system for coenzymes, another enzyme is required for that purpose.
Further, although a method using live bacteria using L-DOPA as a raw material has been proposed (Patent Document 2 and Non-Patent Document 2), the raw material L-DOPA is very expensive. Further, even if the step of causing the fungus to produce L-DOPA is adopted, it is difficult to mass-produce L-DOPA by this method.

本開示は、生菌を使用し、生産性が向上するヒドロキシチロソールの製造方法を提供する。 The present disclosure provides a method for producing hydroxytyrosol, which uses live bacteria and improves productivity.

本開示は、チロソールと微生物とを反応させる工程を含み、前記微生物は、4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子が発現可能に染色体に組み込まれる改変が加えられた微生物である、ヒドロキシチロソールの製造方法に関する。 The present disclosure comprises a step of reacting tyrosol with a microorganism, wherein the microorganism is a modified microorganism in which a gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is vulnerably integrated into a chromosome so that it can be expressed. The present invention relates to a method for producing hydroxytyrosol.

本開示によれば、生菌を使用し、生産性が向上したヒドロキシチロソールの製造方法を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a method for producing hydroxytyrosol having improved productivity by using live bacteria.

図1は、hpaBC遺伝子が大腸菌染色体へ導入された株のチロソール流加培養によるヒドロキシチロソールの製造の経過を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the progress of production of hydroxytyrosol by tyrosol fed-batch culture of a strain in which the hpaBC gene has been introduced into an Escherichia coli chromosome. 図2は、hpaBC遺伝子をプラスミドで保持する大腸菌:MG1655(DE3)/pET21a-FRT-hpaBC株のチロソール流加培養によるヒドロキシチロソールの製造の経過を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the progress of production of hydroxytyrosol by tyrosol fed-batch culture of Escherichia coli: MG1655 (DE3) / pET21a-FRT-hpaBC strain carrying the hpaBC gene in a plasmid.

本開示は、チロソールからヒドロキシチロソールを製造する際に使用する微生物において、4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子の導入方法が、プラスミドとして導入する形態に比べ、染色体に組み込む形態の場合に、顕著にヒドロキシチロソールの生産性が向上する、という知見に基づく。 The present disclosure describes a form in which a gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is introduced into a chromosome in a microorganism used for producing hydroxytyrosol from tyrosol, as compared with a form introduced as a plasmid. Based on the finding that the productivity of hydroxytyrosol is significantly improved in the case of.

[微生物]
本開示において使用される微生物、つまり、4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子が発現可能に染色体に組み込まれる改変が加えられる宿主の微生物としては、特に制限されない。
前記微生物の一又は複数の実施形態として、酵母及びバクテリアが挙げられる。
[Microorganisms]
The microorganism used in the present disclosure, that is, the microorganism of the host to which the gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is modified to be expressively integrated into the chromosome is not particularly limited.
Examples of one or more embodiments of the microorganism include yeast and bacteria.

酵母としては、サッカロミセス セレビシエ(Saccharomayces cerevisiae)、ピキア パストリス(Pichia pastoris)、シゾサッカロミセス ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等が挙げられる。
バクテリアとしては、エシェリヒア コリ(大腸菌、Escherichia coli)、シュードモナス(Pseudomonas)、コリネバクテリウム(Corynebacterium)等が挙げられる。
大腸菌としては、大腸菌K12株及びB株、これらに由来する株が挙げられる。大腸菌K12株由来の株としては、MG1655、W3110、W1330、JM109、HST02、HB101、DH5α、及びこれらの染色体にラムダDE3遺伝子が組み込まれたDE3株が挙げられる。B株由来の株としては、BL21、BL21(DE3)等が挙げられる。
大腸菌としては、これら菌株から派生した自然変異株でも人為的な遺伝子改変株であってもよい。
Examples of the yeast include Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Schizosaccharomyces pombe and the like.
Examples of the bacterium include Escherichia coli (Escherichia coli), Pseudomonas, Corynebacterium and the like.
Examples of Escherichia coli include Escherichia coli K12 strain and B strain, and strains derived from these strains. Examples of the strain derived from the Escherichia coli K12 strain include MG1655, W3110, W1330, JM109, HST02, HB101, DH5α, and the DE3 strain in which the lambda DE3 gene is integrated into these chromosomes. Examples of the strain derived from the B strain include BL21, BL21 (DE3) and the like.
The Escherichia coli may be a natural mutant strain derived from these strains or an artificially modified strain.

[4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼ]
本開示において、4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼは、4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-モノオキシゲナーゼとも呼ばれる酵素をいう。
本開示における4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼは、チロソールがヒドロキシチロソールとなる化学反応を触媒できるものである。
4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼは、上記触媒機能があるものであれば制限されないが、一又は複数の実施形態において、二成分酵素であって、一又は複数の実施形態において、補酵素として還元型のフラビンアデニンヌクレオチド(FAD)、すなわち、FADH2を使用する、二成分型FAD依存モノオキシゲナーゼである。
[4-Hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase]
In the present disclosure, 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase refers to an enzyme also also referred to as 4-hydroxyphenylacetate-3-monooxygenase.
The 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase in the present disclosure can catalyze the chemical reaction in which tyrosol becomes hydroxytyrosol.
4-Hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is not limited as long as it has the above-mentioned catalytic function, but is a two-component enzyme in one or more embodiments, and a coenzyme in one or more embodiments. It is a two-component FAD-dependent monooxygenase that uses the reduced flavin adenine nucleotide (FAD), ie FADH 2 .

本開示における4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼは、一又は複数の実施形態において、大腸菌のhpaBC遺伝子の遺伝子産物若しくはそのオーソログの遺伝子産物、又はこれらに由来する二成分酵素である。
大腸菌のhpaB遺伝子の産物HpaBタンパク質のアミノ酸配列は、一又は複数の実施形態において、配列番号11で表される。
大腸菌のhpaC遺伝子の産物HpaCタンパク質のアミノ酸配列は、一又は複数の実施形態において、配列番号12で表される。
本開示において「オーソログ」とは、異なる生物に存在する相同な機能を有する類縁遺伝子を意味する。
本開示において「由来する酵素」とは、一又は複数の実施形態において、元の酵素のアミノ酸配列に対して同一性が70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、又は99%以上のアミノ酸配列である酵素をいう。
本開示において「由来する酵素」とは、一又は複数の実施形態において、「チロソールがヒドロキシチロソールとなる化学反応を触媒できる」機能を、元の酵素と同程度に有する酵素をいう。同程度とは、一又は複数の実施形態において、活性の差が±25%、±20%、±15%、±10%、又は±5%以内のことをいう。
The 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase in the present disclosure is, in one or more embodiments, a gene product of the hpaBC gene of Escherichia coli, a gene product of its ortholog, or a bicomponent enzyme derived thereto.
The amino acid sequence of the HpaB protein, which is the product of the HpaB gene of E. coli, is represented by SEQ ID NO: 11 in one or more embodiments.
The amino acid sequence of the HpaC protein, which is the product of the HpaC gene of E. coli, is represented by SEQ ID NO: 12 in one or more embodiments.
In the present disclosure, "ortholog" means a related gene having a homologous function existing in a different organism.
In the present disclosure, "derived enzyme" means, in one or more embodiments, 70% or more, 80% or more, 90% or more, 95% or more, 96% or more identity with respect to the amino acid sequence of the original enzyme. , 97% or more, 98% or more, or 99% or more amino acid sequence.
As used herein, the term "derived enzyme" refers to an enzyme having, in one or more embodiments, the ability to "catalyze the chemical reaction of tyrosol to hydroxytyrosol" to the same extent as the original enzyme. The same degree means that the difference in activity is within ± 25%, ± 20%, ± 15%, ± 10%, or ± 5% in one or more embodiments.

[4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子]
本開示において、宿主微生物に導入される遺伝子は、上述の4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子が使用できる。
4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼが二成分又はそれ以上の複数の成分から構成される酵素である場合、本開示において「4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子」は、一又は複数の実施形態において、成分の数の遺伝子から構成される。その場合、「4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子」は、複数の遺伝子から構成されるとみなすこともできるし、複数の遺伝子から構成される1つの遺伝子とみなすこともできる。
[Gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase]
In the present disclosure, as the gene introduced into the host microorganism, the gene encoding the above-mentioned 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase can be used.
When 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is an enzyme composed of two or more components, the "gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase" in the present disclosure is referred to as "gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase". In one or more embodiments, it is composed of a number of genes for the component. In that case, the "gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase" can be regarded as being composed of a plurality of genes or as one gene composed of a plurality of genes. ..

該遺伝子としては、一又は複数の実施形態において、大腸菌のhpaBC遺伝子又はそのオーソログが挙げられる。
大腸菌のhpaBC遺伝子は、野生型のものあるいはデータベース(NCBI GENBANKなど)に本願出願時において登録されているものであってよく、野生型と同等の機能を果たす範囲、又は、野生型と同等のタンパク質をコードする範囲で配列が異なっていてもよく、上述のとおりオーソログの配列であってもよい。また、遺伝子は、宿主微生物での発現のため、コドンが最適化されてもよい。
大腸菌のhpaBC遺伝子は、hpaB遺伝子とhpaC遺伝子がオペロンを形成しているものであり、hpaB遺伝子は、一又は複数の実施形態において、配列表の配列番号9で表され、hpaC遺伝子は、一又は複数の実施形態において、配列表の配列番号10で表される。
よって、該遺伝子としては、一又は複数の実施形態において、配列表の配列番号9及び10で表される2つの塩基配列を含む遺伝子、又は、配列表の配列番号9及び10で表される塩基配列の1又は複数個が欠失、置換、及び/又は付加された塩基配列であって4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼとして機能可能なタンパク質をコードする2つの塩基配列を含む遺伝子が挙げられる。
複数個とは、一又は複数の実施形態において、2~100、2~90、2~60、2~50、2~40、2~30、2~20、2~15、2~10、2~7、2~6、2~5、2~4、又は、2~3が挙げられる。
なお、4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子が複数の遺伝子で構成されている場合、それらは、オペロンとして染色体に導入されてもよく、それぞれ独立してあるいは別々に染色体に導入されてもよい。
Examples of the gene include the hpaBC gene of Escherichia coli or an ortholog thereof in one or more embodiments.
The hpaBC gene of Escherichia coli may be a wild-type gene or one registered in a database (NCBI GENBANK, etc.) at the time of filing of the present application, and has a range of functions equivalent to that of the wild-type or a protein equivalent to that of the wild-type. The sequence may be different as long as it encodes, or it may be an ortholog sequence as described above. The gene may also be codon-optimized for expression in the host microorganism.
The hpaBC gene of Escherichia coli is one in which the hpaB gene and the hpaC gene form an operon, the hpaB gene is represented by SEQ ID NO: 9 in the sequence listing in one or more embodiments, and the hpaC gene is one or more. In a plurality of embodiments, it is represented by SEQ ID NO: 10 in the sequence listing.
Therefore, as the gene, in one or more embodiments, a gene containing two base sequences represented by SEQ ID NOs: 9 and 10 in the sequence listing, or a base represented by SEQ ID NOs: 9 and 10 in the sequence listing. Examples include genes containing two nucleotide sequences in which one or more of the sequences are deleted, substituted, and / or added and encode a protein capable of functioning as 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase. Be done.
The term "plurality" means, in one or more embodiments, 2 to 100, 2 to 90, 2 to 60, 2 to 50, 2 to 40, 2 to 30, 2 to 20, 2 to 15, 2 to 10, 2 -7, 2-6, 2-5, 2-4, or 2-3.
When the gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is composed of a plurality of genes, they may be introduced into the chromosome as an operon, and they may be introduced into the chromosome independently or separately. May be done.

[染色体への組み込み]
4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子の宿主微生物の染色体への組み込みは、発現可能に導入できる方法であれば、特に制限されない。
染色体への組み込みは、一又は複数の実施形態において、部位特異的な組み換えで行われる。
部位特異的な組み換えは、一又は複数の実施形態において、CRIMプラスミドを利用する方法、Cre/LoxPシステムを利用する方法、出芽酵母の組み換え酵素FLPとFRT配列を利用する方法、CRISPR/Cas9システムを利用する方法などが挙げられる。
遺伝子を発現可能に導入する方法としては、遺伝子の発現亢進が誘導可能なプロモーター等の発現調節配列とともに導入する方法が挙げられる。
宿主微生物が大腸菌の場合、遺伝子の発現亢進が誘導可能なプロモーターとしては、一又は複数の実施形態において、T7プロモーターが挙げられる。発現誘導にT7プロモーターを用いる場合、宿主微生物は、T7RNAポリメラーゼ遺伝子を有する株であることが好ましい。宿主微生物としては、一又は複数の実施形態において、λDE3ファージを溶原化したDE3株が挙げられる。
遺伝子の発現亢進が誘導可能なプロモーターとしては、その他の一又は複数の実施形態において、λファージのPLプロモーター(熱で発現誘導されるプロモーター)、アラビノースオペロンのアラビノースプロモーター(アラビノースで発現誘導されるプロモーター)、tetプロモーター(テトラサイクリンで発現誘導されるプロモーター)、tyrRなどの構成タンパク質のプロモーター、及び、構成性の人工プロモーターなどが挙げられる。
本開示において、遺伝子を発現誘導可能なプロモーターとともに染色体に導入する方法は、特に限定されないが、一又は複数の実施形態において、実施例に記載の方法(Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93:815-829に記載の方法)が挙げられる。
[Integration into chromosomes]
The integration of the gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase into the chromosome of the host microorganism is not particularly limited as long as it can be introduced in an expressive manner.
Chromosome integration is performed in one or more embodiments by site-specific recombination.
Site-specific recombination includes, in one or more embodiments, a method utilizing a CRISPR plasmid, a method utilizing a Cre / LuxP system, a method utilizing the budding yeast recombinant enzymes FLP and FRT sequences, a CRISPR / Cas9 system. The method of using it can be mentioned.
Examples of the method for introducing a gene into an expressible manner include a method for introducing a gene together with an expression-regulating sequence such as a promoter capable of inducing upregulation of the gene.
When the host microorganism is Escherichia coli, the promoter capable of inducing the upregulation of the gene includes the T7 promoter in one or more embodiments. When the T7 promoter is used for expression induction, the host microorganism is preferably a strain having a T7 RNA polymerase gene. Host microorganisms include, in one or more embodiments, the DE3 strain lysed from λDE3 phage.
In one or more other embodiments, the promoters capable of inducing gene expression enhancement include the PL promoter of λ phage (promoter whose expression is induced by heat) and the arabinose promoter of arabinose operon (promoter whose expression is induced by arabinose). ), Tet promoter (promoter whose expression is induced by tetracycline), promoters of constituent proteins such as tyrR, and constitutive artificial promoters.
In the present disclosure, the method for introducing a gene into a chromosome together with a promoter capable of inducing expression is not particularly limited, but in one or more embodiments, the method described in Examples (Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol). 93: 815-829.).

[チロソールと微生物との反応工程]
4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子が発現可能に染色体に組み込まれた微生物(以下、本開示の微生物ともいう)をチロソールと接触させて反応させることにより、ヒドロキシチロソールが生成する。本開示におけるこの「反応」は、「発酵」ということもできる。
チロソールと本開示の微生物との反応は、一又は複数の実施形態において、所定量まで培養した本開示の微生物に対して4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼの発現誘導を行い、その後、チロソールを添加することで行うことができる。
本開示の微生物の培養は、通常の培養方法の条件で行うことができ、反応工程も、従来の発酵又は反応の条件で行うことができる。培養・反応の培地は、炭素源、窒素源、リン源、硫黄源、ミネラル、ビタミンなどのその他の成分を含むもので、本開示の微生物が生育できるものなら特に限定されない。
本開示の微生物の培養及び反応は、ヒドロキシチロソールの生産量を向上する点から、ジャーファメンターやバイオリアクター等の大量培養可能な装置で行うことが好ましい。
本開示の微生物の培養及び反応は、ヒドロキシチロソールの生産量を向上する点から、原料であるチロソールを反応中に添加する流加培養が好ましい。
[Reaction process between tyrosol and microorganisms]
Hydroxytyrosol is produced by contacting and reacting a microorganism (hereinafter, also referred to as the microorganism of the present disclosure) integrated into a chromosome capable of expressing a gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase with tyrosol. do. This "reaction" in the present disclosure can also be referred to as "fermentation".
The reaction between tyrosol and the microorganism of the present disclosure, in one or more embodiments, induces the expression of 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase in the microorganism of the present disclosure cultured to a predetermined amount, and then tyrosol. Can be done by adding.
The microorganisms of the present disclosure can be cultured under the conditions of a normal culture method, and the reaction step can also be performed under the conditions of conventional fermentation or reaction. The culture / reaction medium contains other components such as a carbon source, a nitrogen source, a phosphorus source, a sulfur source, minerals, and vitamins, and is not particularly limited as long as the microorganisms of the present disclosure can grow.
From the viewpoint of improving the production amount of hydroxytyrosol, it is preferable to culture and react the microorganisms of the present disclosure in a device capable of mass culturing such as a jarfamentor or a bioreactor.
The culturing and reaction of the microorganisms of the present disclosure are preferably fed-batch culture in which tyrosol, which is a raw material, is added during the reaction from the viewpoint of improving the production amount of hydroxytyrosol.

チロソールの流加培養によるヒドロキシチロソールの製造方法は、例えば、実施例の方法を参照できる。簡単には、前培養を行い、1%の濃度で最小培地に植菌して培養し、OD660が0.5~20に達したら発現誘導(T7プロモーターであれば、例えば1mMイソプロピル-β-D-チオガラクトピラノシド(IPTG)を添加)して2~5時間培養した後、原料であるチロソール溶液を所定の供給スピードで流加して20~35時間反応し、反応液及び/又は菌内にヒドロキシチロソールを得る。 As a method for producing hydroxytyrosol by fed-batch culture of tyrosol, for example, the method of Examples can be referred to. Briefly, preculture is performed, inoculated into a minimum medium at a concentration of 1%, and cultured, and when OD 660 reaches 0.5 to 20, expression is induced (for T7 promoter, for example, 1 mM isopropyl-β-. After adding D-thiogalactopyranoside (IPTG) and culturing for 2 to 5 hours, the tyrosol solution as a raw material is poured at a predetermined supply speed and reacted for 20 to 35 hours, and then the reaction solution and / or Obtain hydroxytyrosol in the fungus.

[培養温度]
微生物が生育できる温度が挙げられる。生育速度の観点から、その生物の至適な培養温度が好ましい。大腸菌であれば、一又は複数の実施形態において、25℃~40℃、又は、30℃~37℃が挙げられる。
[培養培地]
微生物が生育できる培地であれば制限されない。LB培地などの天然培地、M9や実施例のHCF培地などの合成培地が挙げられる。化合物の精製を考えた場合には合成培地の方が好ましい。
[培養pH]
培養pHは、一又は複数の実施形態において、6.0~7.5の範囲が挙げられる。大腸菌の場合は、一又は複数の実施形態において、7.0付近、又は、6.2~7.2が挙げられる。
[Culture temperature]
The temperature at which microorganisms can grow can be mentioned. From the viewpoint of growth rate, the optimum culture temperature of the organism is preferable. In the case of Escherichia coli, in one or more embodiments, 25 ° C to 40 ° C or 30 ° C to 37 ° C can be mentioned.
[Culture medium]
It is not limited as long as it is a medium in which microorganisms can grow. Examples thereof include natural media such as LB medium and synthetic media such as M9 and HCF medium of Examples. When considering the purification of the compound, a synthetic medium is preferable.
[Culture pH]
The culture pH may range from 6.0 to 7.5 in one or more embodiments. In the case of Escherichia coli, in one or more embodiments, around 7.0, or 6.2 to 7.2 can be mentioned.

[反応温度]
上記培養温度と同様とすることができる。
[反応培地]
上記培養培地と同様とすることができる。
[反応培地へのチロソール添加量(流加速度)]
チロソール添加量は、菌の種類、菌体量、反応条件に依存して調節する。一又は複数の実施形態において、添加したチロソールが速やかにヒドロキシチロソールに変換されるような速度で、チロソールを流加するのがよい。大腸菌の場合、OD660が40程度であれば、5~100mg/L/分、又は、10~80mg/L/分の速度で添加することが挙げられる。
添加するチロソール総量は、菌の種類によって異なるが、添加したチロソールのほぼすべてがヒドロキシチロソールに変換される量が好ましい。大腸菌の場合には、一又は複数の実施形態において、10-25g/L程度が挙げられる。
[反応pH]
上記培養pHと同様とすることができる。
[反応時間]
反応時間は、一又は複数の実施形態において、流加したチロソールがなくなるまで反応させるのが好ましい。
但し、培養・反応条件は、これらに限定されない。
[Reaction temperature]
It can be the same as the above culture temperature.
[Reaction medium]
It can be the same as the above culture medium.
[Amount of tyrosol added to reaction medium (flow acceleration)]
The amount of tyrosol added is adjusted depending on the type of bacteria, the amount of cells, and the reaction conditions. In one or more embodiments, the tyrosol should be fed at such a rate that the added tyrosol is rapidly converted to hydroxytyrosol. In the case of Escherichia coli, if OD 660 is about 40, it may be added at a rate of 5 to 100 mg / L / min or 10 to 80 mg / L / min.
The total amount of tyrosol to be added varies depending on the type of fungus, but it is preferable that almost all of the added tyrosol is converted to hydroxytyrosol. In the case of Escherichia coli, in one or more embodiments, about 10-25 g / L can be mentioned.
[Reaction pH]
It can be the same as the above culture pH.
[Reaction time]
The reaction time is preferably, in one or more embodiments, the reaction is carried out until the applied tyrosol is exhausted.
However, the culture / reaction conditions are not limited to these.

本開示はさらに以下の限定されない一又は複数の実施形態に関する。
〔1〕 チロソールと微生物とを反応させる工程を含み、
前記微生物は、4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子が発現可能に染色体に組み込まれる改変が加えられた微生物である、
ヒドロキシチロソールの製造方法。
〔2〕 4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼは、二成分型FAD依存モノオキシゲナーゼである、〔1〕に記載の製造方法。
〔3〕 4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼは、大腸菌のhpaBC遺伝子の遺伝子産物又はそのオーソログの遺伝子産物である、〔1〕又は〔2〕に記載の製造方法。
〔4〕 4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子が、大腸菌のhpaBC遺伝子又はそのオーソログある、〔1〕から〔3〕のいずれかに記載の製造方法。
〔5〕 4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子が、配列表の配列番号9及び10で表される2つの塩基配列を含む遺伝子、又は、配列表の配列番号9及び10で表される塩基配列の1又は複数個が欠失、置換、及び/又は付加された塩基配列であって4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼとして機能可能なタンパク質をコードする2つの塩基配列を含む遺伝子である、〔1〕から〔4〕のいずれかに記載の製造方法。
〔6〕 前記微生物が、大腸菌である、〔1〕から〔5〕のいずれかに記載の製造方法。
〔7〕 前記反応が、チロソールの流加培養である、〔1〕から〔6〕のいずれかに記載の製造方法。
The present disclosure further relates to the following, but not limited to, one or more embodiments:
[1] Including the step of reacting tyrosol with a microorganism.
The microorganism is a microorganism modified so that the gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase can be expressed and integrated into the chromosome.
Method for manufacturing hydroxytyrosol.
[2] The production method according to [1], wherein 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is a two-component FAD-dependent monooxygenase.
[3] The production method according to [1] or [2], wherein 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is a gene product of the hpaBC gene of Escherichia coli or a gene product of its ortholog.
[4] The production method according to any one of [1] to [3], wherein the gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is the hpaBC gene of Escherichia coli or an ortholog thereof.
[5] The gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is a gene containing two base sequences represented by SEQ ID NOs: 9 and 10 in the sequence listing, or a gene containing SEQ ID NOs: 9 and 10 in the sequence listing. Two base sequences in which one or more of the represented base sequences are deleted, substituted, and / or added and encode a protein capable of functioning as 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase. The production method according to any one of [1] to [4], which is a gene containing the gene.
[6] The production method according to any one of [1] to [5], wherein the microorganism is Escherichia coli.
[7] The production method according to any one of [1] to [6], wherein the reaction is fed-batch culture of tyrosol.

以下、実施例により本開示をさらに詳細に説明するが、これらは例示的なものであって、本開示はこれら実施例に制限されるものではない。 Hereinafter, the present disclosure will be described in more detail by way of examples, but these are exemplary and the present disclosure is not limited to these examples.

1.プラスミドpET21a-FRT-hpaBCの作製
大腸菌BL21株の染色体DNAを鋳型として、hpaBC-F(GTTTAACTTTAAGAAGGAGATATACATATGAAACCAGAAGATTTCCGC:配列番号1)とhpaBC-R(GTGGTGGTGGTGCTCGAGTTAAATCGCAGCTTCCATTTC:配列番号2)のプライマーセットを用いて、hpaBCオペロンをPCRで増幅した。PCR酵素にはPhusion Hot Start 2 DNA Polymerase(Thermo Fisher Scientific社製)を用い、添付の説明書に従って反応を行った。PCRでの増幅産物をQIAquick PCR Purification Kit(Qiagen社製)を用いて精製した後、制限酵素NdeIとXhoIで消化したpET21a-FRTベクター(Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93:815-829)とGibson Assembly Master Mix(New England Biolabs社製)を用いて反応させた。反応液を大腸菌DH5αコンピテントセル(GMbiolab社製)と混ぜて氷上で40分間静置した後、42℃で45秒間ヒートショックを行い、再び氷上で2分間静置した後にLB液体培地(10g/L ハイポリペプトン、5g/L粉末酵母エキスD3-H、10g/L塩化ナトリウム、pH7.0)を900μL加えて37℃で30分間恒温した。適量の菌液を50μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地(LB液体培地に寒天を2%となるように添加したもの)に塗布し、37℃で一晩培養した。
培養後のコロニーから目的とするプラスミドを有するものをコロニーダイレクトPCRで選別した。EmeraldAmp PCR Master Mix(タカラバイオ社製)に添付の説明書に従って、反応液にT7プロモータープライマー(TAATACGACTCACTATAGGG:配列番号3)とT7ターミネータープライマー(ATGCTAGTTATTGCTCAGCGG:配列番号4)を規定量添加し、コロニーを鋳型DNAとして加えてPCRを行った。反応後に1%のアガロースゲルを用いて電気泳動を行い、hpaBCのインサートが確認されたものを候補菌株とした。
候補菌株を50μg/mLのカナマイシンを含むLB液体培地を用いて37℃で一晩培養し、NucleoSpin Plasmid QuickPure(マッハライ・ナーゲル社製)を用いてプラスミド抽出を行い、pET21a-FRT-hpaBCを得た。
1. 1. Preparation of plasmid pET21a-FRT-hpaBC Using the chromosomal DNA of Escherichia coli BL21 strain as a template, hpaBC-F (GTTTAACTTTAAGAAGGAGATATACATATGAAACCAGAAGATTTCCGC: SEQ ID NO: 1) and hpaBC-R (GTGGTGGTGGTGCTCGAGTTAAATCGCAGCTTCCATTTC: sequence number 2) Amplified with. As the PCR enzyme, Phusion Hot Start 2 DNA Polymerase (manufactured by Thermo Fisher Scientific) was used, and the reaction was carried out according to the attached instructions. The amplification product in PCR was purified using a QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by Qiagen) and then digested with restriction enzymes NdeI and XhoI (Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biol. Biol. Biol. -829) and Gibson Assembly Master Mix (manufactured by New England Biolabs) were used for reaction. The reaction solution was mixed with Escherichia coli DH5α competent cell (manufactured by GMbiolab) and allowed to stand on ice for 40 minutes, then heat shocked at 42 ° C. for 45 seconds, allowed to stand again on ice for 2 minutes, and then LB liquid medium (10 g / 10 g /). 900 μL of L high polypeptone, 5 g / L powdered yeast extract D3-H, 10 g / L sodium chloride, pH 7.0) was added, and the mixture was kept at constant temperature at 37 ° C. for 30 minutes. An appropriate amount of the bacterial solution was applied to an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin (LB liquid medium to which agar was added to a ratio of 2%), and the cells were cultured at 37 ° C. overnight.
From the cultured colonies, those having the desired plasmid were selected by colony direct PCR. According to the instructions attached to EmeraldAmp PCR Master Mix (manufactured by Takara Bio Inc.), add a specified amount of T7 promoter primer (TAATACGACTCACTATAGGG: SEQ ID NO: 3) and T7 terminator primer (ATGCTAGTTATTGCTCAGCGG: SEQ ID NO: 4) to the reaction solution to mold the colony. PCR was performed in addition to DNA. After the reaction, electrophoresis was performed using a 1% agarose gel, and the one in which the insert of hpaBC was confirmed was used as a candidate strain.
Candidate strains were cultured overnight at 37 ° C. in LB liquid medium containing 50 μg / mL kanamycin, and plasmid extraction was performed using NucleoSpin Plasmamid QuickPure (manufactured by Machrai Nagel) to obtain pET21a-FRT-hpaBC. ..

2.プラスミド菌MG1655(DE3)/pET21a-FRT-hpaBC株の作製
5mLのLB液体培地を用いて大腸菌MG1655(DE3)株を37℃で培養し、OD660の値が0.5程度に達したら氷中で冷却した。1mLの菌液を10,000rpmで3分間遠心分離し、上清を捨てて菌体を回収した。菌体を90μLのTSS溶液(LB液体培地にPEG4000を100g/L、DMSOを5%、MgCl2を20mMとなるように添加)に懸濁した。10μLのKCM溶液(1M KCl、0.3M CaCl2、0.5M MgCl2)と1μLのプラスミド溶液を加え、氷上で40分間静置した。42℃で90秒間ヒートショックを行った後、再び氷上で2分間静置し、LB液体培地900μLを加えて37℃で30分間恒温した。適量の菌液を50μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地に塗布し、37℃で一晩培養した。出現したコロニーを再度50μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地に塗布し、37℃で一晩培養し、出現したコロニーをMG1655(DE3)/pET21a-FRT-hpaBCとして用いた。
2. 2. Preparation of plasmid bacterium MG1655 (DE3) / pET21a-FRT-hpaBC strain Escherichia coli MG1655 (DE3) strain was cultured at 37 ° C. using 5 mL of LB liquid medium, and when the value of OD 660 reached about 0.5, it was in ice. Cooled with. 1 mL of the bacterial solution was centrifuged at 10,000 rpm for 3 minutes, the supernatant was discarded, and the bacterial cells were collected. The cells were suspended in 90 μL of TSS solution (adding PEG4000 to 100 g / L, DMSO to 5%, and MgCl 2 to 20 mM in LB liquid medium). 10 μL of KCM solution (1 M KCl, 0.3 M CaCl 2 , 0.5 M MgCl 2 ) and 1 μL of plasmid solution were added, and the mixture was allowed to stand on ice for 40 minutes. After heat-shocking at 42 ° C. for 90 seconds, the mixture was allowed to stand on ice again for 2 minutes, 900 μL of LB liquid medium was added, and the temperature was kept constant at 37 ° C. for 30 minutes. An appropriate amount of the bacterial solution was applied to LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin and cultured at 37 ° C. overnight. The emerging colonies were again applied to LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin, cultured overnight at 37 ° C., and the emerging colonies were used as MG1655 (DE3) / pET21a-FRT-hpaBC.

3.染色体導入菌株(A株)の作製
hpaBC遺伝子の大腸菌染色体への導入は既報(Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93:815-829)により行った。はじめに染色体へ導入するためのDNA断片を含む溶液の調製をおこなった。pET21a-FRT-hpaBCを鋳型DNAとして、delta-pflBA-F(CGAAGTACGCAGTAAATAAAAAATCCACTTAAGAAGGTAGGTGTTACATGATTCCGGGGATCCGTCGACC:配列番号5)とdelta-pflBA-FRT-R(CTCAATAAAGTTGCCGCTTTACGGGGAAATTAGAACATTACCTTATGACCATTCGCCAATCCGGATATAG:配列番号6)のプライマーセットを用いて、2つのフリパーゼ認識配列(FRT)とカナマイシン耐性遺伝子配列(Km)を含むhpaBC遺伝子(FRT-Km-FRT-PT7-hpaBC-TT7)をPCRで増幅した。PCR酵素にはPrimeStar GXL(タカラバイオ社製)を用い、添付の説明書に従って反応を行った。PCRでの増幅産物をQIAquick PCR Purification Kit(Qiagen社製)を用いて精製した後、制限酵素DpnIで一晩消化し、再度、QIAquick PCR Purification Kit(Qiagen社製)で精製したものを染色体導入用のDNA溶液とした。つぎに、大腸菌のエレクトロポレーションセルの調製を行った。大腸菌MG1655(DE3)/pKD46株を10mMのL-アラビノースと100μg/mLのカルベニシリンを含むLB液体培地にて、OD660が0.5程度に達するまで30℃で培養した。次に、2mLの菌液を5,000rpm、4℃で5分間遠心分離して上清を捨て、菌体を回収した。菌体を氷冷しておいた滅菌蒸留水1mLに懸濁し、5,000rpm、4℃で5分間遠心分離して上清を捨て、菌体を回収した。再度、菌体を氷冷しておいた滅菌蒸留水1mLに懸濁し、5,000rpm、4℃で5分間遠心分離して上清を捨て、菌体を回収した。菌体を氷冷しておいた滅菌蒸留水50μLに懸濁してエレクトロポレーションセルとした。つぎに、エレクトロポレーションセルにDNA断片を100-200ng(1μL程度)添加し、溶液をエレクトロポレーションキュベットに移し、MicroPulserエレクトロポレーター(Bio-Rad社製)を用いてエレクトロポレーションを行った。エレクトロポレーションキュベットに1mLのLB液体培地を加えた後、菌懸濁液を1.5mLチューブに移し、37℃で2時間程度振とうした。50μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地に菌液を塗布し、37℃で一晩培養した。出現したコロニーから、pflBA座位にhpaBC遺伝子を持つ大腸菌をコロニーダイレクトPCRで選別した。EmeraldAmp PCR Master Mix(タカラバイオ社製)に添付の説明書に従って、反応液にK2(CGGTGCCCTGAATGAACTGC:配列番号7)とDown-pflBA(CGTTATTCTCCAGAGGTTCATCAGC:配列番号8)のプライマーセットを添加し、コロニーを鋳型DNAとして加えてPCRを行った。反応後に1%のアガロースゲルを用いて電気泳動を行い、pflBA座位にhpaBC遺伝子が挿入された菌株(A株)を確認した。
3. 3. Preparation of Chromosome-Introduced Strain (Strain A) The introduction of the hpaBC gene into the Escherichia coli chromosome was carried out according to a previously reported report (Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93: 815-829). First, a solution containing a DNA fragment for introduction into a chromosome was prepared. Using pET21a-FRT-hpaBC as template DNA, delta-pflBA-F (CGAAGTACGCAGTAAATAAAAAATCCACTTAAGAAGGTAGGTGTTACATGATTCCGGGGATCCGTCGACC: SEQ ID NO: 5) and delta-pflBA-FRT-R (CTCAATAAAGTTGCCGCTACTAG) The hpaBC gene (FRT-Km-FRT-P T7 -hpaBC-T T7 ) containing the FRT) and canamycin resistance gene sequence (Km) was amplified by PCR. PrimeStar GXL (manufactured by Takara Bio Inc.) was used as the PCR enzyme, and the reaction was carried out according to the attached instructions. The amplified product in PCR was purified using QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by Qiagen), digested overnight with the restriction enzyme DpnI, and purified again by QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by Qiagen) for chromosome transfer. DNA solution. Next, an E. coli electroporation cell was prepared. Escherichia coli MG1655 (DE3) / pKD46 strain was cultured in LB liquid medium containing 10 mM L-arabinose and 100 μg / mL carbenicillin at 30 ° C. until OD 660 reached about 0.5. Next, 2 mL of the bacterial solution was centrifuged at 5,000 rpm at 4 ° C. for 5 minutes, the supernatant was discarded, and the bacterial cells were collected. The cells were suspended in 1 mL of ice-cooled sterile distilled water, centrifuged at 5,000 rpm at 4 ° C for 5 minutes, the supernatant was discarded, and the cells were collected. Again, the cells were suspended in 1 mL of ice-cooled sterile distilled water, centrifuged at 5,000 rpm at 4 ° C for 5 minutes, the supernatant was discarded, and the cells were collected. The cells were suspended in 50 μL of ice-cooled sterile distilled water to form an electroporation cell. Next, 100-200 ng (about 1 μL) of DNA fragment was added to the electroporation cell, the solution was transferred to an electroporation cuvette, and electroporation was performed using a MicroPulser electroporator (manufactured by Bio-Rad). .. After adding 1 mL of LB liquid medium to the electroporation cuvette, the bacterial suspension was transferred to a 1.5 mL tube and shaken at 37 ° C. for about 2 hours. The bacterial solution was applied to LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin and cultured at 37 ° C. overnight. From the colonies that appeared, Escherichia coli having the hpaBC gene at the pflBA locus was selected by colony direct PCR. According to the instructions attached to EmeraldAmp PCR Master Mix (manufactured by Takara Bio Inc.), add the primer sets of K2 (CGGTGCCCTGAATGAACTGC: SEQ ID NO: 7) and Down-pflBA (CGTTATTCTCCAGAGGTTCATCAGC: SEQ ID NO: 8) to the reaction solution, and use the colony as a template DNA. In addition, PCR was performed. After the reaction, electrophoresis was performed using a 1% agarose gel, and a strain (Strain A) in which the hpaBC gene was inserted at the pflBA locus was confirmed.

4.チロソール流加培養
LB液体培地にMG1655(DE3)/pET21a-FRT-hpaBC又はA株を植菌し、30℃で一晩培養した。培養液を1.5LのHCF培地を含む3L容のジャーファメンターに1%植菌して培養を開始した。なお、MG1655(DE3)/pET21a-FRT-hpaBC株を培養する場合には、LB液体培地およびHCF培地に50μg/mLとなるようにカナマイシンを添加した。
ジャーファメンターには、丸菱バイオエンジニアリング社製のBioneerシリーズMDL-8Cを用いた。
HCF培地の組成は、1268mLの蒸留水に、150mLの10×リン酸/クエン酸緩衝液、3.6mLの50%硫酸マグネシウム7水和物水溶液、15mLの100×微量金属溶液、63.4mLの70%グルコース溶液、340μLの2%チアミン塩酸塩溶液を加えたものである。
蒸留水と10×リン酸/クエン酸緩衝液をジャーファメンターのベッセルに入れてオートクレーブ滅菌しておき、滅菌後の溶液が室温に戻った後に、別でオートクレーブ滅菌しておいた硫酸マグネシウム溶液とグルコース溶液、そしてろ過除菌しておいたチアミン塩酸塩溶液と微量金属溶液を加えた。
10×リン酸/クエン酸緩衝液の組成は、133g/Lリン酸2水素カリウム、40g/Lリン酸水素2アンモニウム、17g/Lクエン酸であり、5MのNaOHを用いてpHを6.3に調整した。100×微量金属溶液の組成は、10g/Lクエン酸鉄(III)、0.25g/L塩化コバルト6水和物、1.5g/L塩化マンガン4水和物、0.15g/L塩化銅2水和物、0.3g/Lホウ酸、0.25g/Lモリブデン酸ナトリウム2水和物、1.3g/L酢酸亜鉛2水和物、0.84g/Lエチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩二水和物である。
培養は30℃で行い、通気量は3L/分とし、溶存酸素量の値が30%となるように回転数を自動調整した。pHは最初6.8で制御し、チロソールの流加培養開始後は6.5で制御した。pHの制御には28%のアンモニア水を用いた。
培養開始後、菌株のOD660の値が15~20に達した時にイソプロピル-β-D-チオガラクトピラノシド(IPTG)を1mMとなるように添加し、さらに3~4時間培養を続けた後にチロソール溶液(100g/L)を0.4mL/分の速度で300mL流加した。途中グルコースが枯渇した場合、又は枯渇しそうな場合には、グルコース濃度が10g/L程度になるようにフィード溶液を適時添加した。
フィード溶液は、186mLの蒸留水に280gのグルコースを加えてオートクレーブ滅菌し、溶液が室温程度に冷えた後に別滅菌しておいた50%硫酸マグネシウム7水和物水溶液を16mL、ろ過除菌しておいた100×微量金属溶液を4mL、ろ過除菌しておいた2%チアミン塩酸塩溶液を900μL加えることで調製した。
反応液は適時サンプリングし、分光光度計によるOD660の値の測定、HPLCによるチロソール及びヒドロキシチロソールの定量を行った。
HPLCによる定量は既報(Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93:815-829)にある芳香族化合物の定量方法を用い、検量線の作製にはヒドロキシチロソール及びチロソールの標品(東京化成工業株式会社製)を用いた。
4. Tyrosol fed-batch culture MG1655 (DE3) / pET21a-FRT-hpaBC or A strain was inoculated into LB liquid medium and cultured at 30 ° C. overnight. The culture was started by inoculating 1% of the culture solution into a 3 L volume of Jarfamentor containing 1.5 L of HCF medium. When culturing the MG1655 (DE3) / pET21a-FRT-hpaBC strain, kanamycin was added to the LB liquid medium and the HCF medium so as to be 50 μg / mL.
As the jar famenter, Bioneer series MDL-8C manufactured by Maruhishi Bioengineering Co., Ltd. was used.
The composition of the HCF medium is 1268 mL of distilled water, 150 mL of 10 x phosphoric acid / citrate buffer, 3.6 mL of 50% magnesium sulfate heptahydrate solution, 15 mL of 100 x trace metal solution, 63.4 mL. A 70% glucose solution and a 340 μL 2% thiamine hydrochloride solution were added.
Distilled water and 10 × phosphoric acid / citrate buffer were placed in the vessel of the Jarfamentor and sterilized by autoclave. After the sterilized solution returned to room temperature, the magnesium sulfate solution was separately sterilized by autoclave. A glucose solution, and a thiamine hydrochloride solution and a trace metal solution that had been filtered and sterilized were added.
The composition of the 10 × phosphate / citrate buffer is 133 g / L potassium dihydrogen phosphate, 40 g / L 2 ammonium hydrogen phosphate, 17 g / L citrate, and the pH is 6.3 using 5 M NaOH. Adjusted to. The composition of the 100 × trace metal solution is 10 g / L iron citrate (III), 0.25 g / L cobalt chloride hexahydrate, 1.5 g / L manganese chloride tetrahydrate, 0.15 g / L copper chloride. Dihydrate, 0.3 g / L boric acid, 0.25 g / L sodium molybdate dihydrate, 1.3 g / L zinc acetate dihydrate, 0.84 g / L ethylenediamine tetraacetic acid disodium salt di It is a hydrate.
The culture was carried out at 30 ° C., the aeration rate was 3 L / min, and the rotation speed was automatically adjusted so that the value of the dissolved oxygen amount was 30%. The pH was initially controlled at 6.8 and at 6.5 after the start of fed-batch culture of tyrosol. 28% aqueous ammonia was used to control the pH.
After the start of the culture, when the OD 660 value of the strain reached 15 to 20, isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) was added so as to be 1 mM, and the culture was continued for another 3 to 4 hours. Later, 300 mL of tyrosol solution (100 g / L) was added at a rate of 0.4 mL / min. When glucose was depleted or was about to be depleted on the way, a feed solution was added in a timely manner so that the glucose concentration was about 10 g / L.
The feed solution was sterilized by autoclaving by adding 280 g of glucose to 186 mL of distilled water, and after the solution had cooled to about room temperature, 16 mL of another sterilized 50% magnesium sulfate heptahydrate aqueous solution was filtered and sterilized. It was prepared by adding 4 mL of a 100 × trace metal solution and 900 μL of a 2% thiamine hydrochloride solution that had been sterilized by filtration.
The reaction solution was sampled at appropriate times, and the value of OD 660 was measured by a spectrophotometer, and tyrosol and hydroxytyrosol were quantified by HPLC.
For quantification by HPLC, the method for quantifying aromatic compounds described in the previous report (Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93: 815-829) was used, and hydroxytyrosol and tyrosol preparations were used for the preparation of the calibration curve. Made by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used.

5.結果
hpaBC遺伝子が大腸菌染色体へ導入されたA株のチロソール流加培養によるヒドロキシチロソールの製造の結果を図1に示す。
hpaBC遺伝子をプラスミドで保持する大腸菌:MG1655(DE3)/pET21a-FRT-hpaBC株のチロソール流加培養によるヒドロキシチロソールの製造の結果を図2に示す。
図1及び2の横軸は、ジャーファメンターで培養を開始してからの時間(h)である。縦軸左は、吸光度(OD660)であり、縦軸右は、チロソール(Tyrosol)及びヒドロキシチロソール(HTY)の濃度(g/L)である。
hpaBC遺伝子が大腸菌染色体へ導入されたA株とhpaBC遺伝子をプラスミドで保持する大腸菌は、共に、同じプロモーター(T7プロモーター)から発現誘導されるにもかかわらず、ヒドロキシチロソールの生産に関し顕著な差があった(図1及び図2)。
hpaBC遺伝子が大腸菌染色体へ導入されたA株は、添加したチロソールが残存しないほど効率よくチロソールをヒドロキシチロソールに変換した(図1)。一方、hpaBC遺伝子をプラスミドで保持する大腸菌は、チロソールが残存した(図2)。
そして、hpaBC遺伝子が大腸菌染色体へ導入されたA株は、hpaBC遺伝子をプラスミドで保持する大腸菌よりも、2倍のヒドロキシチロソールの生産量を示した(図1及び2)。
生菌を用いたヒドロキシチロソールの製造方法では、病原菌である緑膿菌を用いて、チロソールから5.8g/Lの濃度で生産されたのがこれまでの最高値であった(非特許文献1)。また、非病原菌(大腸菌)では、非常に高価な原料であるL-DOPAを利用しても5.6g/Lのヒドロキシチロソールしかできていなかった(非特許文献2)。
これらに対し、本実施例では、図1に示すように、16g/Lという格別顕著な生産性を示すことができた。
5. Results Figure 1 shows the results of the production of hydroxytyrosol by tyrosol fed-batch culture of strain A in which the hpaBC gene was introduced into the E. coli chromosome.
FIG. 2 shows the results of production of hydroxytyrosol by tyrosol fed-batch culture of Escherichia coli carrying the hpaBC gene in a plasmid: MG1655 (DE3) / pET21a-FRT-hpaBC strain.
The horizontal axis of FIGS. 1 and 2 is the time (h) from the start of culturing in the jar famenter. The left side of the vertical axis is the absorbance (OD 660 ), and the right side of the vertical axis is the concentration (g / L) of tyrosol and hydroxytyrosol (HTY).
Although strain A in which the hpaBC gene is introduced into the E. coli chromosome and E. coli carrying the hpaBC gene in a plasmid are both induced to be expressed from the same promoter (T7 promoter), there is a significant difference in the production of hydroxytyrosol. There was (Fig. 1 and Fig. 2).
The strain A in which the hpaBC gene was introduced into the E. coli chromosome converted tyrosol into hydroxytyrosol so efficiently that the added tyrosol did not remain (Fig. 1). On the other hand, in Escherichia coli carrying the hpaBC gene with a plasmid, tyrosol remained (Fig. 2).
The strain A in which the hpaBC gene was introduced into the E. coli chromosome showed twice the amount of hydroxytyrosol produced as that of Escherichia coli carrying the hpaBC gene in a plasmid (FIGS. 1 and 2).
In the method for producing hydroxytyrosol using live bacteria, it was the highest value so far that it was produced from tyrosol at a concentration of 5.8 g / L using the pathogen Pseudomonas aeruginosa (non-patent document). 1). Further, in the non-pathogenic bacterium (Escherichia coli), only 5.6 g / L of hydroxytyrosol was produced even by using L-DOPA, which is a very expensive raw material (Non-Patent Document 2).
On the other hand, in this example, as shown in FIG. 1, it was possible to show an exceptionally remarkable productivity of 16 g / L.

Claims (7)

チロソールと微生物とを反応させる工程を含み、
前記微生物は、4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子が発現可能に染色体に組み込まれる改変が加えられた微生物である、
ヒドロキシチロソールの製造方法。
Including the step of reacting tyrosol with microorganisms, including
The microorganism is a microorganism modified so that the gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase can be expressed and integrated into the chromosome.
Method for manufacturing hydroxytyrosol.
4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼは、二成分型FAD依存モノオキシゲナーゼである、請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is a two-component FAD-dependent monooxygenase. 4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼは、エシェリヒア コリのhpaBC遺伝子の遺伝子産物又はそのオーソログの遺伝子産物である、請求項1又は2に記載の製造方法。 The production method according to claim 1 or 2, wherein 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is a gene product of the hpaBC gene of Escherichia coli or a gene product of the ortholog thereof. 4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子が、エシェリヒア コリのhpaBC遺伝子又はそのオーソログである、請求項1から3のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 3, wherein the gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is the hpaBC gene of Escherichia coli or an ortholog thereof. 4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼをコードする遺伝子が、配列表の配列番号9及び10で表される2つの塩基配列を含む遺伝子、又は、配列表の配列番号9及び10で表される塩基配列の1又は複数個が欠失、置換、及び/又は付加された塩基配列であって4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼとして機能可能なタンパク質をコードする2つの塩基配列を含む遺伝子である、請求項1から4のいずれかに記載の製造方法。 The gene encoding 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase is represented by a gene containing two base sequences represented by SEQ ID NOs: 9 and 10 in the sequence listing, or by SEQ ID NOs: 9 and 10 in the sequence listing. A gene containing two base sequences encoding a protein in which one or more of the base sequences are deleted, substituted, and / or added and can function as 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 4. 前記微生物が、エシェリヒア コリである、請求項1から5のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 5, wherein the microorganism is Escherichia coli. 前記反応が、チロソールの流加培養である、請求項1から6のいずれかに記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 6, wherein the reaction is fed-batch culture of tyrosol.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116042732A (en) * 2022-12-29 2023-05-02 天津科技大学 Method for preparing phenolic compound by flavin monooxygenase

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