JP2022109064A - Method for producing nucleobases, organic acids and/or polyamines - Google Patents

Method for producing nucleobases, organic acids and/or polyamines Download PDF

Info

Publication number
JP2022109064A
JP2022109064A JP2021004392A JP2021004392A JP2022109064A JP 2022109064 A JP2022109064 A JP 2022109064A JP 2021004392 A JP2021004392 A JP 2021004392A JP 2021004392 A JP2021004392 A JP 2021004392A JP 2022109064 A JP2022109064 A JP 2022109064A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lyse
microorganism
polyamines
nucleic acid
organic acids
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021004392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
圭 七谷
Kei Nanatani
敬悦 阿部
Takayoshi Abe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Original Assignee
Tohoku University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2021004392A priority Critical patent/JP2022109064A/en
Publication of JP2022109064A publication Critical patent/JP2022109064A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To provide novel methods for suppressing excretion bottlenecks in the production of nucleic acids, organic acids and/or polyamines using microorganisms.SOLUTION: Provided is a method for producing at least one selected from the group consisting of nucleic acids, organic acids and polyamines, which comprises culturing a microorganism expressing LysE.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンの生産方法に関する。 The present invention relates to a method for producing nucleobases, organic acids and/or polyamines.

微生物を用いた物質生産は、一般的に、化学合成等と比較して、生産性、コスト等の面からメリットがあることが多く、様々な分野において利用されている。典型的には、環境中から取り込まれた基質が微生物の細胞内で代謝されて代謝産物となり、細胞外に排出され、排出された当該代謝産物が回収される。かかる物質生産には、代謝産物の細胞外への排出を行う輸送体(エクスポーター)が重要である。具体的には、例えば、一次代謝産物の生産等の場合、目的の化合物のエクスポーターは既に当該微生物が有していることもあるが、特に代謝改変により菌体内生産を強化し代謝産物の菌体内濃度が上がった場合、フィードバック阻害がかかり、生産物の排出輸送が律速段階となり得る(非特許文献1)。また、二次代謝産物、新規化合物の生産等の場合、そもそも使用する微生物が輸送体を有していない場合、代謝産物が細胞外に排出されずに継続的に生産ができない等といった問題が生じ得る。こうした細胞外への物質の排出能が不十分か不能であることに原因する当該物質の生産性が低下する又はその生産ができないという問題は排出ボトルネックと呼ばれている。排出ボトルネックは現行の微生物を利用した物質の工業生産、又は微生物利用による工業生産が期待される新たな物質の生産に向けた技術開発おける潜在課題であるといえる。 Substance production using microorganisms generally has many advantages in terms of productivity, cost, etc., compared to chemical synthesis and the like, and is used in various fields. Typically, substrates taken in from the environment are metabolized in the cells of microorganisms to become metabolites, excreted outside the cells, and the excreted metabolites are recovered. Transporters (exporters) that excrete metabolites out of cells are important for such substance production. Specifically, for example, in the case of the production of primary metabolites, etc., the exporter of the target compound may already be present in the microorganism. When the concentration in the body rises, feedback inhibition occurs, and the efflux transport of the product may become a rate-limiting step (Non-Patent Document 1). In addition, in the case of the production of secondary metabolites or new compounds, if the microorganism used does not have a transporter in the first place, the metabolite will not be excreted out of the cell and continuous production will not be possible. obtain. The problem that the productivity of the substance is reduced or cannot be produced due to the insufficient or inability to export the substance to the outside of the cell is called an excretion bottleneck. It can be said that the emission bottleneck is a potential problem in the technical development for the industrial production of substances using current microorganisms or the production of new substances expected to be industrially produced using microorganisms.

WO2019/208724パンフレットWO2019/208724 pamphlet

Appl Microbiol Biotecnol (2015) 99:9381-9393Appl Microbiol Biotecnol (2015) 99:9381-9393 Vrljic et al (1996) Mol Microbiol 22, 815-826、Vrljic et al (1996) Mol Microbiol 22, 815-826, Lubitz et al (2016)Appl Micorbiol Biotechnol 100, 8465-8474Lubitz et al (2016) Appl Micorbiol Biotechnol 100, 8465-8474 J Mol Biol. 2015 Feb 27;427(4):943-54J Mol Biol. 2015 Feb 27;427(4):943-54

微生物を用いて核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンを生産する際の排出ボトルネック抑制する新規方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a novel method for suppressing an excretion bottleneck when producing nucleobases, organic acids and/or polyamines using microorganisms.

かかる状況の下、本発明者らは、多種多様な膜輸送体候補タンパク質について鋭意検討した結果、リシンの膜輸送体であるLysEが、意外にもアミノ酸以外の化合物である核酸塩基、有機酸及びポリアミンの輸送能を有することを見出した。本発明はかかる新規の知見に基づくものである。従って、本発明は以下の項を提供する:
項1.LysEを発現する微生物を培養する工程を含む、核酸塩基、有機酸及びポリアミンからなる群より選択される少なくとも一種を生産する方法。
Under such circumstances, the present inventors have extensively studied a wide variety of membrane transporter candidate proteins, and found that LysE, which is a membrane transporter of ricin, unexpectedly contains compounds other than amino acids, such as nucleobases, organic acids, and It was found to have the ability to transport polyamines. The present invention is based on such new findings. Accordingly, the present invention provides the following terms:
Section 1. A method for producing at least one selected from the group consisting of nucleic acid bases, organic acids and polyamines, comprising the step of culturing a LysE-expressing microorganism.

項2.LysEを発現する微生物がLysEをコードする核酸が導入された微生物である、項1に記載の方法。 Section 2. Item 2. The method according to Item 1, wherein the LysE-expressing microorganism is a microorganism introduced with a nucleic acid encoding LysE.

項3.前記培養工程で得られた培養液の上清から核酸塩基、ポリアミン及び有機酸からなる群より選択される少なくとも一種を回収する工程をさらに含む、項1又は2に記載の方法。 Item 3. Item 3. The method according to Item 1 or 2, further comprising a step of recovering at least one selected from the group consisting of nucleic acid bases, polyamines and organic acids from the supernatant of the culture medium obtained in the culturing step.

項4.前記核酸塩基がピリミジン化合物である、項1~3のいずれか一項に記載の方法。 Section 4. Item 4. The method according to any one of Items 1 to 3, wherein the nucleobase is a pyrimidine compound.

本発明によれば微生物を用いて核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンを生産する際の排出ボトルネックを抑制する新規方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a novel method for suppressing the excretion bottleneck during the production of nucleobases, organic acids and/or polyamines using microorganisms.

本願実施例における、前培養液、実施例株培養上清およびコントロール株培養上清のMS分析の結果を示す。2 shows the results of MS analysis of the preculture solution, the culture supernatant of the example strain, and the culture supernatant of the control strain in Examples of the present application. 本願実施例における、前培養液、実施例株培養上清およびコントロール株培養上清のMS分析の結果を示す。2 shows the results of MS analysis of the preculture solution, the culture supernatant of the example strain, and the culture supernatant of the control strain in Examples of the present application.

本発明において、用語「遺伝子」には、特に言及しない限り、タンパク質、tRNA、rRNA等の一次構造を規定している構造遺伝子だけでなく、プロモーター、オペレーター等の特定の制御機能を有する核酸上の領域も包含される。従って、本発明において「遺伝子」とは、特に言及しない限り、調節領域、コード領域、エクソン、及びイントロンを区別することなく示すものとする。また、「構造遺伝子」には、元のDNA配列にサイレント変異が施されたサイレントDNAも包含される。また、本発明においては、遺伝子発現に干渉するsiRNA等の核酸分子も「遺伝子」に包含される。 In the present invention, unless otherwise specified, the term "gene" includes not only structural genes that define the primary structure of proteins, tRNAs, rRNAs, etc., but also nucleic acids having specific regulatory functions such as promoters and operators. Regions are also included. Therefore, in the present invention, the term "gene" refers to regulatory regions, coding regions, exons, and introns without distinction, unless otherwise specified. "Structural gene" also includes silent DNA in which silent mutations have been made to the original DNA sequence. In the present invention, "gene" also includes nucleic acid molecules such as siRNA that interfere with gene expression.

本明細書中において、「核酸」は、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド及びポリヌクレオチドと同義であって、DNA、RNA、DNA-RNAハイブリッドのいずれであってもよい。また、これらは2本鎖であっても1本鎖であってもよく、ある配列を有する核酸分子といった場合、特に言及しない限り、これに相補的な配列を有する核酸分子(またはヌクレオチド、オリゴヌクレオチド及びポリヌクレオチド)も包括的に意味するものとする。また、これらの核酸分子は環状でも直鎖状であってもよく、また合成及び生物由来のいずれであってもよい。 As used herein, "nucleic acid" is synonymous with nucleotide, oligonucleotide and polynucleotide, and may be DNA, RNA or DNA-RNA hybrid. In addition, these may be double-stranded or single-stranded, and when referring to a nucleic acid molecule having a certain sequence, unless otherwise specified, a nucleic acid molecule (or nucleotide, oligonucleotide) having a sequence complementary thereto and polynucleotides) are also meant inclusively. In addition, these nucleic acid molecules may be circular or linear, and may be of synthetic or biological origin.

本発明において、用語「核酸塩基」は、ヌクレオチドを構成する塩基を意味する。「核酸塩基」としては、ピリミジン塩基、プリン塩基等が挙げられる。また、本発明において、「核酸塩基」には、メルカプトプリン、8-アザグアニン、ヒポキサンチン、カフェイン等の核酸塩基に類似する構造の化合物も包含される。 In the present invention, the term "nucleobase" means a base that constitutes a nucleotide. "Nucleobase" includes pyrimidine base, purine base and the like. In the present invention, the term "nucleobase" also includes compounds with structures similar to nucleic acid bases, such as mercaptopurine, 8-azaguanine, hypoxanthine, and caffeine.

本発明において、用語「タンパク質(タンパク)」及び「ペプチド」は、特に言及しない限り、オリゴペプチド及びポリペプチドを含む意味で用いられる。また、本明細書において、「タンパク質」及び「ペプチド」は、特に言及しない限り、糖鎖などによって修飾されているタンパク質及び非修飾のタンパク質の両方を包含するものとする。このことは、タンパク質であることが明記されていないタンパク質についても同様である。 In the present invention, the terms "protein (protein)" and "peptide" are used to include oligopeptides and polypeptides, unless otherwise specified. In addition, as used herein, "protein" and "peptide" include both proteins modified with sugar chains and the like and unmodified proteins, unless otherwise specified. This also applies to proteins that are not specified as proteins.

核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンの生産方法
本発明は、LysEを発現する微生物を培養する工程を含む、核酸塩基、有機酸及びポリアミンからなる群より選択される少なくとも一種を生産する方法を提供する。
Method for Producing Nucleobase, Organic Acid and/or Polyamine The present invention provides a method for producing at least one selected from the group consisting of nucleobase, organic acid and polyamine, comprising the step of culturing a microorganism expressing LysE. do.

核酸としては、AMP、ADP、ATP、GMP、GDP、GTP、UMP、UDP、UTP、CMP、CDP、CTP等のリボヌクレオチド、dAMP、dADP、dATP、dGMP、dGDP、dGTP、dUMP、dUDP、dUTP、dCMP、dCDP、dCTP等のデオキシリボヌクレオチドが挙げられる。 Nucleic acids include ribonucleotides such as AMP, ADP, ATP, GMP, GDP, GTP, UMP, UDP, UTP, CMP, CDP, and CTP; Deoxyribonucleotides such as dCMP, dCDP and dCTP are included.

核酸塩基としては、シトシン、ウラシル、チミン等のピリミジン塩基、アデニン、グアニン等のプリン塩基、キサンチン、ヒポキサンチン、プリンが挙げられ、シトシン、ウラシル、チミン等のピリミジン塩基が好ましく、シトシン、ウラシル等がより好ましい。本発明において有機酸とは酸性を示す有機化合物であってアミノ酸以外のものを示す。かかる有機酸としてはカルボキシル基を有するものが好ましい。より具体的には、例えば、グルタル酸、フェニル酢酸、ヒドロキシフェニル酢酸、ラウリン酸、オクタン酸、アコニット酸、ケトイソ吉草酸、ヒドロキシプロピオン酸、コハク酸、クエン酸、シュウ酸が挙げられ、グルタル酸、フェニル酢酸、ヒドロキシフェニル酢酸等が好ましい。ポリアミンとしては、例えば、プトレシン、カダベリン、スペルミン、スペルミジン、アグマチン等が挙げられ、プトレシン等が好ましい。これらの物質の分子量としては、特に限定されないが、例えば、80~200が好ましく、110~150がより好ましい。 Nucleic acid bases include pyrimidine bases such as cytosine, uracil and thymine; purine bases such as adenine and guanine; xanthine, hypoxanthine and purine; more preferred. In the present invention, the term "organic acid" refers to an organic compound exhibiting acidity, other than an amino acid. As such an organic acid, one having a carboxyl group is preferable. More specific examples include glutaric acid, phenylacetic acid, hydroxyphenylacetic acid, lauric acid, octanoic acid, aconitic acid, ketoisovaleric acid, hydroxypropionic acid, succinic acid, citric acid, oxalic acid, glutaric acid, Phenylacetic acid, hydroxyphenylacetic acid and the like are preferred. Polyamines include, for example, putrescine, cadaverine, spermine, spermidine, agmatine and the like, with putrescine and the like being preferred. Although the molecular weight of these substances is not particularly limited, it is preferably 80-200, more preferably 110-150.

本発明により生産される核酸、有機酸及びポリアミンとして、これらの化合物の存在下で宿主に用いる微生物を生育できるようなものだけでなく、宿主に用いる微生物細胞内への蓄積によってその生育を阻害する作用を有する化合物も挙げることができる。LysEを発現する微生物自体を構成する膜タンパク質等の組成を調べるために当該微生物の細胞膜等を分解して分解産物を分析する方法は、典型的な本発明の「核酸塩基、有機酸及びポリアミンからなる群より選択される少なくとも一種を生産する方法」には、該当しない。 The nucleic acids, organic acids and polyamines produced by the present invention are not only those that allow the host microorganism to grow in the presence of these compounds, but also those that inhibit the growth of the host microorganism by accumulating in the cells. Compounds with action may also be mentioned. In order to examine the composition of the membrane proteins and the like that constitute the LysE-expressing microorganism itself, the method of decomposing the cell membrane of the microorganism and analyzing the decomposition products is a typical method of the present invention, “from nucleobases, organic acids and polyamines. It does not fall under "a method of producing at least one selected from the group consisting of

培養工程
本発明は、LysEを発現する微生物を培養する工程を含む。
Culturing Step The present invention includes a step of culturing a microorganism expressing LysE.

本発明において、LysEとは、European Nucleotide Archive CAA65324.2に示されるアミノ酸配列(データベースUniProtKBにP94633として記載されたアミノ酸配列)を有するポリペプチド又は当該アミノ酸配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは99%以上)の同一性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチド(典型的には上記ポリペプチドとの機能的等価物)を示す。また、LysEをコードする核酸としては、例えば、European Nucleotide Archive X96471の1016~1726base の位置に示される塩基配列を有するポリペプチド又は当該塩基酸配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは99%以上)の相同性を有する塩基酸配列を有する核酸が挙げられる。 In the present invention, LysE is a polypeptide having the amino acid sequence shown in European Nucleotide Archive CAA65324.2 (amino acid sequence listed as P94633 in database UniProtKB) or 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 85% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 97% or more, more preferably 99% or more) of a polypeptide (typically indicates functional equivalents of the above polypeptides). In addition, as a nucleic acid encoding LysE, for example, a polypeptide having a nucleotide sequence shown at the position of 1016 to 1726 bases of European Nucleotide Archive X96471, or 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 85% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 97% or more, more preferably 99% or more).

本発明においてLysEを発現する微生物は、元々LysEを発現する能力を有する微生物(LysEをコードする核酸が導入されていない微生物)であってもよいが、好ましい実施形態においてLysEをコードする核酸が導入された微生物を用いることができる。LysEを発現する能力を有する微生物としては、大腸菌、コリネ型細菌等が挙げられる。 A microorganism that expresses LysE in the present invention may be a microorganism originally having the ability to express LysE (a microorganism into which a nucleic acid encoding LysE has not been introduced), but in a preferred embodiment, a nucleic acid encoding LysE is introduced. microorganisms can be used. Examples of microorganisms capable of expressing LysE include Escherichia coli and coryneform bacteria.

LysEをコードする核酸を得る方法は特に限定されないが、例えば、後述の実施例のように、所定の微生物のゲノムDNAを鋳型にし、適当なプライマーを用いたPCRにより、LysEをコードする核酸を増幅することにより得ることができる。膜LysEとしてどの微生物に由来するものを用いるかは特に限定されないが、例えば、「遺伝子を導入する微生物」として後述する微生物等が挙げられる。LysEを元々有する微生物と当該LysEの核酸を導入する微生物とは異なる種類のものでも同一種でもよい。 Although the method for obtaining the nucleic acid encoding LysE is not particularly limited, for example, as in Examples described later, the genomic DNA of a given microorganism is used as a template and PCR is performed using appropriate primers to amplify the nucleic acid encoding LysE. can be obtained by There are no particular restrictions on which microorganism the membrane LysE is derived from, but examples thereof include the microorganisms described below as the “microorganism into which the gene is introduced”. The microorganism originally having LysE and the microorganism into which the nucleic acid of LysE is introduced may be of the same species or of different species.

LysEをコードする核酸を導入する微生物としては、特に限定されないが、本発明においては、真核生物、原核生物のうち、原核生物が好ましい。原核生物としては、例えば、大腸菌、放線菌(Corynebacterium属、Streptomyces属、Propionibacterium属等)、乳酸菌(Lactobacillus、Streptococcus属等)、枯草菌(Bacillus属等)等のバクテリア(真正細菌)が挙げられ、大腸菌、放線菌等が好ましい。Corynebacterium属としては、Corynebacterium glutamicum、Corymebacterium ammoniagenes、Corynebacterium lactofermentum、Corynebacterium efficiens等が挙げられる。上記微生物は、典型的には、核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンの産生能を有する。上記微生物には、核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンを発現する遺伝子をさらに導入してもよい。上記微生物に、LysEをコードする遺伝子を導入する方法としては自体公知の方法に従い行うことができる。例えば、LysEをコードする核酸を組み込んだベクターを構築し、当該ベクターの存在下で上記微生物をインキュベートすることにより行うことができる。 Microorganisms into which a nucleic acid encoding LysE is introduced are not particularly limited, but in the present invention, among eukaryotes and prokaryotes, prokaryotes are preferred. Examples of prokaryotes include bacteria (eubacteria) such as Escherichia coli, actinomycetes (genus Corynebacterium, Streptomyces, Propionibacterium, etc.), lactic acid bacteria (genus Lactobacillus, Streptococcus, etc.), and Bacillus subtilis (genus Bacillus, etc.). Escherichia coli, actinomycetes, etc. are preferred. The Corynebacterium genus includes Corynebacterium glutamicum, Corymebacterium ammoniagenes, Corynebacterium lactofermentum, Corynebacterium efficiens, and the like. The above microorganisms typically have the ability to produce nucleobases, organic acids and/or polyamines. Genes that express nucleobases, organic acids and/or polyamines may be further introduced into the above microorganisms. A method known per se can be used to introduce a gene encoding LysE into the microorganism. For example, it can be carried out by constructing a vector incorporating a nucleic acid encoding LysE and incubating the microorganism in the presence of the vector.

本発明においては、宿主となる微生物に、LysEをコードする遺伝子とフュージョンパートナーをコードする遺伝子とをこれらの遺伝子が発現するように組み込んでもよい。当該実施形態において、フュージョンパートナーとは、発現させるタンパク質(本発明においては、LysE)のN末端側に結合させるタンパク質で、膜蛋白質のmRNAの安定化や膜タンパク質の細胞膜上での発現量の向上といった効果を発揮するもので(非特許文献4)、発現させるタンパク質を精製する際にも利用される。代表的なものにはmstX、ybeLなどがある。本発明において、mstXとは、Genbank accession No.YP_003097778.1に示されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又は当該アミノ酸配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは99%以上)の同一性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチド(典型的には上記ポリペプチドとの機能的等価物)を示す。また、本発明において、ybeLとは、Genbank accession No.NP_415176.1に示されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又は当該アミノ酸配列と70%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは99%以上)の同一性を有するアミノ酸配列を有するポリペプチド(典型的には上記ポリペプチドとの機能的等価物)を示す。 In the present invention, a gene encoding LysE and a gene encoding a fusion partner may be incorporated into the host microorganism so that these genes are expressed. In this embodiment, the fusion partner is a protein that binds to the N-terminal side of the protein to be expressed (LysE in the present invention), and stabilizes the mRNA of the membrane protein and improves the expression level of the membrane protein on the cell membrane. (Non-Patent Document 4), and is also used when purifying proteins to be expressed. Typical examples include mstX and ybeL. In the present invention, mstX refers to a polypeptide having the amino acid sequence shown in Genbank Accession No.YP_003097778.1 or 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 85% or more, more preferably 90% of the amino acid sequence). %, more preferably 95% or more, more preferably 97% or more, more preferably 99% or more) (typically functional equivalents of the above polypeptides) indicate. In the present invention, ybeL is a polypeptide having the amino acid sequence shown in Genbank Accession No. NP_415176.1 or 70% or more (preferably 80% or more, more preferably 85% or more, more preferably 85% or more of the amino acid sequence). is 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 97% or more, more preferably 99% or more). object).

本実施形態においては、フュージョンパートナーをコードする遺伝子と、LysEをコードする遺伝子とがポリシストロニックmRNAの翻訳により発現するように連結された遺伝子として前記微生物に組み込まれていること、及び
前記フュージョンパートナーをコードする遺伝子の終止コドンを構成するヌクレオチドの一部がLysEをコードする遺伝子の開始コドンの一部となるように連結された遺伝子であることがさらに好ましい。例えば、フュージョンパートナーをコードする遺伝子及びLysEをコードする遺伝子を組み込んだベクターを構築し、当該ベクターの存在下で上記微生物をインキュベートすることにより行うことができる。また、フュージョンパートナーをコードする遺伝子と、LysEをコードする遺伝子とが融合タンパク質として発現するように連結された遺伝子として前記微生物に組み込まれていることも好ましい。また、特に、目的の核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンとして前記微生物(好ましくは大腸菌)とは分類学上異なる種類の微生物由来の化合物を発現させる場合、当該微生物のレアコドンに対応するtRNAをコードする遺伝子が当該微生物にさらに組み込まれていることがtRNAレパートリーの拡充の観点から好ましい。
In this embodiment, a gene encoding a fusion partner and a gene encoding LysE are integrated into the microorganism as linked genes so that they are expressed by translation of polycistronic mRNA, and the fusion partner It is further preferable that the gene is ligated so that part of the nucleotides constituting the stop codon of the gene encoding is part of the start codon of the gene encoding LysE. For example, it can be carried out by constructing a vector incorporating a gene encoding a fusion partner and a gene encoding LysE, and incubating the microorganism in the presence of the vector. It is also preferable that the fusion partner-encoding gene and the LysE-encoding gene are integrated into the microorganism as linked genes so that they are expressed as a fusion protein. In particular, when a compound derived from a microorganism taxonomically different from the microorganism (preferably Escherichia coli) is expressed as the desired nucleobase, organic acid and/or polyamine, a tRNA corresponding to the rare codon of the microorganism is expressed. From the viewpoint of expansion of the tRNA repertoire, it is preferable that the gene that does this is further incorporated into the microorganism.

LysEを発現する微生物の培養工程で用いる培地としては、特に限定されず、上記微生物の培養に用いることができるものを広く使用することができる。例えば、LB培地、M9培地、MRS培地、マルツ培地、ブイヨン培地等が挙げられる。上記培地には、炭素源として、グルコース、でんぷん、可溶性でんぷん、廃糖蜜、コーンスティープリカー等を添加してもよい。培養温度は特に限定されず、20~45℃、より好ましくは25~37℃の範囲で適宜設定できる。培養時間も特に限定されないが、例えば、12~72時間、より好ましくは24~48時間の範囲で適宜設定できる。培養は、静置培養でも振盪培養でもよいが、振盪培養が好ましい。当該培養を行うことにより、微生物内で目的の核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンが生産され、生産された核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンはLysEにより細胞外に排出されるため、フィードバック阻害等による排出ボトルネックが抑制される。 The medium used in the step of culturing the LysE-expressing microorganism is not particularly limited, and a wide range of media that can be used for culturing the above microorganism can be used. Examples thereof include LB medium, M9 medium, MRS medium, Maltz medium, bouillon medium and the like. Glucose, starch, soluble starch, blackstrap molasses, corn steep liquor, etc. may be added to the medium as a carbon source. The culture temperature is not particularly limited, and can be appropriately set within the range of 20 to 45°C, more preferably 25 to 37°C. The culture time is also not particularly limited, but can be appropriately set, for example, in the range of 12 to 72 hours, more preferably 24 to 48 hours. The culture may be static culture or shaking culture, but shaking culture is preferred. By performing the culture, the desired nucleic acid base, organic acid and / or polyamine is produced in the microorganism, and the produced nucleic acid base, organic acid and / or polyamine is excreted outside the cell by LysE, so feedback inhibition Emission bottlenecks due to

回収工程
本発明の方法は、上記培養工程で得られた培養液から目的の核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンを回収する工程をさらに含んでいてもよい。培養培地からの核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンの回収方法としては、特に限定されず、自体公知の方法(遠心分離、再結晶、蒸留法、溶媒抽出法、クロマトグラフィー等)を適宜用いることができる。本発明の方法においては、目的の核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンが細胞外に分泌されるため、これらの物質を、微生物を破砕等することなく比較的容易に回収することができる。
Recovery Step The method of the present invention may further comprise a step of recovering the target nucleic acid base, organic acid and/or polyamine from the culture solution obtained in the culture step. Methods for recovering nucleic acid bases, organic acids and/or polyamines from the culture medium are not particularly limited, and methods known per se (centrifugation, recrystallization, distillation, solvent extraction, chromatography, etc.) may be used as appropriate. can be done. In the method of the present invention, the nucleic acid base, organic acid and/or polyamine of interest are extracellularly secreted, so that these substances can be recovered relatively easily without disrupting the microorganism.

その他の実施形態
本発明は、上記で説明した実施形態に限定されず、例えば、LysEをコードする核酸を微生物に導入する工程を含む、当該微生物の核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンの排出能を向上する方法も提供する。本実施形態において、「排出能を向上する」とは、LysEをコードする核酸を導入していない微生物と比較して核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンの排出能を向上することを意味する。核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンの排出能は、例えば、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
Other Embodiments The present invention is not limited to the embodiments described above. It also provides a way to improve In the present embodiment, "improving the excretion ability" means improving the excretion ability of nucleobases, organic acids and/or polyamines compared to a microorganism into which a nucleic acid encoding LysE has not been introduced. Nucleic acid base, organic acid and/or polyamine excretion ability can be measured, for example, by the method described in Examples below.

「LysE」、「LysEをコードする核酸」、「LysEをコードする核酸」を微生物に導入する方法、核酸を導入する微生物等についての詳細、具体的には、フュージョンパートナーの定義、核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミン、微生物等の例示等は、「核酸塩基、有機酸及び/又はポリアミンの生産方法」で説明した通りである。 Methods for introducing "LysE", "nucleic acid encoding LysE", "nucleic acid encoding LysE" into microorganisms, details of microorganisms into which nucleic acids are introduced, specifically, definition of fusion partner, nucleobase, organic Examples of acids and/or polyamines, microorganisms, etc. are as described in "Method for Producing Nucleobase, Organic Acid and/or Polyamine".

以下の実施例において本発明の具体的な実施形態を詳細に例示するが、本発明は以下の実施例に限定されない。 Specific embodiments of the present invention are illustrated in detail in the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

<実験方法の詳細>
(1)膜蛋白質高発現用ベクタープラスミドの構築(全実施例共通)
(1)-1.pTrc99A_mstX_C8_Hisの作成
プラスミドベクターpTrc99A(Pharmacia Biotech)を制限酵素XbaIとHindIIIで切断処理し、リンカーとTEVプロテアーゼ認識配列、His-tagを有するオリゴDNAにXbaI及びHindIIIの認識配列を5´端及び3´端にそれぞれ付加した配列(CTAGAGGTGGCGGTGGCGGTGGCGGTGGCGAAAACCTGTACTTCCAGGGTCACCACCACCACCACCATCATCATtaaTAGCT)をライゲーションにより挿入した(pTrc99A_C8_His)。本配列は、北海道システム・サイエンス株式会社に合成を委託して取得した。
<Details of the experimental method>
(1) Construction of vector plasmid for high expression of membrane proteins (common to all examples)
(1)-1. Preparation of pTrc99A_mstX_C8_His Plasmid vector pTrc99A (Pharmacia Biotech) was cleaved with restriction enzymes XbaI and HindIII, and XbaI and HindIII recognition sequences were added to oligo DNA having a linker, TEV protease recognition sequence, and His-tag at the 5' end and 3' end. (CTAGAGGTGGCGGTGGCGGTGGCGGTGGCGAAAACCTGTACTTCCAGGGTCACCACCACCACCACCATCATCATtaaTAGCT) was inserted by ligation (pTrc99A_C8_His). This sequence was obtained by consigning synthesis to Hokkaido System Science Co., Ltd.

次に、pTrc99A_C8_Hisを制限酵素NcoIとKpnIで切断処理し、クローニングしたmstX遺伝子をライゲーションにより挿入した。mstX遺伝子断片は、LB培地を用いて枯草菌(Bacillus subtilis)を培養後、NucleoSpin Tissue (Takara)を付属のプロトコル通りに用いて、枯草菌(B. subtilis)からゲノムDNAを抽出し、抽出したB. subtilisゲノムDNAを鋳型とし、forward primer: AGGAAACAGACcatgttttgtacattttttgaaaaacatcaccgg、およびreverse primer: CTAGAGGATCCCCGGGTACCACTCATtctttttctccttcttcagatactg をプライマーとして用いて、PCRにより増幅することで得た。In-Fusion HD Cloning Kit (Takara)を付属のプロトコル通りに用いて、前記mstX遺伝子断片をNcoI及びKpnIで処理後、pTrc99A_C8_Hisにライゲーションした(pTrc99A_mstX_C8_His)。 Next, pTrc99A_C8_His was cleaved with restriction enzymes NcoI and KpnI, and the cloned mstX gene was inserted by ligation. The mstX gene fragment was obtained by culturing Bacillus subtilis using LB medium and then using NucleoSpin Tissue (Takara) according to the attached protocol to extract genomic DNA from Bacillus subtilis (B. subtilis). B. It was obtained by PCR amplification using subtilis genomic DNA as a template, forward primer: AGGAAACAGACcatgtttttgtacattttttgaaaaacatcaccgg, and reverse primer: CTAGAGGATCCCCGGGTACCACTCATtctttttctccttcttcagatactg as primers. Using In-Fusion HD Cloning Kit (Takara) according to the attached protocol, the mstX gene fragment was treated with NcoI and KpnI and then ligated to pTrc99A_C8_His (pTrc99A_mstX_C8_His).

(2)実施例1.輸送体の探索(コリネバクテリウム・グルタミカム)
(2)-1.コリネ膜輸送体ライブラリーの作成
培地(ポリペプトン2 g, Yeast extract 0.4 g, MgSO4 7H2O 0.2 g/ 200 ml)を用いてコリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)を培養し、菌体よりNucleoSpin Tissue (Takara)を付属のプロトコル通りに用いてゲノムDNAを抽出した。抽出したゲノムDNAを鋳型にして、forward primer(gaaaaagaATGAGTGGTACCGTGATCATGGAAATCTTCATTACAGG)およびreverse primer (CACCGCCACCTCTAGAACCCATCAACATCAGTTTGATGG)をプライマーとして用いて、PCRにより増幅することで得た。pTrc99A_mstX_C8_Hisを制限酵素KpnIとXbaIで処理し、In-Fusion HD Cloning Kit (Takara)を付属のプロトコル通りに用いてLysE(NCgl1214)遺伝子をライゲーションし、LysE発現用プラスミドベクターを構築した。
(2) Example 1. Search for transporters (Corynebacterium glutamicum)
(2)-1. Corynebacterium glutamicum was cultured using a culture medium (polypeptone 2 g, yeast extract 0.4 g, MgSO4 7H2O 0.2 g/200 ml) to prepare a corynebacterium transporter library. Genomic DNA was extracted using NucleoSpin Tissue (Takara) according to the attached protocol. Using the extracted genomic DNA as a template, a forward primer (gaaaaagaATGAGTGGTACCGTGATCATGGAAATCTTCATTACAGG) and a reverse primer (CACCGCCACCTCTAGAACCCATCAACATCAGTTTGATGG) were used as primers to amplify by PCR. pTrc99A_mstX_C8_His was treated with restriction enzymes KpnI and XbaI, and LysE (NCgl1214) gene was ligated using In-Fusion HD Cloning Kit (Takara) according to the attached protocol to construct a LysE expression plasmid vector.

(2)-2.輸送体発現用大腸菌の形質転換
毒性タンパク質の発現に適した大腸菌C43 (DE3)株(Lucigen社)に大腸菌のレアコドンに対応するtRNAを補充するプラスミドpRARE(メルク社)を形質転換した株(C43 (DE3) Rosetta株)を(2)-1で得た膜輸送体発現用プラスミドベクターの発現宿主とし、実施例株を得た。またコントロールとして、膜輸送体遺伝子をライゲーションしていないpTrc99A_mstX_C8_Hisを前記発現宿主に導入しコントロール株を取得した。
(2)-2. Transformation of Escherichia coli for transporter expression E. coli C43 (DE3) strain (Lucigen) suitable for expression of toxic proteins was transformed with plasmid pRARE (Merck) supplementing tRNA corresponding to E. coli rare codons (C43 (DE3)). DE3) Rosetta strain) was used as an expression host for the membrane transporter-expressing plasmid vector obtained in (2)-1 to obtain an example strain. As a control, pTrc99A_mstX_C8_His not ligated with the membrane transporter gene was introduced into the expression host to obtain a control strain.

実施例株およびコントロール株を、LB培地を用いて30℃、24 h前培養し、前培養液を得た。50 ml M9最小培地に抗生物質アンピシリン(100 μg/ml)とクロラムフェニコール(30 μg/ml)を添加し、前培養液500 μlを添加し、37℃で振盪培養した。OD660が、おおよそ0.5になった時に、終濃度が1 mM となるようにIPTGを添加し、ひきつづき37℃で、24時間振盪培養した。24時間培養後、9,000 rpm, 15 min 遠心し、実施例株培養上清およびコントロール株培養上清を得た。 Example strains and control strains were precultured in LB medium at 30° C. for 24 hours to obtain preculture solutions. Antibiotics ampicillin (100 µg/ml) and chloramphenicol (30 µg/ml) were added to 50 ml M9 minimal medium, 500 µl of the preculture solution was added, and cultured with shaking at 37°C. When the OD660 reached approximately 0.5, IPTG was added to a final concentration of 1 mM, followed by shaking culture at 37°C for 24 hours. After culturing for 24 hours, the cells were centrifuged at 9,000 rpm for 15 min to obtain the Example strain culture supernatant and the Control strain culture supernatant.

(2)-3.培養液のMS分析
(2)-2における前培養液、実施例株培養上清およびコントロール株培養上清を0.22 μmのフィルターを用いてろ過した。各ろ液に含まれる成分のMS分析は株式会社島津製作所に外注して行った。本試験においては、MS分析の結果の解析を、分子量の範囲を限定せずに広い範囲で行った。
(2)-3. The pre-culture solution, the Example strain culture supernatant and the Control strain culture supernatant in MS analysis (2)-2 of the culture solution were filtered using a 0.22 μm filter. MS analysis of components contained in each filtrate was outsourced to Shimadzu Corporation. In this test, the analysis of the results of MS analysis was performed over a wide range without limiting the molecular weight range.

(2)-4.結果
図1及び2に示す。実施例株の培養上清でポリアミン(プトレシン、カダベリン)、核酸塩基(シトシン、ウラシル)、有機酸(フェニル酢酸、ヒドロキシフェニル酢酸、アコニット酸、ラウリン酸)が前培養液およびコントロール培養上清に比べ格段に含まれていることが分かった。LysEは本来のリシン及びオルニチンの輸送体として機能することが知られていたが、これまでLysEでは知られていなかった、ポリアミン、核酸塩基、有機酸の輸送能を確認したことから、LysEをコードする核酸を導入した微生物を用いることの、これらのポリアミン、核酸塩基、有機酸の生産方法としての有用性が示された。
(2)-4. The results are shown in Figures 1 and 2. Polyamines (putrescine, cadaverine), nucleobases (cytosine, uracil), and organic acids (phenylacetic acid, hydroxyphenylacetic acid, aconitic acid, lauric acid) in the culture supernatant of the example strain were higher than those in the preculture medium and the control culture supernatant. It turned out to be very included. LysE was known to function as a transporter of original lysine and ornithine. It was shown that the use of microorganisms into which a nucleic acid has been introduced is useful as a method for producing these polyamines, nucleic acid bases, and organic acids.

Claims (4)

LysEを発現する微生物を培養する工程を含む、核酸塩基、有機酸及びポリアミンからなる群より選択される少なくとも一種を生産する方法。 A method for producing at least one selected from the group consisting of nucleic acid bases, organic acids and polyamines, comprising the step of culturing a LysE-expressing microorganism. LysEを発現する微生物がLysEをコードする核酸が導入された微生物である、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the LysE-expressing microorganism is a microorganism introduced with a nucleic acid encoding LysE. 前記培養工程で得られた培養液の上清から核酸塩基、ポリアミン及び有機酸からなる群より選択される少なくとも一種を回収する工程をさらに含む、請求項1又は2に記載の方法。 3. The method according to claim 1, further comprising the step of recovering at least one selected from the group consisting of nucleic acid bases, polyamines and organic acids from the supernatant of the culture medium obtained in the culturing step. 前記核酸塩基がピリミジン化合物である、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1-3, wherein the nucleobase is a pyrimidine compound.
JP2021004392A 2021-01-14 2021-01-14 Method for producing nucleobases, organic acids and/or polyamines Pending JP2022109064A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021004392A JP2022109064A (en) 2021-01-14 2021-01-14 Method for producing nucleobases, organic acids and/or polyamines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021004392A JP2022109064A (en) 2021-01-14 2021-01-14 Method for producing nucleobases, organic acids and/or polyamines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022109064A true JP2022109064A (en) 2022-07-27

Family

ID=82557067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021004392A Pending JP2022109064A (en) 2021-01-14 2021-01-14 Method for producing nucleobases, organic acids and/or polyamines

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022109064A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11485960B2 (en) RNA polymerase variants for co-transcriptional capping
US10118950B2 (en) Platforms for cell-free protein synthesis comprising extracts from genomically recoded E. coli strains having genetic knock-out mutations in release factor 1 (RF-1) and endA
Blencke et al. Transcriptional profiling of gene expression in response to glucose in Bacillus subtilis: regulation of the central metabolic pathways
Kind et al. Identification and elimination of the competing N-acetyldiaminopentane pathway for improved production of diaminopentane by Corynebacterium glutamicum
CA3039409A1 (en) S. pyogenes cas9 mutant genes and polypeptides encoded by same
US11879145B2 (en) Reagents and methods for replication, transcription, and translation in semi-synthetic organisms
US10590480B2 (en) Polymerase variants
Engels et al. The global repressor SugR controls expression of genes of glycolysis and of the L-lactate dehydrogenase LdhA in Corynebacterium glutamicum
Ackerley et al. Substrate specificity of the nonribosomal peptide synthetase PvdD from Pseudomonas aeruginosa
EP3423576B1 (en) Polymerase variants
US20210024971A1 (en) Methods for producing, discovering, and optimizing lasso peptides
US20210108191A1 (en) Methods of Production of Biologically Active Lasso Peptides
CA3131243A1 (en) Cell-free protein synthesis platforms derived from clostridia
WO2014119600A1 (en) Flexible display method
CA3153855A1 (en) Compositions and methods for in vivo synthesis of unnatural polypeptides
Tian et al. Cell-free expression of NO synthase and P450 enzyme for the biosynthesis of an unnatural amino acid L-4-nitrotryptophan
CN111485008A (en) Biological preparation method of cis-5-hydroxy-L-hexahydropicolinic acid
Wang et al. A disjointed pathway for malonate degradation by Rhodopseudomonas palustris
Ogden et al. Characterization of the Sinorhizobium meliloti HslUV and ClpXP protease systems in free-living and symbiotic states
Clifton et al. Evolutionary repair reveals an unexpected role of the tRNA modification m1G37 in aminoacylation
Lioliou et al. In vivo mapping of RNA–RNA interactions in Staphylococcus aureus using the endoribonuclease III
JP2022109064A (en) Method for producing nucleobases, organic acids and/or polyamines
JP5230447B2 (en) New method
Olvera et al. Transcription analysis of central metabolism genes in Escherichia coli. Possible roles of σ38 in their expression, as a response to carbon limitation
Sánchez et al. Pseudomonas aeruginosa gbdR gene is transcribed from a σ54-dependent promoter under the control of NtrC/CbrB, IHF and BetI