JP2022535409A - Method for improving ability of Lactobacillus brevis to synthesize γ-aminobutyric acid and use thereof - Google Patents
Method for improving ability of Lactobacillus brevis to synthesize γ-aminobutyric acid and use thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022535409A JP2022535409A JP2021571869A JP2021571869A JP2022535409A JP 2022535409 A JP2022535409 A JP 2022535409A JP 2021571869 A JP2021571869 A JP 2021571869A JP 2021571869 A JP2021571869 A JP 2021571869A JP 2022535409 A JP2022535409 A JP 2022535409A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lactobacillus brevis
- glnr
- strain
- gene
- knockout
- 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
Links
- 240000001929 Lactobacillus brevis Species 0.000 title claims abstract description 139
- 235000013957 Lactobacillus brevis Nutrition 0.000 title claims abstract description 138
- BTCSSZJGUNDROE-UHFFFAOYSA-N gamma-aminobutyric acid Chemical compound NCCCC(O)=O BTCSSZJGUNDROE-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 95
- 229960003692 gamma aminobutyric acid Drugs 0.000 title claims abstract description 79
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- OGNSCSPNOLGXSM-UHFFFAOYSA-N (+/-)-DABA Natural products NCCC(N)C(O)=O OGNSCSPNOLGXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- 101150035089 glnR gene Proteins 0.000 claims abstract description 67
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 66
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 66
- 101100134102 Escherichia coli (strain K12) glnL gene Proteins 0.000 claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000006801 homologous recombination Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000002744 homologous recombination Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 235000013305 food Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 claims description 68
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 50
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 50
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 50
- 229960002989 glutamic acid Drugs 0.000 claims description 40
- WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N Glutamic acid Natural products OC(=O)C(N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 claims description 33
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 claims description 33
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 28
- 240000002648 Lactobacillus brevis ATCC 367 Species 0.000 claims description 26
- 235000007048 Lactobacillus brevis ATCC 367 Nutrition 0.000 claims description 26
- 238000003209 gene knockout Methods 0.000 claims description 22
- 229940049906 glutamate Drugs 0.000 claims description 21
- 229930195712 glutamate Natural products 0.000 claims description 21
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 17
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 11
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 10
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 10
- 235000013923 monosodium glutamate Nutrition 0.000 claims description 8
- OHVGNSMTLSKTGN-BTVCFUMJSA-N [C].OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O Chemical compound [C].OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O OHVGNSMTLSKTGN-BTVCFUMJSA-N 0.000 claims description 7
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims description 6
- 229940073490 sodium glutamate Drugs 0.000 claims description 6
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 6
- 150000001413 amino acids Chemical group 0.000 claims description 5
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims description 5
- 238000012262 fermentative production Methods 0.000 claims description 4
- 108091029499 Group II intron Proteins 0.000 claims description 3
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 claims description 3
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 claims description 3
- 235000021107 fermented food Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000010362 genome editing Methods 0.000 claims description 3
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 claims description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 3
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 claims description 3
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 claims description 3
- 230000003860 sleep quality Effects 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- PXEDJBXQKAGXNJ-QTNFYWBSSA-L disodium L-glutamate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)[C@@H](N)CCC([O-])=O PXEDJBXQKAGXNJ-QTNFYWBSSA-L 0.000 claims 1
- 230000002936 tranquilizing effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 abstract 1
- ULGZDMOVFRHVEP-RWJQBGPGSA-N Erythromycin Chemical compound O([C@@H]1[C@@H](C)C(=O)O[C@@H]([C@@]([C@H](O)[C@@H](C)C(=O)[C@H](C)C[C@@](C)(O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@H](C[C@@H](C)O2)N(C)C)O)[C@H]1C)(C)O)CC)[C@H]1C[C@@](C)(OC)[C@@H](O)[C@H](C)O1 ULGZDMOVFRHVEP-RWJQBGPGSA-N 0.000 description 48
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 34
- 229960003276 erythromycin Drugs 0.000 description 24
- 239000013612 plasmid Substances 0.000 description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 18
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 17
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 17
- 238000011218 seed culture Methods 0.000 description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 14
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 13
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 11
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 10
- 239000006872 mrs medium Substances 0.000 description 10
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 9
- 102000008214 Glutamate decarboxylase Human genes 0.000 description 8
- 108091022930 Glutamate decarboxylase Proteins 0.000 description 8
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 7
- 125000000291 glutamic acid group Chemical group N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)* 0.000 description 7
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 7
- LPUQAYUQRXPFSQ-DFWYDOINSA-M monosodium L-glutamate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O LPUQAYUQRXPFSQ-DFWYDOINSA-M 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000008057 potassium phosphate buffer Substances 0.000 description 7
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000006458 gyp medium Substances 0.000 description 6
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 6
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 6
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 5
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 5
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 5
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 5
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 5
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 4
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 4
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 4
- 210000000349 chromosome Anatomy 0.000 description 4
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 4
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 4
- 238000012257 pre-denaturation Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 4
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 3
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 3
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 3
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 3
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 description 3
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 description 3
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 description 3
- SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate Chemical compound [Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O SQQMAOCOWKFBNP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 description 3
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 2
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 2
- 241000187747 Streptomyces Species 0.000 description 2
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 2
- 230000002337 anti-port Effects 0.000 description 2
- 235000015278 beef Nutrition 0.000 description 2
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 2
- 238000006114 decarboxylation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000006862 enzymatic digestion Effects 0.000 description 2
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000004223 monosodium glutamate Substances 0.000 description 2
- 235000010482 polyoxyethylene sorbitan monooleate Nutrition 0.000 description 2
- 229920000053 polysorbate 80 Polymers 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N triammonium citrate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O YWYZEGXAUVWDED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001393 triammonium citrate Substances 0.000 description 2
- 235000011046 triammonium citrate Nutrition 0.000 description 2
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K tripotassium phosphate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 2
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000016928 DNA-directed DNA polymerase Human genes 0.000 description 1
- 108010014303 DNA-directed DNA polymerase Proteins 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 description 1
- 101710130691 HTH-type transcriptional regulator TnrA Proteins 0.000 description 1
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 description 1
- 240000006024 Lactobacillus plantarum Species 0.000 description 1
- 235000013965 Lactobacillus plantarum Nutrition 0.000 description 1
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 1
- 238000012408 PCR amplification Methods 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108020005091 Replication Origin Proteins 0.000 description 1
- 241000194020 Streptococcus thermophilus Species 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000006518 acidic stress Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 108090000637 alpha-Amylases Proteins 0.000 description 1
- 102000004139 alpha-Amylases Human genes 0.000 description 1
- 229940024171 alpha-amylase Drugs 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 101150047086 arm gene Proteins 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000001914 calming effect Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010367 cloning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000004520 electroporation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006353 environmental stress Effects 0.000 description 1
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 1
- -1 feed Substances 0.000 description 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N glutamine Natural products OC(=O)C(N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 description 1
- 229940072205 lactobacillus plantarum Drugs 0.000 description 1
- 108010005131 levanase Proteins 0.000 description 1
- 230000037353 metabolic pathway Effects 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 239000002858 neurotransmitter agent Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 229910000160 potassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011009 potassium phosphates Nutrition 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 108091008025 regulatory factors Proteins 0.000 description 1
- 102000037983 regulatory factors Human genes 0.000 description 1
- 230000003362 replicative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 238000013518 transcription Methods 0.000 description 1
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 239000011534 wash buffer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23K—FODDER
- A23K10/00—Animal feeding-stuffs
- A23K10/10—Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes
- A23K10/16—Addition of microorganisms or extracts thereof, e.g. single-cell proteins, to feeding-stuff compositions
- A23K10/18—Addition of microorganisms or extracts thereof, e.g. single-cell proteins, to feeding-stuff compositions of live microorganisms
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
- A23L29/00—Foods or foodstuffs containing additives; Preparation or treatment thereof
- A23L29/065—Microorganisms
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
- A23L33/00—Modifying nutritive qualities of foods; Dietetic products; Preparation or treatment thereof
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
- A23L7/00—Cereal-derived products; Malt products; Preparation or treatment thereof
- A23L7/10—Cereal-derived products
- A23L7/104—Fermentation of farinaceous cereal or cereal material; Addition of enzymes or microorganisms
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
- A61K31/185—Acids; Anhydrides, halides or salts thereof, e.g. sulfur acids, imidic, hydrazonic or hydroximic acids
- A61K31/19—Carboxylic acids, e.g. valproic acid
- A61K31/195—Carboxylic acids, e.g. valproic acid having an amino group
- A61K31/197—Carboxylic acids, e.g. valproic acid having an amino group the amino and the carboxyl groups being attached to the same acyclic carbon chain, e.g. gamma-aminobutyric acid [GABA], beta-alanine, epsilon-aminocaproic acid or pantothenic acid
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P25/00—Drugs for disorders of the nervous system
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P25/00—Drugs for disorders of the nervous system
- A61P25/20—Hypnotics; Sedatives
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P9/00—Drugs for disorders of the cardiovascular system
- A61P9/12—Antihypertensives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K14/00—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
- C07K14/195—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from bacteria
- C07K14/335—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from bacteria from Lactobacillus (G)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12G—WINE; PREPARATION THEREOF; ALCOHOLIC BEVERAGES; PREPARATION OF ALCOHOLIC BEVERAGES NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES C12C OR C12H
- C12G3/00—Preparation of other alcoholic beverages
- C12G3/02—Preparation of other alcoholic beverages by fermentation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
- C12P13/005—Amino acids other than alpha- or beta amino acids, e.g. gamma amino acids
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23V—INDEXING SCHEME RELATING TO FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES AND LACTIC OR PROPIONIC ACID BACTERIA USED IN FOODSTUFFS OR FOOD PREPARATION
- A23V2002/00—Food compositions, function of food ingredients or processes for food or foodstuffs
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23V—INDEXING SCHEME RELATING TO FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES AND LACTIC OR PROPIONIC ACID BACTERIA USED IN FOODSTUFFS OR FOOD PREPARATION
- A23V2400/00—Lactic or propionic acid bacteria
- A23V2400/11—Lactobacillus
- A23V2400/121—Brevis
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Zoology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Nutrition Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Neurosurgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Neurology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Anesthesiology (AREA)
- Gastroenterology & Hepatology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Mycology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Physiology (AREA)
- Animal Husbandry (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
相同組換えの方法によりglnR遺伝子のノックアウトを達成し、ラクトバチルスブレビスglnRノックアウト株を取得してラクトバチルスブレビスのγ-アミノ酪酸の合成能及び酸性環境に耐える能力を向上させる方法及びその使用を提供する。酸制御及び材料の流加補充方法でラクトバチルスブレビスglnRノックアウト株を発酵させ、GABAの積算濃度は301.5g/Lであり、生産効率は最高で5.76g/L/hに達し、GABAの大規模生産に用いることができ、GABAの生産コストを低下させ、酸性食品の発酵等に用いられる。【選択図】なしTo provide a method for achieving knockout of the glnR gene by a method of homologous recombination, obtaining a glnR knockout strain of Lactobacillus brevis, and improving the ability of Lactobacillus brevis to synthesize γ-aminobutyric acid and the ability to withstand an acidic environment, and the use thereof do. Lactobacillus brevis glnR knockout strain was fermented by acid control and material fed-batch supplementation method, the cumulative concentration of GABA was 301.5 g/L, the production efficiency reached the highest 5.76 g/L/h, and the production efficiency of GABA was It can be used for large-scale production, reduces the production cost of GABA, and is used for fermentation of acidic foods, etc. [Selection figure] None
Description
本発明は、ラクトバチルスブレビスのγ-アミノ酪酸の合成能を向上させる方法及びその使用に関し、微生物の分野に属する。 The present invention relates to a method for improving the ability of Lactobacillus brevis to synthesize γ-aminobutyric acid and its use, and belongs to the field of microorganisms.
γ-アミノ酪酸(GABA)は、重要な抑制性神経伝達物質として、哺乳動物に対して精神を安定させ、血圧を低下させ、睡眠の質を改善するなどの様々な生理機能を有し、生物活性物質として食品、医薬、飼料、化学工業などの分野に広く応用することができる。食品グレードのGABAは、微生物により生物法で合成することが多い。微生物は、主に、グルタミン酸脱炭酸酵素(GAD)システム(グルタミン酸/GABAの反転ベクター、グルタミン酸脱炭酸酵素を含む)の作用を発揮し、グルタミン酸/GABA反転ベクターにより、細胞外のグルタミン酸を細胞内に運び、H+を消費することにより、細胞内のグルタミン酸脱炭酸酵素によりグルタミン酸基質に対して触媒脱炭酸化を行ってGABAを合成する。合成されたGABAは、さらに、グルタミン酸/GABAアンチポートによりGABAを細胞から運び出し、GABAの蓄積を達成するとともに、細胞内のpHの安定を維持し、菌株が外部環境のストレスに抵抗することを助ける。 γ-Aminobutyric acid (GABA) is an important inhibitory neurotransmitter that has various physiological functions in mammals, such as stabilizing the mind, lowering blood pressure, and improving sleep quality. As an active substance, it can be widely applied in fields such as food, medicine, feed, and chemical industry. Food grade GABA is often biosynthesized by microorganisms. Microorganisms mainly exert the action of the glutamate decarboxylase (GAD) system (including reversed glutamate/GABA vectors and glutamate decarboxylase), and extracellular glutamate is transferred into cells by reversed glutamate/GABA vectors. Transporting and consuming H 2 + results in catalytic decarboxylation of the glutamate substrate by intracellular glutamate decarboxylase to synthesize GABA. Synthesized GABA also exports GABA from cells through glutamate/GABA antiport, achieves accumulation of GABA, maintains intracellular pH stability, and helps strains resist external environmental stress. .
報告されたGABA合成株において、乳酸菌、特に、ラクトバチルスブレビスは、確かな優位性を有する。先行研究において、本研究室は、白酒醸造系からGABAを効率的に合成する1株のラクトバチルスブレビスD17をスクリーニングし、該菌株の成長とGABAの合成は連動しており、発酵ポリシーを最適化する(発酵pHを制御する)ことにより菌株の生産効率(3.76g/L/h)を向上させることができる。 Among the reported GABA-synthesizing strains, lactic acid bacteria, especially Lactobacillus brevis, have a clear preponderance. In previous research, our laboratory screened a strain of Lactobacillus brevis D17 that efficiently synthesizes GABA from the white sake brewing system. The production efficiency (3.76 g/L/h) of the strain can be improved by controlling the fermentation pH.
GABA収量を向上させる従来の方法は、主に、高収率GABA菌株に対するスクリーニング、GABA生産発酵条件及び培地の最適化、グルタミン酸脱炭酸酵素システムの過剰発現により行われる。しかしながら、従来のGABA高生産株又は低生産株に対して、その工業的用途を増加させ、その生産効率を向上させ続けるために、その代謝経路を指向的に調整する必要がある。 Conventional methods to improve GABA yield are mainly performed by screening for high-yielding GABA strains, optimizing GABA-producing fermentation conditions and media, and overexpressing the glutamate decarboxylase system. However, in order to increase its industrial use and continue to improve its production efficiency, there is a need to directionally adjust its metabolic pathways relative to conventional GABA high- or low-producing strains.
上記問題を解決するために、本発明は、ラクトバチルスブレビス株のγ-アミノ酪酸の合成能を向上させる方法を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a method for improving the ability of Lactobacillus brevis strains to synthesize γ-aminobutyric acid.
本発明の研究過程において、発明者は、基準株のラクトバチルスブレビスATCC 367がラクトバチルスブレビスD17のグルタミン酸脱炭酸システムの関連するコード遺伝子(グルタミン酸/GABAのアンチポート、グルタミン酸脱炭酸酵素(GAD)の遺伝子)のアミノ酸配列に一致するが、菌株を5%のグルタミン酸ナトリウムで発酵させると、ラクトバチルスブレビスATCC 367のGABA収量(10g/L)は、ラクトバチルスブレビスD17(17.8g/L)よりはるかに低く、かつラクトバチルスブレビスATCC 367とラクトバチルスブレビスD17のGABA収量は、グルタミン酸ナトリウムの添加に伴って増加せず、両者のGABA収量はいずれも制限されることを発見した。 In the course of the present study, the inventors discovered that the type strain Lactobacillus brevis ATCC 367 was associated with coding genes for the glutamate decarboxylation system of Lactobacillus brevis D17 (glutamate/GABA antiport, glutamate decarboxylase (GAD)). gene), but the GABA yield of Lactobacillus brevis ATCC 367 (10 g/L) is much higher than that of Lactobacillus brevis D17 (17.8 g/L) when the strain is fermented with 5% sodium glutamate. and the GABA yields of Lactobacillus brevis ATCC 367 and Lactobacillus brevis D17 did not increase with the addition of monosodium glutamate, both limiting GABA yields.
グルタミン酸(ナトリウム)は、GABA合成用の唯一の基質であるだけでなく、微生物の窒素源の1つである。その代謝は、いくつかの調節因子、例えばTnrA、GlnR及びCodYなどによって制御される。GlnR(グルタミン合成酵素リプレッサー)は、グラム陽性菌に広く存在する重要でグローバルな窒素源制御因子である。それは、窒素源代謝のある遺伝子に対して調節作用を有し、特にストレプトマイセス属、バチルス属中において調節作用を有する。バチルス属において、窒素源が十分である場合、GlnRは、glnRAオペロンの転写を抑制し、窒素源の利用を低減させる。ストレプトマイセス属において、GlnRは、窒素代謝を調節するだけでなく、炭素源代謝、リン代謝、抗生物質の合成及び菌株の耐性(浸透圧、耐酸、酸化)等を制御する。GABAの合成を制御するGADシステムは、微生物が酸ストレスに抵抗する耐酸システムであり、グルタミン酸窒素源が十分である場合、GlnRによって負に制御される可能性がある。また、現在、乳酸菌のglnR遺伝子ノックアウト菌株については、報告されていない。 Glutamate (sodium) is not only the sole substrate for GABA synthesis, but also one of the microbial nitrogen sources. Its metabolism is controlled by several regulatory factors such as TnrA, GlnR and CodY. GlnR (glutamine synthase repressor) is an important global nitrogen source regulator widely present in Gram-positive bacteria. It has a regulatory effect on certain genes of nitrogen source metabolism, especially in Streptomyces, Bacillus. In Bacillus, GlnR represses transcription of the glnRA operon and reduces nitrogen source utilization when the nitrogen source is sufficient. In the genus Streptomyces, GlnR not only regulates nitrogen metabolism, but also controls carbon source metabolism, phosphorus metabolism, antibiotic synthesis, strain resistance (osmotic pressure, acid resistance, oxidation), and the like. The GAD system, which regulates the synthesis of GABA, is an acid-tolerant system that allows microorganisms to resist acid stress and may be negatively regulated by GlnR when the glutamate nitrogen source is sufficient. In addition, at present, no glnR gene knockout strain of lactic acid bacteria has been reported.
本発明は、ラクトバチルスブレビスのglnR遺伝子をノックアウトし、さらにラクトバチルスブレビスのGABA合成の制限を解消することにより、GABAの収量を向上させ、GABA合成時間を短縮し、さらに、GABAの工業的生産性を向上させる。 The present invention knocks out the glnR gene of Lactobacillus brevis and eliminates the restriction of GABA synthesis of Lactobacillus brevis, thereby improving the yield of GABA, shortening the time for GABA synthesis, and industrial production of GABA. improve sexuality.
本発明の第1の目的は、ラクトバチルスブレビス株のγ-アミノ酪酸の合成能を向上させる方法を提供することであり、前記方法は、ラクトバチルスブレビス株におけるglnR遺伝子(グルタミン合成酵素リプレッサー遺伝子)をノックアウトすることである。 A first object of the present invention is to provide a method for improving the ability of a Lactobacillus brevis strain to synthesize γ-aminobutyric acid. ) is knocked out.
1つの実施形態において、前記glnR遺伝子が発現したアミノ酸配列は、SEQ ID NO:1に示すとおりである。 In one embodiment, the amino acid sequence expressed by the glnR gene is as shown in SEQ ID NO:1.
1つの実施形態において、前記glnR遺伝子をコードするヌクレオチド配列は、SEQ ID NO:2に示すとおりである。 In one embodiment, the nucleotide sequence encoding said glnR gene is as shown in SEQ ID NO:2.
1つの実施形態において、前記ラクトバチルスブレビス株は、GABAを合成可能な任意のラクトバチルスブレビスである。 In one embodiment, the Lactobacillus brevis strain is any Lactobacillus brevis that is capable of synthesizing GABA.
1つの実施形態において、前記ラクトバチルスブレビス株は、ラクトバチルスブレビスD17(受託番号がCGMCC NO. 14385)又は基準株のラクトバチルスブレビスATCC 367、ラクトバチルスブレビスNCL912、ラクトバチルスブレビスCGMCC1306、ラクトバチルスブレビスNPS-QW-145などである。1つの実施形態において、前記ノックアウトとは、任意の1つの既知のノックアウト方法、例えば、相同組換え、2種類のイントロン(Targetron又はClostron)遺伝子挿入不活化、CRISPR-Cas遺伝子編集等を用いて行うことである。 In one embodiment, the Lactobacillus brevis strain is Lactobacillus brevis D17 (accession number CGMCC NO. 14385) or the type strain Lactobacillus brevis ATCC 367, Lactobacillus brevis NCL912, Lactobacillus brevis CGMCC1306, Lactobacillus brevis NPS -QW-145, etc. In one embodiment, the knockout is performed using any one known knockout method, such as homologous recombination, two types of intron (Targetron or Clostron) gene insertion inactivation, CRISPR-Cas gene editing, etc. That is.
1つの実施形態において、前記ノックアウトは、マーカレスノックアウト(markerless knockout)、特に、相同組換えに基づくマーカレス遺伝子ノックアウトである。 In one embodiment, said knockout is a markerless knockout, in particular a markerless gene knockout based on homologous recombination.
1つの実施形態において、前記ノックアウトは、具体的には、ノックアウトしようとするglnR遺伝子の上流、下流の相同領域1000bp(glnR遺伝子の前後端の各21bpを含む)を、それぞれ一定の方向に沿って乳酸菌の組み込みプラスミドpGID023に連結し、標的遺伝子のノックアウトプラスミドpGID023-ΔglnRを取得し、ノックアウトプラスミドを電気的な形質転換によりラクトバチルスブレビスに入れ、エリスロマイシン耐性プレート上でスクリーニングしてノックアウトプラスミドを含む組換え菌株を得る。その後に、正確な組換え菌株を選択し、エリスロマイシン含有のGYP液体培地において、継代培養し、さらに、エリスロマイシン耐性がないGYP液体培地で継代培養し、継代後の菌液をエリスロマイシン含有の耐性プレートに塗布し、スクリーニングして1回目の相同組換えを発生させてプラスミドを受容株染色体に組み込んだシングルクロスオーバーを得て、次に、シングルクロスオーバーを、エリスロマイシンがない条件で、液体GYP培地で継代培養し、継代後の菌液を抗生物質がないGYPプレートに塗布し、2回目の相同組換えを発生させたエリスロマイシン耐性がない、標的遺伝子ノックアウトを達成した菌株がスクリーニングされるまでモノクローナルを選別する。 In one embodiment, specifically, the knockout is carried out by knocking out 1000 bp of homologous regions upstream and downstream of the glnR gene to be knocked out (including 21 bp each at the front and rear ends of the glnR gene) along a certain direction. Ligation with the lactic acid bacteria integrative plasmid pGID023 to obtain the target gene knockout plasmid pGID023-ΔglnR, electrotransformation of the knockout plasmid into Lactobacillus brevis, screening on erythromycin-resistant plates to recombination containing the knockout plasmid Obtain a strain. After that, the correct recombinant strain is selected, subcultured in an erythromycin-containing GYP liquid medium, further subcultured in a GYP liquid medium that does not have erythromycin resistance, and the bacterial solution after subculture is erythromycin-containing. Plated on resistance plates and screened to generate a single crossover that has undergone a first round of homologous recombination to integrate the plasmid into the recipient strain chromosome, the single crossover was then treated with liquid GYP in the absence of erythromycin. Subculture in a medium, spread the subcultured bacterial solution on an antibiotic-free GYP plate, and cause the second homologous recombination. Strains that have achieved target gene knockout without erythromycin resistance are screened. Select monoclonals up to
上記pGID023プラスミドには、大腸菌で複製可能な複製起点、マルチクローニングサイトMCS、エリスロマイシン耐性遺伝子が保有されている。 The pGID023 plasmid has a replication origin capable of replicating in E. coli, a multicloning site MCS, and an erythromycin resistance gene.
上記ノックアウトプラスミドは、ラクトバチルスブレビス染色体におけるノックアウトしようとする標的遺伝子の上流及び下流の、大きさが約1000bpの相同配列断片をそれぞれ遺伝子配列方向に沿って酵素で消化してpGID023のマルチクローニングサイトに連結されたものである。 The knockout plasmid is obtained by digesting homologous sequence fragments of about 1000 bp in size upstream and downstream of the target gene to be knocked out in the Lactobacillus brevis chromosome with an enzyme along the direction of the gene sequence, respectively, into the multicloning site of pGID023. It is concatenated.
ノックアウトプラスミドを、電気的な形質転換によりラクトバチルスブレビス株に入れてノックアウトプラスミド含有の菌株を得る上記方法について、1μgのノックアウトプラスミドとラクトバチルスブレビスコンピテント細胞を混合し、適切な電気的な形質転換条件を採用し、プラスミドをラクトバチルスブレビスに電気的に形質転換する。電気ショック(エレクトロポレーション)の後に予備冷却されたMRS培地に迅速に加え、37℃のインキュベータで回復する。遠心分離して上澄液を除去し、細胞を再懸濁した後にエリスロマイシン含有のMRSプレートに塗布し、37℃で形質転換体を生じるように培養する。形質転換体を選び出して菌液PCR検証を行う。 The knockout plasmid is electrotransformed into the Lactobacillus brevis strain to obtain a strain containing the knockout plasmid. Conditions are adopted and the plasmid is electrotransformed into Lactobacillus brevis. Immediately add to pre-chilled MRS medium after electroshock (electroporation) and recover in 37° C. incubator. The supernatant is removed by centrifugation, and the cells are resuspended, plated on MRS plates containing erythromycin, and incubated at 37° C. to produce transformants. Transformants are selected for bacterial solution PCR verification.
上記1回目の相同組換えを発生させてプラスミドを受容株染色体に組み込んだシングルクロスオーバーの検証方法として、ノックアウトプラスミド含有ラクトバチルスブレビスの形質転換体を、エリスロマイシン含有MRS培地に播種し、37℃で24h静置培養することである。培養された菌液を上記エリスロマイシン含有MRS液体培地に播種し、37℃で24h培養した後、このステップに従って継代培養を行う。継代後の菌液を10-3~10-6倍希釈した後に、エリスロマイシン含有MRSプレートに塗布して、単一コロニーが成長するまで37℃で培養する。単一コロニーを選び出してエリスロマイシン含有MRS培地に播種し、37℃で24h培養し、菌液PCR検証を行い、スクリーニングして1回目の相同組換えを発生させてプラスミドを受容株染色体上に組み込んだ潜在的なシングルクロスオーバーを得て、さらに、潜在的なシングルクロスオーバーから全ゲノムDNAを抽出し、PCR及び配列決定による検証によって、glnR遺伝子を正確にノックアウトした変異株を得ることを確保する。 As a method for verifying the single crossover in which the plasmid was integrated into the chromosome of the recipient strain by generating the first homologous recombination, the transformant of Lactobacillus brevis containing the knockout plasmid was seeded on MRS medium containing erythromycin, and heated at 37 ° C. 24 hours of static culture. The cultured bacterial solution is seeded in the erythromycin-containing MRS liquid medium, cultured at 37° C. for 24 hours, and subcultured according to this step. After the passaged bacterial solution is diluted 10 −3 to 10 −6 times, it is plated on an erythromycin-containing MRS plate and cultured at 37° C. until a single colony grows. A single colony was picked and inoculated on erythromycin-containing MRS medium, cultured at 37° C. for 24 h, subjected to bacterial liquid PCR verification, and screened to generate the first round of homologous recombination to integrate the plasmid onto the chromosome of the recipient strain. A potential single crossover is obtained, and total genomic DNA is extracted from the potential single crossover and verified by PCR and sequencing to ensure that a mutant with the correct glnR gene knockout is obtained.
2回目の相同組換えを発生させて標的遺伝子のノックアウトを達成する菌株をスクリーニングする上記方法として、シングルクロスオーバーを、エリスロマイシンを含有しない液体MRS培地に播種し、37℃で24h培養することである。抗生物質がないMRS培地で継代した後、菌液を10-3~10-6倍希釈した後に、エリスロマイシンを含有しないMRSプレートに塗布して、単一コロニーが成長するまで37℃で培養する。単一コロニーを選び出し、エリスロマイシン耐性がないMRS液体培地に播種し37℃で24h培養し、菌液PCR検証を行い、それによりglnR遺伝子がノックアウトされた潜在的な変異株を得る。さらに、潜在的なノックアウト株から全ゲノムDNAを抽出し、PCR及び配列決定による検証により、glnR遺伝子を正確にノックアウトした変異株を得ることを確保する。glnR遺伝子ノックアウト株が取得されなければ、継代し続け、スクリーニングしてglnR遺伝子ノックアウト株を得るまで、上記ステップを繰り返す。 As the above method for screening strains that generate the second homologous recombination to achieve target gene knockout, the single crossover is inoculated in liquid MRS medium without erythromycin and cultured at 37° C. for 24 h. . After subculturing on antibiotic-free MRS medium, the bacterial solution is diluted 10 −3 to 10 −6 times, plated on an erythromycin-free MRS plate, and cultured at 37° C. until a single colony grows. . A single colony is selected, inoculated on MRS liquid medium without erythromycin resistance, cultured at 37° C. for 24 h, and subjected to bacterial liquid PCR verification, thereby obtaining a potential mutant strain in which the glnR gene is knocked out. In addition, total genomic DNA is extracted from potential knockout strains and verified by PCR and sequencing to ensure that mutant strains with the correct glnR gene knockout are obtained. If no glnR gene knockout strain is obtained, continue to pass and screen and repeat the above steps until a glnR gene knockout strain is obtained.
本発明の第2の目的は、γ-アミノ酪酸の合成能を向上させるラクトバチルスブレビスを提供することであり、前記ラクトバチルスブレビスは、出発菌株からglnR遺伝子をノックアウトしたものである。 A second object of the present invention is to provide Lactobacillus brevis that improves the ability to synthesize γ-aminobutyric acid, and the Lactobacillus brevis is obtained by knocking out the glnR gene from the starting strain.
1つの実施形態において、前記glnR遺伝子が発現したアミノ酸配列は、SEQ ID NO:1に示すとおりである。 In one embodiment, the amino acid sequence expressed by the glnR gene is as shown in SEQ ID NO:1.
1つの実施形態において、前記glnR遺伝子をコードするヌクレオチド配列は、SEQ ID NO:2に示すとおりである。 In one embodiment, the nucleotide sequence encoding said glnR gene is as shown in SEQ ID NO:2.
1つの実施形態において、前記出発菌株は、GABAを合成することができる任意のラクトバチルスブレビスであり、任意選択的に、ラクトバチルスブレビスD17(受託番号はCGMCC NO. 14385)、基準株のラクトバチルスブレビスATCC 367、ラクトバチルスブレビスNCL912、ラクトバチルスブレビスCGMCC1306又はラクトバチルスブレビスNPS-QW-145などである。 In one embodiment, the starting strain is any Lactobacillus brevis capable of synthesizing GABA, optionally Lactobacillus brevis D17 (accession number CGMCC NO. 14385), the type strain Lactobacillus Brevis ATCC 367, Lactobacillus brevis NCL912, Lactobacillus brevis CGMCC1306 or Lactobacillus brevis NPS-QW-145.
1つの実施形態において、前記ノックアウトとは、任意の1つの既知のノックアウト方法、例えば、相同組換え、2種類のイントロン(Targetron又はClostron)遺伝子挿入不活化、CRISPR-Cas遺伝子編集等を用いて行うことである。 In one embodiment, the knockout is performed using any one known knockout method, such as homologous recombination, two types of intron (Targetron or Clostron) gene insertion inactivation, CRISPR-Cas gene editing, etc. That is.
本発明の第3の目的は、γ-アミノ酪酸を合成する方法を提供することであり、前記方法は、glnR遺伝子をノックアウトしたラクトバチルスブレビスを利用して発酵生産する。 A third object of the present invention is to provide a method for synthesizing γ-aminobutyric acid, wherein the method is fermentatively produced using glnR gene-knocked out Lactobacillus brevis.
1つの実施形態において、前記発酵生産について、ラクトバチルスブレビスを、グルタミン酸又はグルタミン酸ナトリウム含有培地に播種して発酵生産を行うことである。 In one embodiment, the fermentative production is carried out by inoculating Lactobacillus brevis in a medium containing glutamic acid or sodium glutamate.
1つの実施形態において、前記発酵生産は、以下のいずれかの方法を採用して行われてもよい。
(1)ラクトバチルスブレビスglnRノックアウト株を、グルタミン酸(ナトリウム)含有液体発酵培地に播種し、発酵培養する。
(2)発酵過程で、pH調整して材料をバッチで補充して発酵させる(流加発酵を行う)。ラクトバチルスブレビスglnRノックアウト株を、グルタミン酸(ナトリウム)含有GYP発酵培地に播種し、pHを4.8-5.5に調整し、撹拌して通気しない条件で発酵させ、6~24h発酵させてグルタミン酸(ナトリウム)基質を補充する。好ましくは、6hごとにグルタミン酸(ナトリウム)基質を加える。
(3)発酵過程で、pH調整してグルコースを流加して流加発酵を行う。ラクトバチルスブレビスglnRノックアウト株を、グルタミン酸(ナトリウム)含有GYP発酵培地に播種し、pHを4.8-5.5に調整し、撹拌して通気しない条件で発酵させ、6~36h発酵させてグルタミン酸(ナトリウム)基質を補充する。好ましくは、6hごとにグルタミン酸(ナトリウム)基質を加え、また、6~36hにグルコース炭素源を流加する。
In one embodiment, the fermentation production may be carried out using any of the following methods.
(1) A Lactobacillus brevis glnR knockout strain is seeded in a glutamic acid (sodium)-containing liquid fermentation medium and cultured for fermentation.
(2) In the fermentation process, the pH is adjusted and the materials are replenished in batches for fermentation (fed-batch fermentation is performed). The Lactobacillus brevis glnR knockout strain is inoculated into GYP fermentation medium containing glutamate (sodium), adjusted to pH 4.8-5.5, fermented under agitation and no aeration conditions, fermented for 6-24 h to ferment glutamate. Replenish (sodium) substrate. Preferably, glutamic acid (sodium) substrate is added every 6 h.
(3) Fed-batch fermentation is performed by adjusting the pH and feeding glucose in the fermentation process. The Lactobacillus brevis glnR knockout strain is inoculated into GYP fermentation medium containing glutamate (sodium), adjusted to pH 4.8-5.5, fermented under agitation and no aeration conditions, fermented for 6-36 h to ferment glutamate. Replenish (sodium) substrate. Preferably, the glutamic acid (sodium) substrate is added every 6 h and the glucose carbon source is fed from 6 to 36 h.
1つの実施形態において、前記発酵生産は、以下のいずれかの方法を採用して行われる。
(1)ラクトバチルスブレビスglnRノックアウト株を、それぞれ10g/Lのグルコース炭素源に播種し、50g/Lのグルタミン酸(ナトリウム)のGYP液体発酵培地に加え、37℃×200rpmの培養条件で発酵させる。
(2)発酵過程で、pH調整して流加発酵を行う。バイオリアクターを用いて、ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR又はD17ΔglnR変異株を、グルタミン酸(ナトリウム)含有GYP発酵培地に播種する。5mol/Lの濃度の硫酸を用いて発酵液のpHを5.0に調整し、37℃×200rpmで撹拌して通気しない条件で発酵させる。高濃度グルタミン酸(ナトリウム)の菌体成長に対する抑制を回避するために、6~24hにグルタミン酸(ナトリウム)基質を補充する。好ましくは、6hごとにグルタミン酸(ナトリウム)基質を加える。60h発酵させ、ATCC 367ΔglnRのGABAの積算濃度が233.9g/Lであり、36h発酵させ、生産効率が最高で4.88g/L/hに達し、48h発酵させ、D17ΔglnRのGABAの積算濃度が148.0g/Lであり、18h発酵させ、生産効率が最高で5.73g/L/hに達する。
(3)発酵過程で、pH調整してグルコースを流加して流加発酵を行う。バイオリアクターを用いて、ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR又はD17ΔglnR変異株を、グルタミン酸(ナトリウム)含有GYP発酵培地に播種する。5mol/Lの濃度の硫酸を用いて発酵液のpHを5.0に調整し、37℃×200rpmで撹拌して通気しない条件で発酵させる。高濃度グルタミン酸(ナトリウム)の菌体成長に対する抑制を回避するために、6~36hにグルタミン酸(ナトリウム)基質を補充する。好ましくは、ATCC 367ΔglnRの発酵過程で、6hごとにグルタミン酸(ナトリウム)基質を加え、また、12~36hにグルコース炭素源を流加し、60h発酵させ、ATCC 367ΔglnRのGABAの積算濃度が282.80g/Lであり、36h発酵させ、生産効率が最高で4.93g/L/hに達し、好ましくは、D17ΔglnRの発酵過程において、6hごとにグルタミン酸(ナトリウム)基質を加え、また、6~30hにグルコース炭素源を流加し、60h発酵させ、D17ΔglnRのGABAの積算濃度が301.5g/Lであり、36h発酵させ、生産効率が最高で5.76g/L/hに達する。
In one embodiment, the fermentative production is carried out using any of the following methods.
(1) Lactobacillus brevis glnR knockout strains are each inoculated on 10 g/L glucose carbon source, added to 50 g/L glutamic acid (sodium) GYP liquid fermentation medium, and fermented under culture conditions of 37° C.×200 rpm.
(2) Fed-batch fermentation is performed by adjusting the pH in the fermentation process. Using a bioreactor, Lactobacillus brevis ATCC 367ΔglnR or D17ΔglnR mutants are inoculated into GYP fermentation medium containing glutamate (sodium). The pH of the fermentation liquid is adjusted to 5.0 using sulfuric acid having a concentration of 5 mol/L, and the mixture is stirred at 37° C.×200 rpm and fermented without aeration. Glutamate (sodium) substrate is supplemented from 6 to 24 h to avoid the suppression of high concentrations of glutamate (sodium) on cell growth. Preferably, glutamic acid (sodium) substrate is added every 6 h. After fermenting for 60 hours, the cumulative concentration of ATCC 367ΔglnR GABA is 233.9 g/L, after fermenting for 36 hours, the maximum production efficiency reaches 4.88 g/L/h, after fermenting for 48 hours, the cumulative concentration of GABA for D17ΔglnR is 148.0 g/L, fermented for 18 hours, the highest production efficiency reaches 5.73 g/L/h.
(3) Fed-batch fermentation is performed by adjusting the pH and feeding glucose in the fermentation process. Using a bioreactor, Lactobacillus brevis ATCC 367ΔglnR or D17ΔglnR mutants are inoculated into GYP fermentation medium containing glutamate (sodium). The pH of the fermentation liquid is adjusted to 5.0 using sulfuric acid having a concentration of 5 mol/L, and the mixture is stirred at 37° C.×200 rpm and fermented without aeration. Glutamate (sodium) substrate is supplemented from 6 to 36 h to avoid the suppression of high concentrations of glutamate (sodium) on cell growth. Preferably, in the fermentation process of ATCC 367ΔglnR, a glutamic acid (sodium) substrate is added every 6 h, and a glucose carbon source is fed from 12 to 36 h, fermented for 60 h, and the cumulative concentration of GABA of
本発明の第4の目的は、γ-アミノ酪酸を生産するラクトバチルスブレビスの耐酸能力を向上させる方法を提供することであり、前記方法は、ラクトバチルスブレビスglnR遺伝子をノックアウトすることである。 A fourth object of the present invention is to provide a method for improving the acid tolerance of γ-aminobutyric acid-producing Lactobacillus brevis, said method comprising knocking out the Lactobacillus brevis glnR gene.
本発明の第5の目的は、前記組換え菌又は前記方法の、食品、薬物製造、飼料、化学工業等の分野における使用を提供する。 A fifth object of the present invention is to provide the use of the recombinant bacterium or the method in the fields of food, drug production, feed, chemical industry and the like.
1つの実施形態において、前記食品は、酸性発酵食品、例えば、黄酒、又はサワードウである。 In one embodiment, the food is an acidic fermented food, such as yellow wine or sourdough.
本発明の第6の目的は、前記組換え菌又は前記方法の、哺乳動物に対して精神を安定させ、血圧を低下させ、睡眠の質を改善する作用を有する薬物又はスキンケア製品の製造での使用を提供する。 A sixth object of the present invention is the use of said recombinant bacterium or said method in the manufacture of a drug or skin care product having a calming, blood pressure reducing and sleep quality improving effect on mammals. provide use.
生物材料:
ラクトバチルスブレビスD17は、公開番号CN108034599A、公開日2018年05月15日の特許出願番号2017112754179に開示され、その分類学上の命名は、ラクトバチルスブレビスLactobacillus brevisであり、2017年7月6日に中国微生物菌種保蔵管理委員会普通微生物センターに寄託され、受託番号がCGMCC NO.14385である。
Biological material:
Lactobacillus brevis D17 is disclosed in patent application number 2017112754179, publication number CN108034599A, publication date May 15, 2018, and its taxonomic designation is Lactobacillus brevis, dated July 6, 2017. It was deposited with the General Microbiology Center of the China Microbial Species Conservation and Management Commission, and the accession number is CGMCC NO. 14385.
基準株のラクトバチルスブレビスATCC 367は、中国微生物保蔵センターから購入され、番号がCGMCC1.2028であり、American Type Culture Collectionから購入されてもよく、番号は、ATCC 367である。
The type strain
本発明に係るラクトバチルスブレビスNCL912、ラクトバチルスブレビスCGMCC1306及びラクトバチルスブレビス-QW-145は、本特許出願前の文献に開示されている(Li、H.X.、Gao、D.D.、et al.A high γ-aminobutyric acid-producing Lactobacillus brevis isolated from Chinese traditional paocai [J].2008、Annals of Microbiology、58 (4):649-653.Peng、C.L.、Huang、J.、et al.A Two-stage pH and Temperature Control with Substrate Feeding Strategy for Production of Gamma-aminobutyric Acid by Lactobacillus brevis CGMCC 1306 [J].Chinese Journal of Chemical Engineering、21(10):1190-1194.Wu、Q.、Law、Y.S.、et al.Dairy Streptococcus thermophilus improves cell viability of Lactobacillus brevis NPS-QW-145 and its gamma-aminobutyric acid biosynthesis ability in milk [J].Scientific Report、2015、5(12885):1-12.)。 Lactobacillus brevis NCL912, Lactobacillus brevis CGMCC1306 and Lactobacillus brevis-QW-145 according to the present invention have been disclosed in the literature prior to the filing of this patent (Li, H.X., Gao, D.D., et al. al.A high γ-aminobutylic acid-producing Lactobacillus brevis isolated from Chinese traditional paocai [J].2008, Annals of Microbiology, 58(4):649-653. .A Two-stage pH and Temperature Control with Substrate Feeding Strategy for Production of Gamma-aminobutyric Acid by Lactobacillus brevis CGMCC 1306 [J].Chinese Journal of Chemical Engineering、21(10):1190-1194.Wu、Q.、Law 、Y.S.、et al.Dairy Streptococcus thermophilus improves cell viability of Lactobacillus brevis NPS-QW-145 and its gamma-aminobutyric acid biosynthesis ability in milk [J].Scientific Report、2015、5(12885):1-12 .).
組み込みプラスミドpGID023について、図1に示すように、既に、1994年の文献に開示されている(Pascal Hols、Thierry Ferain、Dominique Garmyn、et al.Use of homologous expression-secretion signals and vector-free stable chromosomal integration in engineering of Lactobacillus plantarum for alpha-amylase and levanase expression.Applied Environmental Microbiology 1994、60:1401-1413.)。 The integrative plasmid pGID023 has already been disclosed in 1994, as shown in FIG. 1 (Pascal Hols, Thierry Ferain, Dominique Garmyn, et al. in engineering of Lactobacillus plantarum for alpha-amylase and levanase expression. Applied Environmental Microbiology 1994, 60: 1401-1413.).
本発明の有利な効果は、以下のとおりである。
本発明は、初めて、glnR遺伝子の欠失がラクトバチルスブレビスのGABA合成能を顕著に向上可能なことを発見し、かつ、得られたラクトバチルスブレビスのglnR遺伝子ノックアウト菌株ATCC 367ΔglnRとラクトバチルスブレビスD17ΔglnRにより、該方法が汎用性を有し、原則として全てのラクトバチルスブレビスに適することを発見する。本発明は、glnR遺伝子をノックアウトした菌株を利用してGABAを製造し、ラクトバチルスブレビスのGABAの生産効率又は収量を大幅に向上させ、発酵周期を短縮することができるとともに、菌株の酸性環境における生存能力を顕著に向上させることができ、菌株は、黄酒の醸造、サワードウ製造などの酸性食品の発酵にも適用される。
Advantageous effects of the present invention are as follows.
The present invention is the first to discover that deletion of the glnR gene can significantly improve the GABA synthesis ability of Lactobacillus brevis, and the resulting Lactobacillus brevis glnR gene knockout strains ATCC 367ΔglnR and Lactobacillus brevis D17ΔglnR find that the method is versatile and suitable in principle for all Lactobacillus brevis. The present invention utilizes a glnR gene knockout strain to produce GABA, significantly improves the production efficiency or yield of Lactobacillus brevis GABA, shortens the fermentation cycle, and is capable of The viability can be significantly improved, and the strain is also applied to acid food fermentation, such as yellow wine brewing, sourdough making.
MRS培地について、グルコース2%、酵母エキス粉末0.4%、ペプトン1%、牛肉エキス0.5%、ツイーン80 0.1%、酢酸ナトリウム0.5%、リン酸水素二カリウム0.2%、クエン酸三アンモニウム0.2%、硫酸マグネシウム0.02%、硫酸マンガン0.05%であり、いずれも質量-体積分率であり、pHを6.2に調節し、固体培地に2%濃度の寒天を加えた。
For MRS medium,
エリスロマイシン含有のMRS液体培地について、MRS培地に最終濃度が1μg/mLのエリスロマイシンを加えた。 For MRS liquid medium containing erythromycin, erythromycin was added to the MRS medium to a final concentration of 1 μg/mL.
エリスロマイシン含有のMRSプレートについて、MRS培地に最終濃度が4μg/mLのエリスロマイシンを加える。 For MRS plates containing erythromycin, add erythromycin to a final concentration of 4 μg/mL in MRS medium.
蘇生液について、グルコース2%、酵母エキス粉末0.4%、ペプトン1%、牛肉エキス0.5%、ツイーン80 0.1%、酢酸ナトリウム0.5%、リン酸水素二カリウム0.2%、クエン酸三アンモニウム0.2%、硫酸マグネシウム0.02%、硫酸マンガン0.05%、スクロース10.26%であり、いずれも質量-体積分率である。
For resuscitation fluid: 2% glucose, 0.4% yeast extract powder, 1% peptone, 0.5% beef extract, 0.1
LB培地(g/L)について、液体:酵母エキス粉末5、ペプトン10、塩化ナトリウム10であり、固体培地に2%の濃度の寒天を加えた。
For LB medium (g/L): liquid:
エリスロマイシン含有のLB培地について、LB培地に最終濃度200μg/mLのエリスロマイシンを加えた。 For erythromycin-containing LB medium, erythromycin was added to the LB medium to a final concentration of 200 μg/mL.
GYP培地について、グルコース1%、酵母エキス粉末1%、ペプトン0.5%、酢酸ナトリウム0.2%、硫酸マグネシウム0.02%、硫酸マンガン0.01%、硫酸第一鉄0.01%、塩化ナトリウム0.01%であり、いずれも質量-体積分率であり、固体培地に2%濃度の寒天を加え、発酵培地に異なる濃度のグルタミン酸ナトリウムを加えた。
For GYP medium,
耐酸能力の試験について、ラクトバチルスブレビスの野生株及びglnRノックアウト株をそれぞれ10g/Lのグルコース炭素源、10g/Lのグルタミン酸(ナトリウム)の発酵培地に播種し、37℃で10h発酵させた。遠心分離して細胞を収集し、pHが7.0のリン酸カリウム洗浄緩衝液で菌株を1回洗浄した。さらに、10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を含有するか又は含有しないpHが7.0のリン酸カリウム緩衝液で菌体を再懸濁し、そのOD600を1.0とした。37℃でそれぞれ0h、1h、2h、2.5h静置培養した直後、10mMのグルタミン酸ナトリウムを含有するか又は含有しないpHが2.5の9倍の体積のリン酸カリウム緩衝液を細菌懸濁液に加えて、試験が終了するまで3h静置培養し続けた。サンプルを取り出した直後、pHが7.4のPBS緩衝液で10-1~10-5で希釈し、適切な勾配を選択して100μLの希釈液をGYPプレートに塗布し、37℃で24h静置培養した。 For the test of acid tolerance, the wild strain and glnR knockout strain of Lactobacillus brevis were each inoculated into fermentation medium with 10 g/L glucose carbon source and 10 g/L glutamic acid (sodium) and fermented at 37° C. for 10 h. Cells were harvested by centrifugation and strains were washed once with potassium phosphate wash buffer pH 7.0. In addition, the cells were resuspended in a potassium phosphate buffer with a pH of 7.0 with or without 10 mM glutamic acid (sodium) to an OD 600 of 1.0. Immediately after static culture at 37° C. for 0 h, 1 h, 2 h, and 2.5 h, respectively, 9 times the volume of potassium phosphate buffer with a pH of 2.5 containing or not containing 10 mM sodium glutamate was added to the bacterial suspension. In addition to the liquid, static culture was continued for 3 hours until the end of the test. Immediately after taking the sample, dilute it with PBS buffer pH 7.4 from 10 −1 to 10 −5 , select the appropriate gradient and apply 100 μL of the dilution to the GYP plate and statically at 37° C. for 24 h. It was placed and cultured.
実施例1:ラクトバチルスブレビスglnR遺伝子のマーカレスノックアウト
ラクトバチルスブレビスの基準株ATCC 367又はD17におけるglnR遺伝子の上下流DNA配列に基づいて、glnR遺伝子の上流と下流にそれぞれ21bpを残し(上下流相同アーム遺伝子の発現への遺伝子完全切除の影響を防止する)、プライマー対F-up-glnR-BamHIとR-up、F-downとR-down-glnR-HindIIIを設計した。ラクトバチルスブレビスATCC 367又はD17のゲノムDNAをテンプレートとし、それぞれプライマー対F-up-glnR-BamHI及びR-up及びF-downとR-down-glnR-HindIIIでglnR遺伝子の上下流相同配列up-glnR(配列は、SEQ ID NO:3に示すとおりである)、down-glnR(配列は、SEQ ID NO:4に示すとおりである)を増幅した。PCR条件は、98℃で30s予備変性させ、そして、98℃で10s変性させ、55℃で15sアニーリングし、72℃で1min伸長させることを30サイクル行い、72℃で10min伸長させた。Omegaゲル回収キットを用いて上下流相同アームの各1000bpを回収した。等モルのup-glnR、down-glnR断片に水を加えて5μLに補足し、さらに、5μLのTakaraのPrimeSTAR MaxDNA Polymeraseを加え、PCR条件は、98℃で30s予備変性させし、そして、98℃で10s変性させ、55℃で2minアニーリングし、72℃で2min伸長させることを15サイクル行い、72℃で10min伸長させた。得られたPCR産物をテンプレートとし、プライマーF-up-glnR-BamHI、R-down-glnR-HindIIIを用いてPCRを行い続けた。PCR条件は、98℃で30s予備変性させ、そして、98℃で10s変性させ、55℃で15sアニーリングし、72℃で2min伸長させることを30サイクル行い、72℃で10min伸長させた。オーバーラップPCR法で上下流相同アームの接合断片up-down-glnR(配列は、SEQ ID NO:5に示すとおりである)を得た。
Example 1: Markerless Knockout of Lactobacillus brevis glnR Gene Based on the DNA sequences upstream and downstream of the glnR gene in the Lactobacillus brevis
BamHI及びHindIIIでup-down-glnR断片及びプラスミドpGID023を二重消化し、その後に、酵素消化産物を16℃で16h連結した後に、大腸菌JM109コンピテント細胞に形質転換した。菌液PCR、酵素消化及び配列決定の同定により陽性株を取得し、さらに、glnR遺伝子の上下流相同配列をpGID023にクローニングした遺伝子ノックアウトプラスミドpGID023-ΔglnRを得た(図2に示すとおりである)。 The up-down-glnR fragment and plasmid pGID023 were double digested with BamHI and HindIII, after which the enzymatic digestion products were ligated at 16° C. for 16 h before transformation into E. coli JM109 competent cells. A positive strain was obtained by identification of bacterial solution PCR, enzymatic digestion and sequencing, and a gene knockout plasmid pGID023-ΔglnR was obtained by cloning the upstream and downstream homologous sequences of the glnR gene into pGID023 (as shown in FIG. 2). .
(1)1回目の相同組換えが発生したシングルクロスオーバー菌株のスクリーニング
構築された遺伝子ノックアウトプラスミドpGID023-ΔglnRをラクトバチルスブレビスATCC 367又はラクトバチルスブレビスD17のコンピテント細胞に電気的に形質転換し、その形質転換条件は、電圧が2000V~2500 Vで5ms電気ショックし、菌液をエリスロマイシン(最終濃度が4μg/μL)含有のMRSプレートに塗布し、モノクローンが成長するまで37℃で培養した。モノクローンを選択し、プライマー対F-GID及びR-GIDを用いてPCR検証を行った。ノックアウトプラスミドが形質転換された正確な組換え菌を選別した。組換え菌の単一コロニーをエリスロマイシン耐性を有するMRS液体培地に播種して継代し、シングルクロスオーバー組み込みの発生を促進した。継代後の菌液を希釈した後、エリスロマイシン(最終濃度が4μg/mLである)含有のMRSプレートに塗布し、成長した耐性単一コロニーを選び出し、エリスロマイシン(最終濃度が1μg/mLである)含有のMRS培地に播種して37℃で24h培養した。200μLの菌液を遠心分離して発酵上澄液を除去し、20μLの脱イオン水を加えて再懸濁し、かつ、0.1gのガラス粉末(0.1mm)を加え、ビーズミルで2min破砕した後、遠心分離して上澄液に対して菌液のPCR検証を行った。複数のプライマー対F-367-0092及びR-367-0090(相同アームの両端に設計されたプライマー)、F-GID及びR-GID、F-367-0092及びR-GID、F-GID及びR-367-0090により検証し、PCR条件は、98℃で30s予備変性させ、そして98℃で10s変性させ、55℃で15sアニーリングし、72℃で2min伸長させることを30サイクル行い、72℃で10min伸長させた。正確なシングルクロスオーバー(シングルクロスオーバー方法は、図3に示すとおりである)がスクリーニングされたことを確保した。
(1) Screening for single-crossover strains in which the first homologous recombination occurred Electrically transforming the constructed gene knockout plasmid pGID023-ΔglnR into
(2)2回目の相同組換えが発生した遺伝子ノックアウト菌株のスクリーニング
シングルクロスオーバーを耐性がない液体MRS培地に播種し、耐性がない場合に継代することにより、染色体内の組換えを促進した。連続的に継代した菌液を希釈した後、耐性がないプレートに塗布した。プレートで成長した単一コロニーを選び出し、MRS液体培地に播種し37℃で24h培養し、上記方法で細胞を破砕し、上澄液に対して菌液PCR検証を行った。プライマー対は、F-up-glnR-BamHI及びR-down-glnR-HindIIIであり、PCR条件は、98℃で30s予備変性させ、そして、98℃で10s変性させ、55℃で15sアニーリングし、72℃で2min伸長させることを30サイクル行い、72℃で10min伸長させた。潜在的なノックアウト菌株をスクリーニングした後、潜在的なノックアウト菌株のゲノムDNAを抽出し、プライマー対F-up-glnR-BamHIとR-down-glnR-HindIIIおよびF-glnRとR-glnR(glnR遺伝子の内部配列に基づいてプライマーを設計する)でPCR増幅を行い(図4に示すとおりである)、かつ、配列決定により検証した(図5に示すとおりである)。
(2) Screening of gene knockout strains in which the second homologous recombination occurred Intrachromosomal recombination was promoted by inoculating single crossovers in a liquid MRS medium with no resistance and subculturing when there was no resistance. . Serially passaged bacterial suspensions were diluted and plated on non-resistant plates. A single colony grown on the plate was selected, inoculated in MRS liquid medium, cultured at 37° C. for 24 hours, the cells were disrupted by the above method, and the supernatant was subjected to bacterial solution PCR verification. The primer pair was F-up-glnR-BamHI and R-down-glnR-HindIII, PCR conditions were predenaturation at 98°C for 30s, denaturation at 98°C for 10s, annealing at 55°C for 15s, 30 cycles of 2 min extension at 72°C and 10 min extension at 72°C. After screening potential knockout strains, genomic DNA of potential knockout strains was extracted and primer pairs F-up-glnR-BamHI and R-down-glnR-HindIII and F-glnR and R-glnR (glnR gene PCR amplification was performed (as shown in Figure 4) and verified by sequencing (as shown in Figure 5).
2回目の相同組換えが発生したダブルクロスオーバーにおいて、1つは、野生型に復帰変異し、もう1つは、glnR遺伝子ノックアウト株(図3)である。 In the double crossover in which the second round of homologous recombination occurred, one was reverted to wild type and the other was a glnR gene knockout strain (Fig. 3).
図4Aに示すように、プライマー対F-up-glnR-BamHIとR-down-glnR-HindIIIを用いて、ΔglnR変異株のゲノムを利用して大きさが約2000bpのPCR産物(up-glnR及びdown-glnRを含む)のみを増幅することができるが、野生株ゲノムを利用して大きさが約2300bpの断片を増幅することができ、ΔglnR変異株においてglnRを欠失したことを示した。図4Bに示すように、プライマー対F-glnRとR-glnRを採用し、ΔglnR変異株のゲノムを利用してPCR産物を増幅することができず、glnRの欠失を示すが、野生株ゲノムを利用して大きさが約300bpの断片を増幅することができる。 As shown in FIG. 4A, a PCR product (up-glnR and down-glnR), but were able to amplify a fragment approximately 2300 bp in size using the wild-type genome, indicating that glnR was deleted in the ΔglnR mutant. As shown in FIG. 4B, employing the primer pair F-glnR and R-glnR, the genome of the ΔglnR mutant failed to amplify the PCR product, indicating a deletion of glnR, but the wild-type genome. can be used to amplify fragments approximately 300 bp in size.
野生株とΔglnR変異株のglnR遺伝子をシークエンシングし、glnR欠失断片は、図5に示すとおりである。 The glnR genes of the wild type and the ΔglnR mutant were sequenced, and the glnR deletion fragments are shown in FIG.
該方法で正確なglnR遺伝子をノックアウトしたラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株及びラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株を得た。 Lactobacillus brevis ATCC 367ΔglnR mutant strain and Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant strain in which the correct glnR gene was knocked out were obtained by the method.
実施例2:ラクトバチルスブレビスglnR遺伝子ノックアウト株のGABAの合成での使用
無菌条件下で、-80℃で保存されたラクトバチルスブレビスATCC 367野生株、ATCC 367ΔglnR変異株、ラクトバチルスブレビスD17野生株、D17ΔglnR変異株を取り出し、それぞれGYP固体プレートに画線し、37℃で静置培養した。
Example 2 Use of Lactobacillus brevis glnR Gene Knockout Strains in the Synthesis of GABA The D17ΔglnR mutant strain was taken out, streaked on a GYP solid plate, and statically cultured at 37°C.
単一コロニーが成長した後に、活性化されたGYP固体プレートからラクトバチルスブレビスATCC 367野生株、ATCC 367ΔglnR変異株及びD17野生株、D17ΔglnR変異株単一コロニーを選び出し、GYPシード培地に播種し、37℃で24h静置培養した。シード培養液を取り、10%の播種量で新しいGYPシード培地に播種し、37℃で12h静置培養した後、培養液を発酵シードとした。250mLの三角フラスコに10g/Lのグルコース炭素源及び50g/Lのグルタミン酸(ナトリウム)を加えた100mLのGYP発酵培地を入れ、12h培養した発酵シードを10%の播種量で播種し、37℃×200rpmで48h培養した。発酵上澄液を高速液体クロマトグラフィーによりGABA含有量を検出した。
After single colony growth,
結果から分かるように、図6Aに示すように、ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株のGABA合成能は、18.0g/Lであり、野生株ATCC 367の11.8g/Lに比べて、52.5%向上した。ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株で24h発酵させ、GABAは、最高収量に達し、野生株ATCC 367の48hに比べて、100%短縮した。24h発酵させ、ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株の生産効率は、0.72g/L/hであり、野生株ATCC 367の0.19 g/L/hに比べ、280%向上した。
As can be seen from the results, the GABA synthesis capacity of the Lactobacillus brevis ATCC 367ΔglnR mutant strain was 18.0 g/L, compared to 11.8 g/L for the
図6Bに示すように、ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株のGABA合成能は、19.3 g/Lであり、野生株D17の18.4 g/Lに比べて、4.9%のみ向上したが、ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株で24h発酵させ、GABAは、最高収量に達し、野生株D17の36 hに比べて、50%短縮した。24h発酵させ、ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株の生産効率は、0.76g/L/hであり、野生株D17の0.55 g/L/hに比べ、38.2%向上した。 As shown in FIG. 6B, the GABA synthesis ability of the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant was 19.3 g/L, which was improved by only 4.9% compared to 18.4 g/L of the wild type D17. , fermented with the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant strain for 24 h, GABA reached the highest yield and was shortened by 50% compared to wild type D17 for 36 h. After fermenting for 24 hours, the production efficiency of the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant was 0.76 g/L/h, which was 38.2% higher than that of the wild strain D17 (0.55 g/L/h).
以上をまとめると、ラクトバチルスブレビスに対するGlnRのGABA合成能に対して調整作用を有し、glnRをノックアウトした後にglnRノックアウト変異株のGABAの生産効率を顕著に向上させることができる。 In summary, it has a regulating effect on the GABA synthesis ability of GlnR against Lactobacillus brevis, and can remarkably improve the GABA production efficiency of the glnR knockout mutant after glnR is knocked out.
実施例3:ラクトバチルスブレビスglnR遺伝子ノックアウト菌の耐酸性を向上させるための使用
斜面に活性化されたラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株とD17ΔglnR変異株を、それぞれGYP液体培地に播種し、37℃で24h静置培養し、1次シード培養液を調製した。10%の播種量で、1次シード液体を新鮮なGYP培地に播種し、37℃×200rpmで15h培養し、2次シード培養液を調製した。2次シード培養液を、10%の播種量で、10g/Lのグルコースを炭素源とし、10g/Lのグルタミン酸(ナトリウム)基質があったGYPの発酵培地に播種し、37℃×200rpmで10h培養した。9000rpmで、4℃で10min遠心分離して細胞を収集した。pH7.0のリン酸カリウム緩衝液で菌体を再懸濁した後、遠心分離して上澄液を除去した。10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を含有するpHが7.0のリン酸カリウム緩衝で菌体を再懸濁し、そのOD600を1.0とした。37℃で0h、1h、2h、2.5h静置培養した直後、それぞれ10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を含有するpHが2.5の9倍の体積のリン酸カリウム緩衝液を培養時間が異なる細菌懸濁液に加えて、試験が終了するまで3h静置培養し続けた。同様に、グルタミン酸(ナトリウム)を含有しないpHが7.0のリン酸カリウム緩衝液で菌体を再懸濁し、そのOD600を1.0とした。37℃で0h、1h、2h、2.5h静置培養した直後、それぞれグルタミン酸(ナトリウム)を含有しないpHが2.5の9倍の体積のリン酸カリウム緩衝液を培養時間が異なる細菌懸濁液に加えて、試験が終了するまで3h静置培養し続けた。酸で刺激したサンプルを取り出した直後に、pHが7.4のPBS緩衝液で10-1~10-5の勾配で希釈し、適切な勾配を選択し、100μLの希釈液をGYPプレートに塗布し、37℃で24h静置培養し、プレート上のコロニー数を記録した。
Example 3: Use for Improving Acid Tolerance of Lactobacillus brevis glnR Gene Knockout Bacteria Slant-activated Lactobacillus brevis ATCC 367ΔglnR and D17ΔglnR mutants were each seeded in GYP liquid medium and incubated at 37°C. After stationary culture for 24 hours, a primary seed culture was prepared. The primary seed liquid was seeded in a fresh GYP medium at a seeding rate of 10% and cultured at 37°C x 200 rpm for 15 h to prepare a secondary seed culture. The secondary seed culture was inoculated into GYP fermentation medium with 10 g/L glucose as carbon source and 10 g/L glutamic acid (sodium) substrate at 10% seeding rate and incubated at 37° C.×200 rpm for 10 h. cultured. Cells were harvested by centrifugation at 9000 rpm for 10 min at 4°C. After resuspending the cells in a potassium phosphate buffer of pH 7.0, the suspension was centrifuged to remove the supernatant. Cells were resuspended in potassium phosphate buffer pH 7.0 containing 10 mM glutamic acid (sodium) to an OD 600 of 1.0. Immediately after static culture at 37° C. for 0 h, 1 h, 2 h, and 2.5 h, bacteria with different culture times were added to 9 times the volume of potassium phosphate buffer containing 10 mM glutamic acid (sodium) and pH 2.5. In addition to the suspension, static culture was continued for 3 h until the end of the test. Similarly, the cells were resuspended in a potassium phosphate buffer containing no glutamic acid (sodium) and having a pH of 7.0, and the OD 600 thereof was adjusted to 1.0. Immediately after static culture at 37° C. for 0 h, 1 h, 2 h, and 2.5 h, bacterial suspensions with different culture times were added to 9 times the volume of potassium phosphate buffer containing no glutamic acid (sodium) and having a pH of 2.5. In addition to the liquid, static culture was continued for 3 hours until the end of the test. Immediately after removing the acid-stimulated samples, dilute them with PBS buffer pH 7.4 in a gradient of 10 −1 to 10 −5 , select the appropriate gradient and apply 100 μL of the dilutions to the GYP plate. Then, the plate was cultured statically at 37° C. for 24 hours, and the number of colonies on the plate was recorded.
結果から分かるように、図7Aに示すように、ラクトバチルスブレビスATCC 367の野生株とATCC 367ΔglnR変異株を、グルタミン酸ナトリウムを加えていない酸性緩衝液に0.5h置くと、生菌が全く存在しなった。ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株を10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を加えた緩衝液に0.5h後、コロニー数を6.8×109cfu/mLになり、野生株ATCC 367の4.4×109cfu/mLに比べて、54.5%向上した。ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株を10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を加えた緩衝液に1h後、コロニー数を4.9×109cfu/mLになり、野生株ATCC 367の2.2×109cfu/mLに比べて、122.7%向上した。ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株を10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を加えた緩衝液に2h後、コロニー数を2.4×109cfu/mLになり、野生株ATCC 367の1.2×109cfu/mLに比べて、100%向上した。ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株を10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を加えた緩衝液に3h後、コロニー数を1.5×109cfu/mLになり、野生株ATCC 367の2.8×108cfu/mLに比べて、435.7%向上した。緩衝液にグルタミン酸(ナトリウム)を添加することにより、ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株の耐酸能力が野生株ATCC 367よりも顕著に高いことを示した。
As can be seen from the results, as shown in FIG. 7A, when the wild-type strain of
図7Bに示すように、ラクトバチルスブレビスD17野生株とD17ΔglnR変異株を、グルタミン酸ナトリウムを添加していない酸性緩衝液に0.5h刺激した後、生菌が全く存在しなった。ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株を10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を加えた緩衝液に0.5h後、コロニー数を9.6×109cfu/mLになり、野生株D17の7.0×109cfu/mLに比べて、37.1%向上した。ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株を10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を加えた緩衝液に1h後、コロニー数を7.6×109cfu/mLになり、野生株D17の3.7×109cfu/mLに比べて、105.4%向上した。ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株を10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を加えた緩衝液に2h後、コロニー数を4.9×109cfu/mLになり、野生株D17の2.2×109cfu/mLに比べて、122.7%向上した。ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株を10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を加えた緩衝液に3h後、コロニー数を2.6×109cfu/mLになり、野生株D17の9.0×108cfu/mLに比べて、188.9%向上した。10mMのグルタミン酸(ナトリウム)を添加することにより、ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株の極度の酸性環境に耐える能力が野生株D17よりも顕著に高いことを示した。 As shown in FIG. 7B, no viable bacteria were present after stimulation of Lactobacillus brevis D17 wild type strain and D17ΔglnR mutant strain in acidic buffer without sodium glutamate for 0.5 h. After placing the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant strain in a buffer containing 10 mM glutamic acid (sodium) for 0.5 h, the number of colonies was 9.6×10 9 cfu/mL, compared to 7.0×10 9 cfu of the wild strain D17. /mL, it was improved by 37.1%. After 1 h of immersing the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant strain in a buffer containing 10 mM glutamic acid (sodium), the number of colonies was 7.6×10 9 cfu/mL, compared with 3.7×10 9 cfu/mL of wild strain D17. compared to 105.4% improved. After placing the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant strain in a buffer containing 10 mM glutamic acid (sodium) for 2 h, the number of colonies was 4.9×10 9 cfu/mL, compared with 2.2×10 9 cfu/mL for the wild strain D17. compared to 122.7% improved. After placing the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant strain in a buffer containing 10 mM glutamic acid (sodium) for 3 h, the number of colonies was 2.6×10 9 cfu/mL, compared with 9.0×10 8 cfu/mL for the wild strain D17. compared to 188.9% improved. The addition of 10 mM glutamic acid (sodium) showed that the ability of the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant to withstand an extremely acidic environment was significantly higher than that of the wild type D17.
つまり、GlnRが菌株のグルタミン酸依存性の酸耐性を調整することができ、glnRノックアウト後にglnRノックアウト変異株の耐酸性を効果的に向上させることができる。得られた高耐酸の変異株は、酸性の食品の発酵剤、例えば、黄酒醸造、サワードウの製造等に適用される。 In other words, GlnR can modulate the glutamate-dependent acid tolerance of strains, and can effectively improve the acid tolerance of glnR knockout mutants after glnR knockout. The resulting highly acid-tolerant mutants are applied to fermenting agents for acidic foods, such as yellow wine brewing and sourdough production.
実施例4:ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株の、pH調整の流加発酵によるGABAの合成での使用
斜面に活性化されたラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株を、GYP液体培地に播種し、37℃で24h静置培養し、1次シード培養液を調製した。10%の播種量で、1次シード液体を新鮮なGYP培地に播種し、37℃×200rpmで15h培養し、2次シード培養液を調製した。2次シード培養液を、10%の播種量で、pHが5であり、30g/Lのグルコースを炭素源とし、74.8g/Lのグルタミン酸(ナトリウム)含有GYPの発酵培地に播種した。バイオリアクターを用いて温度を37℃に制御し、200rpmで撹拌して通気しない条件で発酵させ、5mol/Lの硫酸でpHを5.0にオンラインで調整した。6~24h内に、6hごとに材料(グルタミン酸(ナトリウム))74.8g(100mL)を補充し、72h発酵させた。HPLC分析により発酵上澄液のGABA含有量を検出した。野生株ATCC 367は、同様の方法で培養され、発酵上澄液のGABA含有量を測定した。
Example 4: Use of Lactobacillus brevis ATCC 367ΔglnR Mutant Strain in the Synthesis of GABA by pH-Controlled Fed-Batch Fermentation to prepare a primary seed culture medium. The primary seed liquid was seeded in a fresh GYP medium at a seeding rate of 10% and cultured at 37°C x 200 rpm for 15 h to prepare a secondary seed culture. The secondary seed culture was inoculated into a GYP fermentation medium with a seed rate of 10%, a pH of 5, a carbon source of 30 g/L glucose and containing 74.8 g/L glutamic acid (sodium). A bioreactor was used to control the temperature at 37° C., stir at 200 rpm, ferment without aeration, and adjust the pH to 5.0 online with 5 mol/L sulfuric acid. Within 6-24 h, 74.8 g (100 mL) of material (glutamic acid (sodium)) was supplemented every 6 h and fermented for 72 h. GABA content of the fermentation supernatant was detected by HPLC analysis.
結果から分かるように、図8に示すように、60h発酵させると、ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株のGABA合成能が最高になり、その収量が233.9g/Lであり、野生株ATCC 367の10.2g/Lに比べて、2193%向上した。36h発酵させると、ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株の生産効率が最高で4.88g/L/hであり、野生株ATCC 367の0.20g/L/hに比べ、2340%向上した。
As can be seen from the results, as shown in FIG. 2193% improvement compared to 10.2 g/L. When fermented for 36 h, the maximum production efficiency of the Lactobacillus brevis ATCC 367ΔglnR mutant strain was 4.88 g/L/h, an improvement of 2340% compared to 0.20 g/L/h of
実施例5:ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株の、pH調整を有するグルコースの流加発酵によるGABAの合成での使用
斜面に活性化されたラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株又は野生株ATCC 367を、GYP液体培地に播種し、37℃で24h培養し、1次シード培養液を調製した。10%の播種量で、1次シード液体を新鮮なGYP培地に播種し、37℃×200rpmで15h培養し、2次シード培養液を調製した。2次シード培養液を、10%の播種量で、pHが5で、20g/Lのグルコースを炭素源として74.8g/Lのグルタミン酸(ナトリウム)含有GYP発酵培地に播種し、バイオリアクターを用いて温度を37℃に制御し、200rpmで撹拌しながら通気しない条件で発酵させ、5mol/Lの硫酸でpHを5.0にオンラインで調整した。6~36h内に、6hごとに材料(グルタミン酸(ナトリウム))74.8g(100mL)を補充し、また、12~36hに150g/Lのグルコースを流加し、流速が0.625g/hであり、72h発酵させた。HPLC分析により発酵上澄液のGABA含有量を検出した。
Example 5: Use of Lactobacillus brevis ATCC 367ΔglnR Mutant in Synthesis of GABA by Fed-Batch Fermentation of Glucose with pH Adjustment The cells were seeded in a liquid medium and cultured at 37°C for 24 hours to prepare a primary seed culture. The primary seed liquid was seeded in a fresh GYP medium at a seeding rate of 10% and cultured at 37°C x 200 rpm for 15 h to prepare a secondary seed culture. The secondary seed culture was inoculated into a GYP fermentation medium containing 74.8 g/L glutamic acid (sodium) with 20 g/L glucose as a carbon source at a seeding rate of 10%, pH of 5, and using a bioreactor. The temperature was controlled at 37° C. with 200 rpm and fermentation was performed without aeration, and the pH was adjusted to 5.0 with 5 mol/L sulfuric acid online. Within 6 to 36 h, 74.8 g (100 mL) of material (glutamic acid (sodium)) was supplemented every 6 h, and 150 g / L of glucose was fed from 12 to 36 h, and the flow rate was 0.625 g / h. Yes, fermented for 72 h. GABA content of the fermentation supernatant was detected by HPLC analysis.
結果から分かるように、図9に示すように、60h発酵させると、ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株のGABA合成能が最高で、その収量が282.8 g/Lであり、野生株ATCC 367の14.1 g/Lに比べて、1906%向上した。36h発酵させると、ラクトバチルスブレビスATCC 367ΔglnR変異株の生産効率が最高で4.93g/L/hであり、野生株ATCC 367の0.21g/L/hに比べ、2248%向上した。
As can be seen from the results, as shown in FIG. 9, the Lactobacillus brevis ATCC 367ΔglnR mutant had the highest GABA synthesis ability and yield of 282.8 g/L after 60 h of fermentation, and the yield of the
実施例6:ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株の、pH調整の流加発酵によるGABAの合成での使用
斜面に活性化されたラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株又は野生株のラクトバチルスブレビスD17を、GYP液体培地に播種し、37℃で24h培養し、1次シード培養液を調製した。10%の播種量で、1次シード液体を新鮮なGYP培地に播種し、37℃×200rpmで15h培養し、2次シード培養液を調製した。2次シード培養液を、10%の播種量で、pHが5で、50g/Lのグルコースを炭素源とし、74.8g/Lのグルタミン酸(ナトリウム)含有GYPの発酵培地に播種した。バイオリアクターを用いて温度を37℃に制御し、200rpmで撹拌して通気しない条件で発酵させ、5mol/Lの硫酸でpHを5.0にオンラインで調整した。6~24h内に、6hごとに材料(グルタミン酸(ナトリウム))74.8g(100mL)を補充し、72h発酵させた。HPLC分析により発酵上澄液のGABA含有量を検出した。
Example 6: Use of Lactobacillus brevis D17ΔglnR Mutants in Synthesis of GABA by pH-Controlled Fed-Batch Fermentation and cultured at 37° C. for 24 hours to prepare a primary seed culture. The primary seed liquid was seeded in a fresh GYP medium at a seeding rate of 10% and cultured at 37°C x 200 rpm for 15 h to prepare a secondary seed culture. The secondary seed culture was inoculated into a GYP fermentation medium with a seed rate of 10%, a pH of 5, a carbon source of 50 g/L glucose, and containing 74.8 g/L glutamic acid (sodium). A bioreactor was used to control the temperature at 37° C., stir at 200 rpm, ferment without aeration, and adjust the pH to 5.0 online with 5 mol/L sulfuric acid. Within 6-24 h, 74.8 g (100 mL) of material (glutamic acid (sodium)) was supplemented every 6 h and fermented for 72 h. GABA content of the fermentation supernatant was detected by HPLC analysis.
結果から分かるように、図10に示すように、60h発酵させると、ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株のGABA合成能が最高で、その収量が148.0g/Lであり、野生株D17の116.1g/Lに比べて、27.4%向上した。18h発酵させると、ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株の生産効率が最高で5.73g/L/hであり、野生株D17の3.39 g/L/hに比べ、70.0%向上した。 As can be seen from the results, as shown in FIG. 10, after fermenting for 60 h, the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant has the highest ability to synthesize GABA, with a yield of 148.0 g/L, compared to 116.1 g of the wild strain D17. /L, improved by 27.4%. After fermentation for 18 h, the maximum production efficiency of the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant strain was 5.73 g/L/h, an improvement of 70.0% compared to 3.39 g/L/h of the wild strain D17.
実施例7:ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株の、pH調整を有するグルコースの流加発酵によるGABAの合成での使用
斜面に活性化されたラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株又は野生株のラクトバチルスブレビスD17を、GYP液体培地に播種し、37℃で24h培養し、1次シード培養液を調製した。10%の播種量で、1次シード液体を新鮮なGYP培地に播種し、37℃×200rpmで15h培養し、2次シード培養液を調製した。2次シード培養液を、10%の播種量で、pHが5で30g/Lのグルコースを炭素源として74.8g/Lのグルタミン酸(ナトリウム)含有GYP発酵培地に播種し、バイオリアクターを用いて温度を37℃に制御し、200rpmで撹拌して通気しない条件で発酵させ、5mol/Lの硫酸でpHを5.0にオンラインで調整した。6~36h内に、6hごとに材料(グルタミン酸(ナトリウム))74.8g(100mL)を補充し、また、12~36hに400g/Lのグルコースを流加し、流速が2.58g/hであり、72h発酵させた。HPLC分析により発酵上澄液のGABA含有量を検出した。
Example 7 Use of Lactobacillus brevis D17ΔglnR Mutants in the Synthesis of GABA by Fed-Batch Fermentation of Glucose with pH Adjustment The cells were seeded in a GYP liquid medium and cultured at 37° C. for 24 hours to prepare a primary seed culture. The primary seed liquid was seeded in a fresh GYP medium at a seeding rate of 10% and cultured at 37°C x 200 rpm for 15 h to prepare a secondary seed culture. The secondary seed culture was inoculated into GYP fermentation medium containing 74.8 g/L glutamic acid (sodium) with 30 g/L glucose as a carbon source at a seeding rate of 10% at a pH of 5, and the bioreactor was used to The temperature was controlled at 37° C., stirring was performed at 200 rpm, fermentation was performed without aeration, and the pH was adjusted to 5.0 online with 5 mol/L sulfuric acid. Within 6 to 36 h, 74.8 g (100 mL) of material (glutamic acid (sodium)) was supplemented every 6 h, and 400 g / L glucose was fed from 12 to 36 h, and the flow rate was 2.58 g / h. Yes, fermented for 72 h. GABA content of the fermentation supernatant was detected by HPLC analysis.
結果から分かるように、図11に示すように、60h発酵させると、ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株のGABA合成能が最高で、その収量が301.5g/Lであり、野生株D17の180.7g/Lに比べて、66.8%向上した。36h発酵させると、ラクトバチルスブレビスD17ΔglnR変異株の生産効率が最高で5.76g/L/hであり、野生株D17の4.93g/L/hに比べ、17.0%向上した。 As can be seen from the results, as shown in FIG. 11, after fermenting for 60 h, the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant strain had the highest GABA synthesis ability with a yield of 301.5 g/L, compared to 180.7 g of the wild strain D17. /L, improved by 66.8%. After fermentation for 36 h, the maximum production efficiency of the Lactobacillus brevis D17ΔglnR mutant strain was 5.76 g/L/h, which was 17.0% higher than that of the wild strain D17 of 4.93 g/L/h.
Claims (20)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910490670.9A CN110241061B (en) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | Method for improving synthesis capacity of lactobacillus brevis gamma-aminobutyric acid and application thereof |
CN201910490670.9 | 2019-06-06 | ||
PCT/CN2020/091049 WO2020244380A1 (en) | 2019-06-06 | 2020-05-19 | METHOD FOR IMPROVING SYNTHESIS ABILITY OF LACTOBACILLUS BREVIS γ-AMINOBUTYRIC ACID AND APPLICATION THEREOF |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022535409A true JP2022535409A (en) | 2022-08-08 |
Family
ID=67886158
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021571869A Pending JP2022535409A (en) | 2019-06-06 | 2020-05-19 | Method for improving ability of Lactobacillus brevis to synthesize γ-aminobutyric acid and use thereof |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022535409A (en) |
CN (1) | CN110241061B (en) |
WO (1) | WO2020244380A1 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110241061B (en) * | 2019-06-06 | 2021-03-02 | 江南大学 | Method for improving synthesis capacity of lactobacillus brevis gamma-aminobutyric acid and application thereof |
CN111172186B (en) * | 2020-01-16 | 2023-04-07 | 天津科技大学 | Steroid prodrug production method capable of reducing nitrogen source dosage |
CN111778191B (en) * | 2020-07-17 | 2021-05-14 | 鲁东大学 | Lactobacillus brevis strain and culture method and application thereof |
CN114196713B (en) * | 2021-11-25 | 2024-06-18 | 山东润德生物科技有限公司 | Method for reducing carbon dioxide emission in glucosamine fermentation process |
CN115372494B (en) * | 2022-04-24 | 2023-10-24 | 浙江省农业科学院 | Method for determining gamma-aminobutyric acid in fermentation liquor |
CN115968988A (en) * | 2022-12-20 | 2023-04-18 | 合肥中科健康生物产业技术研究院有限公司 | Fermented litchi juice with antioxidant activity and preparation method and application thereof |
CN116606782B (en) * | 2023-07-17 | 2023-09-12 | 山东合成远景生物科技有限公司 | Lactobacillus mutagenesis strain HCYJ-06 and application thereof |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105296456A (en) * | 2015-11-23 | 2016-02-03 | 江南大学 | Glutamic acid decarboxylase mutant with enhanced pH stability and application thereof |
CN108034599A (en) * | 2017-12-06 | 2018-05-15 | 江南大学 | One plant of Lactobacillus brevis for efficiently synthesizing γ-aminobutyric acid for being derived from brewed spirit system |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5841749B2 (en) * | 2011-06-09 | 2016-01-13 | 花王株式会社 | Recombinant microorganism |
CN110241061B (en) * | 2019-06-06 | 2021-03-02 | 江南大学 | Method for improving synthesis capacity of lactobacillus brevis gamma-aminobutyric acid and application thereof |
-
2019
- 2019-06-06 CN CN201910490670.9A patent/CN110241061B/en active Active
-
2020
- 2020-05-19 WO PCT/CN2020/091049 patent/WO2020244380A1/en active Application Filing
- 2020-05-19 JP JP2021571869A patent/JP2022535409A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105296456A (en) * | 2015-11-23 | 2016-02-03 | 江南大学 | Glutamic acid decarboxylase mutant with enhanced pH stability and application thereof |
CN108034599A (en) * | 2017-12-06 | 2018-05-15 | 江南大学 | One plant of Lactobacillus brevis for efficiently synthesizing γ-aminobutyric acid for being derived from brewed spirit system |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
"江湖(JIANG,Hu),短乳奸菌GlnR介尋的気代耐凋控研究(GlnR-mediated regulation for nitrogen metabolism in", 江西農業大学碩士学位論文 [ONLINE], 2014 UPLOADED, CHINESE MASTER'S THESES FULL-TEXT DATABASE (CMFD), JPN6023001745, ISSN: 0005071527 * |
APPL ENVIRON MICROBIOL, 2020 MAR 18, VOL. 86, NO. 7, ARTICLE NO. E02615-19(PP. 1-16), JPN6023001746, ISSN: 0004971847 * |
JOURNAL OF CHINESE INSTITUTE OF FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2012, VOL.12, NO. 12, PP. 19-24, JPN6023001744, ISSN: 0004971846 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110241061B (en) | 2021-03-02 |
CN110241061A (en) | 2019-09-17 |
WO2020244380A1 (en) | 2020-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2022535409A (en) | Method for improving ability of Lactobacillus brevis to synthesize γ-aminobutyric acid and use thereof | |
CN110468092B (en) | Genetically engineered bacterium capable of producing L-valine at high yield, and construction method and application thereof | |
US20220411833A1 (en) | Gene engineering bacteria for producing l-arginine and construction method and application of gene engineering bacteria | |
JP2022513813A (en) | A mutant strain with improved L-glutamic acid production ability, and a method for producing L-glutamic acid using the mutant strain. | |
CA2900580C (en) | Method for producing l-lysine by modifying aconitase gene and/or regulatory elements thereof | |
CN104619852B (en) | The method of 1B is produced with the fermentation using bacteria changing synthase gene and/or its controlling element | |
CN110982772A (en) | Corynebacterium with high yield of valine as well as construction method and application thereof | |
US20160304917A1 (en) | Modified Microorganism for Improved Production of Alanine | |
WO2022174597A1 (en) | Genetically engineered bacterium for producing l-sarcosine, construction method therefor and use thereof | |
JP2018161154A (en) | Recombinant escherichia microorganisms having l-threonine productivity and production method of l-threonine using the same | |
CN114874959A (en) | Genetically engineered bacterium for producing L-theanine by using glucose from head fermentation, method and application | |
CN106164252B (en) | Improved microorganisms for succinic acid production | |
JP2017523778A (en) | Genetically modified (R) -lactic acid producing thermophilic bacterium | |
US20210324391A1 (en) | Recombinant microorganism, preparation method therefor and application thereof in producing coenzyme q10 | |
CN111748564B (en) | Genetically modified violacein biosynthetic gene cluster, recombinant expression vector, engineering bacterium and application thereof | |
CN110452922B (en) | Method for gene editing of pediococcus acidilactici by using endogenous CRISPR system | |
US11512319B2 (en) | Transcription factor SugR coding gene, and use thereof in production of N-acetylglucosamine | |
JP6697525B2 (en) | Recombinant microorganism producing quinolinic acid and method for producing quinolinic acid using the same | |
CN107475140B (en) | Recombinant pichia pastoris mutant with high pullulanase yield and improved fermentation speed under acidic condition | |
RU2671528C2 (en) | Genetic modification of producing (s)-lactic acid thermophilic bacteria | |
CN116536237B (en) | Modified escherichia coli and application thereof in fermentation production of L-valine | |
CN115029289B (en) | Genetically engineered bacterium for high-yield L-threonine and construction method and application thereof | |
CN116555150B (en) | Recombinant Escherichia coli for fermentative production of L-valine | |
CN117821356B (en) | Genetic engineering strain, method and application for improving fermentation yield and conversion rate of L-theanine from head | |
CN116536231A (en) | Escherichia coli tryptophan synthesis strain capable of reducing acetic acid generation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220207 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230124 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230424 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20230530 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231002 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20231003 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231113 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20231201 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20240209 |