JP2023008939A - Method for producing chemical from methane - Google Patents

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康能 阪井
Yasuyoshi Sakai
博也 由里本
Hiroya Yurimoto
恭士 山本
Takashi Yamamoto
悟史 丸山
Satoshi Maruyama
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Kyoto University NUC
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Abstract

To provide a novel method that uses microorganisms to produce methanol from methane.SOLUTION: A method for producing methanol includes the step of bringing a microorganism that does not grow on methanol but can oxidize methane or its processed product into contact with methane. There are also provided a novel methane monooxygenase derived from the microorganism, and a method for producing a useful chemical from methane by coculturing the microorganisms with methanol-utilizing bacteria.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、メタノールを資化せず、かつ、メタンを酸化できる微生物又はその処理物を利用したメタノールの製造方法、前記微生物由来の新規なメタン酸化酵素、前記微生物とメタノール資化性菌を共培養することによりメタンから有用ケミカルを製造する方法等に関する。 The present invention provides a method for producing methanol using a microorganism that does not assimilate methanol and can oxidize methane or a processed product thereof, a novel methane oxidase derived from the microorganism, and a combination of the microorganism and a methanol-utilizing bacterium. The present invention relates to a method for producing useful chemicals from methane by culturing.

メタンは、種々の嫌気性微生物により有機物が分解されて発生する非可食バイオガスであり、主として発電に利用されている。メタンは温室効果ガスの一つであり、排出抑制対象である。それゆえ、メタンを原料として有用ケミカルを生産できれば、環境負荷の低い、安価なケミカル生産につながる可能性がある。 Methane is a non-edible biogas generated by decomposition of organic matter by various anaerobic microorganisms, and is mainly used for power generation. Methane is one of the greenhouse gases and subject to emission control. Therefore, if useful chemicals can be produced using methane as a raw material, there is a possibility that it will lead to low-cost chemical production with low environmental impact.

メタンの触媒酸化には、固体触媒、分子触媒、生体触媒(微生物)があるが、生体触媒の活性は既存の固体触媒や分子触媒に比べてはるかに高い。従来、微生物によるメタン酸化は、メタン酸化能を有する微生物(メタン資化性菌)を利用して行われてきた。メタン資化性菌は、メタンモノオキシゲナーゼを発現し、メタンを酸化してメタノールを生成するが、通常増殖に必要な炭素源としてメタンしか利用できず、メタン酸化活性の誘導にメタン存在下での生育が必要となるため増殖性が極めて低い(非特許文献1及び2)。また、メタン資化性菌は通常メタンから生成したメタノールを資化する経路を有するために、メタノールの生産収率が低い。 Catalytic oxidation of methane includes solid catalysts, molecular catalysts, and biocatalysts (microorganisms), but the activity of biocatalysts is much higher than that of existing solid catalysts and molecular catalysts. Conventionally, methane oxidation by microorganisms has been carried out using microorganisms (methanotrophs) that have the ability to oxidize methane. Methanogenic bacteria express methane monooxygenase and oxidize methane to produce methanol. Since it requires growth, its proliferation is extremely low (Non-Patent Documents 1 and 2). In addition, since methanotrophs usually have pathways for assimilating methanol produced from methane, the production yield of methanol is low.

メタン資化性菌由来のメタンモノオキシゲナーゼを異宿主に導入して微生物触媒として利用する方法も知られている(特許文献1等)。しかしながら、発現した酵素が正常にフォールディングしないため活性型の酵素を十分得ることができず、そのため、メタン資化性菌やそのメタン酸化酵素を利用したメタノールや有用ケミカルの合成への利用は困難である。 A method is also known in which methane monooxygenase derived from methanotrophs is introduced into a different host and used as a microbial catalyst (Patent Document 1, etc.). However, since the expressed enzyme does not fold normally, it is not possible to obtain a sufficient amount of the active enzyme. Therefore, it is difficult to use methanotrophs and their methane oxidase to synthesize methanol and useful chemicals. be.

特開2005-95002号Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-95002

Balasubramanian et al., Nature. 2010 May 6;465(7294):115-119Balasubramanian et al., Nature. 2010 May 6;465(7294):115-119 Culpepper and Rosenzweig, Crit Rev Biochem Mol Biol. Nov-Dec 2012;47(6):483-92.Culpepper and Rosenzweig, Crit Rev Biochem Mol Biol. Nov-Dec 2012;47(6):483-92.

本発明は、微生物を利用してメタンからメタノールを生成する新規な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 producing methanol from methane using microorganisms.

発明者らは、メタノールを資化しない微生物(非メタノール資化性菌)であるプロパン資化性菌がメタン酸化能を有することを見出し、これを利用してメタンからメタノールを生成することに成功した。 The inventors discovered that propane-utilizing bacteria, which are microorganisms that do not utilize methanol (non-methanol-utilizing bacteria), have the ability to oxidize methane, and succeeded in producing methanol from methane using this ability. bottom.

すなわち、本発明は、以下の[1]~[18]を提供する。
[1] メタノールを資化せず、かつ、メタンを酸化できる微生物、又はその処理物をメタンと接触させる工程を含む、メタノールの製造方法。
[2] 微生物が、メタノールを資化せず、かつ、C2~C6のアルカンを資化できる微生物である、[1]に記載の方法。
[3] 微生物が、メタノールを資化せず、かつ、Soluble Di-iron Monooxygenase (SDIMO) またはParticulate Methane Monooxygenase (pMMO)を有する微生物である、[1]又は[2]に記載の方法。
[4] 微生物が、Gordonia属に属する微生物、Mycolicibacterium属に属する微生物、Mycobacterium属に属する微生物、Nocardioides属に属する微生物、Pseudonocardia属に属する微生物、Rhodococcus属に属する微生物、Beijerinckia属に属する微生物、Methylibium属に属する微生物、Bradyrhizobium属に属する微生物、Rhodobacter属に属する微生物、Burkholderia属に属する微生物、Pseudomonas属に属する微生物、及びXanthobacter属に属する微生物からなる選ばれる少なくとも一種の微生物である、[1]~[3]のいずれかに記載の方法。
[5] 微生物がプロパン資化性菌である、[1]~[4]のいずれかに記載の方法。
[6] 微生物が、下記のa)~l)の少なくとも一種のメタン酸化酵素を発現する微生物である、[1]~[5]のいずれかに記載の方法:
a)配列番号1~4に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素
b)配列番号1~4に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
c)配列番号5~8に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
d)配列番号5~8に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
e)配列番号9~12に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
f)配列番号9~12に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
g)配列番号13~16に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
h)配列番号13~16に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
i)配列番号17~19に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン
酸化酵素、
j)配列番号17~19に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
k)配列番号20~22に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
l)配列番号20~22に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素。
[7] 微生物が、Gordonia属に属し、配列番号45に示される塩基配列と80%以上の同一性を示す塩基配列からなる16S rRNA遺伝子を有し、かつ、メタン酸化能を有する微生物である、[1]~[6]のいずれかに記載の方法。
[8] 微生物がGordonia sp. TY-5(受託番号:NITE BP-03486)である、[7]に記載の方法。
[9] 微生物が、Mycolicibacterium属に属し、かつ、配列番号46に示される塩基配列と80%以上の同一性を有する塩基配列からなる16S rRNA遺伝子を有し、かつ、メタン酸化能を有する微生物である、[1]~[6]のいずれかに記載の方法。
[10] 微生物がMycolicibacterium sp. TY-6(受託番号:NITE BP-03487)である、[9]に記載の方法。
[11] a)~l)のいずれかに記載されるメタン酸化酵素をコードする遺伝子を含む、形質転換体。
[12] 形質転換体がメタノール資化性菌である、[11]に記載の形質転換体。
[13] メタノール資化性菌が、Komagataella属に属する微生物、Candida属に属する微生物、Ogataea属に属する微生物、Kuraishia属に属する微生物、Pseudomonas属に属する微生物、Methylomonas属に属する微生物、Methylobacterium属に属する微生物、Methylorubrum属に属する微生物から選ばれるいずれかの微生物である、[12]に記載の形質転換体。
[14] メタノール資化性菌が、Komagataella phaffii (Pichia pastoris)、Candida boidinii、Ogataea (Hansenula) polymorpha、Ogataea (Pichia) methanolica、及びOgataea minutaから選ばれるいずれかの微生物である、[13]に記載の形質転換体。
[15] [11]~[14]のいずれかに記載の形質転換体とメタンとを接触させる工程を含む、有機酸またはアルコールの製造方法。
[16] メタノール資化性菌の存在下において、メタノールを資化せず、かつ、メタンを酸化できる微生物、又はその処理物をメタンと接触させる工程を含む、有機酸またはアルコールの製造方法。
[17] メタノール資化性菌が、Komagataella属に属する微生物、Candida属に属する微生物、Ogataea属に属する微生物、Kuraishia属に属する微生物、Pseudomonas属に属する微生物、Methylomonas属に属する微生物、Methylobacterium属に属する微生物、Methylorubrum属に属する微生物から選ばれるいずれかの微生物である、[16]に記載の方法。
[18] メタノール資化性菌が、Komagataella phaffii (Pichia pastoris)、Candida boidinii、Ogataea (Hansenula) polymorpha、Ogataea (Pichia) methanolica、及びOgataea minutaから選ばれるいずれかの微生物である、[16]に記載の方法。
That is, the present invention provides the following [1] to [18].
[1] A method for producing methanol, comprising a step of contacting a microorganism that does not assimilate methanol and is capable of oxidizing methane, or a processed product thereof, with methane.
[2] The method according to [1], wherein the microorganism is a microorganism that does not assimilate methanol and can assimilate C2-C6 alkanes.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the microorganism does not assimilate methanol and has Soluble Di-iron Monooxygenase (SDIMO) or Particulate Methane Monooxygenase (pMMO).
[4] The microorganism belongs to the genus Gordonia, the genus Mycolicibacterium, the genus Mycobacterium, the genus Nocardioides, the genus Pseudonocardia, the genus Rhodococcus, the genus Beijerinckia, the genus Methylibium Microorganisms belonging to the genus Bradyrhizobium, microorganisms belonging to the genus Rhodobacter, microorganisms belonging to the genus Burkholderia, microorganisms belonging to the genus Pseudomonas, and microorganisms belonging to the genus Xanthobacter, [1]-[ 3].
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein the microorganism is a propane-utilizing bacterium.
[6] The method according to any one of [1] to [5], wherein the microorganism expresses at least one of the following a) to l) methane oxidases:
a) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 1-4; methane oxidase, including peptides;
c) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 5-8;
d) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS:5-8;
e) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 9-12;
f) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 9-12;
g) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 13-16;
h) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 13-16;
i) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 17-19;
j) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS: 17-19;
k) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 20-22;
l) A methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS:20-22.
[7] The microorganism belongs to the genus Gordonia, has a 16S rRNA gene consisting of a nucleotide sequence showing 80% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 45, and has the ability to oxidize methane. The method according to any one of [1] to [6].
[8] The method of [7], wherein the microorganism is Gordonia sp. TY-5 (accession number: NITE BP-03486).
[9] The microorganism belongs to the genus Mycolicibacterium, has a 16S rRNA gene consisting of a nucleotide sequence having 80% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 46, and has the ability to oxidize methane. The method according to any one of [1] to [6].
[10] The method of [9], wherein the microorganism is Mycolicibacterium sp. TY-6 (accession number: NITE BP-03487).
[11] A transformant comprising the gene encoding the methane oxidase according to any one of a) to l).
[12] The transformant of [11], which is a methanol-assimilating bacterium.
[13] Methanol-utilizing bacteria are microorganisms belonging to the genus Komagataella, microorganisms belonging to the genus Candida, microorganisms belonging to the genus Ogataea, microorganisms belonging to the genus Kuraishia, microorganisms belonging to the genus Pseudomonas, microorganisms belonging to the genus Methylomonas, and microorganisms belonging to the genus Methylobacterium. The transformant according to [12], which is any microorganism selected from microorganisms belonging to the genus Methylorubrum.
[14] described in [13], wherein the methanol-assimilating bacterium is any microorganism selected from Komagataella phaffii (Pichia pastoris), Candida boidinii, Ogataea (Hansenula) polymorpha, Ogataea (Pichia) methanolica, and Ogataea minuta transformant.
[15] A method for producing an organic acid or alcohol, comprising the step of contacting the transformant according to any one of [11] to [14] with methane.
[16] A method for producing an organic acid or alcohol, comprising the step of contacting a microorganism that does not assimilate methanol and can oxidize methane, or a processed product thereof, with methane in the presence of a methanol-assimilating bacterium.
[17] Methanol-utilizing bacteria are microorganisms belonging to the genus Komagataella, microorganisms belonging to the genus Candida, microorganisms belonging to the genus Ogataea, microorganisms belonging to the genus Kuraishia, microorganisms belonging to the genus Pseudomonas, microorganisms belonging to the genus Methylomonas, and microorganisms belonging to the genus Methylobacterium. The method according to [16], wherein the microorganism is any microorganism selected from microorganisms belonging to the genus Methylorubrum.
[18] Described in [16], wherein the methanol-utilizing bacterium is any microorganism selected from Komagataella phaffii (Pichia pastoris), Candida boidinii, Ogataea (Hansenula) polymorpha, Ogataea (Pichia) methanolica, and Ogataea minuta the method of.

プロパン資化性菌は微生物培養に一般的に使用されるメタン以外を炭素源とした合成培地及び天然培地成分を利用して増殖することが可能であり、その増殖速度はメタン資化性菌に比較して顕著に速い。またプロパン資化性菌はメタノール資化経路を有していないため、生成したメタノールを高収率に蓄積できる。それゆえ、本発明によれば、メタンガスからの効率的なメタノール生産が可能になる。 Propane-utilizing bacteria can grow using synthetic media and natural medium components with carbon sources other than methane, which is generally used for microbial culture, and their growth rate is higher than that of methanotrophs. significantly faster in comparison. In addition, since propane-utilizing bacteria do not have a methanol-utilizing pathway, the produced methanol can be accumulated at a high yield. Therefore, according to the present invention, efficient methanol production from methane gas becomes possible.

Gordonia sp. TY-5株およびΔprmB株による13C-メタノール生成の検出結果を示す。(A)標準試料、(B)Gordonia sp. TY-5株、(C)ΔprmB株13 shows detection results of 13 C-methanol production by Gordonia sp. TY-5 strain and ΔprmB strain. (A) Standard sample, (B) Gordonia sp. TY-5 strain, (C) ΔprmB strain Mycolicibacterium sp. TY-6株による13C-メタノール生成の検出結果を示す。(A)標準試料、(B)Mycolicibacterium sp. TY-6株、(C)菌体なし、(D)Mycolicibacterium sp. TY-6株(13C-メタンの代わりにN2を添加して反応させた場合)13 shows detection results of 13 C-methanol production by Mycolicibacterium sp. TY-6 strain. (A) standard sample, (B) Mycolicibacterium sp. TY-6 strain, ( C) no cells, (D) Mycolicibacterium sp. case) メタン酸化によるメタノール生成を、メタノールセンサー酵母K. phaffii PMT1305株と共培養し、メタノールセンサー酵母の蛍光強度として解析した結果を示す。(A) Mycolicibacterium sp. TY-6株によるメタノール生成。メタンおよびTY-6株菌体量依存的にメタノールセンサー酵母の蛍光強度は強くなった。(B) Mycolicibacterium sp. TY-6株とM. miyakonense HT12株によるメタノール生成の比較。The results of co-culturing methanol production by methane oxidation with the methanol-sensor yeast K. phaffii PMT1305 strain and analyzing the fluorescence intensity of the methanol-sensor yeast are shown. (A) Methanol production by Mycolicibacterium sp. strain TY-6. The fluorescence intensity of the methanol-sensor yeast increased in a methane- and TY-6-strain cell mass-dependent manner. (B) Comparison of methanol production by Mycolicibacterium sp. strain TY-6 and M. miyakonense strain HT12. TY-6株メタン酸化反応のフェニルアセチレンによる阻害を示す。TY-6 strain methane oxidation reaction is shown to be inhibited by phenylacetylene. M-pmoCAB発現株の構築とメタノール生成を示す。(A) pK4ベクターによるEGFPおよびM-pmoCABオペロン発現ベクターの構築、(B) EGFP発現株のLB培養時の蛍光顕微鏡観察、(C) M-pmoCABオペロン発現株によるメタンからのメタノール生成Construction of M-pmoCAB expressing strain and methanol production. (A) Construction of EGFP and M-pmoCAB operon expression vectors using pK4 vector, (B) Fluorescence microscope observation of EGFP-expressing strain during LB culture, (C) Methanol production from methane by M-pmoCAB operon-expressing strain

本発明は、メタノールを資化せず、かつ、メタンを酸化できる微生物又はその処理物を利用したメタノールの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing methanol using microorganisms that do not assimilate methanol and are capable of oxidizing methane or processed products thereof.

1. 微生物
本発明で使用する微生物は、メタノールを資化せず、かつ、メタンを酸化できる微生物である。従来知られているメタン酸化能を有する微生物(メタン資化性菌)は、生成したメタノールを資化するため、メタノールの収率が悪い。本発明で使用される微生物は、生成したメタノールを資化しない非メタノール資化性菌であるため、効率よくメタノールを生産することができる。
1. Microorganism The microorganism used in the present invention is a microorganism that does not assimilate methanol and can oxidize methane. Conventionally known microorganisms capable of oxidizing methane (methanotrophs) utilize the produced methanol, resulting in poor methanol yields. Since the microorganisms used in the present invention are non-methanol-utilizing bacteria that do not utilize the produced methanol, they can efficiently produce methanol.

本発明で使用する微生物は、メタノールを資化せず、かつ、C2~C6のアルカンを資化できる微生物である。あるいは、本発明で使用する微生物は、メタノールを資化せず、かつ、Soluble Di-iron Monooxygenase (SDIMO)又はParticulate Methane Monooxygenase (pMMO)を有する微生物である。好ましくは、本発明で使用する微生物は、プロパン資化性菌である。 The microorganism used in the present invention is a microorganism that does not assimilate methanol and can assimilate C2-C6 alkanes. Alternatively, the microorganism used in the present invention is a microorganism that does not assimilate methanol and has Soluble Di-iron Monooxygenase (SDIMO) or Particulate Methane Monooxygenase (pMMO). Preferably, the microorganism used in the present invention is a propane-utilizing bacterium.

本発明で使用する微生物としては、例えば、Gordonia属、Mycolicibacterium属、Mycobacterium属、Nocardioides属、Pseudonocardia属、Rhodococcus属、Beijerinckia属、Methylibium属、Bradyrhizobium属、Rhodobacter属、Burkholderia属、Pseudomonas属、及びXanthobacter属に属する微生物を挙げることができる。微生物は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Examples of microorganisms used in the present invention include the genera Gordonia, Mycolicibacterium, Mycobacterium, Nocardioides, Pseudonocardia, Rhodococcus, Beijerinckia, Methylibium, Bradyrhizobium, Rhodobacter, Burkholderia, Pseudomonas, and Xanthobacter. Microorganisms belonging to. Microorganisms may be used singly or in combination of two or more.

Gordonia属に属する微生物としては、配列番号45に示される塩基配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、例えば、96%以上、97%以上、98%以上の配列同一性を示す塩基配列からなる16S rRNA遺伝子を有する微生物が挙げられ、なかでもGordonia sp.TY-5が特に好ましい。Gordonia sp.TY-5は、2022年6月22日付けで独立行政法人製品評価技術基盤機構(NITE)特許微生物寄託センター(NPOD)に受託番号:NITE BP-03486で国際寄託されている。 As a microorganism belonging to the genus Gordonia, 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, for example, 96% or more, 97% or more of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 45 , microorganisms having a 16S rRNA gene consisting of a nucleotide sequence exhibiting a sequence identity of 98% or more, among which Gordonia sp. TY-5 is particularly preferred. Gordonia sp.TY-5 has been internationally deposited on June 22, 2022 at the National Institute of Technology and Evaluation (NITE) Patent Microorganisms Depository (NPOD) under the accession number: NITE BP-03486.

Mycolicibacterium属に属する微生物としては、配列番号46に示される塩基配列とと80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、例えば、96%以上、97%以上、98%以上、99%以上の配列同一性を示す塩基配列からなる16S rRNA遺伝子を有する微生物が挙げられ、なかでも、Mycolicibacterium sp. TY-6が特に好ましい。Mycolicibacterium sp. TY-6は、2022年6月22日付けでNITE NPODに受託番号NITE BP-03487で国際寄託されている。 As a microorganism belonging to the genus Mycolicibacterium, 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, for example, 96% or more, 97% of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 46 As mentioned above, microorganisms having a 16S rRNA gene consisting of a nucleotide sequence exhibiting a sequence identity of 98% or more, 99% or more are mentioned, and among them, Mycolicibacterium sp. TY-6 is particularly preferable. Mycolicibacterium sp. TY-6 has been internationally deposited on June 22, 2022 with NITE NPOD under accession number NITE BP-03487.

従来公知のメタン資化性菌はメタン以外を炭素源として生育することができず、メタン酸化活性の誘導にメタンを必須とした。また、菌体収量が低く、生育速度も遅いことに加えて、生成したメタノールの代謝が生育に必須であるため、メタン資化性菌を用いたメタノールの生成収率が低かった。これに対し、本発明で使用される微生物は、メタン酸化活性の誘導にメタンの存在を必要とせず、例えばLB培地やプロパン、プロパノールでメタン酸化活性を誘導することができる。菌体収量も高く、一般的な培地で容易に培養でき、生育速度も速い。さらに、生育にメタノール代謝を必要としないため、メタノール代謝酵素が存在する場合でも、それを破壊することで、メタノールの収率を上げることができる。 Conventionally known methanotrophs cannot grow on carbon sources other than methane, and require methane to induce methane oxidation activity. In addition to the low cell yield and slow growth rate, the production yield of methanol using methanotrophs was low because the metabolism of the produced methanol was essential for growth. In contrast, the microorganisms used in the present invention do not require the presence of methane to induce methane oxidation activity, and LB medium, propane, and propanol, for example, can induce methane oxidation activity. It has a high bacterial cell yield, can be easily cultured in a general medium, and has a fast growth rate. Furthermore, since methanol metabolism is not required for growth, the yield of methanol can be increased by destroying methanol-metabolizing enzymes, if any.

微生物は、例えば、ATCC(American Type Culture Collection)やNBRC(NITE Biological Resource Center)で市販されている微生物を使用することもできるし、自然界から採取した微生物を使用することもできる。また、微生物は野生型の微生物を使用してもよいし、突然変異や遺伝子組換えを施した微生物を使用することもできる。 Microorganisms can be commercially available from ATCC (American Type Culture Collection) or NBRC (NITE Biological Resource Center), or can be collected from nature. In addition, wild-type microorganisms may be used, and microorganisms subjected to mutation or genetic recombination may also be used.

本発明では、微生物の菌体のほかにその処理物を使用してもよい。前記処理物としては、微生物の菌体を破砕した破砕物、微生物の菌体を担体に固定化したもの等が挙げられる。 In the present invention, in addition to the cells of microorganisms, processed products thereof may be used. Examples of the treated product include a crushed product obtained by crushing the cells of microorganisms, a product obtained by immobilizing the cells of microorganisms on a carrier, and the like.

微生物の菌体は、酵素を発現する微生物(組換菌含む)を菌体そのまま、あるいは、菌体を凍結、乾燥又は粉砕等して用いてもよい。具体的には、微生物を培養して得られる培養液をそのまま用いるか、又は、該培養液から遠心分離等の集菌操作によって得られる菌体又はその処理物等を用いることができる。菌体処理物としては、アセトン及びトルエン等で処理した菌体、凍結乾燥菌体、菌体破砕物及び細胞抽出物等が挙げられる。 Microorganisms expressing enzymes (including recombinant bacteria) may be used as they are, or may be used after freezing, drying, pulverizing, or the like. Specifically, a culture solution obtained by culturing microorganisms can be used as it is, or microbial cells obtained from the culture solution by a fungus collection operation such as centrifugation or a processed product thereof can be used. Examples of treated bacterial cells include bacterial cells treated with acetone, toluene, etc., freeze-dried bacterial cells, crushed bacterial cells, cell extracts, and the like.

本発明においては、死滅化させた菌体、即ち、増殖能を抑制又はなくした菌体も、メタン酸化反応を触媒する酵素活性を有する限り、菌体処理物として使用することができる。 In the present invention, sterilized cells, that is, cells whose growth ability has been suppressed or eliminated can be used as the treated cells as long as they have enzymatic activity that catalyzes the methane oxidation reaction.

固定化する方法としては、セルロース、デキストリン、樹脂ビーズ、活性炭、シリカゲル、磁性粒子及び高分子膜等の各種の不溶性担体に結合させ固定化する担体結合法;タンパク質中の官能基とそれに反応する化合物との化学結合を利用する架橋法;高分子ゲルの中に酵素を取り込ませることにより、直接化学修飾することなくゲルの中に固定化する包括法等を挙げることができる。 Immobilization methods include a carrier binding method in which the protein is immobilized by binding it to various insoluble carriers such as cellulose, dextrin, resin beads, activated carbon, silica gel, magnetic particles, and polymer membranes; functional groups in proteins and compounds that react with them; a cross-linking method using chemical bonding with the polymer gel; and an entrapment method in which the enzyme is immobilized in the gel without direct chemical modification by incorporating the enzyme into the polymer gel.

微生物は、組換え微生物であってもよい。組換え微生物の作成は、相同組換え等の公知手法を用いたゲノムへの遺伝子挿入や、後述するメタン酸化酵素をコードする遺伝子を組み込んだ発現ベクターにより宿主微生物を形質転換することにより行う。上述のとおり、野生型微生物を使用する場合には、Gordonia属、Mycolicibacterium属、Mycobacterium属、Nocardioides属、Pseudonocardia属、Rhodococcus属、Beijerinckia属、Methylibium属、Bradyrhizobium属、Rhodobacter属、Burkholderia属、Pseudomonas属、及びXanthobacter属に属する微生物が好ましいが、組換え微生物の場合には、宿主微生物は限定されない。例えば、細菌の場合には、Escherichia属、Rhodococcus属、Pseudomonas属、Corynebacterium属、Bacillus属、Streptcoccus属、Streptomyces属、Methylomonas属、Methylobacterium属、Methylorubrum属微生物などが使用できる。酵母の場合には、Saccharomyces属、Candida属、Schizosaccharomyces属、Komagataella(Pichia)属、Ogataea属が使用できる。糸状菌の場合には、Aspergillus属などが使用できる。 Microorganisms may be recombinant microorganisms. Recombinant microorganisms are produced by inserting a gene into the genome using a known technique such as homologous recombination, or by transforming a host microorganism with an expression vector incorporating a gene encoding methane oxidase, which will be described later. As described above, when wild-type microorganisms are used, Gordonia, Mycolicibacterium, Mycobacterium, Nocardioides, Pseudonocardia, Rhodococcus, Beijerinckia, Methylibium, Bradyrhizobium, Rhodobacter, Burkholderia, Pseudomonas, and Xanthobacter are preferred, but in the case of recombinant microorganisms, the host microorganism is not limited. For example, in the case of bacteria, microorganisms of the genus Escherichia, Rhodococcus, Pseudomonas, Corynebacterium, Bacillus, Streptococcus, Streptomyces, Methylomonas, Methylobacterium, and Methylorubrum can be used. In the case of yeast, the genus Saccharomyces, Candida, Schizosaccharomyces, Komagataella (Pichia), and Ogataea can be used. In the case of filamentous fungi, Aspergillus or the like can be used.

2. メタンからのメタノール生成
(1)メタン
本発明で使用するメタン(メタンガス)は特に限定されず、天然ガスに含まれるメタンや工業的に製造されるメタンのほか、嫌気性微生物(メタン菌)により有機物が分解されて発生するメタンであってもよい。
2. Methanol production from methane (1) Methane The methane (methane gas) used in the present invention is not particularly limited. may be methane generated by decomposition of .

本発明では、前記微生物又はその処理物をメタンと接触させ、生成したメタノールを回収することにより、メタノールを製造する。メタンと微生物を接触させる方法は特に限定されず、メタンに微生物を添加してもよいし、微生物の培養液にメタンを添加してもよい。 In the present invention, methanol is produced by contacting the microorganism or its treated product with methane and recovering the produced methanol. The method of contacting methane with microorganisms is not particularly limited, and microorganisms may be added to methane, or methane may be added to a culture solution of microorganisms.

微生物又はその処理物とメタンの接触は、連続式であってもバッチ式であっても良く、メタンの量や種類に応じて適宜選択することができる。 The contact of the microorganism or its treated product with methane may be continuous or batch, and can be appropriately selected according to the amount and type of methane.

微生物又はその処理物の添加量は限定されず、処理に供するメタンの量や質等に応じて適宜設定することができる。また、微生物は反応開始時に一度に添加してもよいし、複数回添加してもよい。複数回添加する場合には、一定のペースで追加してもよいし、メタンとの反応速度等を観察しながら、適宜添加してもよい。 The amount of the microorganism or its treated product to be added is not limited, and can be appropriately set according to the amount and quality of methane to be treated. Moreover, the microorganisms may be added at once at the start of the reaction, or may be added several times. When adding multiple times, it may be added at a constant pace, or may be added as appropriate while observing the reaction rate with methane.

(2)培養プロセス
典型的には、微生物又はその処理物をメタンの存在下で培養することにより、メタンをメタノールに酸化する。
(2) Cultivation process Typically, microorganisms or their treated products are cultured in the presence of methane to oxidize methane to methanol.

使用する培地は滅菌して培養に使用することが好ましい。培地の滅菌方法は、培地を、増殖能力のある微生物等が存在しない無菌状態にすることができる方法であれば限定されない。例えば、加圧滅菌(オートクレーブ;例えば121℃、20分間の加熱滅菌)やろ過滅菌(例えば孔径0.45μmまたは0.2μmのフィルターによるろ過)等による滅菌方法が挙げられる。加熱滅菌の際に培地成分同士の反応が懸念される場合には、1種類以上の培地成分を、それ以外の培地成分とは別に滅菌し、各々を滅菌後に混合してもよい。 The medium to be used is preferably sterilized before being used for culture. The method of sterilizing the medium is not limited as long as it is a method that can render the medium sterile without the presence of proliferative microorganisms or the like. Examples thereof include sterilization methods such as autoclaving (autoclave; for example, heat sterilization at 121° C. for 20 minutes) and filtration sterilization (for example, filtration through a filter with a pore size of 0.45 μm or 0.2 μm). If there is a concern that the medium components may react with each other during heat sterilization, one or more medium components may be sterilized separately from the other medium components and mixed after sterilization.

培地は、微生物が資化しうる炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、当該微生物を培養することができる培地であればよい。 Any medium may be used as long as it contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and the like that can be assimilated by the microorganism and allows the microorganism to be cultured.

炭素源としては、グルコース、ガラクトース、フラクトース、スクロース、ラフィノース、デンプン等の炭水化物、酢酸、プロピオン酸、グルコン酸、コハク酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアルコール類が挙げられる。 Carbon sources include carbohydrates such as glucose, galactose, fructose, sucrose, raffinose and starch, organic acids such as acetic acid, propionic acid, gluconic acid and succinic acid, and alcohols such as ethanol and propanol.

窒素源としては、天然物(微生物、植物、動物乳または動物肉等)由来の複合培地成分;塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸又は有機酸のアンモニウム塩;アンモニア;その他アミノ酸や窒素化合物等を用いることができる。 Nitrogen sources include complex medium components derived from natural products (microorganisms, plants, animal milk, animal meat, etc.); ammonium salts of inorganic acids or organic acids such as ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, and ammonium phosphate; ammonia; Amino acids, nitrogen compounds, and the like can be used.

無機塩類としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、ヨウ化カリウム、硝酸カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸亜鉛、硫酸銅、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、モリブデン酸二ナトリウム、モリブデンヘプタモリブデン酸アンモニウム、クエン酸鉄アンモニウム、塩化コバルト、塩化ニッケル、ホウ酸等が挙げられる。 Inorganic salts include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, potassium iodide, potassium nitrate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, zinc sulfate, copper sulfate, calcium carbonate, Calcium chloride, disodium molybdate, ammonium molybdenum heptamolybdate, ferric ammonium citrate, cobalt chloride, nickel chloride, boric acid and the like.

培地には、必要に応じて、上記の成分以外の成分を添加することもできる。例えば、ビタミン等、キレート剤等、培養中の培地の発泡を防ぐために消泡剤等も添加してもよい。また、微生物のメタン酸化酵素発現を促進する成分を添加することもできる。メタン酸化酵素発現を誘導する成分は、微生物種により適宜選択されるものであってよい。 Ingredients other than the above ingredients can also be added to the medium, if necessary. For example, antifoaming agents such as vitamins, chelating agents, etc. may be added to prevent foaming of the medium during culture. A component that promotes the expression of methane oxidase in microorganisms can also be added. The component that induces the expression of methane oxidase may be appropriately selected depending on the microbial species.

培地には、基本培地として、例えば、LB培地、YT培地、YNB培地等の公知の培地を使用することができる。また、AY培地(表1)等の合成培地を使用することもできる。これらの中でもAY培地が好ましい。

Figure 2023008939000001
For the medium, known medium such as LB medium, YT medium and YNB medium can be used as a basal medium. A synthetic medium such as AY medium (Table 1) can also be used. Among these, AY medium is preferred.
Figure 2023008939000001

培養温度は、本発明に使用する微生物が十分に生育・増殖すれば限定されない。例えば、10℃~45℃、好ましくは15℃~40℃、より好ましくは20℃~37℃とすることができる。必要に応じて培養中に温度を変更することもできる。培養温度を10℃以上にすることにより、微生物を高濃度に培養することができる。培養温度を45℃にすることにより、培養速度の低下を抑制することができる。 The culture temperature is not limited as long as the microorganisms used in the present invention grow and proliferate sufficiently. For example, it can be 10°C to 45°C, preferably 15°C to 40°C, more preferably 20°C to 37°C. The temperature can also be changed during culturing if desired. Microorganisms can be cultured at a high concentration by setting the culture temperature to 10° C. or higher. By setting the culture temperature to 45° C., it is possible to suppress a decrease in the culture speed.

培養中の培地のpHも、本発明に使用する微生物が十分に生育・増殖すれば限定されない。例えば、培地のpHを3~9、好ましくは3.5~8.5、より好ましくは5~8とすることができる。当該範囲のpHで培養することにより、短時間で高密度に微生物を培養できるからである。 The pH of the medium during culture is also not limited as long as the microorganisms used in the present invention grow and proliferate sufficiently. For example, the pH of the medium can be 3-9, preferably 3.5-8.5, more preferably 5-8. This is because the microorganisms can be cultured at a high density in a short period of time by culturing at a pH within this range.

培養中のpH制御には、無機または有機の酸、アルカリ溶液を用いることができる。酸は、無機酸の使用が好ましく、例えば、硫酸、リン酸、塩酸、硝酸などが挙げられる。アルカリとしては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムやアンモニアなどが挙げられる。 An inorganic or organic acid or alkaline solution can be used for pH control during culture. Acids are preferably inorganic acids such as sulfuric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid and nitric acid. Examples of alkalis include potassium hydroxide, sodium hydroxide and ammonia.

培養中に培養液に通気を行うことも可能である。例えば、本発明で使用する微生物を高濃度培養する際には、より高濃度の酸素を含む気体を通気することが好ましい。通気する気体に含まれる酸素の濃度は培養する微生物の種類や培養条件などに応じて適宜選択することができ、例えば、20%v/v以上、好ましくは50%v/v以上、より好ましくは90%v/v以上とすることができる。酸素を90%v/v以上含む気体を通気することにより、微生物の増殖が促進されるからである。 It is also possible to aerate the medium during cultivation. For example, when culturing the microorganisms used in the present invention at a high concentration, it is preferable to aerate a gas containing oxygen at a higher concentration. The concentration of oxygen contained in the gas to be aerated can be appropriately selected according to the type of microorganisms to be cultured and the culture conditions. It can be 90% v/v or more. This is because the growth of microorganisms is promoted by aerating a gas containing 90% v/v or more of oxygen.

通気量についても培養槽の大きさを初めとする培養条件や培養する微生物の種類等に応じて適宜選択することができ、例えば、0.6~10vvm(1.2~20L/分)、好ましくは0.8~8vvm(1.6~16L/分)、より好ましくは1~5vvm(2~10L/分)とすることができる。通気量を0.6vvm以上とすることにより、微生物を高濃度に培養することができる。通気量を10vvm以下とするのは、それ以上通気量を増やしても上記の効果が得られにくいからである。 The amount of aeration can also be appropriately selected according to the culture conditions including the size of the culture tank and the type of microorganisms to be cultured. can be 0.8-8 vvm (1.6-16 L/min), more preferably 1-5 vvm (2-10 L/min). Microorganisms can be cultured at a high concentration by setting the ventilation rate to 0.6 vvm or more. The reason why the ventilation rate is set to 10 vvm or less is that even if the ventilation rate is further increased, it is difficult to obtain the above effect.

培養中の圧力については特には限定されない。大気圧で培養することもできるし、必要に応じて加圧下で培養してもよい。圧力としては、例えば、0~0.5MPa、好ましくは0.01~0.3MPa、より好ましくは0.02~0.2MPaを加圧した状態で培養することができる。加圧することにより、培地中の溶存酸素濃度が上昇するため、微生物をより高濃度に培養することができる。 The pressure during culture is not particularly limited. Cultivation can be performed at atmospheric pressure or, if necessary, under pressure. The pressure can be, for example, 0 to 0.5 MPa, preferably 0.01 to 0.3 MPa, and more preferably 0.02 to 0.2 MPa. Since the dissolved oxygen concentration in the medium is increased by pressurizing, the microorganism can be cultured at a higher concentration.

本発明において、必要応じて培養液を撹拌しながら培養することができる。撹撹拌速度も培養条件や微生物の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、10~2500rpm、好ましくは20~2000rpm、より好ましくは30~1500rpmとすることができる。 In the present invention, the culture solution can be cultured while being stirred, if necessary. The stirring speed can also be appropriately selected according to the culture conditions and the type of microorganism. For example, it can be 10 to 2500 rpm, preferably 20 to 2000 rpm, more preferably 30 to 1500 rpm.

培養時間はメタンが十分に酸化される限り限定されない。例えば、5~120時間、好ましくは10~100時間、さらに好ましくは15~80時間、さらにより好ましくは20~60時間程度とすればよい。また、培養の終了時期についても特には限定されず、所望の濃度(量)の微生物が得られてから終了すればよい。 The culture time is not limited as long as methane is sufficiently oxidized. For example, about 5 to 120 hours, preferably 10 to 100 hours, more preferably 15 to 80 hours, and even more preferably 20 to 60 hours. Also, there is no particular limitation on the end time of culturing, and the culturing may be ended after the desired concentration (amount) of microorganisms is obtained.

また、本発明では、必要に応じて微生物やその処理物の前培養を行うこともできる。前培養を適切に行うことにより、本培養のシードとして必要な菌体量を確保することができる。 In addition, in the present invention, pre-culture of microorganisms and their processed products can be performed as necessary. Appropriate pre-culture can ensure the amount of cells required as seeds for the main culture.

前培養に用いる培地は、本培養における微生物の培養を阻害しないものであれば特段限定されない。例えば、本培養の培地と同様の炭素源、窒素源等、無機塩類を含有することができ、必要に応じてその他の成分を添加することもできる。前培養時の培養温度やpH、圧力、培養時間についても、本培養における微生物の生育を妨げる条件でなければよい。 The medium used for the pre-culture is not particularly limited as long as it does not inhibit the culture of microorganisms in the main culture. For example, the same carbon source, nitrogen source, and inorganic salts as in the medium for main culture can be contained, and other components can be added as necessary. The culture temperature, pH, pressure, and culture time during the pre-culture may be any conditions as long as they do not interfere with the growth of the microorganisms in the main culture.

生成したメタノールは、回収し、単離・精製してもよいし、そのまま次の反応に供してもよい。 The produced methanol may be recovered, isolated and purified, or directly subjected to the next reaction.

3.微生物製剤
本発明で使用される、微生物は、メタンを酸化するための微生物製剤として利用することができる。微生物又はその処理物は、必要に応じて、洗浄したり、濃縮したり、保存剤、安定化剤等の添加剤を添加して微生物製剤とする。
3. Microbial Preparation The microorganisms used in the present invention can be used as a microbial preparation for oxidizing methane. If necessary, the microorganism or its treated product is washed, concentrated, or added with additives such as preservatives and stabilizers to obtain a microbial preparation.

微生物は、必要に応じてトレハロース、グルタミン酸ナトリウム、スキムミルク等を凍結乾燥保護剤として添加し、凍結乾燥を行うことができる。この凍結乾燥を行った菌体をそのまま、若しくは種々の添加剤等と混合したものを、微生物製剤として使用することができる。 Microorganisms can be freeze-dried by adding trehalose, sodium glutamate, skimmed milk, etc. as freeze-drying protective agents as necessary. The freeze-dried cells can be used as they are or mixed with various additives as microbial preparations.

本発明の微生物製剤は、液体(懸濁液)でも、固体でもよい。微生物製剤を液体として使用する場合、微生物を所望の濃度になるまで培養した後、そのまま若しくは保存剤、安定化剤等の添加剤を添加したものを微生物製剤として使用することができる。また、微生物を所望の濃度になるまで培養した後、必要に応じて、分離、洗浄、精製、濃縮等を行ったもの、若しくは、それを更に緩衝液等を含む水溶液中に懸濁したものも微生物製剤として使用することができる。 The microbial formulations of the invention may be liquid (suspension) or solid. When the microbial preparation is used as a liquid, the microbial preparation can be used as it is or after adding additives such as preservatives and stabilizers after culturing the microorganisms to a desired concentration. In addition, after culturing microorganisms to a desired concentration, if necessary, they are separated, washed, purified, concentrated, etc., or further suspended in an aqueous solution containing a buffer solution etc. It can be used as a microbial preparation.

微生物製剤を固体として使用する場合、微生物を所望の濃度になるまで培養した後、必要に応じてトレハロース、グルタミン酸ナトリウム、スキムミルク等を凍結乾燥保護剤として添加し、凍結乾燥を行う。この凍結乾燥を行った菌体をそのまま、若しくは種々の添加剤等と混合したものを、微生物製剤として使用することができる。 When a microbial preparation is used as a solid, after culturing the microorganisms to a desired concentration, trehalose, sodium glutamate, skimmed milk, etc. are added as a lyoprotectant as necessary, followed by lyophilization. The freeze-dried cells can be used as they are or mixed with various additives as microbial preparations.

4.メタン酸化酵素及びその利用
(1)メタン酸化酵素
本発明は、上記微生物由来のメタン酸化酵素も提供する。本発明のメタン酸化酵素は、Soluble Di-iron Monooxygenase (SDIMO) 又はParticulate Methane Monooxygenase (pMMO)に分類される酵素である。SDIMOは、3~5個のサブユニットから構成されることを特徴とし、活性中心には2原子の鉄イオンが配位している。また、pMMOは、膜結合型の酵素であり、活性中心には複数の銅イオンが配位している。
4. Methane oxidase and use thereof (1) Methane oxidase The present invention also provides methane oxidase derived from the microorganism. The methane oxidase of the present invention is an enzyme classified as Soluble Di-iron Monooxygenase (SDIMO) or Particulate Methane Monooxygenase (pMMO). SDIMO is characterized by being composed of 3 to 5 subunits, and the active center is coordinated with a diatomic iron ion. In addition, pMMO is a membrane-bound enzyme, and multiple copper ions are coordinated to the active center.

本発明のメタン酸化酵素としては、配列番号1~4に示される各アミノ酸配列を有する4つのサブユニットから構成される酵素(Gordonia sp. TY-5 Prm)、配列番号5~8に示される各アミノ酸配列を有する4つのサブユニットから構成される酵素(Mycolicibacterium sp. TY-6 Prm)、配列番号9~12に示される各アミノ酸配列を有する4つのサブユニットから構成される酵素(Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo1)、配列番号13~16に示される各アミノ酸配列を有する4つのサブユニットから構成される酵素(Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo2)、配列番号17~19に示される各アミノ酸配列を有する3つのサブユニットから構成される酵素(Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo)、配列番号20~22に示される各アミノ酸配列を有する3つのサブユニットから構成される酵素を挙げることができる(Mycolicibacterium sp. TY-6 Pmo)。これらの内、Gordonia sp. TY-5 Prm、Mycolicibacterium sp. TY-6 Prm、Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo1、Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo2、Mycolicibacterium sp. TY-6 SmoはSDIMOに分類される酵素であり、Mycolicibacterium sp. TY-6 PmoはpMMOに分類される酵素である。下表に4つの酵素の各サブユニットのアミノ酸配列及び塩基配列の配列番号をまとめて記載する。 The methane oxidase of the present invention includes an enzyme (Gordonia sp. TY-5 Prm) composed of four subunits having the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS: 1-4, each shown in SEQ ID NOS: 5-8. An enzyme composed of four subunits having an amino acid sequence (Mycolicibacterium sp. TY-6 Prm), an enzyme composed of four subunits having amino acid sequences shown in SEQ ID NOS: 9-12 (Mycolicibacterium sp. TY-6 Prm). -6 Smo1), an enzyme composed of four subunits having the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS: 13-16 (Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo2), having the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS: 17-19. An enzyme composed of three subunits (Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo) and an enzyme composed of three subunits having the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 20 to 22 (Mycolicibacterium sp. TY-6 Pmo). Among these, Gordonia sp. TY-5 Prm, Mycolicibacterium sp. TY-6 Prm, Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo1, Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo2, and Mycolicibacterium sp. and Mycolicibacterium sp. TY-6 Pmo is an enzyme classified as pMMO. The table below summarizes the SEQ ID NOs of the amino acid sequences and base sequences of the subunits of the four enzymes.

Figure 2023008939000002
Figure 2023008939000002

本発明のメタン酸化酵素は、メタンを酸化する活性を有する限り、上記アミノ酸配列(配列番号1~22)において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、挿入、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列を有するサブユニットから構成されるポリペプチドであってもよい。 The methane oxidase of the present invention is an amino acid sequence obtained by deleting, inserting, substituting and/or adding one or several amino acids in the above amino acid sequences (SEQ ID NOS: 1 to 22), as long as it has the activity of oxidizing methane. It may be a polypeptide composed of subunits having

ここで、「数個」とは、例えば1~40個、1~20個、好ましくは1~20個、1~10個、より好ましくは1~5個、1~4個、特に好ましくは3個、2個以下をいう。アミノ酸配列に欠失等を導入するには、Kunkel法やGapped duplex法等の公知手法により、部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット、例えばQuikChangeTMSite-Directed Mutagenesis Kit(ストラタジーン社)、GeneTailorTM Site-Directed Mutagenesis System(インビトロジェン社)、TaKaRaSite-Directed Mutagenesis System(Mutan-K、Mutan-Super Express Km等:タカラバイオ社)等を用いることができる。あるいは、欠失等を含む配列を有する遺伝子全体を人工合成してもよい。 Here, "several" means, for example, 1 to 40, 1 to 20, preferably 1 to 20, 1 to 10, more preferably 1 to 5, 1 to 4, particularly preferably 3 2 or less. In order to introduce deletions etc. into the amino acid sequence, a kit for mutagenesis using site-directed mutagenesis, such as QuikChangeTMSite-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene) is used by known techniques such as the Kunkel method and the gapped duplex method. , GeneTailor™ Site-Directed Mutagenesis System (Invitrogen), TakaRa Site-Directed Mutagenesis System (Mutan-K, Mutan-Super Express Km, etc.: Takara Bio), and the like can be used. Alternatively, an entire gene having a sequence containing a deletion or the like may be artificially synthesized.

本発明のメタン酸化酵素は、メタンを酸化する活性を有する限り、上記アミノ酸配列(配列番号1~22)に対して80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、例えば、96%以上、97%以上、98%以上、より好ましくは99%以上、さらに好ましくは99.5%以上、特に好ましくは99.9%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を有するサブユニットから構成されてもよい。 The methane oxidase of the present invention has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, for example, 96% of the above amino acid sequences (SEQ ID NOs: 1 to 22), as long as it has methane-oxidizing activity. % or more, 97% or more, 98% or more, more preferably 99% or more, more preferably 99.5% or more, particularly preferably 99.9% or more may

ここで、「配列同一性」とは、比較すべき2つのアミノ酸配列の残基ができるだけ多く一致するように両配列を整列させ、一致した残基数を、全残基数で除したものを百分率で表したものである。上記整列の際には、必要に応じ、比較する2つの配列の一方又は双方に適宜ギャップを挿入する。このような配列の整列化は、例えばBLAST、FASTA、CLUSTALW等の周知のプログラムを用いて行なうことができる。ギャップが挿入される場合、上記全残基数は、1つのギャップを1つの残基として数えた残基数となる。このようにして数えた全残基数が比較する2つの配列間で異なる場合には、長い方の配列の全残基数で一致した残基数を除して同一性(%)を算出する。 Here, the term "sequence identity" means that the two amino acid sequences to be compared are aligned so that as many residues as possible are matched, and the number of matched residues is divided by the total number of residues. It is expressed as a percentage. In the above alignment, gaps are appropriately inserted in one or both of the two sequences to be compared, if necessary. Such sequence alignment can be performed using well-known programs such as BLAST, FASTA, and CLUSTALW. When gaps are inserted, the above total number of residues is the number of residues with one gap counted as one residue. If the total number of residues counted in this way differs between the two sequences being compared, the % identity is calculated by dividing the number of matching residues by the total number of residues in the longer sequence. .

(2)メタン酸化酵素遺伝子
本発明は、前記メタン酸化酵素をコードする遺伝子も提供する。例えば、本発明のメタン酸化酵素をコードする遺伝子は、配列番号23~26に示される各塩基配列を含むか、当該配列から構成される遺伝子(Gordonia sp. TY-5 Prm)、配列番号27~30に示される各塩基配列を含むか、当該各配列から構成される遺伝子(Mycolicibacterium sp. TY-6 Prm)、配列番号31~34に示される各塩基配列を含むか、当該各配列から構成される遺伝子(Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo1)、配列番号35~38に示される各塩基配列を含むか、当該各配列から構成される遺伝子(Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo2)、配列番号39~41に示される各塩基配列を含むか、当該各配列から構成される遺伝子(Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo)、配列番号42~44に示される各塩基配列を含むか、当該各配列から構成される遺伝子を挙げることができる(Mycolicibacterium sp. TY-6Pmo)。
(2) Methane oxidase gene The present invention also provides a gene encoding the methane oxidase. For example, the gene encoding the methane oxidase of the present invention includes a gene (Gordonia sp. TY-5 Prm) containing each base sequence shown in SEQ ID NOS: 23-26 or composed of the sequences, SEQ ID NOS: 27- A gene (Mycolicibacterium sp. TY-6 Prm) containing each nucleotide sequence shown in 30 or composed of each sequence, containing each nucleotide sequence shown in SEQ ID NOS: 31 to 34 or composed of each sequence gene (Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo1), gene (Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo2) containing each nucleotide sequence shown in SEQ ID NOS: 35-38 or composed of each sequence (Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo2), SEQ ID NOS: 39-41 A gene (Mycolicibacterium sp. TY-6 Smo) containing each nucleotide sequence shown in or composed of each sequence, containing each nucleotide sequence shown in SEQ ID NOS: 42 to 44 or composed of each sequence Genes can be mentioned (Mycolicibacterium sp. TY-6Pmo).

本発明のメタン酸化酵素をコードする遺伝子には、当該遺伝子の塩基配列(配列番号23~44)の相補鎖にストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列を有し、かつGordonia属、Mycolicibacterium属、Mycobacterium属、Nocardioides属、Pseudonocardia属、Rhodococcus属、Beijerinckia属、Methylibium属、Bradyrhizobium属、Rhodobacter属、Burkholderia属、Pseudomonas属、及びXanthobacter属に属する微生物由来の遺伝子(DNA)も含まれる。 The gene encoding the methane oxidase of the present invention has a nucleotide sequence that hybridizes under stringent conditions to the complementary strand of the nucleotide sequence of the gene (SEQ ID NOS: 23-44), and is genus Gordonia and Mycolicibacterium. , Mycobacterium, Nocardioides, Pseudonocardia, Rhodococcus, Beijerinckia, Methylibium, Bradyrhizobium, Rhodobacter, Burkholderia, Pseudomonas, and Xanthobacter.

ストリンジェントな条件としては、例えば、DNAを固定したナイロン膜を、6×SSC(1×SSCは塩化ナトリウム8.76g、クエン酸ナトリウム4.41gを1リットルの水に溶かしたもの)、1%SDS、100μg/mlサケ精子DNA、0.1%ウシ血清アルブミン、0.1%ポリビニルピロリドン、0.1%フィコールを含む溶液中で65℃にて20時間プローブとともに保温してハイブリダイゼーションを行う条件を挙げることができるが、これに限定されるわけではない。当業者であれば、このようなバッファーの塩濃度、温度等の条件に加えて、その他のプローブ濃度、プローブの長さ、反応時間等の諸条件を加味し、ハイブリダイゼーションの条件を設定することができる。ハイブリダイゼーション後の洗浄条件として、例えば、「2×SSC、0.1%SDS、42℃」、「1×SSC、0.1%SDS、37℃」、よりストリンジェントな条件としては、例えば、「1×SSC、0.1%SDS、65℃」、「0.5×SSC、0.1%SDS、50℃」等の条件を挙げることができる。 As stringent conditions, for example, a DNA-immobilized nylon membrane is treated with 6×SSC (1×SSC is a solution of 8.76 g of sodium chloride and 4.41 g of sodium citrate dissolved in 1 liter of water), 1% Conditions for hybridization in a solution containing SDS, 100 μg/ml salmon sperm DNA, 0.1% bovine serum albumin, 0.1% polyvinylpyrrolidone, and 0.1% Ficoll, incubating with the probe at 65° C. for 20 hours can be mentioned, but are not limited to these. A person skilled in the art would be able to set hybridization conditions by taking into consideration other conditions such as probe concentration, probe length, reaction time, etc. in addition to conditions such as buffer salt concentration and temperature. can be done. Washing conditions after hybridization include, for example, "2×SSC, 0.1% SDS, 42° C." and "1×SSC, 0.1% SDS, 37° C."; more stringent conditions include, for example, Conditions such as “1×SSC, 0.1% SDS, 65° C.” and “0.5×SSC, 0.1% SDS, 50° C.” can be mentioned.

ハイブリダイゼーション法の詳細な手順については、MolecularCloning, A Laboratory Manual 2nded.(Cold Spring Harbor LaboratoryPress (1989))、Current Protocols in Molecular Biology(John Wiley & Sons (1987-1997)))等を参照することができる。 For detailed procedures of the hybridization method, see Molecular Cloning, A Laboratory Manual 2nd. (Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989)), Current Protocols in Molecular Biology (John Wiley & Sons (1987-1997)), and the like.

本発明のメタン酸化酵素をコードする遺伝子には、上記遺伝子の塩基配列(配列番号23~44)と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%、例えば、96%、97%、98%以上の配列同一性を有する塩基配列を有する遺伝子であって、かつGordonia属、Mycolicibacterium属、Mycobacterium属、Nocardioides属、Pseudonocardia属、Rhodococcus属、Beijerinckia属、Methylibium属、Bradyrhizobium属、Rhodobacter属、Burkholderia属、Pseudomonas属、及びXanthobacter属に属する微生物由来の遺伝子(DNA)も含まれる。 The gene encoding the methane oxidase of the present invention has 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95%, for example, 96%, 97%, A gene having a nucleotide sequence with a sequence identity of 98% or more, and a gene of the genus Gordonia, Mycolicibacterium, Mycobacterium, Nocardioides, Pseudonocardia, Rhodococcus, Beijerinckia, Methylibium, Bradyrhizobium, Rhodobacter, Burkholderia Genes (DNA) from microorganisms belonging to the genera Pseudomonas and Xanthobacter are also included.

(3)発現ベクター及び形質転換体
本発明は、上記メタン酸化酵素をコードする遺伝子を含むベクターや形質転換体も提供する。
(3) Expression vector and transformant The present invention also provides a vector and a transformant containing the gene encoding the methane oxidase.

ベクターとしては、プラスミドDNA、バクテリオファージDNA、レトロトランスポゾンDNA、人工染色体DNAなどが使用できる。メタン酸化酵素をコードする遺伝子は、形質転換される宿主生物において発現可能なように、ベクターに組み込むことが必要である。 Vectors that can be used include plasmid DNA, bacteriophage DNA, retrotransposon DNA, artificial chromosome DNA, and the like. A gene encoding a methane oxidase must be incorporated into a vector so that it can be expressed in a transformed host organism.

ベクターには、メタン酸化酵素の遺伝子のほか、プロモーター、ターミネーター、エンハンサー、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)等を連結することができる。選択マーカーとしては、例えばカナマイシン耐性遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。 In addition to the methane oxidase gene, a promoter, terminator, enhancer, splicing signal, poly(A) addition signal, selectable marker, ribosome binding sequence (SD sequence) and the like can be ligated to the vector. Selectable markers include, for example, kanamycin resistance gene, dihydrofolate reductase gene, ampicillin resistance gene, neomycin resistance gene and the like.

本発明の形質転換体に使用し得る宿主は、メタン酸化酵素を発現することができる限り特に限定されないが、例えば、大腸菌及び枯草菌等の細菌、酵母、糸状菌、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞等を用いることができる。 The host that can be used for the transformant of the present invention is not particularly limited as long as it can express methane oxidase. Cells and the like can be used.

(4)メタン酸化酵素を利用したメタノールの製造方法
本発明は、本発明のメタン酸化酵素(ポリペプチド)又は本発明の形質転換体をメタンと接触させる工程を含む、メタノールの製造方法も提供する。メタン酸化酵素や形質転換体とメタンとの反応は、「2.メタンからのメタノールの生成」にしたがって実施できる。
(4) Method for producing methanol using methane oxidase The present invention also provides a method for producing methanol, comprising the step of contacting the methane oxidase (polypeptide) of the present invention or the transformant of the present invention with methane. . The reaction of methane oxidase or transformant with methane can be carried out according to "2. Production of methanol from methane".

4.メタノール資化性菌との共培養系
本発明は、上メタノールを資化せず、かつ、メタンを酸化できる微生物をメタノール資化性菌と共培養する方法も提供する。前記方法は、例えば、「1.メタノールの製造方法」に記載した方法において、メタノール資化性菌の存在下で、微生物又は処理物をメタンと接触させる方法により実施することができる。
4. Co-Culture System with Methanol-Assimilating Bacteria The present invention also provides a method for co-cultivating a microorganism that does not assimilate methanol and is capable of oxidizing methane with a methanol-utilizing bacterium. The method can be carried out, for example, by the method described in "1. Method for producing methanol", in which the microorganism or the treated material is brought into contact with methane in the presence of the methanol-assimilating bacteria.

あるいは、本発明のメタン酸化酵素や本発明の形質転換体を用いたメタノールの製造方法において、メタノール資化性菌の存在下で、メタン酸化酵素又は形質転換体をメタンと接触させてもよい。 Alternatively, in the method for producing methanol using the methane oxidase of the present invention or the transformant of the present invention, the methane oxidase or transformant may be brought into contact with methane in the presence of a methanol-utilizing bacterium.

メタノール資化性菌としては、Komagataella phaffii (Pichia pastoris)、Candida boidinii、Ogataea (Hansenula) polymorpha、Ogataea (Pichia) methanolica、Ogataea minutaなどのメタノール資化性酵母;Methylobacterium属、Methylorubrum属、、Rhodotorula 属、Sporobolomyces属、Methylomonas属(Methylomonas methanica)、Methylacidphilum属、Methylococcus属、Methylosinus属、Pseudomonas 属等に属するメタノール資化性菌が挙げられる。なかでも、Komagataella phaffii (Pichia pastoris) 、Candida boidinii、Ogataea (Hansenula) polymorpha、Ogataea (Pichia) methanolica、Ogataea minuta、Pseudomonas属が好ましく、Komagataella phaffii (Pichia pastoris)が特に好ましい。 Examples of methanol-utilizing bacteria include methanol-utilizing yeast such as Komagataella phaffii (Pichia pastoris), Candida boidinii, Ogataea (Hansenula) polymorpha, Ogataea (Pichia) methanolica, and Ogataea minuta; Methanol-assimilating bacteria belonging to the genera Sporobolomyces, Methylomonas methanica, Methylacidphilum, Methylococcus, Methylosinus, Pseudomonas and the like can be mentioned. Among them, Komagataella phaffii (Pichia pastoris), Candida boidinii, Ogataea (Hansenula) polymorpha, Ogataea (Pichia) methanolica, Ogataea minuta and Pseudomonas are preferred, and Komagataella phaffii (Pichia pastoris) is particularly preferred.

メタノール資化性菌のメタノール誘導性プロモーター制御下に、蛍光タンパク質をコードする配列を配置することで、菌体をメタノール濃度に応じて蛍光タンパク質を発生するメタノールセンサーとして使用することができる(Takeya et al., Appl Microbiol Biotechnol. 2018 Aug;102(16):7017-7027)。あるいは、後述するように、メタノール資化性菌にメタノールを有用ケミカル生産する酵素系を組み込んでおけば、メタンからメタノールの生成を介した有用ケミカルの生産が可能になる。 By placing a fluorescent protein-encoding sequence under the control of a methanol-inducible promoter in methanol-assimilating bacteria, the cells can be used as a methanol sensor that generates a fluorescent protein in response to the concentration of methanol (Takeya et al. al., Appl Microbiol Biotechnol. 2018 Aug;102(16):7017-7027). Alternatively, as will be described later, if an enzyme system that produces methanol as a useful chemical is incorporated into a methanol-assimilating bacterium, it becomes possible to produce useful chemicals through the production of methanol from methane.

5.メタンからの有用物質の生産
本発明のメタノールの製造方法、及びメタノール資化性菌との共培養系において、使用する微生物(メタノール資化性菌含む)に目的物質の生合成経路を導入することで、生成したメタノールからの有用物質の生産が可能になる。例えば、メタノール資化性菌に、グリセロールデヒドラターゼ、アルデヒドデヒドロゲナーゼ、CoAトランスフェラーゼ、3-HPCoAデヒドラターゼ、及びCoAヒドロラーゼを組み込むことで、グリセロールを経由したアクリル酸の合成が可能になる。
5. Production of Useful Substances from Methane Introduction of a biosynthetic pathway for target substances into microorganisms (including methanol-utilizing bacteria) used in the method for producing methanol and the co-culture system with methanol-utilizing bacteria of the present invention. , it becomes possible to produce useful substances from the generated methanol. For example, by incorporating glycerol dehydratase, aldehyde dehydrogenase, CoA transferase, 3-HPCoA dehydratase, and CoA hydrolase into a methanol-assimilating bacterium, it becomes possible to synthesize acrylic acid via glycerol.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例1:TY-5株のメタン酸化能の確認
Gordonia sp. TY-5株およびそのprmB遺伝子破壊株(ΔprmB株; J. Bacteriol. 185, 7120-7128, 2003)を、試験管に調製した5 mL LB培地(1%酵母エキス、0.5%トリプトン、1% NaCl)に1白金耳植菌し、28℃, 180 rpmで3日間振とう培養した。なお、ΔprmB株の培養にはLB培地に終濃度50 μg/mLとなるようにカナマイシンを添加した。この培養液のOD610を測定し、500 mL容バッフル付きフラスコに調製した50 mL LB培地にOD610 = 0.05となるように添加し、28℃, 180 rpmで24時間振とう培養した。培養液50 mLを8,000×g, 5 min, 4℃で遠心して集菌し、20 mLのAY培地(表1)で2回洗浄した後、2 mLのAY培地に懸濁した。このようにして調製したGordonia sp. TY-5株およびΔprmB株の懸濁液を、500 mL容バッフル付きフラスコに調製した50 mL のAY培地(炭素源として1%の2-プロパノールを含む)にOD610 = 7となるように添加し、28℃, 120 rpmで24時間振とう培養した。なお、ΔprmB株の培養にはAY培地に終濃度50 μg/mLとなるようにカナマイシンを添加した。培養液50 mLを8,000×g, 5 min, 4℃で遠心して集菌し、20 mLのAY培地で2回洗浄した後、OD610 = 10となるようにAY培地に懸濁した。
Example 1: Confirmation of methane oxidation ability of TY-5 strain
5 mL LB medium (1% yeast extract, 0.5% tryptone, 1% NaCl), and cultured with shaking at 28°C and 180 rpm for 3 days. For culturing the ΔprmB strain, kanamycin was added to the LB medium to a final concentration of 50 μg/mL. The OD 610 of this culture solution was measured, added to 50 mL LB medium prepared in a 500 mL baffled flask so that OD 610 = 0.05, and cultured with shaking at 28°C and 180 rpm for 24 hours. 50 mL of the culture solution was centrifuged at 8,000×g, 5 min, 4° C. to collect the cells, washed twice with 20 mL of AY medium (Table 1), and then suspended in 2 mL of AY medium. A suspension of Gordonia sp. TY-5 strain and ΔprmB strain thus prepared was added to 50 mL of AY medium (containing 1% 2-propanol as a carbon source) prepared in a 500 mL baffled flask. It was added so that OD 610 =7, and cultured with shaking at 28°C and 120 rpm for 24 hours. For culturing the ΔprmB strain, kanamycin was added to the AY medium to a final concentration of 50 μg/mL. 50 mL of the culture medium was centrifuged at 8,000×g, 5 min, 4° C. to collect the cells, washed twice with 20 mL of AY medium, and suspended in AY medium to OD 610 =10.

このGordonia sp. TY-5株およびΔprmB株の菌体懸濁液をそれぞれ2本の5 mL容バイアル瓶に1 mLずつ量り取り、ブチルゴム栓付きスクリューキャップを固く閉めた。25 G, 16 mmの注射針を付けたシリンジを用いて、2本のうち1本には13H4を、もう1本にはN2を5.4 mL封入した。バイアル瓶を30 ℃, 120 rpmで6時間振とうして反応を行った。6時間後、菌体懸濁液を1.5 mLエッペンドルフチューブにデカントで全量注ぎ、8,000×g, 5 min, 4℃で遠心し、上清100 μLをスクリューバイアルに量り取り、GC/MSを用いて以下の条件で13C-メタノールの検出を行った(図1)。 1 mL of each of the Gordonia sp. TY-5 and ΔprmB strain cell suspensions was weighed into two 5-mL vials, and the screw caps with butyl rubber stoppers were tightly closed. Using syringes with 25 G, 16 mm needles, one of the two was filled with 13 H 4 and the other with 5.4 mL of N 2 . The reaction was carried out by shaking the vial at 30° C. and 120 rpm for 6 hours. After 6 hours, decant the entire cell suspension into a 1.5 mL Eppendorf tube, centrifuge at 8,000 x g, 5 min, 4°C, weigh 100 μL of the supernatant into a screw vial, and use GC/MS. 13 C-methanol was detected under the following conditions (Fig. 1).

Figure 2023008939000003
Figure 2023008939000003

TY-5株(B)では、標準試料(A)と同じピークが認められ、13Cメタノールの生成が確認された。このことから、TY-5がメタン酸化活性を持つことが明らかとなった。一方、プロパン酸化酵素のサブユニットPrmBをコードするprmB遺伝子破壊株(ΔprmB株)(C)では、13Cメタノールのピークが認められず、ΔprmB株はメタン酸化活性を持たないこと、プロパン酸化酵素がメタン酸化活性を持つことが示唆された。 In the TY-5 strain (B), the same peak as in the standard sample (A) was observed, confirming the production of 13 C-methanol. From this, it was clarified that TY-5 has methane oxidation activity. On the other hand, in the prmB gene disruption strain (ΔprmB strain) (C), which encodes the propane oxidase subunit PrmB, no 13 C-methanol peak was observed, indicating that the ΔprmB strain has no methane oxidation activity. It was suggested that it has methane oxidation activity.

実施例2:TY-6株のメタン酸化能の確認
Mycolicibacterium sp. TY-6株を、試験管に調製した5 mL LB培地に1白金耳植菌し、28℃, 180 rpmで5日間振とう培養した。この培養液のOD610を測定し、500 mL容バッフル付きフラスコに調製した50 mL LB培地にOD610= 0.1となるように添加し、28℃, 180 rpmで22時間振とう培養した。培養液50 mLを8,000×g, 5 min, 4℃で遠心して集菌し、20 mLのAY培地で2回洗浄した後、OD610= 15となるようにAY培地に懸濁した。この菌体懸濁液をそれぞれ2本の5 mL容バイアル瓶に1 mLずつ量り取り、ブチルゴム栓付きスクリューキャップを固く閉めた。25 G, 16 mmの注射針を付けたシリンジを用いて、2本のうち1本には13CH4を、もう1本にはN2を5.4 mL封入した。バイアル瓶を30 ℃, 120 rpmで2時間振とうして反応を行った。2時間後、菌体懸濁液を1.5 mLエッペンドルフチューブにデカントで全量注ぎ、8,000×g, 5 min, 4℃で遠心し、上清100 μLをスクリューバイアルに量り取り、GC/MSを用いて図1と同じ条件で13C-メタノールの検出を行った(図2)。
Example 2: Confirmation of methane oxidation ability of TY-6 strain
A loopful of Mycolicibacterium sp. TY-6 strain was inoculated into 5 mL LB medium prepared in a test tube and cultured with shaking at 28° C. and 180 rpm for 5 days. The OD 610 of this culture solution was measured, added to 50 mL LB medium prepared in a 500 mL baffled flask so that OD 610 = 0.1, and cultured with shaking at 28°C and 180 rpm for 22 hours. 50 mL of the culture solution was centrifuged at 8,000×g, 5 min, 4° C. to collect the cells, washed twice with 20 mL of AY medium, and suspended in AY medium to OD 610 =15. 1 mL of each of the cell suspensions was put into two 5-mL vials, and the screw caps with butyl rubber stoppers were tightly closed. Using syringes with 25 G, 16 mm needles, one of the two was filled with 13 CH 4 and the other with 5.4 mL of N 2 . The reaction was carried out by shaking the vial at 30° C. and 120 rpm for 2 hours. After 2 hours, decant the entire cell suspension into a 1.5 mL Eppendorf tube, centrifuge at 8,000 x g, 5 min, 4°C, weigh 100 μL of the supernatant into a screw vial, and use GC/MS. 13C-methanol was detected under the same conditions as in Fig. 1 (Fig. 2).

TY-6株菌体懸濁液を13C-メタンを基質として反応させたところ(B)、標準試料(A)と同じピークが認められ、13Cメタノールの生成が確認された。このことから、TY-6がメタン酸化活性を持つことが明らかとなった。一方、菌体を含まないAY培地のみで13C-メタンを基質として反応させた場合(C)や、13C-メタンの代わりにN2を添加して反応させた場合(D)では、13Cメタノールのピークが認められなかった。 When the TY-6 strain cell suspension was reacted with 13 C-methane as a substrate (B), the same peak as the standard sample (A) was observed, confirming the production of 13 C-methanol. From this, it was clarified that TY-6 has methane oxidation activity. On the other hand, when 13 C-methane was used as a substrate for the reaction in AY medium without cells (C), or when N 2 was added instead of 13 C-methane (D), 13 No C-methanol peak was observed.

比較例:メタン資化性菌による菌体反応
500 mL容メジウム瓶に調製した100 mL NMS培地(気相の空気を150 mL抜き取り、メタンを150 mL封入)でメタン資化性菌Methylovulum miyakonense HT12株を28℃, 180 rpm,で4日間振とう培養した。この培養液のOD610を測定し、500 mL容メジウム瓶に調製した100 mL NMS培地にOD610 = 0.3となるように添加し、28℃, 180 rpmで16時間振とう培養した。培養液50 mLを8,000×g, 5 min, 4℃で遠心して集菌し、20 mLのNMS培地で2回洗浄した後、OD610 = 5となるようにNMS培地に懸濁した。この菌体懸濁液を5 mL容バイアル瓶に1 mL量り取り、ブチルゴム栓付きスクリューキャップを固く閉めた。25 G, 16 mmの注射針を付けたシリンジを用いてCH4を5.4 mL封入した。バイアル瓶を30 ℃, 120 rpmで2時間振とうして反応を行った。1時間後、菌体懸濁液を1.5 mLエッペンドルフチューブにデカントで全量注ぎ、8,000×g, 5 min, 4℃で遠心し、上清100 μLをスクリューバイアルに量り取り、GC-2014(Shimadzu)を用いて既報(Biosci. Biotechnol. Biochem., 84, 1062-1068, 2020)の条件でメタノールの検出を行ったが、メタノールの蓄積は認められなかった。
Comparative example: bacterial reaction by methanotrophs
The methanotroph Methylovulum miyakonense HT12 strain was shaken at 28℃, 180 rpm for 4 days in 100 mL NMS medium (150 mL gas phase air was extracted and 150 mL methane was sealed) prepared in a 500 mL medium bottle. cultured. The OD 610 of this culture solution was measured, added to 100 mL NMS medium prepared in a 500 mL medium bottle so that OD 610 = 0.3, and cultured with shaking at 28°C and 180 rpm for 16 hours. 50 mL of the culture medium was centrifuged at 8,000×g, 5 min, 4° C. to collect the cells, washed twice with 20 mL of NMS medium, and suspended in NMS medium to OD 610 =5. 1 mL of this cell suspension was put into a 5 mL vial, and a screw cap with a butyl rubber stopper was tightly closed. 5.4 mL of CH 4 was encapsulated using a syringe with a 25 G, 16 mm needle. The reaction was carried out by shaking the vial at 30° C. and 120 rpm for 2 hours. After 1 hour, decant the entire cell suspension into a 1.5 mL Eppendorf tube, centrifuge at 8,000 x g, 5 min, 4°C, weigh 100 μL of the supernatant into a screw vial, and add GC-2014 (Shimadzu). was used to detect methanol under the conditions previously reported (Biosci. Biotechnol. Biochem., 84, 1062-1068, 2020), but no accumulation of methanol was observed.

実施例3:メタノール資化菌との共培養系
Mycolicibacterium sp. TY-6株を、試験管に調製した5 mL LB培地に1白金耳植菌し、28℃, 180 rpmで5日間振とう培養した。得られた培養液のOD610を測定し、500 mL容バッフル付きフラスコに調製した50 mL LB培地にOD610 = 0.1となるように添加し、28℃, 180 rpmで22時間振とう培養した。培養液50 mLを8,000×g, 5 min, 4℃で遠心して集菌し、20 mLのYNB培地(0.67%酵母用ニトロゲンベースw/oアミノ酸)で2回洗浄した後、OD610 = 0.8/ 1.0/ 5となるようにYNB培地に懸濁した。
Example 3: Co-culture system with methanol-assimilating bacteria
A loopful of Mycolicibacterium sp. TY-6 strain was inoculated into 5 mL LB medium prepared in a test tube and cultured with shaking at 28° C. and 180 rpm for 5 days. The OD 610 of the obtained culture solution was measured, added to 50 mL LB medium prepared in a 500 mL baffled flask so that OD 610 = 0.1, and cultured with shaking at 28°C and 180 rpm for 22 hours. 50 mL of the culture was centrifuged at 8,000×g, 5 min, 4°C to harvest the cells, washed twice with 20 mL of YNB medium (0.67% nitrogen-based yeast w/o amino acids), and OD 610 = 0.8. / 1.0 / 5 was suspended in YNB medium.

既知のメタノールセンサー酵母K. phaffii PMT1305株(Appl. Microbiol. Biotechnol. 102, 7017-7207, 2018)試験管に調製した5 mL YPD培地(1%酵母エキス、2%ペプトン、2%グルコース)に1白金耳植菌し、28℃, 180 rpmで40時間振とう培養した。得られた培養液のOD610を測定し、500 mL容バッフル付きフラスコに調製した50 mL YPD培地にOD610 = 0.04となるように添加し、28℃, 180 rpmで16時間振とう培養した。培養液50 mLを8,000×g, 5 min, 4℃で遠心して集菌し、20 mLのYNB培地で2回洗浄した後、OD610 = 0.02となるようにYNB培地に懸濁した。 Known methanol sensor yeast strain K. phaffii PMT1305 (Appl. Microbiol. Biotechnol. 102, 7017-7207, 2018) 1 in 5 mL YPD medium (1% yeast extract, 2% peptone, 2% glucose) prepared in a test tube A platinum loop was inoculated and cultured with shaking at 28°C and 180 rpm for 40 hours. The OD 610 of the obtained culture solution was measured, added to 50 mL YPD medium prepared in a 500 mL baffled flask so that OD 610 = 0.04, and cultured with shaking at 28°C and 180 rpm for 16 hours. 50 mL of the culture solution was centrifuged at 8,000×g, 5 min, 4° C. to collect the cells, washed twice with 20 mL of YNB medium, and then suspended in YNB medium to OD 610 =0.02.

OD610 = 0.02となるように調製したK. phaffii PMT1305株菌体懸濁液を、25 mL容バイアル瓶8本に2.5 mLずつ分注した。このバイアル2本ずつに、OD610 = 0.8/ 1.0/ 5となるように調製したMycolicibacterium sp. TY-6株の菌体懸濁液をそれぞれ2.5 mLずつ添加し、ブチルゴム栓付きスクリューキャップを固く閉めた。25 G, 16 mmの注射針を付けたシリンジを用いて、2本のうち1本には13CH4を、もう1本にはN2を5 mL封入した。バイアル瓶を28 ℃, 120 rpmで6時間振とうして反応を行った。6時間後、それぞれの反応液から70 μLをFACS用チューブ (Corning #352002) に量り取り、280 μLのPBSバッファー(phosphate buffered saline)を加えて5倍希釈した。このサンプルをフローサイトメトリー(FCM)解析に供し、K. phaffii PMT1305株の蛍光強度を測定した。FCM解析は、既報(Appl. Microbiol. Biotechnol. 102, 7017-7207, 2018)に従い、FACSAria IIIu(BD Biosciences社製)を用いて行い、メタン酸化によるメタノール生成は、Venus-A/FSC-Aの相乗平均(Geo Mean)として評価した。 A cell suspension of K. phaffii PMT1305 strain prepared to OD 610 = 0.02 was dispensed into eight 25-mL vials at 2.5 mL each. Add 2.5 mL of Mycolicibacterium sp. strain TY-6 cell suspension prepared to OD 610 = 0.8/1.0/5 to each of the two vials, and tightly close the screw caps with butyl rubber stoppers. rice field. Using syringes with 25 G, 16 mm needles, one of the two was filled with 13 CH 4 and the other with 5 mL of N 2 . The reaction was carried out by shaking the vial at 28° C. and 120 rpm for 6 hours. After 6 hours, 70 µL of each reaction solution was weighed into a FACS tube (Corning #352002) and diluted 5-fold with 280 µL of PBS buffer (phosphate buffered saline). This sample was subjected to flow cytometry (FCM) analysis to measure the fluorescence intensity of K. phaffii PMT1305 strain. FCM analysis was performed using FACSAria IIIu (manufactured by BD Biosciences) according to a previous report (Appl. Microbiol. Biotechnol. 102, 7017-7207, 2018). It was evaluated as a geometric mean (Geo Mean).

Mycolicibacterium sp. TY-6株の菌体反応によるメタン酸化を、蛍光タンパク質(Venus-PTS1)をメタノール誘導性プロモーター支配下に発現するメタノールセンサー酵母K. phaffii PMT1305株との共培養下で行い、メタノールセンサー酵母の蛍光強度をFCMにより解析した結果、メタンおよびTY-6株菌体量依存的にメタノールセンサー酵母の蛍光強度が強くなった(図3(A))。この結果は、TY-6株によるメタン酸化により生成するメタノールを用いて、K. phaffii がタンパク質(Venus-PTS1)を合成していることを示しており、メタンを用いたタンパク質生産をワンポットで行う新たな手段を提供するものである。 Methane oxidation by Mycolicibacterium sp. strain TY-6 was examined in coculture with the methanol-sensor yeast K. phaffii PMT1305, which expresses a fluorescent protein (Venus-PTS1) under the control of a methanol-inducible promoter. As a result of analyzing the fluorescence intensity of the sensor yeast by FCM, the fluorescence intensity of the methanol sensor yeast increased in a methane- and TY-6 strain cell mass-dependent manner (Fig. 3(A)). This result indicates that K. phaffii synthesizes a protein (Venus-PTS1) using methanol produced by methane oxidation by strain TY-6, and one-pot protein production using methane. It provides new means.

図3(A)の手法と同様に、OD610 = 0.02となるようにYNB培地に懸濁したK. phaffii PMT1305株の菌体懸濁液と、OD610 = 5となるようにYNB培地に懸濁したMycolicibacterium sp. TY-6株の菌体懸濁液を調製した。 Similar to the method in Fig. 3(A), a cell suspension of K. phaffii strain PMT1305 suspended in YNB medium to OD610 = 0.02 and a cell suspension suspended in YNB medium to OD610 = 5 were prepared. A turbid cell suspension of Mycolicibacterium sp. strain TY-6 was prepared.

500 mL容メジウム瓶に調製した100 mL NMS培地(表4)でメタン資化性菌Methylovulum miyakonense HT12株(Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 61, 810-815, 2011)を28℃, 180 rpmで4日間振とう培養した。得られた培養液のOD610を測定し、500 mL容メジウム瓶に調製した100 mL NMS培地にOD610 = 0.3となるように添加し、28℃, 180 rpmで16時間振とう培養した。培養液50 mLを8,000×g, 5 min, 4℃で遠心して集菌し、20 mLのYNB培地で2回洗浄した後、OD610 = 5となるようにYNB培地に懸濁した。 The methanotroph Methylovulum miyakonense HT12 strain (Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 61, 810-815, 2011) was incubated at 28°C in 100 mL NMS medium (Table 4) prepared in a 500 mL medium bottle. Shaking culture was carried out at 180 rpm for 4 days. The OD 610 of the resulting culture solution was measured, added to 100 mL NMS medium prepared in a 500 mL medium bottle so that OD 610 = 0.3, and cultured with shaking at 28°C and 180 rpm for 16 hours. 50 mL of the culture medium was centrifuged at 8,000×g, 5 min, 4° C. to collect the cells, washed twice with 20 mL of YNB medium, and then suspended in YNB medium to OD 610 =5.

OD610= 0.02となるように調製したK. phaffii PMT1305株菌体懸濁液を、25 mL容バイアル瓶6本に2.5 mLずつ添加した。このバイアル2本ずつに、YNB培地2.5 mL、OD610 =5となるように調製したMycolicibacterium sp. TY-6株の菌体懸濁液2.5 mL、およびOD610 =5となるように調製したM. miyakonense HT12株の菌体懸濁液2.5 mLをそれぞれ添加し、ブチルゴム栓付きスクリューキャップを固く閉めた。25 G, 16 mmの注射針を付けたシリンジを用いて、2本のうち1本には13CH4を、もう1本にはN2を5 mL封入した。バイアル瓶を28 ℃, 120 rpmで6時間振とうして反応を行った。6時間後、それぞれの反応液から70 μLをFACS用チューブに量り取り、280 μLのPBSバッファーを加えて5倍希釈した。このサンプルをフローサイトメトリー(FCM)解析に供し、図3(A)の手法と同様にK. phaffii PMT1305株の蛍光強度を測定した(図3(B))。 A cell suspension of K. phaffii PMT1305 strain prepared to OD 610 = 0.02 was added to six 25 mL vials at 2.5 mL each. 2.5 mL of YNB medium, 2.5 mL of Mycolicibacterium sp. strain TY-6 cell suspension prepared to OD 610 = 5, and M 2.5 mL of the cell suspension of miyakonense HT12 strain was added to each, and the screw caps with butyl rubber stoppers were tightly closed. Using syringes with 25 G, 16 mm needles, one of the two was filled with 13 CH 4 and the other with 5 mL of N 2 . The reaction was carried out by shaking the vial at 28° C. and 120 rpm for 6 hours. After 6 hours, 70 µL of each reaction solution was weighed into a FACS tube and diluted 5-fold with 280 µL of PBS buffer. This sample was subjected to flow cytometry (FCM) analysis, and the fluorescence intensity of K. phaffii PMT1305 strain was measured in the same manner as in FIG. 3(A) (FIG. 3(B)).

Figure 2023008939000004
Figure 2023008939000004

メタン資化性菌では、自身のメタノール代謝によってメタノールが速やかに消費されてしまい、共存するメタノール酵母が利用するメタノールが反応液中に十分に蓄積しないと考えられる。図3(B)では、このことを確認するために、メタン資化性菌M. miyakonense HT12株とメタノールセンサー酵母K. phaffii PMT1305株との共培養下で反応を行い、メタノールセンサー酵母の蛍光強度をFCMにより解析した。その結果、メタン添加反応時の蛍光強度は窒素添加反応時と同等であったことから、メタン資化性菌との共培用では、メタノールセンサー酵母が蛍光タンパク質を生産するために十分なメタノールが供給できないことがわかった。 Methanol is rapidly consumed by methanotrophs by their own methanol metabolism, and it is thought that methanol used by coexisting methanolic yeast does not accumulate sufficiently in the reaction solution. In Fig. 3(B), in order to confirm this, the reaction was performed under the co-culture of the methanotroph M. miyakonense HT12 strain and the methanol sensor yeast K. phaffii PMT1305 strain. was analyzed by FCM. As a result, the fluorescence intensity during the methane addition reaction was the same as that during the nitrogen addition reaction. found to be unavailable.

実施例4:pMMO阻害剤の影響
Mycolicibacterium sp. TY-6株を、試験管に調製した5 mL LB培地に1白金耳植菌し、28℃, 180 rpmで5日間振とう培養した。この培養液のOD610を測定し、500 mL容バッフル付きフラスコに調製した50 mL LB培地にOD610 = 0.1となるように添加し、28℃, 180 rpmで24時間振とう培養した。培養液50 mLを8,000×g, 5 min, 4℃で遠心して集菌し、20 mLのAY培地で2回洗浄した後、OD610 = 11.1となるようにAY培地に懸濁した。この菌体懸濁液を5 mL容バイアル瓶に900 μLずつ量り取った。フェニルアセチレン濃度が500 μM, 1.5 mM, 4.5 mM となるように0. 1% DMSO溶液にフェニルアセチレンを溶解し、0.1%DMSO溶液および各濃度のフェニルアセチレン溶液100 μLをバイアル瓶に添加し、ブチルゴム栓付きスクリューキャップを固く閉めた。このとき各反応液中の濃度は、TY-6菌体OD610 = 10, 0.01% DMSO, 0, 50, 150, または450 μMフェニルアセチレンとなる。25 G, 16 mmの注射針を付けたシリンジを用いてCH4を5.4 mL封入したバイアル瓶を28 ℃, 120 rpmで2時間振とうして反応を行った。2時間後、菌体懸濁液を1.5 mLエッペンドルフチューブにデカントで全量注ぎ、8,000×g, 5 min, 4℃で遠心し、上清100 μLをスクリューバイアルに量り取り、ガスクロマトグラフィー(島津GC-2014)を用いてBiosci. Biotechnol. Biochem. 84, 1062-1068, 2020に記載の方法にてメタノールの検出を行った。
Example 4: Effects of pMMO inhibitors
A loopful of Mycolicibacterium sp. TY-6 strain was inoculated into 5 mL LB medium prepared in a test tube and cultured with shaking at 28° C. and 180 rpm for 5 days. The OD 610 of this culture solution was measured, added to 50 mL LB medium prepared in a 500 mL baffled flask so that OD 610 = 0.1, and cultured with shaking at 28°C and 180 rpm for 24 hours. 50 mL of the culture solution was centrifuged at 8,000×g, 5 min, 4° C. to collect the cells, washed twice with 20 mL of AY medium, and suspended in AY medium to OD 610 =11.1. 900 µL of this cell suspension was weighed out into 5 mL vials. Phenylacetylene was dissolved in 0.1% DMSO solution so that the phenylacetylene concentrations were 500 μM, 1.5 mM, and 4.5 mM. The stoppered screw cap was tightly closed. At this time, the concentration in each reaction solution is TY-6 cell OD 610 = 10, 0.01% DMSO, 0, 50, 150, or 450 µM phenylacetylene. Using a syringe with a 25 G, 16 mm injection needle, a vial containing 5.4 mL of CH 4 was shaken at 28° C. and 120 rpm for 2 hours for reaction. After 2 hours, decant the whole cell suspension into a 1.5 mL Eppendorf tube, centrifuge at 8,000 x g, 5 min, 4°C, weigh 100 μL of the supernatant into a screw vial, and perform gas chromatography (Shimadzu GC -2014) was used to detect methanol by the method described in Biosci. Biotechnol. Biochem. 84, 1062-1068, 2020.

Lontohらの報告(Environ. Microbiol. 2, 485-494, 2000)において、sMMOによるメタン酸化活性は100 μMのフェニルアセチレン存在下で90%以上阻害される一方、pMMOによるメタン酸化活性は100 μM以上のフェニルアセチレン存在下でも完全に阻害されないことが報告されている。そこでTY-6株のメタン酸化活性が、sMMO型かpMMO型のどちらの酵素によるものかを調べるために、フェニルアセチレンによる阻害様式を調べた。その結果、図4に示すように、フェニルアセチレン濃度依存的にメタン酸化活性の低下が見られ、TY-6株のメタン酸化活性にはsMMO型のメタン酸化酵素が関与することが示唆された。さらに、150 μM フェニルアセチレン添加でもメタン酸化活性が検出されたことから、TY-6株のメタン酸化活性にはpMMO型のメタン酸化酵素も関与することが示唆された。 In a report by Lontoh et al. (Environ. Microbiol. 2, 485-494, 2000), the methane oxidation activity of sMMO was inhibited by more than 90% in the presence of 100 μM phenylacetylene, while the methane oxidation activity of pMMO was inhibited by more than 100 μM. reported that it is not completely inhibited even in the presence of phenylacetylene. Therefore, in order to investigate whether the methane oxidation activity of the TY-6 strain is due to the sMMO type or the pMMO type enzyme, the inhibition mode by phenylacetylene was examined. As a result, as shown in FIG. 4, phenylacetylene concentration-dependent decrease in methane oxidation activity was observed, suggesting that sMMO-type methane oxidase is involved in the methane oxidation activity of the TY-6 strain. Furthermore, methane oxidation activity was detected even with the addition of 150 μM phenylacetylene, suggesting that the methane oxidation activity of the TY-6 strain also involved pMMO-type methane oxidase.

実施例5:M-pmoCABによるメタン酸化
TY-6株のメタン酸化酵素候補のうち、pMMO型であるM-pmoCAB(配列番号20~22)がメタン酸化活性をもつかどうかを調べるために、Pmoをコードする遺伝子オペロン(M-pmoCAB)を高発現するTY-6株を構築し、メタン酸化活性が向上するかどうかを調べた。まず、下記の手順に従ってM-pmoCAB発現ベクターを構築した。
Example 5: Methane oxidation by M-pmoCAB
In order to examine whether the pMMO type M-pmoCAB (SEQ ID NOS: 20-22) among the methane oxidase candidates of the TY-6 strain has methane oxidation activity, the Pmo-encoding gene operon (M-pmoCAB) was examined. We constructed a TY-6 strain that highly expresses , and examined whether the methane oxidation activity is improved. First, an M-pmoCAB expression vector was constructed according to the following procedure.

シャトルベクターpK4 (Mycrobiology 138, 1003-1010, 1992)をKpnIおよびXbaIで切断したDNA断片、SmoXのプロモーター領域(PM-smoX)をTY-6株のゲノムDNAを鋳型としてプライマーpK4-PsmoX FwおよびPsmoX-EGFP Revを用いてKOD ONEで増幅した780 bp断片、およびシャトルベクターpTipRT1(北海道システムサイエンス)のNcoI/XhoI部位にpEGFP(Clontech)由来のEGFP断片が挿入されたプラスミドを鋳型としてEGFP FwおよびEGFP-pK4 RevをプライマーとしてegfpをKOD ONEにより増幅した893 bp断片の3つの遺伝子断片を、NEBuilderを用いて連結して、pM-smoX-EGFP(配列番号47)を構築した。このpM-smoX-EGFPをTY-6株に形質転換し、EGFP発現株を構築した。 A DNA fragment obtained by cleaving the shuttle vector pK4 (Mycrobiology 138, 1003-1010, 1992) with KpnI and XbaI, the SmoX promoter region (P M-smoX ) using the genomic DNA of the TY-6 strain as a template, primers pK4-PsmoX Fw and Using a 780 bp fragment amplified with KOD ONE using PsmoX-EGFP Rev and a plasmid in which an EGFP fragment derived from pEGFP (Clontech) was inserted into the NcoI/XhoI sites of the shuttle vector pTipRT1 (Hokkaido System Science) as templates, EGFP Fw and Three gene fragments of 893 bp fragments obtained by amplifying egfp with KOD ONE using EGFP-pK4 Rev as primers were ligated using NEBuilder to construct pM-smoX-EGFP (SEQ ID NO: 47). This pM-smoX-EGFP was transformed into the TY-6 strain to construct an EGFP-expressing strain.

プライマー配列
pK4-PsmoX Fw: ATTCGAGCTCGGTACttggcccaccgcgac(配列番号48)
PsmoX-EGFP Rev: GCCCTTGCTCACCATgacacagaactccttcgtttcg(配列番号49)
EGFP Fw: ATGGTGAGCAAGGGCGAG(配列番号50)
EGFP-pK4 Rev: ggcttgccatcgactACGGCGCCGGTATCG(配列番号51)
primer sequence
pK4-PsmoX Fw: ATTCGAGCTCGGTACttggcccaccgcgac (SEQ ID NO: 48)
PsmoX-EGFP Rev: GCCCTTGCTCACCATgacacagaactccttcgtttcg (SEQ ID NO: 49)
EGFP Fw: ATGGTGAGCAAGGGCGAG (SEQ ID NO: 50)
EGFP-pK4 Rev: ggcttgccatcgactACGGCGCCGGTATCG (SEQ ID NO: 51)

次に、pM-smoX-EGFPを鋳型としてPM-smoX RvおよびEGFP_terminator Fwをプライマーとしてegfp以外の部分をKOD ONEにより増幅した3408 bp断片と、TY-6株のゲノムを鋳型としてPM-smoX-M-pmoC FwおよびM-pmoB-EGFP terminator RvをプライマーとしてM-pmoCABをKOD ONEにより増幅した3173 bp断片を、NEBuilderを用いて連結して、pM-smoX-M-pmoCAB(配列番号52)を構築した(図5(A))。このpM-smoX-M-pmoCABをTY-6株に形質転換し、M-pmoCAB発現株を構築した。pK4をTY-6に形質転換した株をコントロール(Empty Vector, EV)株として使用した。 Next, using pM-smoX-EGFP as a template, PM-smoX Rv and EGFP_terminator Fw as primers, a 3408 bp fragment was amplified by KOD ONE for portions other than egfp, and PM-smoX-M using the TY-6 strain genome as a template. A 3173 bp fragment obtained by amplifying M-pmoCAB with KOD ONE using -pmoC Fw and M-pmoB-EGFP terminator Rv as primers was ligated using NEBuilder to construct pM-smoX-M-pmoCAB (SEQ ID NO: 52). (Fig. 5(A)). This pM-smoX-M-pmoCAB was transformed into the TY-6 strain to construct an M-pmoCAB expression strain. A strain in which pK4 was transformed into TY-6 was used as a control (Empty Vector, EV) strain.

プライマー配列
PM-smoX Rv: gacacagaactccttcgtttcg(配列番号53)
PM-smoX-M-pmoC Fw: aaggagttctgtgtcatgagtacaagtcaaatcgaacagc(配列番号54)
EGFP_terminator Fw: CTCGAGCATCACCATCACC(配列番号55)
M-pmoB-EGFP terminator Rv: ATGGTGATGCTCGAGctaatgggttccgtattccgg(配列番号56)
primer sequence
PM-smoX Rv: gacacagaactccttcgtttcg (SEQ ID NO: 53)
PM-smoX-M-pmoC Fw: aaggagttctgtgtcatgagtacaagtcaaatcgaacagc (SEQ ID NO: 54)
EGFP_terminator Fw: CTCGAGCATCACCATCACC (SEQ ID NO: 55)
M-pmoB-EGFP terminator Rv: ATGGTGATGCTCGAGctaatgggttccgtattccgg (SEQ ID NO: 56)

図5(B)に示すように、PM-smoXがLB培地での遺伝子高発現に利用できることをEGFPを発現させることによって確認した。PM-smoX支配下にM-pmoCABオペロンを高発現させたところ、EV株に比べてメタン酸化活性(メタノール生成量)が向上したことから(図5(C))、TY-6株においてM-pmoCABオペロンがメタン酸化酵素をコードすることが強く示唆された。 As shown in FIG. 5(B), it was confirmed by expressing EGFP that PM-smoX can be used for high gene expression in LB medium. When the M-pmoCAB operon was highly expressed under the control of P M-smoX , the methane oxidation activity (methanol production) was improved compared to the EV strain (Fig. 5(C)). It was strongly suggested that the -pmoCAB operon encodes methane oxidase.

本発明は、メタンを原料とした有用ケミカル、例えばアクリル酸などの微生物学的生産に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for microbiological production of useful chemicals such as acrylic acid using methane as a raw material.

本明細書中で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書中にとり入れるものとする。 All publications, patents and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.


配列番号47:pM-smoX-EGFP
配列番号48:pK4-PsmoX Fw
配列番号49:PsmoX-EGFP Rev
配列番号50:EGFP Fw
配列番号51:EGFP-pK4 Rev
配列番号52:pM-smoX-M-pmoCAB
配列番号53:PM-smoX Rv
配列番号54:PM-smoX-M-pmoC Fw
配列番号55:EGFP_terminator Fw
配列番号56:M-pmoB-EGFP terminator Rv

SEQ ID NO: 47: pM-smoX-EGFP
SEQ ID NO:48: pK4-PsmoX Fw
SEQ ID NO: 49: PsmoX-EGFP Rev
SEQ ID NO: 50: EGFP Fw
SEQ ID NO: 51: EGFP-pK4 Rev
SEQ ID NO: 52: pM-smoX-M-pmoCAB
SEQ ID NO: 53: PM-smoX Rv
SEQ ID NO: 54: PM-smoX-M-pmoC Fw
SEQ ID NO: 55: EGFP_terminator Fw
SEQ ID NO: 56: M-pmoB-EGFP terminator Rv

Claims (18)

メタノールを資化せず、かつ、メタンを酸化できる微生物、又はその処理物をメタンと接触させる工程を含む、メタノールの製造方法。 A method for producing methanol, comprising a step of contacting a microorganism that does not assimilate methanol and is capable of oxidizing methane, or a processed product thereof, with methane. 微生物が、メタノールを資化せず、かつ、C2~C6のアルカンを資化できる微生物である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the microorganism is a microorganism that does not assimilate methanol and is capable of assimilating C2-C6 alkanes. 微生物が、メタノールを資化せず、かつ、Soluble Di-iron Monooxygenase (SDIMO)またはParticulate Methane Monooxygenase (pMMO)を有する微生物である、請求項1に記載の方法。 2. The method according to claim 1, wherein the microorganism is a microorganism that does not assimilate methanol and has Soluble Di-iron Monooxygenase (SDIMO) or Particulate Methane Monooxygenase (pMMO). 微生物が、Gordonia属に属する微生物、Mycolicibacterium属に属する微生物、Mycobacterium属に属する微生物、Nocardioides属に属する微生物、Pseudonocardia属に属する微生物、Rhodococcus属に属する微生物、Beijerinckia属に属する微生物、Methylibium属に属する微生物、Bradyrhizobium属に属する微生物、Rhodobacter属に属する微生物、Burkholderia属に属する微生物、Pseudomonas属に属する微生物、及びXanthobacter属に属する微生物からなる選ばれる少なくとも一種の微生物である、請求項1に記載の方法。 The microorganism belongs to the genus Gordonia, the genus Mycolicibacterium, the genus Mycobacterium, the genus Nocardioides, the genus Pseudonocardia, the genus Rhodococcus, the genus Beijerinckia, the genus Methylibium , a microorganism belonging to the genus Bradyrhizobium, a microorganism belonging to the genus Rhodobacter, a microorganism belonging to the genus Burkholderia, a microorganism belonging to the genus Pseudomonas, and a microorganism belonging to the genus Xanthobacter. 微生物がプロパン資化性菌である、請求項1に記載の方法。 2. The method according to claim 1, wherein the microorganism is a propane-utilizing bacterium. 微生物が、下記のa)~l)の少なくとも一種のメタン酸化酵素を発現する微生物である、請求項1に記載の方法:
a)配列番号1~4に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素
b)配列番号1~4に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
c)配列番号5~8に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
d)配列番号5~8に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
e)配列番号9~12に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
f)配列番号9~12に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
g)配列番号13~16に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
h)配列番号13~16に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
i)配列番号17~19に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン
酸化酵素、
j)配列番号17~19に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
k)配列番号20~22に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
l)配列番号20~22に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素。
The method according to claim 1, wherein the microorganism expresses at least one of the following a) to l) methane oxidases:
a) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 1-4; methane oxidase, including peptides;
c) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 5-8;
d) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS:5-8;
e) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 9-12;
f) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 9-12;
g) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 13-16;
h) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 13-16;
i) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 17-19;
j) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS: 17-19;
k) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 20-22;
l) A methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS:20-22.
微生物が、Gordonia属に属し、配列番号45に示される塩基配列と80%以上の同一性を示す塩基配列からなる16S rRNA遺伝子を有し、かつ、メタン酸化能を有する微生物である、請求項1に記載の方法。 Claim 1, wherein the microorganism belongs to the genus Gordonia, has a 16S rRNA gene consisting of a nucleotide sequence showing 80% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 45, and has the ability to oxidize methane. The method described in . 微生物がGordonia sp. TY-5(受託番号:NITE BP-03486)である、請求項7に記載の方法。 8. The method according to claim 7, wherein the microorganism is Gordonia sp. TY-5 (accession number: NITE BP-03486). 微生物が、Mycolicibacterium属に属し、かつ、配列番号46に示される塩基配列と80%以上の同一性を有する塩基配列からなる16S rRNA遺伝子を有し、かつ、メタン酸化能を有する微生物である、請求項1に記載の方法。 Claims that the microorganism belongs to the genus Mycolicibacterium, has a 16S rRNA gene consisting of a nucleotide sequence having 80% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 46, and has the ability to oxidize methane. Item 1. The method according to item 1. 微生物がMycolicibacterium sp. TY-6(受託番号:NITE BP-03487)である、請求項9に記載の方法。 10. The method according to claim 9, wherein the microorganism is Mycolicibacterium sp. TY-6 (accession number: NITE BP-03487). 下記のa)~l)のいずれかに記載されるメタン酸化酵素をコードする遺伝子を含む、形質転換体:
a)配列番号1~4に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素
b)配列番号1~4に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
c)配列番号5~8に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
d)配列番号5~8に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
e)配列番号9~12に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
f)配列番号9~12に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
g)配列番号13~16に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
h)配列番号13~16に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
i)配列番号17~19に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン
酸化酵素、
j)配列番号17~19に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素、
k)配列番号20~22に示される各アミノ酸配列を有するポリペプチドを含む、メタン酸化酵素、
l)配列番号20~22に示される各アミノ酸配列と80%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を含む、メタン酸化酵素。
A transformant containing a gene encoding a methane oxidase according to any one of a) to l) below:
a) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 1-4; methane oxidase, including peptides;
c) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 5-8;
d) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS:5-8;
e) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 9-12;
f) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 9-12;
g) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 13-16;
h) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 13-16;
i) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 17-19;
j) a methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS: 17-19;
k) a methane oxidase comprising a polypeptide having each amino acid sequence shown in SEQ ID NOS: 20-22;
l) A methane oxidase comprising a polypeptide having an amino acid sequence having 80% or more identity with each of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS:20-22.
形質転換体がメタノール資化性菌である、請求項11に記載の形質転換体。 12. The transformant according to claim 11, which is a methanol-assimilating bacterium. メタノール資化性菌が、Komagataella属に属する微生物、Candida属に属する微生物、Ogataea属に属する微生物、Kuraishia属に属する微生物、Pseudomonas属に属する微生物、Methylomonas属に属する微生物、Methylobacterium属に属する微生物、Methylorubrum属に属する微生物から選ばれるいずれかの微生物である、請求項12に記載の形質転換体。 Methanol-utilizing bacteria include microorganisms belonging to the genus Komagataella, microorganisms belonging to the genus Candida, microorganisms belonging to the genus Ogataea, microorganisms belonging to the genus Kuraishia, microorganisms belonging to the genus Pseudomonas, microorganisms belonging to the genus Methylomonas, microorganisms belonging to the genus Methylobacterium, and microorganisms belonging to the genus Methylorubrum. 13. The transformant according to claim 12, which is any microorganism selected from microorganisms belonging to the genus. メタノール資化性菌が、Komagataella phaffii (Pichia pastoris) 、Candida boidinii、Ogataea (Hansenula) polymorpha、Ogataea (Pichia) methanolica、及びOgataea minutaから選ばれるいずれかの微生物である、請求項13に記載の形質転換体。 14. The transformant according to claim 13, wherein the methanol-assimilating bacterium is any microorganism selected from Komagataella phaffii (Pichia pastoris), Candida boidinii, Ogataea (Hansenula) polymorpha, Ogataea (Pichia) methanolica, and Ogataea minuta. body. 請求項11~14のいずれか一項に記載の形質転換体とメタンとを接触させる工程を含む、有機酸またはアルコールの製造方法。 A method for producing an organic acid or alcohol, comprising the step of contacting the transformant according to any one of claims 11 to 14 with methane. メタノール資化性菌の存在下において、メタノールを資化せず、かつ、メタンを酸化できる微生物、又はその処理物をメタンと接触させる工程を含む、有機酸またはアルコールの製造方法。 A method for producing an organic acid or alcohol, comprising a step of contacting a microorganism that does not assimilate methanol and can oxidize methane, or a processed product thereof, with methane in the presence of a methanol-assimilating bacterium. メタノール資化性菌が、Komagataella属に属する微生物、Candida属に属する微生物、Ogataea属に属する微生物、Kuraishia属に属する微生物、Pseudomonas属に属する微生物、Methylomonas属に属する微生物、Methylobacterium属に属する微生物、Methylorubrum属に属する微生物から選ばれるいずれかの微生物である、請求項16に記載の方法。 Methanol-utilizing bacteria include microorganisms belonging to the genus Komagataella, microorganisms belonging to the genus Candida, microorganisms belonging to the genus Ogataea, microorganisms belonging to the genus Kuraishia, microorganisms belonging to the genus Pseudomonas, microorganisms belonging to the genus Methylomonas, microorganisms belonging to the genus Methylobacterium, and microorganisms belonging to the genus Methylorubrum. 17. The method according to claim 16, wherein the microorganism is any microorganism selected from genus microorganisms. メタノール資化性菌が、Komagataella phaffii (Pichia pastoris)、Candida boidinii、Ogataea (Hansenula) polymorpha、Ogataea (Pichia) methanolica、及びOgataea minutaから選ばれるいずれかの微生物である、請求項16に記載の方法。 17. The method according to claim 16, wherein the methanol-utilizing fungus is any microorganism selected from Komagataella phaffii (Pichia pastoris), Candida boidinii, Ogataea (Hansenula) polymorpha, Ogataea (Pichia) methanolica, and Ogataea minuta.
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