JP2023144366A - GENETICALLY ENGINEERED MICROBE FOR PRODUCING 3-HYDROXYADIPIC ACID AND/OR α-HYDROMUCONIC ACID, AND METHOD FOR PRODUCING THE CHEMICAL - Google Patents

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Keisuke Morita
匡平 磯部
Kyohei Isobe
健司 河村
Kenji Kawamura
勝成 山田
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Abstract

To provide a novel genetically engineered microbe that can improve the accumulation levels of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid.SOLUTION: A genetically engineered microbe is a microbe having the ability to produce 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid. For the microbe, the reaction to form acetyl-CoA from pyruvic acid is enhanced, and the reaction to form carbon dioxide from formic acid is also enhanced.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を高生産する遺伝子改変微生物および当該遺伝子改変微生物を用いた3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸の製造方法に関する。 The present invention relates to a genetically modified microorganism that produces a high amount of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid, and a method for producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid using the genetically modified microorganism.

3-ヒドロキシアジピン酸(IUPAC名:3-hydroxyhexanedioic acid)およびα-ヒドロムコン酸(IUPAC名:(E)-hex-2-enedioic acid)は炭素数6のジカルボン酸である。これらは多価アルコールと重合することでポリエステルとして、また多価アミンと重合することでポリアミドの原料として用いることができる。また、これらの末端にアンモニアを付加してラクタム化した化合物もポリアミドの原料として用いることができる。 3-Hydroxyadipic acid (IUPAC name: 3-hydroxyhexanedioic acid) and α-hydromuconic acid (IUPAC name: (E)-hex-2-enedioic acid) are dicarboxylic acids having 6 carbon atoms. These can be used as polyesters by polymerizing with polyhydric alcohols, and as raw materials for polyamides by polymerizing with polyvalent amines. Furthermore, compounds obtained by adding ammonia to these terminals to form lactams can also be used as raw materials for polyamide.

代謝経路を改変した遺伝子改変微生物を利用した3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸の製造に関連する文献として、特許文献1には、3-オキソアジピル-CoAから3-ヒドロキシアジピル-CoAへの還元反応を触媒する優れた活性を示すポリペプチドを用いた3-ヒドロキシアジピン酸、α-ヒドロムコン酸および/またはアジピン酸の製造方法が記載されており、これら物質の生合成経路として、3-オキソアジピル-CoAを3-ヒドロキシアジピル-CoAへと還元する酵素反応を経由するとの記載がある。また、特許文献2には、3-オキソアジピル-CoAから3-ヒドロキシアジピル-CoAへの還元反応を触媒する優れた活性を示すポリペプチドを用いるとともに、ピルビン酸キナーゼの機能を欠損させた遺伝子改変微生物による3-ヒドロキシアジピン酸、α-ヒドロムコン酸および/またはアジピン酸の製造方法が記載されている。 As a document related to the production of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid using genetically modified microorganisms with modified metabolic pathways, Patent Document 1 describes the production of 3-hydroxyadipyl-CoA from 3-oxoadipyl-CoA. A method for producing 3-hydroxyadipic acid, α-hydromuconic acid and/or adipic acid using a polypeptide that exhibits excellent activity of catalyzing the reduction reaction to There is a description that the process involves an enzymatic reaction that reduces -oxoadipyl-CoA to 3-hydroxyadipyl-CoA. Furthermore, Patent Document 2 uses a polypeptide that exhibits an excellent activity of catalyzing the reduction reaction from 3-oxoadipyl-CoA to 3-hydroxyadipyl-CoA, and genetically modified the pyruvate kinase function to be deleted. A process for the production of 3-hydroxyadipic acid, α-hydromuconic acid and/or adipic acid by microorganisms is described.

特許文献3には、ピルビン酸キナーゼの機能が欠損し、さらに3-オキソアジピル-CoAから3-ヒドロキシアジピル-CoAへの反応およびホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼの活性を強化した遺伝子改変微生物による3-ヒドロキシアジピン酸、α-ヒドロムコン酸および/またはアジピン酸の製造方法が記載されている。 Patent Document 3 describes the production of 3-3 by a genetically modified microorganism that lacks the function of pyruvate kinase and further enhances the reaction from 3-oxoadipyl-CoA to 3-hydroxyadipyl-CoA and the activity of phosphoenolpyruvate carboxykinase. A method for producing hydroxyadipic acid, α-hydromuconic acid and/or adipic acid is described.

WO2019/107516号WO2019/107516 WO2020/230718号WO2020/230718 WO2020/230719号WO2020/230719

前述の通り、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を製造する能力を有する微生物を利用した3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を製造において、当該微生物の代謝経路を改変することによって3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸の生産性を高める技術が確立しているが、これまでに知られていない3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸の蓄積濃度向上に寄与する代謝関連遺伝子を改変することで、さらなる生産性向上が期待できる。 As mentioned above, in the production of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid using a microorganism capable of producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid, the metabolic pathway of the microorganism is modified. Although a technology has been established to increase the productivity of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid by increasing the productivity of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid, it has not been known until now to improve the accumulated concentration of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid. Further improvements in productivity can be expected by modifying metabolism-related genes that contribute to

そこで本発明では、これまでに知られていない3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸の蓄積濃度向上に寄与する代謝関連遺伝子を同定し、当該代謝関連遺伝子が関与する代謝経路を改変することで、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸の蓄積濃度が向上した新規の遺伝子改変微生物を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, we identify a hitherto unknown metabolism-related gene that contributes to increasing the accumulated concentration of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid, and modify the metabolic pathway in which the metabolism-related gene is involved. Thus, the present invention aims to provide a novel genetically modified microorganism that has an improved accumulation concentration of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid.

本発明者は上記目的を達成するため鋭意検討した結果、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を製造する能力を有する微生物において、遺伝子改変によって代謝経路中のピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応を強化することに加えて、代謝経路中のギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化することで、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸の蓄積濃度が向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that acetyl-CoA can be extracted from pyruvate in the metabolic pathway by genetic modification in microorganisms capable of producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid. In addition to strengthening the reaction that generates carbon dioxide from formic acid in the metabolic pathway, we have found that the accumulated concentration of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid can be increased by strengthening the reaction that generates carbon dioxide from formic acid. , we have completed the present invention.

すなわち、本発明は以下の(1)から(12)で構成される。
(1)3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を製造する能力を有する微生物において、ピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応を強化し、かつ、ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化した、遺伝子改変微生物。
(2)前記ピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応の強化が、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体が触媒する反応の強化および/またはピルビン酸ギ酸リアーゼが触媒する反応の強化である、(1)に記載の遺伝子改変微生物。
(3)前記ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体が触媒する反応の強化が、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体の発現量の増大および/またはピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体の活性増強による強化である、(2)に記載の遺伝子改変微生物。
(4)前記ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体の発現量の増大が、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体転写抑制因子の機能を低下させることにより行われる、(3)に記載の遺伝子改変微生物。
(5)前記ピルビン酸ギ酸リアーゼが触媒する反応の強化が、ピルビン酸ギ酸リアーゼの発現量の増大による強化により行われる、(2)に記載の遺伝子改変微生物。
(6)前記ギ酸から二酸化炭素を生成する反応の強化が、ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を触媒する酵素の発現量の増大である、(1)から(5)のいずれかに記載の遺伝子改変微生物。
(7)前記ギ酸から二酸化炭素を生成する反応の強化が、NADH産生型ギ酸デヒドロゲナーゼが触媒する反応の強化である、(1)から(6)のいずれかに記載の遺伝子改変微生物。
(8)さらに3-オキソアジピル-CoAを還元して3-ヒドロキシアジピル-CoAを生成する反応を強化した、(1)から(7)のいずれかに記載の遺伝子改変微生物。
(9)ホスホケトラーゼ経路による糖代謝をしない微生物である、(1)から(8)のいずれかに記載の遺伝子改変微生物。
(10)(1)から(9)のいずれかに記載の遺伝子改変微生物を培養する工程を含む、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸の製造方法。
(11)遺伝子改変により、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を製造する能力を有する微生物のピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応を強化する工程、および、ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化する工程を含む、遺伝子改変微生物の製造方法。
(12)さらに遺伝子改変により3-オキソアジピル-CoAを還元して3-ヒドロキシアジピル-CoAを生成する反応を強化する工程を含む、(11)に記載の遺伝子改変微生物の製造方法。
That is, the present invention is comprised of the following (1) to (12).
(1) In microorganisms that have the ability to produce 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid, enhance the reaction that produces acetyl-CoA from pyruvic acid and enhance the reaction that produces carbon dioxide from formic acid. Genetically modified microorganisms.
(2) The enhancement of the reaction that produces acetyl-CoA from pyruvate is enhancement of the reaction catalyzed by a pyruvate dehydrogenase complex and/or the enhancement of the reaction catalyzed by pyruvate formate lyase. genetically modified microorganisms.
(3) The gene according to (2), wherein the reaction catalyzed by the pyruvate dehydrogenase complex is enhanced by increasing the expression level of the pyruvate dehydrogenase complex and/or enhancing the activity of the pyruvate dehydrogenase complex. Modified microorganisms.
(4) The genetically modified microorganism according to (3), wherein the expression level of the pyruvate dehydrogenase complex is increased by reducing the function of a pyruvate dehydrogenase complex transcription repressor.
(5) The genetically modified microorganism according to (2), wherein the reaction catalyzed by pyruvate formate lyase is enhanced by increasing the expression level of pyruvate formate lyase.
(6) The gene according to any one of (1) to (5), wherein the enhancement of the reaction that generates carbon dioxide from formic acid is an increase in the expression level of an enzyme that catalyzes the reaction that generates carbon dioxide from formic acid. Modified microorganisms.
(7) The genetically modified microorganism according to any one of (1) to (6), wherein the enhancement of the reaction for producing carbon dioxide from formic acid is enhancement of the reaction catalyzed by NADH-producing formate dehydrogenase.
(8) The genetically modified microorganism according to any one of (1) to (7), which further enhances the reaction of reducing 3-oxoadipyl-CoA to produce 3-hydroxyadipyl-CoA.
(9) The genetically modified microorganism according to any one of (1) to (8), which is a microorganism that does not metabolize sugar through the phosphoketolase pathway.
(10) A method for producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid, comprising the step of culturing the genetically modified microorganism according to any one of (1) to (9).
(11) A step of enhancing the reaction of a microorganism capable of producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid to produce acetyl-CoA from pyruvic acid through genetic modification, and producing carbon dioxide from formic acid. A method for producing a genetically modified microorganism, which includes a step of enhancing a reaction to produce a genetically modified microorganism.
(12) The method for producing a genetically modified microorganism according to (11), further comprising a step of enhancing the reaction of reducing 3-oxoadipyl-CoA to produce 3-hydroxyadipyl-CoA by genetic modification.

3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を製造する能力を有する微生物において、ピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応を強化し、かつ、ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化する遺伝子改変により、当該遺伝子を改変していない親株の微生物と比較して、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を高い蓄積濃度で生産することができる。 Genetic modification that enhances the reaction of producing acetyl-CoA from pyruvic acid and the reaction of producing carbon dioxide from formic acid in a microorganism capable of producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid. As a result, 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid can be produced at a higher cumulative concentration than the parent microorganism strain in which the gene has not been modified.

以下、本明細書では3-ヒドロキシアジピン酸を3HA、α-ヒドロムコン酸をHMAと略すことがある。また、3-オキソアジピル-CoAを3OA-CoA、3-ヒドロキシアジピル-CoAを3HA-CoA、2,3-デヒドロアジピル-CoAをHMA-CoAと略すことがある。また、ホスホエノールピルビン酸をPEPと略すことがある。また、3-オキソアジピル-CoAを還元して3-ヒドロキシアジピル-CoAを生成する反応を触媒する酵素を「3-オキソアジピル-CoAレダクターゼ」と記載する場合がある。また、aceE、aceFおよびlpd遺伝子がコードするタンパク質の複合体をピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体と記載し、PDHcと略すことがある。また、aceE、aceFおよびlpd遺伝子を総称してPDHc遺伝子群と記載することがある。また、ピルビン酸ギ酸リアーゼおよびピルビン酸ギ酸リアーゼ活性化酵素を総称してピルビン酸ギ酸リアーゼと記載し、PFLと略すことがある。また、機能を持つポリペプチドをコードする核酸のことを遺伝子と記載することがある。 Hereinafter, in this specification, 3-hydroxyadipic acid may be abbreviated as 3HA, and α-hydromuconic acid may be abbreviated as HMA. Further, 3-oxoadipyl-CoA may be abbreviated as 3OA-CoA, 3-hydroxyadipyl-CoA as 3HA-CoA, and 2,3-dehydroadipyl-CoA as HMA-CoA. In addition, phosphoenolpyruvate may be abbreviated as PEP. Furthermore, an enzyme that catalyzes the reaction of reducing 3-oxoadipyl-CoA to produce 3-hydroxyadipyl-CoA may be referred to as "3-oxoadipyl-CoA reductase." Further, a complex of proteins encoded by the aceE, aceF, and lpd genes is referred to as a pyruvate dehydrogenase complex, and may be abbreviated as PDHc. Furthermore, the aceE, aceF, and lpd genes may be collectively referred to as the PDHc gene group. Furthermore, pyruvate formate lyase and pyruvate formate lyase activating enzyme are collectively referred to as pyruvate formate lyase, and may be abbreviated as PFL. Furthermore, a nucleic acid encoding a functional polypeptide is sometimes referred to as a gene.

本発明の遺伝子改変微生物は、以下の代謝経路に示されるとおりアセチル-CoAおよびスクシニル-CoAを中間体として、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を生合成することができる。グルコースからアセチル-CoAまでの代謝経路は解糖系、スクシニル-CoAまでの代謝経路はTCA回路、およびPEPからオキサロ酢酸を生成する補充経路と還元的TCA回路からなる代謝経路として周知である。 The genetically modified microorganism of the present invention can biosynthesize 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid using acetyl-CoA and succinyl-CoA as intermediates as shown in the metabolic pathway below. It is well known that the metabolic pathway from glucose to acetyl-CoA is glycolysis, the metabolic pathway to succinyl-CoA is TCA cycle, and the metabolic pathway consists of a replenishment pathway that generates oxaloacetate from PEP and a reductive TCA cycle.

Figure 2023144366000001
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アセチル-CoAおよびスクシニル-CoAから3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を生産する代謝経路を、代謝産物を化学式で表示したものを以下に示す。ここで、反応Aは、アセチル-CoAおよびスクシニル-CoAから3-オキソアジピル-CoAを生成する反応を示す。反応Bは、3-オキソアジピル-CoAを還元して3-ヒドロキシアジピル-CoAを生成する反応を示す。反応Cは、3-ヒドロキシアジピル-CoAから2,3-デヒドロアジピル-CoAを生成する反応を示す。反応Dは、3-ヒドロキシアジピル-CoAから3-ヒドロキシアジピン酸を生成する反応を示す。反応Eは、2,3-デヒドロアジピル-CoAからα-ヒドロムコン酸を生成する反応を示す。以下の代謝経路での各反応を触媒する酵素、ならびに以下の代謝経路を利用した3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を生産する能力を有する微生物を創出する方法は、WO2019/107516号に詳述されている。 The metabolic pathway for producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid from acetyl-CoA and succinyl-CoA, with the metabolites represented by chemical formulas, is shown below. Here, reaction A indicates a reaction for producing 3-oxoadipyl-CoA from acetyl-CoA and succinyl-CoA. Reaction B shows the reduction of 3-oxoadipyl-CoA to produce 3-hydroxyadipyl-CoA. Reaction C shows the reaction of producing 2,3-dehydroadipyl-CoA from 3-hydroxyadipyl-CoA. Reaction D shows the reaction of producing 3-hydroxyadipic acid from 3-hydroxyadipyl-CoA. Reaction E shows the reaction of producing α-hydromuconic acid from 2,3-dehydroadipyl-CoA. A method for creating microorganisms having the ability to produce enzymes that catalyze each reaction in the following metabolic pathways and 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid using the following metabolic pathways is disclosed in WO2019/107516. detailed in.

Figure 2023144366000002
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本発明でピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応を強化する1つの方法としては、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体(PDHc)が触媒する反応を強化することが挙げられる。強化の対象であるPDHcは、ピルビン酸からアセチル-CoAを生成する触媒活性を有しており、例えば、Escherichia属やSerratia属などのバクテリアでは、PDHcはpyruvate dehydrogenase(E1、EC1.2.4.1)、dihydrolipoyl transacetylase(E2、EC2.3.1.12)、およびdihydrolipoyl dehydrogenase(E3、EC1.8.1.4)のサブユニットから構成され、それぞれaceE、aceF、lpd遺伝子にコードされている。PDHcは全体としてピルビン酸、補酵素AおよびNAD+からアセチル-CoA、CO、およびNADHを生成する反応を触媒する。これらのPDHc遺伝子群はオペロンを形成しており、PDHc遺伝子群の発現はpdhR遺伝子にコードされるPDHc転写抑制因子(PdhR)により制御されている。PdhR存在下ではPDHc遺伝子群の転写が抑制されるため、PDHcの発現量は低下する。一方、PdhR非存在下ではPDHc遺伝子群の転写は阻害されず、PDHcの発現量は増大する。 One method of enhancing the reaction of producing acetyl-CoA from pyruvate in the present invention is to enhance the reaction catalyzed by the pyruvate dehydrogenase complex (PDHc). PDHc, which is the target of enhancement, has a catalytic activity that generates acetyl-CoA from pyruvate. For example, in bacteria such as Escherichia and Serratia, PDHc is a catalytic activity that generates acetyl-CoA from pyruvate. 1), dihydrolipoyl transacetylase (E2, EC2.3.1.12), and dihydrolipoyl dehydrogenase (E3, EC1.8.1.4), which are encoded by the aceE, aceF, and lpd genes, respectively. . PDHc collectively catalyzes the reactions that produce acetyl-CoA, CO 2 , and NADH from pyruvate, coenzyme A, and NAD+. These PDHc gene groups form an operon, and the expression of the PDHc gene group is controlled by the PDHc transcription repressor (PdhR) encoded by the pdhR gene. In the presence of PdhR, transcription of the PDHc gene group is suppressed, so the expression level of PDHc decreases. On the other hand, in the absence of PdhR, transcription of the PDHc gene group is not inhibited, and the expression level of PDHc increases.

PDHcの具体例としては、NCBI(National Center for Biotechnology Information)やKEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)などにおける公共データベース上でBLAST検索してPDHcとしてヒットするポリペプチドが挙げられるが、好ましい具体例として、Escherichia coli str.K-12 substr. MG1655株由来のAceE(NCBI-ProteinID:NP_414656)、AceF(NCBI-ProteinID:NP_414657)、Lpd(NCBI-ProteinID:NP_414658)や、Serratia grimesii NBRC13537株由来のAceE(配列番号1)、AceF(配列番号2)、Lpd(配列番号3)、Klebsiella pneumoniae subsp.pneumoniae MGH 78578株由来のLpdA(NCBI-ProteinID:ABR75580)などが挙げられる。 A specific example of PDHc is a BLAST search on public databases such as NCBI (National Center for Biotechnology Information) and KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes). Examples include polypeptides that hit as DHc, and preferred specific examples include , Escherichia coli str. K-12 substr. AceE (NCBI-Protein ID: NP_414656), AceF (NCBI-Protein ID: NP_414657), Lpd (NCBI-Protein ID: NP_414658) derived from the MG1655 strain, and Serratia grimesii N AceE (SEQ ID NO: 1) and AceF (SEQ ID NO: 2) derived from BRC13537 strain ), Lpd (SEQ ID NO: 3), Klebsiella pneumoniae subsp. Examples include LpdA (NCBI-Protein ID: ABR75580) derived from P. pneumoniae MGH 78578 strain.

PDHc転写抑制因子の具体例としては、NCBIやKEGGなどにおける公共データベース上でBLAST検索してPDHc転写抑制因子としてヒットするポリペプチドが挙げられるが、好ましい具体例として、Escherichia coli str.K-12 substr.MG1655株由来のPdhR(NCBI-ProteinID:NP_414655)や、Serratia grimesii NBRC13537株由来のPdhR(配列番号4)などが挙げられる。 Specific examples of PDHc transcriptional repressors include polypeptides that are found as PDHc transcriptional repressors by BLAST searches on public databases such as NCBI and KEGG; preferred specific examples include Escherichia coli str. K-12 substr. Examples include PdhR derived from the MG1655 strain (NCBI-Protein ID: NP_414655) and PdhR derived from the Serratia grimesii NBRC13537 strain (SEQ ID NO: 4).

PDHcが触媒する反応を強化する方法としては、例えば、PDHcを構成する少なくとも1つ以上のサブユニットの発現量を増加させることが挙げられる。PDHcを構成する少なくとも1つ以上のサブユニットの発現量を増加させる方法としては、例えば、PDHc遺伝子群を構成する少なくとも1つ以上の遺伝子を宿主微生物の菌体外から菌体内へと導入したり、当該遺伝子群のコピー数を増加させたり、当該遺伝子群のコーディング領域上流のプロモーター領域やリボソーム結合配列を改変させたりする方法などが挙げられる。これらの方法は単独で行ってもよいし、組み合わせてもよい。また、PDHcの発現量増加は、PDHc転写抑制因子の機能低下によっても行うことができる。 Examples of methods for enhancing the reaction catalyzed by PDHc include increasing the expression level of at least one or more subunits that constitute PDHc. Examples of methods for increasing the expression level of at least one or more subunits constituting PDHc include introducing at least one or more genes constituting the PDHc gene group from outside the host microbial cell into the microbial cell. Examples include methods of increasing the copy number of the gene group, or modifying the promoter region or ribosome binding sequence upstream of the coding region of the gene group. These methods may be performed alone or in combination. Furthermore, the expression level of PDHc can be increased by decreasing the function of a PDHc transcription repressor.

PDHcが触媒する反応を増強する別の方法としては、例えば、PDHcの活性を増強することが挙げられる。PDHcの活性を増強するには、PDHcを構成する少なくとも1つ以上の酵素の触媒活性を増強すればよい。PDHc活性を増強する具体的な方法としては、例えば、NADHに対する感受性を低減することが挙げられる。NADHに対する感受性が低減されたとは、例えば、その酵素のNADHに対するKI値がコントロールに対して2倍以上高いことを指す。NADHに対する感受性を低減したPDHcは、Kimら、J. Bacteriol. 190:3851-3858(2008))に記載されたEscherichia coli str.K-12由来Lpd(NCBI-ProteinID:NP_414658)におけるE354Kおよび/またはH322Y変異体や、嫌気環境下で機能することが知られているKlebsiella pneumoniae由来のLpd(NCBI-ProteinID:ABR75580)またはその一部を用いることで得られる。触媒活性が増強された当該酵素遺伝子は、製造に用いる微生物が本来有している野生型遺伝子と置き換えてもよいし、共存させてもよい。また、当該酵素遺伝子のコピー数を増加させてもよいし、当該酵素遺伝子のコーディング領域上流のプロモーター領域やリボソーム結合配列を改変させてもよい。これらの方法は単独で行ってもよいし、組み合わせてもよい。 Another method of enhancing the reaction catalyzed by PDHc includes, for example, enhancing the activity of PDHc. In order to enhance the activity of PDHc, the catalytic activity of at least one enzyme constituting PDHc may be enhanced. A specific method for enhancing PDHc activity includes, for example, reducing sensitivity to NADH. Decreased sensitivity to NADH means, for example, that the KI value of the enzyme for NADH is twice or more higher than that of the control. PDHc with reduced sensitivity to NADH has been described by Kim et al., J. Bacteriol. 190:3851-3858 (2008)). E354K and/or H322Y mutants in K-12-derived Lpd (NCBI-Protein ID: NP_414658), Klebsiella pneumoniae-derived Lpd (NCBI-Protein ID: ABR75580), which is known to function in an anaerobic environment, or a part thereof It can be obtained by using The enzyme gene with enhanced catalytic activity may be replaced with the wild-type gene originally possessed by the microorganism used for production, or may coexist with it. Furthermore, the copy number of the enzyme gene may be increased, or the promoter region or ribosome binding sequence upstream of the coding region of the enzyme gene may be modified. These methods may be performed alone or in combination.

本発明でピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応を強化するもう1つの方法としては、ピルビン酸ギ酸リアーゼが触媒する反応を強化することが挙げられる。強化の対象であるピルビン酸ギ酸リアーゼは、ピルビン酸からアセチル-CoAを生成する触媒活性を有していれば特に制限されないが、例えばEscherichia属やSerratia属などのバクテリアでは、ピルビン酸ギ酸リアーゼ(Pyruvate formate-lyase、EC2.3.1.54)はピルビン酸ギ酸リアーゼ活性化酵素(Pyruvate formate-lyase activating enzyme、EC1.97.1.4)存在下で機能し、それぞれpflB、pflA遺伝子にコードされている。ピルビン酸ギ酸リアーゼはピルビン酸および補酵素Aからアセチル-CoAおよびギ酸を生成する反応を触媒する。pflBおよびpflAはオペロンを形成している。 Another method of enhancing the reaction of producing acetyl-CoA from pyruvate in the present invention is to enhance the reaction catalyzed by pyruvate formate lyase. Pyruvate formate lyase, which is the target of enhancement, is not particularly limited as long as it has catalytic activity to generate acetyl-CoA from pyruvate. formate-lyase, EC2.3.1.54) functions in the presence of pyruvate-formate-lyase activating enzyme (EC1.97.1.4), which are encoded by the pflB and pflA genes, respectively. ing. Pyruvate formate lyase catalyzes the reaction that produces acetyl-CoA and formate from pyruvate and coenzyme A. pflB and pflA form an operon.

ピルビン酸ギ酸リアーゼの具体例としては、NCBIやKEGGなどにおける公共データベース上でBLAST検索してピルビン酸ギ酸リアーゼとしてヒットするポリペプチドが挙げられるが、好ましい具体例として、Escherichia coli str.K-12 substr.MG1655株由来のPflB(NCBI-ProteinID:NP_415423)、PflA(NCBI-ProteinID:NP_415422)や、Serratia grimesii NBRC13537株由来のPflB(配列番号5)、PflA(配列番号6)などが挙げられる。 Specific examples of pyruvate formate lyase include polypeptides that are found as pyruvate formate lyase in a BLAST search on public databases such as NCBI and KEGG; preferred specific examples include Escherichia coli str. K-12 substr. PflB (NCBI-Protein ID: NP_415423) and PflA (NCBI-Protein ID: NP_415422) derived from MG1655 strain, and PflB (SEQ ID NO: 5) and PflA (SEQ ID NO: 6) derived from Serratia grimesii NBRC13537 strain. Examples include.

ピルビン酸ギ酸リアーゼが触媒する反応を強化する方法としては、例えば、ピルビン酸ギ酸リアーゼ自体の触媒活性を増強することや、ピルビン酸ギ酸リアーゼの発現量を増加させることが挙げられるが、ピルビン酸ギ酸リアーゼの発現量を増加させることが好ましい。ピルビン酸ギ酸リアーゼの発現量を増加させる方法としては、例えば、ピルビン酸ギ酸リアーゼ遺伝子を宿主微生物の菌体外から菌体内へと導入したり、当該遺伝子のコピー数を増加させたり、当該遺伝子のコーディング領域上流のプロモーター領域やリボソーム結合配列を改変させたりする方法などが挙げられる。これらの方法は単独で行ってもよいし、組み合わせてもよい。 Examples of methods for enhancing the reaction catalyzed by pyruvate formate lyase include enhancing the catalytic activity of pyruvate formate lyase itself and increasing the expression level of pyruvate formate lyase. It is preferable to increase the expression level of lyase. Methods for increasing the expression level of pyruvate formate lyase include, for example, introducing the pyruvate formate lyase gene from outside the host microorganism into the host microorganism, increasing the copy number of the gene, or increasing the number of copies of the gene. Examples include methods of modifying the promoter region or ribosome binding sequence upstream of the coding region. These methods may be performed alone or in combination.

本発明は、ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化することを特徴とする。ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化する1つの方法としては、ギ酸水素リアーゼ複合体が触媒する反応を強化することが挙げられる。ギ酸水素リアーゼ複合体はギ酸から二酸化炭素を生成する過程で水素を発生させる反応を触媒する。ギ酸水素リアーゼ複合体の好ましい具体例として、Escherichia属などのバクテリアにおけるfdhF遺伝子によってコードされるギ酸デヒドロゲナーゼH(formate dehydrogenase-H、EC 1.17.98.4)とhycB、hycC、hycD、hycE、hycFおよびhycG遺伝子がコードする7つのポリペプチドのサブユニットで構成されるギ酸水素リアーゼ複合体(formate hydrogenlyase complex、EC 1.17.98.4)が挙げられる。 The present invention is characterized by enhancing the reaction of producing carbon dioxide from formic acid. One way to enhance the reaction that produces carbon dioxide from formic acid is to enhance the reaction catalyzed by the hydrogen formate lyase complex. The hydrogen formate lyase complex catalyzes the reaction that generates hydrogen during the production of carbon dioxide from formic acid. Preferred specific examples of the hydrogen formate lyase complex include formate dehydrogenase-H (EC 1.17.98.4) encoded by the fdhF gene in bacteria such as Escherichia, hycB, hycC, hycD, hycE, One example is the formate hydrogen lyase complex (EC 1.17.98.4), which is composed of seven polypeptide subunits encoded by the hycF and hycG genes.

ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化する別の方法としては、ギ酸デヒドロゲナーゼOおよび/またはギ酸デヒドロゲナーゼNが触媒する反応を強化することが挙げられる。ギ酸デヒドロゲナーゼOおよび/またはギ酸デヒドロゲナーゼNはギ酸から二酸化炭素を生成する過程でキノン類を還元させる反応を触媒する。ギ酸デヒドロゲナーゼOおよび/またはギ酸デヒドロゲナーゼNの好ましい具体例として、Escherichia属などのバクテリアにおけるfdoG、fdoHおよびfdoI遺伝子がコードする3つのポリペプチドのサブユニットで構成されるギ酸デヒドロゲナーゼO(formate dehydrogenase-O、EC 1.17.5.3)、ならびに、fdnG、fdnHおよびfdnI遺伝子がコードする3つのポリペプチドのサブユニットで構成されるギ酸デヒドロゲナーゼN(formate dehydrogenase-N、EC 1.17.5.3)が挙げられる。 Another method for enhancing the reaction of producing carbon dioxide from formic acid includes enhancing the reaction catalyzed by formate dehydrogenase O and/or formate dehydrogenase N. Formate dehydrogenase O and/or formate dehydrogenase N catalyze a reaction that reduces quinones in the process of producing carbon dioxide from formic acid. A preferred specific example of formate dehydrogenase O and/or formate dehydrogenase N is formate dehydrogenase O (formate dehydrogenase-O), which is composed of three polypeptide subunits encoded by fdoG, fdoH, and fdoI genes in bacteria such as Escherichia. EC 1.17.5.3), and formate dehydrogenase-N (EC 1.17.5.3), which is composed of three polypeptide subunits encoded by the fdnG, fdnH, and fdnI genes. can be mentioned.

ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化するさらに別の方法としては、NADH産生型ギ酸デヒドロゲナーゼ(EC 1.17.1.9)が触媒する反応を強化することが挙げられる。NADH産生型ギ酸デヒドロゲナーゼはギ酸から二酸化炭素を生成し、かつNAD+をNADHに還元する反応を触媒する。NADH産生型ギ酸デヒドロゲナーゼの具体例としては、NCBIやKEGGなどにおける公共データベース上でBLAST検索してNADH産生型ギ酸デヒドロゲナーゼとしてヒットするポリペプチドが該当し、好ましい具体例として、Candida boidinii株由来のFDH1(配列番号7)、またはこれらのホモログなどが挙げられる。 Yet another method for enhancing the reaction that produces carbon dioxide from formic acid is to enhance the reaction catalyzed by NADH-producing formate dehydrogenase (EC 1.17.1.9). NADH-producing formate dehydrogenase catalyzes a reaction that generates carbon dioxide from formic acid and reduces NAD+ to NADH. A specific example of NADH-producing formate dehydrogenase is a polypeptide that is found as NADH-producing formate dehydrogenase in a BLAST search on public databases such as NCBI or KEGG, and a preferred specific example is FDH1 (derived from Candida boidinii strain). SEQ ID NO: 7) or homologues thereof.

ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化する方法としては、例えば、当該反応を触媒する酵素自体の触媒活性を増強することや、当該酵素の発現量を増加させることが挙げられるが、発現量を増加させることが好ましい。発現量を増加させる方法としては、例えば、当該酵素遺伝子を宿主微生物の菌体外から菌体内へと導入したり、当該遺伝子のコピー数を増加させたり、当該遺伝子のコーディング領域上流のプロモーター領域やリボソーム結合配列を改変させたりする方法などが挙げられる。これらの方法は単独で行ってもよいし、組み合わせてもよい。 Examples of methods for enhancing the reaction that generates carbon dioxide from formic acid include enhancing the catalytic activity of the enzyme itself that catalyzes the reaction, and increasing the expression level of the enzyme. It is preferable to increase it. Methods for increasing the expression level include, for example, introducing the enzyme gene from outside the host microorganism into the host microorganism, increasing the copy number of the gene, or increasing the promoter region upstream of the coding region of the gene. Examples include methods of modifying the ribosome binding sequence. These methods may be performed alone or in combination.

また、本発明では3-オキソアジピル-CoAを還元して3-ヒドロキシアジピル-CoAを生成する反応を強化することが好ましい。3-オキソアジピル-CoAを還元して3-ヒドロキシアジピル-CoAを生成する反応を強化するとは、例えば、本反応を触媒する酵素の発現量を増加することが挙げられる。発現量を増加する方法としては、例えば、本酵素遺伝子を宿主微生物の菌体外から菌体内へと導入したり、当該遺伝子のコピー数を増加させたり、当該遺伝子のコーディング領域上流のプロモーター領域やリボソーム結合配列を改変させたりする方法などが挙げられる。これらの方法は単独で行ってもよいし、組み合わせてもよいが、WO2019/107516号(米国特許出願公開第2020/291435A1号明細書)に記載される方法により本酵素遺伝子を宿主微生物の菌体外から菌体内へ導入することが好ましい。 Further, in the present invention, it is preferable to enhance the reaction of reducing 3-oxoadipyl-CoA to produce 3-hydroxyadipyl-CoA. Increasing the reaction of reducing 3-oxoadipyl-CoA to produce 3-hydroxyadipyl-CoA includes, for example, increasing the expression level of an enzyme that catalyzes this reaction. Methods for increasing the expression level include, for example, introducing the enzyme gene from outside the host microorganism into the host microorganism, increasing the copy number of the gene, or increasing the promoter region upstream of the coding region of the gene. Examples include methods of modifying the ribosome binding sequence. These methods may be performed alone or in combination, but the enzyme gene is transferred to the host microorganism's bacterial cells by the method described in WO2019/107516 (US Patent Application Publication No. 2020/291435A1). It is preferable to introduce it into the bacterial body from outside.

3-オキソアジピル-CoAを還元して3-ヒドロキシアジピル-CoAを生成する反応を触媒する3-オキソアジピル-CoAレダクターゼの具体例としては、3-ヒドロキシアシル-CoAデヒドロゲナーゼとしてEC1.1.1.35に分類される酵素、3-ヒドロキシブチリル-CoAデヒドロゲナーゼとしてEC1.1.1.157に分類される酵素、および、WO2019/107516号(米国特許出願公開第2020/291435A1号明細書)に開示された配列番号1~6および213のいずれかのアミノ酸配列に対して70%以上の配列同一性を有し、かつ、3-オキソアジピル-CoAレダクターゼ活性を有する酵素などが挙げられる。具体例として、Pseudomonas putida KT2440株由来のPaaH(NCBI-ProteinID:NP_745425.1)、Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655株由来のPaaH(NCBI-ProteinID:NP_415913.1)、Acinetobacter baylyi ADP1株由来のDcaH(NCBI-ProteinID:CAG68533.1)、Serratia plymuthica NBRC102599株由来のPaaH(NCBI-ProteinID:WP_063197120)、Serratia marcescens ATCC13880株由来のポリペプチド(NCBI-ProteinID:KFD11732.1)が挙げられる。 A specific example of 3-oxoadipyl-CoA reductase that catalyzes the reaction of reducing 3-oxoadipyl-CoA to produce 3-hydroxyadipyl-CoA is EC1.1.1.35 as 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase. An enzyme classified as 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase, an enzyme classified as EC1.1.1.157, and an enzyme disclosed in WO2019/107516 (US Patent Application Publication No. 2020/291435A1). Enzymes that have 70% or more sequence identity to any of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 1 to 6 and 213, and have 3-oxoadipyl-CoA reductase activity. As specific examples, PaaH derived from Pseudomonas putida KT2440 strain (NCBI-Protein ID: NP_745425.1), Escherichia coli str. K-12 substr. PaaH derived from MG1655 strain (NCBI-Protein ID: NP_415913.1), DcaH derived from Acinetobacter baylyi ADP1 strain (NCBI-Protein ID: CAG68533.1), Serratia plymuthica PaaH (NCBI-Protein ID: WP_063197120) derived from NBRC102599 strain, Serratia marcescens ATCC13880 strain-derived polypeptide (NCBI-Protein ID: KFD11732.1).

また、本発明の遺伝子改変微生物は、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸の生産性の観点から、ホスホケトラーゼ経路による糖代謝をしない微生物であることが好ましい。このような微生物は自然界に存在しており、ホスホケトラーゼ経路によって糖代謝をしない本発明の遺伝子微生物を創出する際の宿主として好ましく利用できる。また、本発明の遺伝子改変微生物を創出後に、当業者に周知の手法により当該微生物のホスホケトラーゼ遺伝子をノックアウトする方法によってホスホケトラーゼ経路による糖代謝をしない微生物を創出してもよい。 Furthermore, from the viewpoint of productivity of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid, the genetically modified microorganism of the present invention is preferably a microorganism that does not metabolize sugar through the phosphoketolase pathway. Such microorganisms exist in the natural world and can be preferably used as a host when creating the genetic microorganism of the present invention that does not metabolize sugar through the phosphoketolase pathway. Furthermore, after creating the genetically modified microorganism of the present invention, a microorganism that does not metabolize sugar through the phosphoketolase pathway may be created by knocking out the phosphoketolase gene of the microorganism using a method well known to those skilled in the art.

ところで、米国特許出願公開第2017/0298363A1号明細書には、ホスホケトラーゼ経路を有する微生物の代謝を改変し、エネルギー効率を向上させた非天然微生物を用いてアジピン酸を製造することが記載されている。当該文献には、解糖系経路での糖代謝はNADHが産生されるのに対し、ホスホケトラーゼ経路での糖代謝はNADHを産生しないため、ホスホケトラーゼ経路を有する微生物を用いて還元化合物を生産する場合には、当該微生物の代謝におけるNADH不足を改善するために、PDHcあるいはピルビン酸ギ酸リアーゼおよびNAD(P)H産生型ギ酸デヒドロゲナーゼの発現もしくは活性を増強することが記載されている。ここで、アジピン酸は3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸より還元状態にある化合物であることから、当業者であれば、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を製造する場合には、PDHcおよび/またはピルビン酸ギ酸リアーゼの反応を強化することは酸化還元バランスの不均衡を招き、当該化合物の蓄積濃度が低下すると考えるため、本発明でのホスホケトラーゼ経路による糖代謝をしない微生物によって3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸の蓄積濃度が向上する効果は当業者にとっては予想外の効果である。 By the way, US Patent Application Publication No. 2017/0298363A1 describes that adipic acid is produced using a non-natural microorganism that has improved energy efficiency by modifying the metabolism of a microorganism that has a phosphoketolase pathway. . This document states that while sugar metabolism in the glycolytic pathway produces NADH, sugar metabolism in the phosphoketolase pathway does not produce NADH. describes that the expression or activity of PDHc or pyruvate formate lyase and NAD(P)H-producing formate dehydrogenase is enhanced in order to improve NADH deficiency in the metabolism of the microorganism. Here, since adipic acid is a compound in a more reduced state than 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid, those skilled in the art will understand that when producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid, It is believed that enhancing the reaction of PDHc and/or pyruvate formate lyase will lead to an imbalance in redox balance and reduce the accumulated concentration of the compound. The effect of increasing the accumulated concentration of 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid is an unexpected effect for those skilled in the art.

3-ヒドロキシアジピン酸を製造する能力を元来有する微生物としては、以下の微生物が挙げられる。 Examples of microorganisms that inherently have the ability to produce 3-hydroxyadipic acid include the following microorganisms.

Escherichia fergusonii、Escherichia coliなどのEscherichia属。 Escherichia genus such as Escherichia fergusonii and Escherichia coli.

Serratia grimesii、Serratia ficaria、Serratia fonticoia、Serratia odorifera、Serratia plymuthica、Serratia entomophilaまたはSerratia nematodiphilaなどのSerratia属。 Serratia grimesii, Serratia ficaria, Serratia fonticoia, Serratia odorifera, Serratia plymuthica, Serratia entomophila or Serratia Serratia spp., such as A nematodiphila.

Pseudomonas chlororaphis、Pseudomonas putida、Pseudomonas azotoformans、Pseudomonas chlororaphis subsp.aureofaciensなどのPsuedomonas属。 Pseudomonas chlororaphis, Pseudomonas putida, Pseudomonas azotoformans, Pseudomonas chlororaphis subsp. Psuedomonas spp., such as Psuedomonas aureofaciens.

Hafnia alveiなどのHafnia属。 Hafnia spp. such as Hafnia alvei.

Corynebacterium acetoacidophilum、Corynebacterium acetoglutamicum、Corynebacterium ammoniagenes、Corynebacterium glutamicumなどのCorynebacterium属。 Corynebacterium acetoacidophilum, Corynebacterium acetoglutamicum, Corynebacterium ammoniagenes, Corynebacterium glutamicum, etc. The genus Corynebacterium.

Bacillus badius、Bacillus megaterium、Bacillus roseusなどのBacillus属。 Bacillus genus such as Bacillus badius, Bacillus megaterium, and Bacillus roseus.

Streptomyces vinaceus、Streptomyces karnatakensis、Streptomyces olivaceusなどのStreptomyces属。 Streptomyces genus such as Streptomyces vinaceus, Streptomyces karnatakensis, Streptomyces olivaceus.

Cupriavidus metallidurans、Cupriavidus necator、Cupriavidus oxalaticusなどのCupriavidus属。 Cupriavidus genus such as Cupriavidus metallidurans, Cupriavidus necator, Cupriavidus oxalaticus.

Acinetobacter baylyi、Acinetobacter radioresIstensなどのAcinetobacter属。 Acinetobacter genus such as Acinetobacter baylyi and Acinetobacter radiores Istens.

Alcaligenes faecalisなどのAlcaligenes属。 Alcaligenes spp., such as Alcaligenes faecalis.

Nocardioides albusなどのNocardioides属。 Genus Nocardioides such as Nocardioides albus.

Brevibacterium iodinumなどのBrevibacterium属。 Brevibacterium genus such as Brevibacterium iodinum.

Delftia acidovoransなどのDelftia属。 Delftia spp., such as Delftia acidovorans.

Shimwellia blattaeなどのShimwellia属。 Shimwellia genus such as Shimwellia blattae.

Aerobacter cloacaeなどのAerobacter属。 Aerobacter genus such as Aerobacter cloacae.

Rhizobium radiobacterなどのRhizobium属。 Rhizobium genus such as Rhizobium radiobacter.

前記3-ヒドロキシアジピン酸を製造する能力を元来有する微生物の中でも、本発明では、ホスホケトラーゼ経路による糖代謝をしない微生物であるEscherichia属、Serratia属、Hafnia属、Corynebacterium属、Brevibacterium属、Shimwellia属、Aerobacter属が好ましく、Escherichia属またはSerratia属に属する微生物がより好ましく利用される。 Among the microorganisms that inherently have the ability to produce 3-hydroxyadipic acid, the present invention uses microorganisms that do not metabolize sugar through the phosphoketolase pathway, such as Escherichia, Serratia, Hafnia, Corynebacterium, Brevibacterium, Shimwellia, Microorganisms belonging to the genus Aerobacter are preferred, and microorganisms belonging to the genus Escherichia or Serratia are more preferably used.

α-ヒドロムコン酸を製造する能力を元来有すると推定される微生物としては、以下の微生物が挙げられる。 Microorganisms that are presumed to have the ability to produce α-hydromuconic acid include the following microorganisms.

Escherichia fergusonii、Escherichia coliなどのEscherichia属。 Escherichia genus such as Escherichia fergusonii and Escherichia coli.

Serratia grimesii、Serratia ficaria、Serratia fonticola、Serratia odorifera、Serratia plymuthica、Serratia entomophilaまたはSerratia nematodiphilaなどのSerratia属。 Serratia grimesii, Serratia ficaria, Serratia fonticola, Serratia odorifera, Serratia plymuthica, Serratia entomophila or Serrati Serratia spp., such as A nematodiphila.

Pseudomonas fluorescens、Pseudomonas putida、Pseudomonas azotoformans、Pseudomonas chlororaphis subsp. aureofaciensなどのPsuedomonas属。 Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida, Pseudomonas azotoformans, Pseudomonas chlororaphis subsp. Psuedomonas spp., such as Psuedomonas aureofaciens.

Hafnia alveiなどのHafnia属。 Hafnia spp. such as Hafnia alvei.

Bacillus badiusなどのBacillus属。 Bacillus genus such as Bacillus badius.

Cupriavidus metallidurans、Cupriavidus numazuensis、Cupriavidus oxalaticusなどのCupriavidus属。 Cupriavidus genus such as Cupriavidus metallidurans, Cupriavidus numazuensis, Cupriavidus oxalaticus.

Acinetobacter baylyi、Acinetobacter radioresistensなどのAcinetobacter属。 Acinetobacter genus such as Acinetobacter baylyi and Acinetobacter radioresistens.

Alcaligenes faecalisなどのAlcaligenes属。 Alcaligenes spp., such as Alcaligenes faecalis.

Delftia acidovoransなどのDelftia属。 Delftia spp., such as Delftia acidovorans.

Shimwellia blattaeなどのShimwellia属。 Shimwellia genus such as Shimwellia blattae.

前記α-ヒドロムコン酸を製造する能力を元来有する微生物の中でも、本発明では、ホスホケトラーゼ経路による糖代謝をしない微生物であるEscherichia属、Serratia属、Hafnia属、Shimwellia属が好ましく、Escherichia属またはSerratia属に属する微生物がより好ましく利用される。 Among the microorganisms that inherently have the ability to produce α-hydromuconic acid, in the present invention, microorganisms of the genus Escherichia, Serratia, Hafnia, and Shimwellia, which do not metabolize sugar through the phosphoketolase pathway, are preferable, and the genus Escherichia or the genus Serratia is preferred. Microorganisms belonging to the following are more preferably used.

本発明の遺伝子改変微生物が、3-ヒドロキシアジピン酸を製造する能力を元来有していない場合には、反応A、B、Dを触媒する酵素をコードする核酸を適当に組み合わせて微生物に導入することで、これらの製造能を付与することができ、また、α-ヒドロムコン酸を製造する能力を元来有していない場合には、反応A、B、C、Eを触媒する酵素をコードする核酸を適当に組み合わせて微生物に導入することで、これらの生成能を付与することができる。 If the genetically modified microorganism of the present invention does not originally have the ability to produce 3-hydroxyadipic acid, appropriate combinations of nucleic acids encoding enzymes that catalyze reactions A, B, and D are introduced into the microorganism. In addition, if the ability to produce α-hydromuconic acid is not originally present, the enzyme encoding the enzyme that catalyzes reactions A, B, C, and E can be added. The ability to produce these can be imparted by introducing appropriate combinations of nucleic acids into microorganisms.

本発明で遺伝子改変微生物を得るための宿主として用いることができる微生物は、遺伝子改変が可能な微生物であれば特に制限はなく、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を製造する能力を有する微生物であってもそうでない微生物であってもよいが、Escherichia属、Serratia属、Hafnia属、Psuedomonas属、Corynebacterium属、Bacillus属、Streptomyces属、Cupriavidus属、Acinetobacter属、Alcaligenes属、Brevibacterium属、Delftia属、Shimwellia属、Aerobacter属、Rhizobium属、Thermobifida属、Clostridium属、Schizosaccharomyces属、Kluyveromyces属、Pichia属およびCandida属に属する微生物が好ましく、Escherichia属、Serratia属、Hafnia属、Pseudomonas属に属する微生物がより好ましく、Escherichia属またはSerratia属に属する微生物が特に好ましい。 Microorganisms that can be used as hosts for obtaining genetically modified microorganisms in the present invention are not particularly limited as long as they can be genetically modified and have the ability to produce 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid. The microorganisms may be microorganisms with or without the genus Escherichia, genus Serratia, genus Hafnia, genus Psuedomonas, genus Corynebacterium, genus Bacillus, genus Streptomyces, genus Cupriavidus, Acinetobact er, Alcaligenes, Brevibacterium, Delftia In the genera Shimwellia, Aerobacter, Rhizobium, Thermobifida, Clostridium, Schizosaccharomyces, Kluyveromyces, Pichia and Candida. Microorganisms belonging to the genus Escherichia, Serratia, Hafnia, and Pseudomonas are more preferred. Preferably, microorganisms belonging to the genus Escherichia or Serratia are particularly preferred.

本発明の遺伝子改変微生物を創出するために遺伝子を導入する方法は特に限定されず、微生物内で自律複製可能な発現ベクターに当該遺伝子を組み込み、宿主微生物に導入する方法や、微生物のゲノムに当該遺伝子を組み込む方法などを用いることができる。 The method of introducing a gene in order to create the genetically modified microorganism of the present invention is not particularly limited. Methods such as gene integration can be used.

導入する遺伝子は1種類でも複数種類でもよい。また遺伝子の導入と発現の増強を組み合わせてもよい。 The number of genes to be introduced may be one or more. Furthermore, gene introduction and expression enhancement may be combined.

本発明で発現させる遺伝子を発現ベクターまたは宿主微生物ゲノムに組み込む場合、当該発現ベクターまたはゲノム組み込み用核酸はプロモーター、リボソーム結合配列、発現させる遺伝子、転写終結配列により構成されていることが好ましい。また、プロモーター活性を制御する遺伝子が含まれていてもよい。 When a gene to be expressed in the present invention is integrated into an expression vector or a host microorganism genome, the expression vector or nucleic acid for genome integration preferably comprises a promoter, a ribosome binding sequence, a gene to be expressed, and a transcription termination sequence. Furthermore, a gene that controls promoter activity may be included.

本発明で用いるプロモーターは、宿主微生物内で遺伝子を発現させられるものであれば特に限定されないが、例えばgapプロモーター、trpプロモーター、lacプロモーター、tacプロモーター、T7プロモーターなどが挙げられる。 The promoter used in the present invention is not particularly limited as long as it can express genes in the host microorganism, and examples thereof include gap promoter, trp promoter, lac promoter, tac promoter, and T7 promoter.

本発明で発現ベクターを用いて遺伝子の導入や、遺伝子の発現の増強を行う場合は、当該微生物中で自律複製可能であれば特に限定されないが、例えばpBBR1MCSベクター、pBR322ベクター、pMWベクター、pETベクター、pRSFベクター、pCDFベクター、pACYCベクター、および上述のベクターの派生型などが挙げられる。 In the present invention, when introducing a gene or enhancing gene expression using an expression vector, there is no particular limitation as long as it can autonomously replicate in the microorganism, but examples include pBBR1MCS vector, pBR322 vector, pMW vector, pET vector. , pRSF vector, pCDF vector, pACYC vector, and derivatives of the above-mentioned vectors.

本発明でゲノム組み込み用核酸を用いて遺伝子の導入や、遺伝子の発現の増強を行う場合は、部位特異的相同組換えを用いて導入する。部位相同組換えの方法は特に限定されないが、例えばλ Red レコンビナーゼおよびFLPレコンビナーゼを用いる方法(Proc Natl Acad Sci USA.2000 Jun 6;97(12):6640-6645.)、λ RedレコンビナーゼおよびsacB遺伝子を用いる方法(Biosci Biotechnol Biochem.2007 Dec;71(12):2905-11.)が挙げられる。 In the present invention, when introducing a gene or enhancing gene expression using a nucleic acid for genome integration, the introduction is performed using site-specific homologous recombination. The site homologous recombination method is not particularly limited, but for example, a method using λ Red recombinase and FLP recombinase (Proc Natl Acad Sci USA. 2000 Jun 6;97(12):6640-6645.), λ Red recombinase and sacB gene. (Biosci Biotechnol Biochem. 2007 Dec; 71(12):2905-11.).

発現ベクターまたはゲノム組み込み用核酸の導入方法は、微生物に核酸を導入する方法であれば特に限定されないが、例えばカルシウムイオン法(Journal of Molecular Biology,53,159 (1970))、エレクトロポレーション法(NM Calvin,PC Hanawalt.J.Bacteriol,170 (1988),pp.2796-2801)などが挙げられる。 The method for introducing the expression vector or the nucleic acid for genome integration is not particularly limited as long as it is a method for introducing nucleic acids into microorganisms, but examples include the calcium ion method (Journal of Molecular Biology, 53, 159 (1970)), the electroporation method ( NM Calvin, PC Hanawalt. J. Bacteriol, 170 (1988), pp. 2796-2801).

本発明の遺伝子改変微生物は、通常の微生物が利用し得る炭素源を発酵原料として含有する培地、好ましくは液体培地中において培養する。当該遺伝子改変微生物が利用し得る炭素源の他には、窒素源、無機塩および必要に応じてアミノ酸やビタミンなどの有機微量栄養素を程よく含有した培地を用いる。上記栄養源を含有していれば天然培地、合成培地のいずれでも利用できる。 The genetically modified microorganism of the present invention is cultured in a medium, preferably a liquid medium, containing a carbon source that can be used by normal microorganisms as a fermentation raw material. In addition to the carbon source that can be used by the genetically modified microorganism, a medium containing a nitrogen source, an inorganic salt, and, if necessary, an appropriate amount of organic micronutrients such as amino acids and vitamins is used. Either a natural medium or a synthetic medium can be used as long as it contains the above-mentioned nutrient source.

発酵原料とは、当該遺伝子改変微生物が代謝し得る原料である。「代謝」とは、微生物が細胞外から取り入れた、あるいは細胞内で別の化学化合物より生じたある化学化合物が、酵素反応により別の化学化合物へと変換されることを指す。炭素源としては、糖類を好ましく用いることができる。糖類の具体例としては、グルコース、シュクロース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、キシロース、アラビノース等の単糖類、これら単糖類が結合した二糖類、多糖類、およびこれらを含有する澱粉糖化液、糖蜜、セルロース含有バイオマス糖化液などが挙げられる。 The fermentation raw material is a raw material that can be metabolized by the genetically modified microorganism. "Metabolism" refers to the conversion of a chemical compound taken in by a microorganism from outside the cell or produced from another chemical compound within the cell into another chemical compound through an enzymatic reaction. Saccharides can be preferably used as the carbon source. Specific examples of sugars include monosaccharides such as glucose, sucrose, fructose, galactose, mannose, xylose, and arabinose, disaccharides and polysaccharides in which these monosaccharides are bonded, and starch saccharification solutions containing these, molasses, and cellulose. Examples include containing biomass saccharification liquid.

上記に挙げた炭素源は、一種類のみ用いてもよいし、組み合わせて用いてもよいが、特にグルコースを含む培地で培養することが好ましい。炭素源の添加において、培地中の炭素源の濃度は、特に限定されず、炭素源の種類などに応じて適宜設定することができる。グルコースの好ましい濃度は、5~300g/Lである。 The carbon sources listed above may be used alone or in combination, but it is particularly preferable to culture in a medium containing glucose. When adding a carbon source, the concentration of the carbon source in the medium is not particularly limited, and can be appropriately set depending on the type of carbon source. The preferred concentration of glucose is 5-300 g/L.

当該遺伝子改変微生物の培養に用いる窒素源としては、例えば、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩類、尿素、硝酸塩類、その他補助的に使用される有機窒素源、例えば、油粕類、大豆加水分解液、カゼイン分解物、その他のアミノ酸、ビタミン類、コーンスティープリカー、酵母または酵母エキス、肉エキス、ペプトン等のペプチド類、各種発酵菌体およびその加水分解物などが使用できる。培地中の窒素源の濃度は、特に限定されないが、好ましくは、0.1~50g/Lである。 Examples of the nitrogen source used for culturing the genetically modified microorganism include ammonia gas, aqueous ammonia, ammonium salts, urea, nitrates, and other auxiliary organic nitrogen sources such as oil cake, soybean hydrolyzate, Casein decomposition products, other amino acids, vitamins, corn steep liquor, yeast or yeast extract, meat extract, peptides such as peptone, various fermentation microbial cells and their hydrolysates, etc. can be used. The concentration of the nitrogen source in the medium is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 50 g/L.

当該遺伝子改変微生物の培養に用いる無機塩類としては、例えば、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩およびマンガン塩等を適宜添加使用することができる。 As the inorganic salts used for culturing the genetically modified microorganism, for example, phosphates, magnesium salts, calcium salts, iron salts, manganese salts, etc. can be appropriately added and used.

3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を生産するための遺伝子改変微生物の培養条件は、前記成分組成の培地、培養温度、撹拌速度、pH、通気量、植菌量などを、当該遺伝子改変微生物の種類および外部条件などに応じて、適宜調節あるいは選択して設定する。 The culture conditions of the genetically modified microorganism for producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid include a medium with the above-mentioned component composition, culture temperature, stirring speed, pH, aeration amount, inoculation amount, etc. Adjust or select settings as appropriate depending on the type of modified microorganism and external conditions.

培養におけるpHの範囲は当該遺伝子改変微生物が生育することができれば特に制限はないが、好ましくはpH5~8、より好ましくはpH5.5~6.8である。 The pH range for culturing is not particularly limited as long as the genetically modified microorganism can grow, but is preferably pH 5 to 8, more preferably pH 5.5 to 6.8.

培養における通気条件の範囲は3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を生産することができれば特に制限はないが、当該微生物変異体を良好に生育させるために、少なくとも培養開始時において培養容器内の気相および/または液相に酸素が残存していることが好ましい。 The range of aeration conditions during culture is not particularly limited as long as 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid can be produced. Preferably, oxygen remains in the gas phase and/or liquid phase within.

液体培養において発泡がある場合には、鉱油、シリコーン油および界面活性剤などの消泡剤を適宜培地に配合することができる。 If foaming occurs in liquid culture, antifoaming agents such as mineral oil, silicone oil, and surfactants can be appropriately added to the medium.

前記微生物の培養物中に、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸が回収可能な量まで生産された後、生産された当該生産物を回収することができる。生産された当該生産物の回収、例えば単離は、蓄積量が適度に高まった時点で培養を停止し、その培養物から、発酵生産物を採取する一般的な方法に準じて行うことができる。具体的には、遠心分離、ろ過などにより菌体を分離したのち、カラムクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、活性炭処理、結晶化、膜分離、蒸留などにより、当該生産物を培養物から単離することができる。より具体的には、当該生産物の塩に酸成分を添加して析出物を回収する方法、培養物を逆浸透膜やエバポレーターなどを用いた濃縮操作により水を除去して当該生産物の濃度を高めた後、冷却結晶化や断熱結晶化により当該生産物および/または当該生産物の塩の結晶を析出させ、遠心分離やろ過などにより当該生産物および/または当該生産物の塩の結晶を得る方法、培養物にアルコールを添加して当該生産物をエステルとした後、蒸留操作により当該生産物のエステルを回収後、加水分解により当該生産物を得る方法等を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。また、これらの回収方法は生成物の物性などにより適当に選択して最適化することができる。 After 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid are produced in recoverable amounts in the culture of the microorganism, the produced products can be recovered. Recovery, e.g. isolation, of the produced product can be carried out according to the general method of stopping the culture when the accumulated amount has increased to an appropriate level and collecting the fermentation product from the culture. . Specifically, after separating bacterial cells by centrifugation, filtration, etc., the product is isolated from the culture by column chromatography, ion exchange chromatography, activated carbon treatment, crystallization, membrane separation, distillation, etc. be able to. More specifically, methods include adding an acid component to the salt of the product and collecting the precipitate, and removing water from the culture using a reverse osmosis membrane or evaporator to increase the concentration of the product. After increasing the temperature, the product and/or salt crystals of the product are precipitated by cooling crystallization or adiabatic crystallization, and the product and/or salt crystals of the product are separated by centrifugation or filtration. Examples of methods include adding alcohol to the culture to convert the product into an ester, recovering the ester of the product by distillation, and then obtaining the product by hydrolysis. It is not limited. Further, these recovery methods can be appropriately selected and optimized depending on the physical properties of the product.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、本実施例における各種分析は以下の方法に従った。 The present invention will be specifically described below with reference to Examples. Note that various analyzes in this example were conducted according to the following methods.

[3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の定量分析]
当該培養液より菌体を遠心分離した上清をMillex-GV(0.22μm、PVDF、Merck社製)を用いて膜処理し、透過液を以下の条件によるLC-MS/MSで分析することで培養上清中の3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の蓄積濃度を定量した。
・HPLC:1290Infinity(Agilent Technologies社製)
カラム:Synergi hydro-RP(Phenomenex社製)、長さ100mm、内径3mm、粒径2.5μm
移動相:0.1%ギ酸水溶液/メタノール=70/30
流速:0.3mL/分
カラム温度:40℃
LC検出器:1260DAD VL+(210nm)
・MS/MS:Triple-Quad LC/MS(Agilent Technologies社製)
イオン化法:ESI ネガティブモード。
[Quantitative analysis of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid]
The supernatant obtained by centrifuging the bacterial cells from the culture solution is subjected to membrane treatment using Millex-GV (0.22 μm, PVDF, manufactured by Merck), and the permeate is analyzed by LC-MS/MS under the following conditions. The accumulated concentrations of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid in the culture supernatant were quantified.
・HPLC: 1290Infinity (manufactured by Agilent Technologies)
Column: Synergi hydro-RP (manufactured by Phenomenex), length 100 mm, inner diameter 3 mm, particle size 2.5 μm
Mobile phase: 0.1% formic acid aqueous solution/methanol = 70/30
Flow rate: 0.3 mL/min Column temperature: 40°C
LC detector: 1260DAD VL+ (210nm)
・MS/MS: Triple-Quad LC/MS (manufactured by Agilent Technologies)
Ionization method: ESI negative mode.

(参考例1)アセチル-CoAおよびスクシニル-CoAから3OA-CoAおよび補酵素Aを生成する反応(反応A)、3OA-CoAから3HA-CoAを生成する反応(反応B)、3HA-CoAから3-ヒドロキシアジピン酸を生成する反応(反応D)およびHMA-CoAからα-ヒドロムコン酸を生成する反応(反応E)を触媒する酵素を発現するプラスミドの作製
大腸菌内で自律複製可能なベクターpBBR1MCS-2(ME Kovach,(1995),Gene 166:175-176)をXhoIで切断し、pBBR1MCS-2/XhoIを得た。当該ベクターに構成的な発現プロモーターを組み込むために、Escherichia coli str.K-12 substr.MG1655のゲノムDNAを鋳型としてgapA(NCBI-GeneID: NC_000913.3)の上流域200b(配列番号8)をPCR増幅するためのプライマーを設計し(配列番号9、10)、常法に従ってPCR反応を行った。得られた断片およびpBBR1MCS-2/XhoIを、“In-Fusion HD Cloning Kit”(タカラバイオ株式会社製)を用いて連結し、大腸菌株DH5αに導入した。得られた組換え大腸菌株から当該プラスミドを抽出し、常法により塩基配列を確認したプラスミドをpBBR1MCS-2::Pgapとした。続いてpBBR1MCS-2::PgapをScaIで切断し、pBBR1MCS-2::Pgap/ScaIを得た。反応Aを触媒する酵素をコードする遺伝子を増幅するために、Pseudomonas putida KT2440株のゲノムDNAを鋳型としてアシルトランスフェラーゼ遺伝子pcaF(NCBI-GeneID:1041755)の全長をPCR増幅するためのプライマーを設計し(配列番号11、12)、常法に従ってPCR反応を行った。得られた断片およびpBBR1MCS-2::Pgap/ScaIを、“In-Fusion HD Cloning Kit”を用いて連結し、大腸菌株DH5αに導入した。得られた組換え株から当該プラスミドを抽出し、常法により塩基配列を確認したプラスミドをpBBR1MCS-2::ATとした。続いてpBBR1MCS-2::ATをHpaIで切断し、pBBR1MCS-2::AT/HpaIを得た。反応Dおよび反応Eを触媒する酵素をコードする遺伝子を増幅するために、Pseudomonas putida KT2440株のゲノムDNAを鋳型としてCoAトランスフェラーゼ遺伝子pcaIおよびpcaJ(NCBI-GeneID:1046613、1046612)の全長を含む連続した配列をPCR増幅するためのプライマーを設計し(配列番号13、14)、常法に従ってPCR反応を行った。得られた断片およびpBBR1MCS-2::AT/HpaIを、“In-Fusion HD Cloning Kit”を用いて連結し、大腸菌株DH5αに導入した。得られた組換え株から当該プラスミドを抽出し、常法により塩基配列を確認したプラスミドをpBBR1MCS-2::ATCTとした。
(Reference Example 1) Reaction to produce 3OA-CoA and coenzyme A from acetyl-CoA and succinyl-CoA (reaction A), reaction to produce 3HA-CoA from 3OA-CoA (reaction B), 3HA-CoA to 3HA-CoA (reaction B), - Preparation of a plasmid expressing enzymes that catalyze the reaction of producing hydroxyadipic acid (reaction D) and the reaction of producing α-hydromuconic acid from HMA-CoA (reaction E) Vector pBBR1MCS-2 capable of autonomous replication in E. coli (ME Kovach, (1995), Gene 166:175-176) was digested with XhoI to obtain pBBR1MCS-2/XhoI. In order to incorporate a constitutive expression promoter into the vector, Escherichia coli str. K-12 substr. Using the genomic DNA of MG1655 as a template, primers for PCR amplification of the upstream region 200b (SEQ ID NO: 8) of gapA (NCBI-GeneID: NC_000913.3) were designed (SEQ ID NOs: 9 and 10), and a PCR reaction was performed according to a conventional method. went. The obtained fragment and pBBR1MCS-2/XhoI were ligated using "In-Fusion HD Cloning Kit" (manufactured by Takara Bio Inc.) and introduced into E. coli strain DH5α. The plasmid was extracted from the obtained recombinant E. coli strain, and the nucleotide sequence was confirmed by a conventional method, and the plasmid was designated as pBBR1MCS-2::Pgap. Subsequently, pBBR1MCS-2::Pgap was cut with ScaI to obtain pBBR1MCS-2::Pgap/ScaI. In order to amplify the gene encoding the enzyme that catalyzes reaction A, primers were designed to PCR amplify the full length of the acyltransferase gene pcaF (NCBI-Gene ID: 1041755) using the genomic DNA of Pseudomonas putida strain KT2440 as a template ( SEQ ID NO: 11, 12), PCR reaction was performed according to a conventional method. The obtained fragment and pBBR1MCS-2::Pgap/ScaI were ligated using "In-Fusion HD Cloning Kit" and introduced into E. coli strain DH5α. The plasmid was extracted from the obtained recombinant strain, and the nucleotide sequence was confirmed by a conventional method, and the plasmid was designated as pBBR1MCS-2::AT. Subsequently, pBBR1MCS-2::AT was cut with HpaI to obtain pBBR1MCS-2::AT/HpaI. In order to amplify the genes encoding the enzymes that catalyze reactions D and E, we used the genomic DNA of Pseudomonas putida strain KT2440 as a template to amplify continuous sequences containing the full length of the CoA transferase genes pcaI and pcaJ (NCBI-Gene ID: 1046613, 1046612). Primers for PCR amplification of the sequence were designed (SEQ ID NOs: 13 and 14), and a PCR reaction was performed according to a conventional method. The obtained fragment and pBBR1MCS-2::AT/HpaI were ligated using "In-Fusion HD Cloning Kit" and introduced into E. coli strain DH5α. The plasmid was extracted from the obtained recombinant strain, and the plasmid whose base sequence was confirmed by a conventional method was designated as pBBR1MCS-2::ATCT.

pBBR1MCS-2::ATCTをScaIで切断し、pBBR1MCS-2::ATCT/ScaIを得た。Serratia marcescens ATCC13880株のゲノムDNAを鋳型として、配列番号15に記載の核酸を増幅するためのプライマーを設計し(配列番号16、17)、常法に従ってPCR反応を行った。得られた断片およびpBBR1MCS-2::ATCT/ScaIを、“In-Fusion HD Cloning Kit”(タカラバイオ株式会社製)を用いて連結し、大腸菌株DH5αに導入した。得られた組換え株から当該プラスミドを抽出し、常法により塩基配列を確認したプラスミドをpBBR1MCS-2::ATCTORとした。 pBBR1MCS-2::ATCT was cut with ScaI to obtain pBBR1MCS-2::ATCT/ScaI. Using the genomic DNA of Serratia marcescens ATCC13880 strain as a template, primers for amplifying the nucleic acid set forth in SEQ ID NO: 15 were designed (SEQ ID NOs: 16 and 17), and a PCR reaction was performed according to a conventional method. The obtained fragment and pBBR1MCS-2::ATCT/ScaI were ligated using "In-Fusion HD Cloning Kit" (manufactured by Takara Bio Inc.) and introduced into E. coli strain DH5α. The plasmid was extracted from the obtained recombinant strain, and the nucleotide sequence was confirmed by a conventional method, and the plasmid was designated as pBBR1MCS-2::ATCTOR.

(参考例2)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミドを有する大腸菌の作製
Escherichia coli str.K-12 substr.MG1655を5mLのLB培地に植菌し、30℃で1日振とう培養した。培養液0.5mLを5mLのLB培地に植菌し、30℃で2時間、振とう培養した。培養液を20分間氷冷したのち、菌体を10%(w/w)グリセロールで3回洗浄した。洗浄後のペレットを100μLの10%(w/w)グリセロールで懸濁し、150ngのpBBR1MCS-2::ATCTORと混合したのちエレクトロポレーションキュベット内で10分間氷冷した。Gene pulser(Bio-rad社製)を用いてエレクトロポレーションを実施した(3kV、200Ω、25μF)後、即座に1mLのSOC培地を添加し、30℃で1時間振とう培養した。50μLをカナマイシン25μg/mLを含むLB寒天培地に塗布し、30℃で1日インキュベートした。得られた株をEc/3HAとした。
(Reference Example 2) Preparation of Escherichia coli having plasmids expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655 was inoculated into 5 mL of LB medium and cultured with shaking at 30°C for 1 day. 0.5 mL of the culture solution was inoculated into 5 mL of LB medium, and cultured with shaking at 30° C. for 2 hours. After cooling the culture solution on ice for 20 minutes, the bacterial cells were washed three times with 10% (w/w) glycerol. The washed pellet was suspended in 100 μL of 10% (w/w) glycerol, mixed with 150 ng of pBBR1MCS-2::ATCTOR, and then cooled on ice for 10 minutes in an electroporation cuvette. After performing electroporation (3 kV, 200 Ω, 25 μF) using Gene pulser (manufactured by Bio-rad), 1 mL of SOC medium was immediately added and cultured with shaking at 30° C. for 1 hour. 50 μL was applied to an LB agar medium containing 25 μg/mL of kanamycin and incubated at 30° C. for 1 day. The obtained strain was named Ec/3HA.

(参考例3)ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体転写抑制因子遺伝子(pdhR)を欠損させた大腸菌の作製
大腸菌のピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体転写抑制因子をコードする遺伝子であるpdhR(NCBI-GeneID:944827)を欠損させることによりPDHcの発現量が増大した大腸菌を作製した。
(Reference Example 3) Production of E. coli with deletion of the pyruvate dehydrogenase complex transcription repressor gene (pdhR) Deletion of pdhR (NCBI-Gene ID: 944827), a gene encoding the pyruvate dehydrogenase complex transcription repressor gene of Escherichia coli E. coli in which the expression level of PDHc was increased was produced by doing this.

pKD4を鋳型として、プライマーとして配列番号18および19のオリゴDNAを用いてPCRを行い、pdhR欠損のためのPCR断片を得た。Escherichia coli str.K-12 substr.MG1655にpKD46を導入したのち、pdhR欠損用PCR断片を導入した。得られたカナマイシン耐性株を用いてコロニーダイレクトPCRを行い、バンド長より目的遺伝子の欠損およびカナマイシン耐性遺伝子の挿入を確認した。プライマーは配列番号20および22のオリゴDNAを使用した。 PCR was performed using pKD4 as a template and oligo DNAs of SEQ ID NOs: 18 and 19 as primers to obtain a PCR fragment for pdhR deficiency. Escherichia coli str. K-12 substr. After introducing pKD46 into MG1655, a PCR fragment for pdhR deletion was introduced. Colony direct PCR was performed using the obtained kanamycin-resistant strain, and deletion of the target gene and insertion of the kanamycin-resistant gene were confirmed from the band length. As primers, oligo DNAs having SEQ ID NOs: 20 and 22 were used.

続いてpKD46を脱落させ、アンピシリン感受性株を得た。アンピシリン感受性株にpCP20を導入し、再びアンピシリン耐性株を取得した。得られた株を用いてコロニーダイレクトPCRを行い、バンド長よりカナマイシン耐性遺伝子の脱落を確認した。プライマーは配列番号21および22のオリゴDNAを使用した。カナマイシン感受性株よりpCP20を脱落させた。得られた株をEcΔRとした。 Subsequently, pKD46 was eliminated to obtain an ampicillin-sensitive strain. pCP20 was introduced into an ampicillin-sensitive strain to obtain an ampicillin-resistant strain again. Colony direct PCR was performed using the obtained strain, and the loss of the kanamycin resistance gene was confirmed from the band length. As primers, oligo DNAs of SEQ ID NOs: 21 and 22 were used. pCP20 was shed from the kanamycin-sensitive strain. The obtained strain was designated as EcΔR.

(参考例4)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミドを有するpdhR欠損大腸菌の作製
参考例3で作製したEcΔR株に対して、参考例2と同様の方法にて参考例1で作製したプラスミドpBBR1MCS-2::ATCTORを導入した。得られた株をEcΔR/3HAとした。
(Reference Example 4) Production of pdhR-deficient E. coli having a plasmid expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E The EcΔR strain produced in Reference Example 3 was treated in the same manner as in Reference Example 2. The plasmid pBBR1MCS-2::ATCTOR prepared in Example 1 was introduced. The obtained strain was named EcΔR/3HA.

(参考例5)gapAプロモーター導入プラスミドの作製
(pCDF::Pgapの作製)
大腸菌内で自律複製可能な発現ベクターpCDF-1b(Merck Millipore社製)をBamHIで切断し、pCDF/BamHIを得た。当該ベクターに構成的な発現プロモーターを組み込むために、Escherichia coli str.K-12 substr.MG1655のゲノムDNAを鋳型としてgapA(NCBI-GeneID: NC_000913.3)の上流域200b(配列番号8)をPCR増幅するためのプライマーを設計し(配列番号23、24)、常法に従ってPCR反応を行った。得られた断片およびpCDF/BamHIを、“In-Fusion HD Cloning Kit”(タカラバイオ株式会社製)を用いて連結し、大腸菌株DH5αに導入した。得られた組換え大腸菌株から当該プラスミドを抽出し、常法により塩基配列を確認したプラスミドをpCDF::Pgapとした。
(Reference Example 5) Preparation of gapA promoter introduction plasmid (Preparation of pCDF::Pgap)
Expression vector pCDF-1b (manufactured by Merck Millipore) capable of autonomous replication in E. coli was cut with BamHI to obtain pCDF/BamHI. In order to incorporate a constitutive expression promoter into the vector, Escherichia coli str. K-12 substr. Using the genomic DNA of MG1655 as a template, primers for PCR amplification of the upstream region 200b (SEQ ID NO: 8) of gapA (NCBI-GeneID: NC_000913.3) were designed (SEQ ID NOs: 23 and 24), and a PCR reaction was performed according to a conventional method. went. The obtained fragment and pCDF/BamHI were ligated using "In-Fusion HD Cloning Kit" (manufactured by Takara Bio Inc.) and introduced into E. coli strain DH5α. The plasmid was extracted from the obtained recombinant E. coli strain, and the base sequence was confirmed by a conventional method, and the plasmid was designated as pCDF::Pgap.

(pMW119::Pgapの作製)
大腸菌内で自律複製可能な発現ベクターpMW119をSacIで切断し、pMW119/SacIを得た。当該ベクターに構成的な発現プロモーターを組み込むために、Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655のゲノムDNAを鋳型としてgapA(NCBI-GeneID: NC_000913.3)の上流域200b(配列番号8)をPCR増幅するためのプライマーを設計し(配列番号25、26)、常法に従ってPCR反応を行った。得られた断片およびpMW119/SacIを、“In-Fusion HD Cloning Kit”(タカラバイオ株式会社製)を用いて連結し、大腸菌株DH5αに導入した。得られた組換え大腸菌株から当該プラスミドを抽出し、常法により塩基配列を確認したプラスミドをpMW119::Pgapとした。
(Preparation of pMW119::Pgap)
Expression vector pMW119 capable of autonomous replication in E. coli was cut with SacI to obtain pMW119/SacI. In order to incorporate a constitutive expression promoter into the vector, Escherichia coli str. K-12 substr. Using MG1655 genomic DNA as a template, primers for PCR amplification of the upstream region 200b (SEQ ID NO: 8) of gapA (NCBI-GeneID: NC_000913.3) were designed (SEQ ID NOs: 25 and 26), and a PCR reaction was performed according to a conventional method. went. The obtained fragment and pMW119/SacI were ligated using "In-Fusion HD Cloning Kit" (manufactured by Takara Bio Inc.) and introduced into E. coli strain DH5α. The plasmid was extracted from the obtained recombinant E. coli strain, and the base sequence was confirmed by a conventional method, and the plasmid was designated as pMW119::Pgap.

(参考例6)NADH産生型ギ酸デヒドロゲナーゼ(FDH1)発現プラスミドの作製
参考例5で作製したgapAプロモーター導入プラスミドpCDF::PgapおよびpMW119::PgapにFDH1をコードする塩基配列を導入し、gapAプロモーターの制御下でFDH1が発現するようにデザインしたFDH1発現プラスミドpCDF::FDH1およびpMW119::FDH1を作製した。
(Reference Example 6) Preparation of NADH-producing formate dehydrogenase (FDH1) expression plasmid The nucleotide sequence encoding FDH1 was introduced into the gapA promoter introduction plasmids pCDF::Pgap and pMW119::Pgap prepared in Reference Example 5, and the gapA promoter FDH1 expression plasmids pCDF::FDH1 and pMW119::FDH1 were created, which were designed to express FDH1 under control.

(pCDF::FDH1の作製)
参考例5で作成したpCDF::PgapをBamHIで切断し、pCDF::Pgap/BamHIを得た。Candida boidiniiのNADH産生型ギ酸デヒドロゲナーゼ(FDH1)をコードする塩基配列(配列番号27)を遺伝子合成し、当該領域をPCR増幅するためのプライマーを設計し(配列番号28、29)、常法に従ってPCR反応を行った。得られた断片およびpCDF::Pgap/BamHIを、“In-Fusion HD Cloning Kit”(タカラバイオ株式会社製)を用いて連結し、プラスミドpCDF::FDH1を作製した。当該プラスミドは、常法により塩基配列を確認した。
(Preparation of pCDF::FDH1)
pCDF::Pgap prepared in Reference Example 5 was cleaved with BamHI to obtain pCDF::Pgap/BamHI. A nucleotide sequence (SEQ ID NO: 27) encoding the NADH-producing formate dehydrogenase (FDH1) of Candida boidinii was gene synthesized, primers for PCR amplification of the region were designed (SEQ ID NOs: 28, 29), and PCR was performed according to a conventional method. The reaction was carried out. The obtained fragment and pCDF::Pgap/BamHI were ligated using "In-Fusion HD Cloning Kit" (manufactured by Takara Bio Inc.) to create plasmid pCDF::FDH1. The base sequence of the plasmid was confirmed by a conventional method.

(pMW119::FDH1の作製)
pCDF::FDH1のgapAプロモーターとFDH1を含む領域の配列を大腸菌内で自律複製可能な発現ベクターpMW119(株式会社ニッポンジーン製)に組み込むために、pCDF::FDH1とpMW119をXbaIおよびSacIで切断し、得られた断片同士をライゲーションして連結し、プラスミドpMW119::FDH1を作製した。当該プラスミドは、常法により塩基配列を確認した。
(Preparation of pMW119::FDH1)
In order to incorporate the gapA promoter and FDH1-containing region sequence of pCDF::FDH1 into the expression vector pMW119 (manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.) capable of autonomous replication in E. coli, pCDF::FDH1 and pMW119 were cut with XbaI and SacI. The obtained fragments were ligated together to create plasmid pMW119::FDH1. The base sequence of the plasmid was confirmed by a conventional method.

(比較例1)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミドならびにgapAプロモーター導入プラスミドを有する大腸菌の作製
Ec/3HAをカナマイシン25μg/mLを含む5mLのLB培地に植菌し、30℃で1日振とう培養した。培養液0.5mLをカナマイシン25μg/mLを含む5mLのLB培地に植菌し、30℃で2時間、振とう培養した。培養液を20分間氷冷したのち、菌体を10%(w/w)グリセロールで3回洗浄した。洗浄後のペレットを100μLの10%(w/w)グリセロールで懸濁し、150ngのpMW119::Pgapと混合したのちエレクトロポレーションキュベット内で10分間氷冷した。Gene pulser(Bio-rad社製)を用いてエレクトロポレーションを実施した(3kV、200Ω、25μF)後、即座に1mLのSOC培地を添加し、30℃で1時間振とう培養した。50μLをカナマイシン25μg/mLおよびアンピシリン100μg/mLを含むLB寒天培地に塗布し、30℃で1日インキュベートした。得られた株をEc/3HA_pMWとした。
(Comparative Example 1) Production of E. coli having a plasmid expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E and a gapA promoter-introducing plasmid Ec/3HA was inoculated into 5 mL of LB medium containing 25 μg/mL of kanamycin, It was cultured with shaking at 30°C for 1 day. 0.5 mL of the culture solution was inoculated into 5 mL of LB medium containing 25 μg/mL of kanamycin, and cultured with shaking at 30° C. for 2 hours. After cooling the culture solution on ice for 20 minutes, the bacterial cells were washed three times with 10% (w/w) glycerol. The washed pellet was suspended in 100 μL of 10% (w/w) glycerol, mixed with 150 ng of pMW119::Pgap, and then cooled on ice for 10 minutes in an electroporation cuvette. After performing electroporation (3 kV, 200 Ω, 25 μF) using Gene pulser (manufactured by Bio-rad), 1 mL of SOC medium was immediately added and cultured with shaking at 30° C. for 1 hour. 50 μL was applied to an LB agar medium containing 25 μg/mL of kanamycin and 100 μg/mL of ampicillin, and incubated at 30° C. for 1 day. The obtained strain was named Ec/3HA_pMW.

(比較例2)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミドならびにgapAプロモーター導入プラスミドを有する大腸菌の3-ヒドロキシアジピン酸の生産試験
pH7に調整した培地I(Bactoトリプトン(Difco Laboratories社製)10g/L、Bacto酵母エキス(Difco Laboratories社製)5g/L、塩化ナトリウム5g/L、カナマイシン25μg/mL、アンピシリン100μg/mL)5mL(φ18mmガラス試験管、アルミ栓)に、比較例1で作製したEc/3HA_pMWを一白金耳植菌し、30℃、120min-1で24時間振とう培養した。当該培養液0.25mLをpH6.5に調整した培地II(グルコース50g/L、硫酸アンモニウム1g/L、リン酸カリウム50mM、硫酸マグネシウム0.025g/L、硫酸鉄0.0625mg/L、硫酸マンガン2.7mg/L、塩化カルシウム0.33mg/L、塩化ナトリウム1.25g/L、Bactoトリプトン2.5g/L、Bacto酵母エキス1.25g/L、カナマイシン25μg/mL、アンピシリン100μg/mL)5mL(φ18mmガラス試験管、アルミ栓)に添加し、30℃で振とう培養した。培養上清中に蓄積した3-ヒドロキシアジピン酸の濃度は表1に示すとおりである。
(Comparative Example 2) Production test of 3-hydroxyadipic acid in Escherichia coli having a plasmid expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E and a gapA promoter-introduced plasmid Medium I (Bacto tryptone (Difco Laboratories) adjusted to pH 7) Bacto yeast extract (manufactured by Difco Laboratories) 5 g/L, sodium chloride 5 g/L, kanamycin 25 μg/mL, ampicillin 100 μg/mL) 5 mL (φ18 mm glass test tube, aluminum stopper), comparative example One platinum loop of Ec/3HA_pMW prepared in 1 was inoculated and cultured with shaking at 30° C. and 120 min −1 for 24 hours. 0.25 mL of the culture solution was adjusted to pH 6.5 in medium II (glucose 50 g/L, ammonium sulfate 1 g/L, potassium phosphate 50 mM, magnesium sulfate 0.025 g/L, iron sulfate 0.0625 mg/L, manganese sulfate 2 .7mg/L, calcium chloride 0.33mg/L, sodium chloride 1.25g/L, Bacto tryptone 2.5g/L, Bacto yeast extract 1.25g/L, kanamycin 25μg/mL, ampicillin 100μg/mL) 5mL ( The cells were added to a φ18 mm glass test tube, aluminum stopper) and cultured with shaking at 30°C. The concentrations of 3-hydroxyadipic acid accumulated in the culture supernatant are shown in Table 1.

(比較例3)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミドならびにgapAプロモーター導入プラスミドを有するpdhR欠損大腸菌の作製
EcΔR/3HAに対して、比較例1と同様の方法にて参考例5で作製したプラスミドpMW119::Pgapを導入し、EcΔR/3HA_pMWを作製した。
(Comparative Example 3) Production of pdhR-deficient E. coli having a plasmid expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E and a gapA promoter-introduced plasmid Using the same method as in Comparative Example 1 for EcΔR/3HA Plasmid pMW119::Pgap produced in Example 5 was introduced to produce EcΔR/3HA_pMW.

(比較例4)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミドならびにgapAプロモーター導入プラスミドを有するpdhR欠損大腸菌の3-ヒドロキシアジピン酸の生産試験
比較例3で作製したEcΔR/3HA_pMWを、比較例2と同様の方法にて培養した。培養上清中に蓄積した3-ヒドロキシアジピン酸の濃度は表1に示すとおりである。
(Comparative Example 4) 3-Hydroxyadipic acid production test using pdhR-deficient E. coli having a plasmid expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E and a gapA promoter-introduced plasmid EcΔR/3HA_pMW produced in Comparative Example 3 , and cultured in the same manner as in Comparative Example 2. The concentrations of 3-hydroxyadipic acid accumulated in the culture supernatant are shown in Table 1.

(実施例1)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミドならびにFDH1発現プラスミドを有するpdhR欠損大腸菌の作製
EcΔR/3HAに対して、比較例1と同様の方法にて、参考例6で作製したFDH1発現プラスミドpMW119::FDH1を導入し、EcΔR/3HA_FDH1を作製した。
(Example 1) Production of pdhR-deficient E. coli having plasmids expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E and FDH1 expression plasmid. The FDH1 expression plasmid pMW119::FDH1 produced in Example 6 was introduced to produce EcΔR/3HA_FDH1.

(実施例2)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミドならびにFDH1発現プラスミドを導入したpdhR欠損大腸菌の3-ヒドロキシアジピン酸の生産試験
実施例1で作製したで作製したEcΔR/3HA_FDH1を、比較例2と同様の方法にて培養した。培養上清中に蓄積した3-ヒドロキシアジピン酸の濃度は表1に示すとおりであり、3-ヒドロキシアジピン酸を製造する能力を有する大腸菌において、pdhRの欠損によりPDHcの発現量を増大することでピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応を強化するとともに、FDH1の発現量を増大することでギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化することにより3-ヒドロキシアジピン酸の蓄積濃度が顕著に向上することがわかった。
(Example 2) Production test of 3-hydroxyadipic acid using pdhR-deficient E. coli into which plasmids expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E and FDH1 expression plasmid were introduced EcΔR prepared in Example 1 /3HA_FDH1 was cultured in the same manner as in Comparative Example 2. The concentration of 3-hydroxyadipic acid accumulated in the culture supernatant is shown in Table 1. In Escherichia coli, which has the ability to produce 3-hydroxyadipic acid, increasing the expression level of PDHc due to deletion of pdhR By strengthening the reaction that generates acetyl-CoA from pyruvate and increasing the expression level of FDH1, the accumulated concentration of 3-hydroxyadipic acid is significantly increased by strengthening the reaction that generates carbon dioxide from formic acid. I understand.

Figure 2023144366000003
Figure 2023144366000003

(参考例7)PDHcサブユニット(Lpd)を発現するプラスミドの作製
大腸菌内で自律複製可能な発現ベクターpMW119(株式会社ニッポンジーン製)をSacIおよびKpnIで切断し、pMW119/SacI、KpnIを得た。
(Reference Example 7) Preparation of a plasmid expressing PDHc subunit (Lpd) Expression vector pMW119 (manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.) capable of autonomous replication in E. coli was cut with SacI and KpnI to obtain pMW119/SacI and KpnI.

Escherichia coli由来のLpdをコードする遺伝子を増幅するために、Escherichia coli str.K-12 substr.MG1655のゲノムDNAを鋳型としてlpd(NCBI-GeneID:944854)全長ならびにその5’側0.5kbおよび3’側0.1kbを含む領域をPCR増幅するためのプライマーを設計し(配列番号30、31)、常法に従ってPCR反応を行った。得られた断片およびpMW119/SacI、KpnIを、“In-Fusion HD Cloning Kit”(タカラバイオ株式会社製)を用いて連結し、pMW119::LPDを作製した。当該プラスミドは、常法により塩基配列を確認した。 In order to amplify the gene encoding Lpd from Escherichia coli, Escherichia coli str. K-12 substr. Using MG1655 genomic DNA as a template, primers were designed to PCR amplify the full-length lpd (NCBI-GeneID: 944854) and a region including 0.5 kb on the 5' side and 0.1 kb on the 3' side (SEQ ID NOs: 30 and 31). ), PCR reaction was performed according to a conventional method. The obtained fragment, pMW119/SacI, and KpnI were ligated using "In-Fusion HD Cloning Kit" (manufactured by Takara Bio Inc.) to produce pMW119::LPD. The base sequence of the plasmid was confirmed by a conventional method.

(参考例8)ピルビン酸ギ酸リアーゼ(PFL)を発現するプラスミドの作製
参考例5で作製したgapAプロモーター導入プラスミドpMW119::PgapにPFLをコードする塩基配列を導入し、gapAプロモーターの制御下でPFLが発現するようにデザインしたPFL発現プラスミドpMW119::PFLを作製した。
(Reference Example 8) Preparation of a plasmid expressing pyruvate formate lyase (PFL) A nucleotide sequence encoding PFL was introduced into the gapA promoter introduction plasmid pMW119::Pgap prepared in Reference Example 5, and PFL was produced under the control of the gapA promoter. A PFL expression plasmid pMW119::PFL was created, which was designed to express pMW119::PFL.

参考例5で作成したpMW119::PgapをSphIで切断し、pMW119::Pgap/SphIを得た。PFLをコードする遺伝子を増幅するために、Escherichia coli str.K-12 substr.MG1655のゲノムDNAを鋳型としてpflB(NCBI-GeneID:945514)およびpflA(NCBI-GeneID:945517)全長を含む領域をPCR増幅するためのプライマーを設計し(配列番号32、33)、常法に従ってPCR反応を行った。得られた断片およびpMW119::Pgap/SphIを、“In-Fusion HD Cloning Kit”(タカラバイオ株式会社製)を用いて連結し、プラスミドをpMW119::PFLを作製した。当該プラスミドは、常法により塩基配列を確認した。 pMW119::Pgap prepared in Reference Example 5 was cleaved with SphI to obtain pMW119::Pgap/SphI. To amplify the gene encoding PFL, Escherichia coli str. K-12 substr. Using MG1655 genomic DNA as a template, primers were designed to PCR amplify the region containing the full lengths of pflB (NCBI-Gene ID: 945514) and pflA (NCBI-Gene ID: 945517) (SEQ ID NOs: 32 and 33), and PCR was carried out according to a conventional method. The reaction was carried out. The obtained fragment and pMW119::Pgap/SphI were ligated using "In-Fusion HD Cloning Kit" (manufactured by Takara Bio Inc.) to create a plasmid pMW119::PFL. The base sequence of the plasmid was confirmed by a conventional method.

(比較例5)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミドならびに2種のgapAプロモーター導入プラスミドを有する大腸菌の作製
比較例1で作製したEc/3HA_pMWをカナマイシン25μg/mLおよびアンピシリン100μg/mLを含む5mLのLB培地に植菌し、30℃で1日振とう培養した。培養液0.5mLをカナマイシン25μg/mLおよびアンピシリン100μg/mLを含む5mLのLB培地に植菌し、30℃で2時間、振とう培養した。培養液を20分間氷冷したのち、菌体を10%(w/w)グリセロールで3回洗浄した。洗浄後のペレットを100μLの10%(w/w)グリセロールで懸濁し、150ngのpCDF::Pgapと混合したのちエレクトロポレーションキュベット内で10分間氷冷した。Gene pulser(Bio-rad社製)を用いてエレクトロポレーションを実施した(3kV、200Ω、25μF)後、即座に1mLのSOC培地を添加し、30℃で1時間振とう培養した。50μLをカナマイシン25μg/mLおよびアンピシリン100μg/mLおよびストレプトマイシン50μg/mLを含むLB寒天培地に塗布し、30℃で1日インキュベートした。得られた株をEc/3HA_pMWp_CDFとした。
(Comparative Example 5) Preparation of E. coli having plasmids expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E and two types of gapA promoter-introduced plasmids. The cells were inoculated into 5 mL of LB medium containing 100 μg/mL, and cultured with shaking at 30° C. for 1 day. 0.5 mL of the culture solution was inoculated into 5 mL of LB medium containing 25 μg/mL of kanamycin and 100 μg/mL of ampicillin, and cultured with shaking at 30° C. for 2 hours. After cooling the culture solution on ice for 20 minutes, the bacterial cells were washed three times with 10% (w/w) glycerol. The washed pellet was suspended in 100 μL of 10% (w/w) glycerol, mixed with 150 ng of pCDF::Pgap, and then cooled on ice for 10 minutes in an electroporation cuvette. After performing electroporation (3 kV, 200 Ω, 25 μF) using Gene pulser (manufactured by Bio-rad), 1 mL of SOC medium was immediately added and cultured with shaking at 30° C. for 1 hour. 50 μL was applied to an LB agar medium containing 25 μg/mL of kanamycin, 100 μg/mL of ampicillin, and 50 μg/mL of streptomycin, and incubated at 30° C. for 1 day. The obtained strain was named Ec/3HA_pMWp_CDF.

(比較例6)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミドならびに2種のgapAプロモーター導入プラスミドを有する大腸菌の3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の生産試験
比較例5で作製したEc/3HA_pMW_pCDFを、培地にストレプトマイシン50μg/mLを含むこと以外は比較例2と同様の方法にて培養した。培養上清中に蓄積した3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の濃度を表2に示す。
(Comparative Example 6) Production test of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid using Escherichia coli having plasmids expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E and two types of gapA promoter-introduced plasmids Comparative Example 5 The prepared Ec/3HA_pMW_pCDF was cultured in the same manner as in Comparative Example 2 except that the medium contained 50 μg/mL of streptomycin. Table 2 shows the concentrations of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid accumulated in the culture supernatant.

(比較例7)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミド、Lpd発現プラスミドならびにgapAプロモーター導入プラスミドを有する大腸菌導入の作製
比較例1と同様の方法にて、Ec/3HAに参考例7で作製したプラスミドpMW119::LPDを導入してLpdの発現量を増大することでPDHcの発現量を増大させたEc/3HA_LPDを作製した。続いて、Ec/3HA_LPDに対して、比較例5と同様の方法にて、参考例5で作製したプラスミドpCDF::Pgapを導入してEc/3HA_LPD_pCDFを作製した。
(Comparative Example 7) Preparation of E. coli cells containing plasmids expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E, Lpd expression plasmid, and gapA promoter introduction plasmid In the same manner as in Comparative Example 1, Ec/3HA was Ec/3HA_LPD was prepared by introducing the plasmid pMW119::LPD prepared in Reference Example 7 to increase the expression level of Lpd, thereby increasing the expression level of PDHc. Subsequently, the plasmid pCDF::Pgap produced in Reference Example 5 was introduced into Ec/3HA_LPD in the same manner as in Comparative Example 5 to produce Ec/3HA_LPD_pCDF.

(比較例8)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミド、Lpd発現プラスミドならびにgapAプロモーター導入プラスミドを有する大腸菌の3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の生産試験
比較例7で作製したEc/3HA_LPD_pCDFを、比較例6と同様の方法にて培養した。培養上清中に蓄積した3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の濃度を表2に示す。
(Comparative Example 8) Production test of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid using Escherichia coli having a plasmid expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E, an Lpd expression plasmid, and a gapA promoter introduction plasmid Comparative Example 7 The Ec/3HA_LPD_pCDF prepared in was cultured in the same manner as in Comparative Example 6. Table 2 shows the concentrations of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid accumulated in the culture supernatant.

(実施例3)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミド、Lpd発現プラスミドならびにFDH1発現プラスミドを有する大腸菌の作製
比較例5と同様の方法にて、Ec/3HA_LPDに参考例6で作製したプラスミドpCDF::FDH1を導入し、PDHcおよびFDH1の発現量を増大させたEc/3HA_LPD_FDH1を作製した。
(Example 3) Production of E. coli having plasmids expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E, Lpd expression plasmid, and FDH1 expression plasmid Using the same method as Comparative Example 5, Ec/3HA_LPD was added to Reference Example The plasmid pCDF::FDH1 prepared in step 6 was introduced to produce Ec/3HA_LPD_FDH1 in which the expression levels of PDHc and FDH1 were increased.

(実施例4)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミド、Lpd発現プラスミドならびにFDH1発現プラスミドを有する大腸菌の3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の生産試験
実施例3で作製したEc/3HA_LPD_FDH1を、比較例6と同様の方法にて培養した。培養上清中に蓄積した3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の濃度は表2に示すとおりであり、3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸を製造する能力を有する大腸菌において、LpdおよびFDH1の発現量を増大させることで3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の蓄積濃度が顕著に向上することがわかった。
(Example 4) Production test of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid using Escherichia coli having plasmids expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E, Lpd expression plasmid, and FDH1 expression plasmid In Example 3 The prepared Ec/3HA_LPD_FDH1 was cultured in the same manner as in Comparative Example 6. The concentrations of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid accumulated in the culture supernatant are shown in Table 2. It was found that by increasing the expression level of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid, the accumulated concentrations of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid were significantly improved.

(比較例9)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミド、PFL発現プラスミドならびにgapAプロモーター導入プラスミドを有する大腸菌の作製
比較例1と同様の方法にて、Ec/3HAに参考例8で作製したプラスミドpMW119::PFLを導入し、PFLの発現量を増大させたEc/3HA_PFLとした。続いて、Ec/3HA_PFLに対して、比較例5と同様の方法にて、参考例5で作製したプラスミドpCDF::Pgapを導入してEc/3HA_PFL_pCDFを作製した。
(Comparative Example 9) Production of E. coli having a plasmid expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E, a PFL expression plasmid, and a gapA promoter introduction plasmid. Using the same method as in Comparative Example 1, use Ec/3HA as a reference. The plasmid pMW119::PFL prepared in Example 8 was introduced to create Ec/3HA_PFL with increased expression level of PFL. Subsequently, the plasmid pCDF::Pgap produced in Reference Example 5 was introduced into Ec/3HA_PFL in the same manner as in Comparative Example 5 to produce Ec/3HA_PFL_pCDF.

(比較例10)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミド、PFL発現プラスミドならびにgapAプロモーター導入プラスミドを有する大腸菌の3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の生産試験
比較例9で作製したEc/3HA_PFL_pCDFを、比較例6と同様の方法にて培養した。培養上清中に蓄積した3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の濃度を表2に示す。
(Comparative Example 10) Production test of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid using Escherichia coli having a plasmid expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E, a PFL expression plasmid, and a gapA promoter introduction plasmid Comparative Example 9 The Ec/3HA_PFL_pCDF prepared in was cultured in the same manner as in Comparative Example 6. Table 2 shows the concentrations of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid accumulated in the culture supernatant.

(実施例5)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミド、PFL発現プラスミドならびにFDH1発現プラスミドを有する大腸菌の作製
比較例5と同様の方法にて、Ec/3HA_PFLに参考例6で作製したプラスミドpCDF::FDH1を導入してEc/3HA_PFL_FDH1を作製した。
(Example 5) Production of E. coli having a plasmid expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E, a PFL expression plasmid, and an FDH1 expression plasmid In the same manner as in Comparative Example 5, Ec/3HA_PFL was added to the reference example. The plasmid pCDF::FDH1 prepared in step 6 was introduced to produce Ec/3HA_PFL_FDH1.

(実施例6)反応A、B、DおよびEを触媒する酵素を発現するプラスミド、PFL発現プラスミドならびにFDH1発現プラスミドを有する大腸菌の3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の生産試験
実施例5で作製したEc/3HA_PFL_FDH1を、比較例6と同様の方法にて培養した。培養上清中に蓄積した3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の濃度は表2に示すとおりであり、3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸を製造する能力を有する大腸菌において、PDHcまたはPFLの発現量を増大することでピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応を強化するとともに、FDH1の発現量を増大することでギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化することにより、3-ヒドロキシアジピン酸およびα-ヒドロムコン酸の蓄積濃度が顕著に向上することがわかった。
(Example 6) Production test of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid using Escherichia coli having plasmids expressing enzymes that catalyze reactions A, B, D, and E, PFL expression plasmid, and FDH1 expression plasmid In Example 5 The prepared Ec/3HA_PFL_FDH1 was cultured in the same manner as in Comparative Example 6. The concentrations of 3-hydroxyadipic acid and α-hydromuconic acid accumulated in the culture supernatant are shown in Table 2. By increasing the expression level of FDH1, the reaction to generate acetyl-CoA from pyruvate is strengthened, and by increasing the expression level of FDH1, the reaction to generate carbon dioxide from formic acid is strengthened. It was found that the accumulated concentrations of acid and α-hydromuconic acid were significantly improved.

Figure 2023144366000004
Figure 2023144366000004

Claims (12)

3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を製造する能力を有する微生物において、ピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応を強化し、かつ、ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化した、遺伝子改変微生物。 A gene that enhances the reaction of producing acetyl-CoA from pyruvic acid and the reaction of producing carbon dioxide from formic acid in a microorganism capable of producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid. Modified microorganisms. 前記ピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応の強化が、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体が触媒する反応の強化および/またはピルビン酸ギ酸リアーゼが触媒する反応の強化である、請求項1に記載の遺伝子改変微生物。 The genetic modification according to claim 1, wherein the enhancement of the reaction for producing acetyl-CoA from pyruvate is enhancement of the reaction catalyzed by a pyruvate dehydrogenase complex and/or the enhancement of the reaction catalyzed by pyruvate formate lyase. Microorganisms. 前記ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体が触媒する反応の強化が、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体の発現量の増大および/またはピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体の活性増強による強化である、請求項2に記載の遺伝子改変微生物。 The genetically modified microorganism according to claim 2, wherein the reaction catalyzed by the pyruvate dehydrogenase complex is enhanced by increasing the expression level of the pyruvate dehydrogenase complex and/or enhancing the activity of the pyruvate dehydrogenase complex. 前記ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体の発現量の増大が、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体転写抑制因子の機能を低下させることにより行われる、請求項3に記載の遺伝子改変微生物。 4. The genetically modified microorganism according to claim 3, wherein the expression level of the pyruvate dehydrogenase complex is increased by reducing the function of a pyruvate dehydrogenase complex transcription repressor. 前記ピルビン酸ギ酸リアーゼが触媒する反応の強化が、ピルビン酸ギ酸リアーゼの発現量の増大による強化により行われる、請求項2に記載の遺伝子改変微生物。 3. The genetically modified microorganism according to claim 2, wherein the reaction catalyzed by pyruvate formate lyase is enhanced by increasing the expression level of pyruvate formate lyase. 前記ギ酸から二酸化炭素を生成する反応の強化が、ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を触媒する酵素の発現量の増大である、請求項1から5のいずれか1項に記載の遺伝子改変微生物。 The genetically modified microorganism according to any one of claims 1 to 5, wherein the enhancement of the reaction for producing carbon dioxide from formic acid is an increase in the expression level of an enzyme that catalyzes the reaction for producing carbon dioxide from formic acid. 前記ギ酸から二酸化炭素を生成する反応の強化が、NADH産生型ギ酸デヒドロゲナーゼが触媒する反応の強化である、請求項1から6のいずれか1項に記載の遺伝子改変微生物。 The genetically modified microorganism according to any one of claims 1 to 6, wherein the enhancement of the reaction for producing carbon dioxide from formic acid is enhancement of the reaction catalyzed by NADH-producing formate dehydrogenase. さらに3-オキソアジピル-CoAを還元して3-ヒドロキシアジピル-CoAを生成する反応を強化した、請求項1から7のいずれか1項に記載の遺伝子改変微生物。 The genetically modified microorganism according to any one of claims 1 to 7, which further enhances the reaction of reducing 3-oxoadipyl-CoA to produce 3-hydroxyadipyl-CoA. ホスホケトラーゼ経路による糖代謝をしない微生物である、請求項1から8のいずれか1項に記載の遺伝子改変微生物。 The genetically modified microorganism according to any one of claims 1 to 8, which is a microorganism that does not metabolize sugar through the phosphoketolase pathway. 請求項1から9のいずれか1項に記載の遺伝子改変微生物を培養する工程を含む、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸の製造方法。 A method for producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid, comprising the step of culturing the genetically modified microorganism according to any one of claims 1 to 9. 遺伝子改変により、3-ヒドロキシアジピン酸および/またはα-ヒドロムコン酸を製造する能力を有する微生物のピルビン酸からアセチル-CoAを生成する反応を強化する工程、および、ギ酸から二酸化炭素を生成する反応を強化する工程を含む、遺伝子改変微生物の製造方法。 A step of genetically modifying a microorganism capable of producing 3-hydroxyadipic acid and/or α-hydromuconic acid to enhance the reaction of producing acetyl-CoA from pyruvic acid, and the reaction of producing carbon dioxide from formic acid. A method for producing a genetically modified microorganism, including a step of strengthening. さらに遺伝子改変により3-オキソアジピル-CoAを還元して3-ヒドロキシアジピル-CoAを生成する反応を強化する工程を含む、請求項11に記載の遺伝子改変微生物の製造方法。 12. The method for producing a genetically modified microorganism according to claim 11, further comprising the step of enhancing the reaction of reducing 3-oxoadipyl-CoA to produce 3-hydroxyadipyl-CoA through genetic modification.
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