JP2024008564A - Method for producing amino acid and/or organic acid - Google Patents

Method for producing amino acid and/or organic acid Download PDF

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JP2024008564A
JP2024008564A JP2022110536A JP2022110536A JP2024008564A JP 2024008564 A JP2024008564 A JP 2024008564A JP 2022110536 A JP2022110536 A JP 2022110536A JP 2022110536 A JP2022110536 A JP 2022110536A JP 2024008564 A JP2024008564 A JP 2024008564A
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誠久 蓮沼
Yoshihisa Hasunuma
悠一 加藤
Yuichi Kato
涼太 秀瀬
Ryota Hidese
弘樹 蘆田
Hiroki Ashida
龍胆 大林
Ryudo Obayashi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an amino acid and/or an organic acid.
SOLUTION: The present disclosure provides a method for producing an amino acid and/or an organic acid, wherein the method includes the step for culturing cyanobacteria with a reduced glycogen content. The present disclosure provides a method for producing an amino acid and/or an organic acid, using carbon dioxide as the raw material, wherein the method includes the steps of (a) culturing cyanobacteria with a reduced glycogen content, in the presence of carbon dioxide, and (b) extracting an amino acid and/or an organic acid from the culture medium in the step (a).
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Description

本開示は、アミノ酸および/または有機酸を製造する方法に関する。より特定すると、本開示は、グリコーゲン含有量が減少したラン藻を用いてアミノ酸および/または有機酸を製造する方法に関し、そのアミノ酸/または有機酸を原料として化成品を製造する方法に関する。 The present disclosure relates to methods of producing amino acids and/or organic acids. More specifically, the present disclosure relates to a method of producing an amino acid and/or an organic acid using cyanobacteria with reduced glycogen content, and a method of producing a chemical product using the amino acid/or organic acid as a raw material.

現在、アミノ酸を工業的に生産し、調味料、飼料、医薬品、サプリメントなど広く利用されている。このような工業的なアミノ酸の生成においては、代表的には、コリネ菌などの微生物を用いたアミノ酸の発酵生産が行われているが、炭素源としてグルコースなどの糖類を供給する必要があるため、その生産コストが高価なものとなっている。 Currently, amino acids are produced industrially and are widely used in seasonings, feed, medicines, supplements, etc. In such industrial production of amino acids, fermentation production of amino acids is typically carried out using microorganisms such as Corynebacterium, but since it is necessary to supply sugars such as glucose as a carbon source, , its production cost is high.

本発明者らは、グリコーゲン含有量が減少したラン藻を用いることで、様々なアミノ酸が細胞外に多く放出されることを見出した。この知見に基づき、本開示は、グリコーゲン含有量が減少したラン藻を用いて、アミノ酸および/または有機酸を製造する方法を提供する。 The present inventors have discovered that by using cyanobacteria with reduced glycogen content, a large amount of various amino acids are released outside the cells. Based on this knowledge, the present disclosure provides a method for producing amino acids and/or organic acids using cyanobacteria with reduced glycogen content.

したがって、本開示は以下を提供する。
(項目1)
アミノ酸および/または有機酸を製造する方法であって、
グリコーゲン含有量が減少したラン藻を培養する工程を含む、方法。
(項目2)
前記ラン藻が、同条件で生育した野生型のラン藻と比較して、グリコーゲン含有量が減少するよう遺伝的に改変されている、上記項目に記載の方法。
(項目3)
前記ラン藻が、グリコーゲン合成に寄与する酵素活性が抑制または欠損したラン藻、および/またはグリコーゲン分解に寄与する酵素活性が亢進したラン藻を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目4)
前記グリコーゲン合成に寄与する酵素が、グルコース-1-リン酸アデニリルトランスフェラーゼ(GlgC)またはその類似酵素、およびグリコーゲンシンターゼ(GlgA)またはその類似酵素を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目5)
前記グリコーゲン分解に寄与する酵素が、グリコーゲンホスホリラーゼ(GlgP)またはその類似酵素を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目6)
前記ラン藻が、ppGpp合成酵素をコードする遺伝子を誘導発現可能なラン藻である、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目7)
前記ppGpp合成酵素をコードする遺伝子が、枯草菌(Bacillus subtilis)由来のyjbM遺伝子を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目8)
前記アミノ酸および/または有機酸が、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、システイン、ピルビン酸、2-オキソグルタル酸、乳酸、リンゴ酸、コハク酸、およびフマル酸を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目9)
前記アミノ酸および/または有機酸が、芳香族アミノ酸を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目10)
前記ラン藻が、炭素源として二酸化炭素を消費する、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目11)
上記項目のいずれか一項に記載の方法によって製造されたアミノ酸を、p-クマル酸に変換する工程を含む、p-クマル酸を製造する方法。
(項目A1)
二酸化炭素を原料として、アミノ酸および/または有機酸を製造する方法であって、
(a)二酸化炭素の存在下で、グリコーゲン含有量が減少したラン藻を培養する工程と、
(b)工程(a)の培養液からアミノ酸および/または有機酸を得る工程と
を含む、方法。
(項目A2)
前記ラン藻が、同条件で生育した野生型のラン藻と比較して、グリコーゲン含有量が減少するよう遺伝的に改変されている、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目A3)
前記ラン藻が、グリコーゲン合成に寄与する酵素活性が抑制または欠損したラン藻、および/またはグリコーゲン分解に寄与する酵素活性が亢進したラン藻を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目A4)
前記グリコーゲン合成に寄与する酵素が、グルコース-1-リン酸アデニリルトランスフェラーゼ(GlgC)またはその類似酵素、およびグリコーゲンシンターゼ(GlgA)またはその類似酵素を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目A5)
前記グリコーゲン分解に寄与する酵素が、グリコーゲンホスホリラーゼ(GlgP)またはその類似酵素を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目A6)
前記ラン藻が、ppGpp合成酵素をコードする遺伝子を誘導発現可能なラン藻である、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目A7)
前記ppGpp合成酵素コードする遺伝子が、枯草菌(Bacillus subtilis)由来のyjbM遺伝子を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目A8)
前記アミノ酸および/または有機酸が、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、システイン、ピルビン酸、2-オキソグルタル酸、乳酸、リンゴ酸、コハク酸、およびフマル酸を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目A9)
前記アミノ酸および/または有機酸が、芳香族アミノ酸を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目A10)
前記ラン藻が、炭素源として二酸化炭素を消費する、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目A11)
上記項目のいずれか一項に記載の方法によって製造されたアミノ酸を、p-クマル酸に変換する工程を含む、p-クマル酸を製造する方法。
(項目B1)
二酸化炭素を原料として、アミノ酸含有またはアミノ酸ベースの化成品を製造する方法であって、
(a)二酸化炭素の存在下で、グリコーゲン含有量が減少したラン藻を培養する工程と、
(b)工程(a)の培養液からアミノ酸を得る工程と、
(c)該アミノ酸を原料として化成品を製造する工程と
を含む、方法。
(項目B2)
前記ラン藻が、同条件で生育した野生型のラン藻と比較して、グリコーゲン含有量が減少するよう遺伝的に改変されている、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目B3)
前記ラン藻が、グリコーゲン合成に寄与する酵素活性が抑制または欠損したラン藻、および/またはグリコーゲン分解に寄与する酵素活性が亢進したラン藻を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目B4)
前記グリコーゲン合成に寄与する酵素が、グルコース-1-リン酸アデニリルトランスフェラーゼ(GlgC)またはその類似酵素、およびグリコーゲンシンターゼ(GlgA)またはその類似酵素を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目B5)
前記グリコーゲン分解に寄与する酵素が、グリコーゲンホスホリラーゼ(GlgP)またはその類似酵素を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目B6)
前記ラン藻が、ppGpp合成酵素をコードする遺伝子を誘導発現可能なラン藻である、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目B7)
前記ppGpp合成酵素コードする遺伝子が、枯草菌(Bacillus subtilis)由来のyjbM遺伝子を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目B8)
前記アミノ酸および/または有機酸が、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、システイン、ピルビン酸、2-オキソグルタル酸、乳酸、リンゴ酸、コハク酸、およびフマル酸を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目B9)
前記アミノ酸および/または有機酸が、芳香族アミノ酸を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目B10)
前記ラン藻が、炭素源として二酸化炭素を消費する、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目B11)
前記化成品は、バイオプラスチック原料、食品添加物、化粧品添加物、および/または細胞培養の栄養源を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
Accordingly, the present disclosure provides:
(Item 1)
A method for producing amino acids and/or organic acids, comprising:
A method comprising culturing cyanobacteria with reduced glycogen content.
(Item 2)
The method according to the above item, wherein the cyanobacteria is genetically modified to have a reduced glycogen content compared to wild-type cyanobacteria grown under the same conditions.
(Item 3)
The method according to any one of the above items, wherein the cyanobacteria include cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen synthesis is suppressed or deficient, and/or cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen decomposition is enhanced.
(Item 4)
The enzyme contributing to glycogen synthesis includes glucose-1-phosphate adenylyltransferase (GlgC) or a similar enzyme thereof, and glycogen synthase (GlgA) or a similar enzyme thereof, according to any one of the above items. Method.
(Item 5)
The method according to any one of the above items, wherein the enzyme contributing to glycogenolysis includes glycogen phosphorylase (GlgP) or an enzyme similar thereto.
(Item 6)
The method according to any one of the above items, wherein the blue-green algae is a blue-green algae that can inducibly express a gene encoding ppGpp synthase.
(Item 7)
The method according to any one of the above items, wherein the gene encoding the ppGpp synthase includes the yjbM gene derived from Bacillus subtilis.
(Item 8)
The amino acids and/or organic acids include alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, glutamine, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tryptophan, tyrosine, valine, cysteine, A method according to any one of the preceding items, comprising pyruvic acid, 2-oxoglutaric acid, lactic acid, malic acid, succinic acid, and fumaric acid.
(Item 9)
The method according to any one of the above items, wherein the amino acid and/or organic acid comprises an aromatic amino acid.
(Item 10)
The method according to any one of the above items, wherein the cyanobacteria consume carbon dioxide as a carbon source.
(Item 11)
A method for producing p-coumaric acid, comprising the step of converting an amino acid produced by the method according to any one of the above items into p-coumaric acid.
(Item A1)
A method for producing amino acids and/or organic acids using carbon dioxide as a raw material, the method comprising:
(a) culturing cyanobacteria with reduced glycogen content in the presence of carbon dioxide;
(b) obtaining an amino acid and/or an organic acid from the culture solution of step (a).
(Item A2)
The method according to any one of the above items, wherein the cyanobacteria is genetically modified to have a reduced glycogen content compared to wild-type cyanobacteria grown under the same conditions.
(Item A3)
The method according to any one of the above items, wherein the cyanobacteria include cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen synthesis is suppressed or deficient, and/or cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen decomposition is enhanced.
(Item A4)
The enzyme contributing to glycogen synthesis includes glucose-1-phosphate adenylyltransferase (GlgC) or a similar enzyme thereof, and glycogen synthase (GlgA) or a similar enzyme thereof, according to any one of the above items. Method.
(Item A5)
The method according to any one of the above items, wherein the enzyme contributing to glycogenolysis includes glycogen phosphorylase (GlgP) or an enzyme similar thereto.
(Item A6)
The method according to any one of the above items, wherein the blue-green algae is a blue-green algae that can inducibly express a gene encoding ppGpp synthase.
(Item A7)
The method according to any one of the above items, wherein the gene encoding the ppGpp synthase includes the yjbM gene derived from Bacillus subtilis.
(Item A8)
The amino acids and/or organic acids include alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, glutamine, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tryptophan, tyrosine, valine, cysteine, A method according to any one of the preceding items, comprising pyruvic acid, 2-oxoglutaric acid, lactic acid, malic acid, succinic acid, and fumaric acid.
(Item A9)
The method according to any one of the above items, wherein the amino acid and/or organic acid comprises an aromatic amino acid.
(Item A10)
The method according to any one of the above items, wherein the cyanobacteria consume carbon dioxide as a carbon source.
(Item A11)
A method for producing p-coumaric acid, comprising the step of converting an amino acid produced by the method according to any one of the above items into p-coumaric acid.
(Item B1)
A method for producing amino acid-containing or amino acid-based chemical products using carbon dioxide as a raw material, the method comprising:
(a) culturing cyanobacteria with reduced glycogen content in the presence of carbon dioxide;
(b) obtaining amino acids from the culture solution of step (a);
(c) a step of producing a chemical product using the amino acid as a raw material.
(Item B2)
The method according to any one of the above items, wherein the cyanobacteria is genetically modified to have a reduced glycogen content compared to wild-type cyanobacteria grown under the same conditions.
(Item B3)
The method according to any one of the above items, wherein the cyanobacteria include cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen synthesis is suppressed or deficient, and/or cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen decomposition is enhanced.
(Item B4)
The enzyme contributing to glycogen synthesis includes glucose-1-phosphate adenylyltransferase (GlgC) or a similar enzyme thereof, and glycogen synthase (GlgA) or a similar enzyme thereof, according to any one of the above items. Method.
(Item B5)
The method according to any one of the above items, wherein the enzyme contributing to glycogenolysis includes glycogen phosphorylase (GlgP) or an enzyme similar thereto.
(Item B6)
The method according to any one of the above items, wherein the blue-green algae is a blue-green algae that can inducibly express a gene encoding ppGpp synthase.
(Item B7)
The method according to any one of the above items, wherein the gene encoding the ppGpp synthase includes the yjbM gene derived from Bacillus subtilis.
(Item B8)
The amino acids and/or organic acids include alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, glutamine, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tryptophan, tyrosine, valine, cysteine, A method according to any one of the preceding items, comprising pyruvic acid, 2-oxoglutaric acid, lactic acid, malic acid, succinic acid, and fumaric acid.
(Item B9)
The method according to any one of the above items, wherein the amino acid and/or organic acid comprises an aromatic amino acid.
(Item B10)
The method according to any one of the above items, wherein the cyanobacteria consume carbon dioxide as a carbon source.
(Item B11)
The method according to any one of the above items, wherein the chemical product comprises a bioplastic raw material, a food additive, a cosmetic additive, and/or a nutrient source for cell culture.

本開示において、上記の1つまたは複数の特徴は、明示された組み合わせに加え、さらに組み合わせて提供され得ることが意図される。なお、本開示のさらなる実施形態および利点は、必要に応じて以下の詳細な説明を読んで理解すれば、当業者に認識される。 In the present disclosure, it is intended that one or more of the features described above may be provided in further combinations in addition to the combinations specified. Additionally, additional embodiments and advantages of the present disclosure will be apparent to those skilled in the art upon reading and understanding the following detailed description, as appropriate.

なお、上記した以外の本開示の特徴及び顕著な作用・効果は、以下の発明の実施形態の項及び図面を参照することで、当業者にとって明確となる。 Note that features and significant actions and effects of the present disclosure other than those described above will become clear to those skilled in the art by referring to the following embodiments section and drawings.

本開示によれば、ラン藻が光合成によってアミノ酸を生産し、様々なアミノ酸を細胞外に多く放出するため、従来のアミノ酸発酵法に比べて大幅に環境負荷が少ないアミノ酸生産システムを構築することができる。 According to the present disclosure, cyanobacteria produce amino acids through photosynthesis and release large amounts of various amino acids outside the cells, making it possible to construct an amino acid production system with significantly less environmental impact than conventional amino acid fermentation methods. can.

図1は、ラン藻におけるグリコーゲン生合成経路を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the glycogen biosynthesis pathway in cyanobacteria. 図2は、本開示の一実施形態における、グリコーゲン合成を不活性化したラン藻株の導入コンストラクトを示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an introduction construct for a cyanobacteria strain in which glycogen synthesis has been inactivated, according to an embodiment of the present disclosure. 図3は、本開示の一実施形態において、本開示のラン藻の培養方法を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a method for culturing cyanobacteria of the present disclosure in an embodiment of the present disclosure. 図4は、本開示の一実施形態におけるラン藻の細胞増殖とグリコーゲン蓄積量を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing cell proliferation and glycogen accumulation of cyanobacteria in one embodiment of the present disclosure. 図5は、本開示の一実施形態において、本開示のラン藻から排出されたアミノ酸量を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the amount of amino acids excreted from the blue-green algae of the present disclosure in an embodiment of the present disclosure. 図6は、本開示の一実施形態において、本開示のラン藻から排出されたアミノ酸量を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the amount of amino acids excreted from the blue-green algae of the present disclosure in an embodiment of the present disclosure. 図7は、本開示の一実施形態において、本開示のラン藻から排出された有機酸量を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the amount of organic acid discharged from the blue-green algae of the present disclosure in an embodiment of the present disclosure.

以下、本開示を最良の形態を示しながら説明する。本明細書の全体にわたり、単数形の表現は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。従って、単数形の冠詞(例えば、英語の場合は「a」、「an」、「the」など)は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。また、本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本開示の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書(定義を含めて)が優先する。 Hereinafter, the present disclosure will be described while showing the best mode. Throughout this specification, references to the singular should be understood to include the plural unless specifically stated otherwise. Accordingly, singular articles (e.g., "a," "an," "the," etc. in English) should be understood to also include the plural concept, unless specifically stated otherwise. Further, it should be understood that the terms used herein have the meanings commonly used in the art unless otherwise specified. Accordingly, unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. In case of conflict, the present specification (including definitions) will control.

以下に本明細書において特に使用される用語の定義および/または基本的技術内容を適宜説明する。 Definitions of terms particularly used in this specification and/or basic technical contents will be explained below as appropriate.

本明細書において、「約」とは、後に続く数値の±10%を意味する。 As used herein, "about" means ±10% of the following numerical value.

本明細書において、「アミノ酸」とは、広義に解釈され、1分子内にアミノ基(-NH)とカルボキシ基(-COOH)とを有する化合物をいう。本明細書中で使用される場合、「アミノ酸」には、アミノ基(NH)とカルボキシル基(COOH)とを有する有機化合物が、塩の形態であるもの、アミノ基および/またはカルボキシル基が結合(例えば、アミド結合、エステル結合)に利用されているもの(例えば、タンパク質中のもの)、およびアミノ基に替えてイミノ基を含むもの(例えば、プロリン)が含まれる。ある実施形態においては、「アミノ酸」は、アミノ基およびカルボキシル基が同一の炭素原子に結合する、α-アミノ酸であってもよい。本明細書中で使用される場合、「アミノ酸」としては、生物内で見られるタンパク質を主に構成するアミノ酸(アラニン、システイン、アスパラギン酸、グルタミン酸、フェニルアラニン、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、リジン、ロイシン、メチオニン、アスパラギン、プロリン、グルタミン、アルギニン、セリン、スレオニン、バリン、トリプトファン、チロシン)が包含される。アミノ酸は、側鎖の種類に基づいて分類することが可能であり、塩基性アミノ酸(リジン、アルギニン、ヒスチジン)、酸性アミノ酸(アスパラギン酸、グルタミン酸)、中性アミノ酸(アスパラギン、アラニン、イソロイシン、グリシン、グルタミン、システイン、スレオニン、セリン、チロシン、フェニルアラニン、プロリン、バリン、メチオニン、ロイシン)、芳香族アミノ酸(チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジン)、ヒドロキシアミノ酸(セリン、スレオニン、チロシン)、および含硫アミノ酸(システイン、メチオニン)等が挙げられる。本開示のアミノ酸は、天然のアミノ酸および合成アミノ酸のほか、天然のアミノ酸と同様の形で機能するアミノ酸類似体およびアミノ酸模倣体も包含する。アミノ酸類似体とは、天然のアミノ酸と同じ基本的化学構造、すなわち、水素、カルボキシル基、アミノ基、およびR基などを有する化合物を指す。このような類似体は、修飾R基(例えば、ノルロイシン)または修飾ペプチド骨格を有するが、天然のアミノ酸と同じ基本的化学構造を保持する。アミノ酸模倣体とは、アミノ酸の一般的な化学構造と異なる構造を有するが、天然のアミノ酸と同様の形で機能する化学化合物を指す。 As used herein, the term "amino acid" is broadly interpreted and refers to a compound having an amino group (-NH 2 ) and a carboxy group (-COOH) in one molecule. As used herein, "amino acid" includes an organic compound having an amino group (NH 2 ) and a carboxyl group (COOH) in the form of a salt, and an organic compound having an amino group (NH 2 ) and a carboxyl group (COOH); These include those that are used for bonds (for example, amide bonds, ester bonds) (for example, those in proteins), and those that contain imino groups instead of amino groups (for example, proline). In certain embodiments, an "amino acid" can be an alpha-amino acid, where the amino and carboxyl groups are attached to the same carbon atom. As used herein, "amino acid" refers to amino acids that mainly constitute proteins found in living organisms (alanine, cysteine, aspartic acid, glutamic acid, phenylalanine, glycine, histidine, isoleucine, lysine, leucine, methionine, asparagine, proline, glutamine, arginine, serine, threonine, valine, tryptophan, tyrosine). Amino acids can be classified based on the type of side chain, including basic amino acids (lysine, arginine, histidine), acidic amino acids (aspartic acid, glutamic acid), neutral amino acids (asparagine, alanine, isoleucine, glycine, Glutamine, cysteine, threonine, serine, tyrosine, phenylalanine, proline, valine, methionine, leucine), aromatic amino acids (tyrosine, phenylalanine, tryptophan, histidine), hydroxyl amino acids (serine, threonine, tyrosine), and sulfur-containing amino acids (cysteine) , methionine), etc. Amino acids of the present disclosure include natural amino acids and synthetic amino acids, as well as amino acid analogs and amino acid mimetics that function in a manner similar to natural amino acids. Amino acid analog refers to a compound that has the same basic chemical structure as a naturally occurring amino acid, ie, hydrogen, carboxyl group, amino group, R group, etc. Such analogs have modified R groups (eg, norleucine) or modified peptide backbones, but retain the same basic chemical structure as the natural amino acid. Amino acid mimetics refer to chemical compounds that have a structure that differs from the general chemical structure of amino acids, but that function in a manner similar to natural amino acids.

本明細書において、「芳香族アミノ酸」とは、芳香環及び芳香族複素環を有する疎水性アミノ酸を意味する。芳香族アミノ酸としては、フェニルアラニン、トリプトファン、チロシン等が挙げられる。 As used herein, "aromatic amino acid" means a hydrophobic amino acid having an aromatic ring and an aromatic heterocycle. Aromatic amino acids include phenylalanine, tryptophan, tyrosine, and the like.

本明細書において、「有機酸」とは、酸性を示す有機化合物の総称である。「有機酸」には、カルボキシ基を有するカルボン酸、およびスルホ基を有するスルホン酸が包含される。カルボン酸は、分子内のカルボキシ基の数によってさらに分類され、モノカルボン酸(例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、キナ酸等)、ジカルボン酸(例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、酒石酸等)、トリカルボン酸(例えば、クエン酸、アコニット酸等)等が挙げられる。さらにカルボン酸には、単糖の酸素基がカルボン酸に置換された化合物である、糖酸(例えば、アスコルビン酸、グルコン酸、グルクロン酸、酒石酸等)も包含される。 In this specification, "organic acid" is a general term for organic compounds exhibiting acidity. "Organic acids" include carboxylic acids having a carboxy group and sulfonic acids having a sulfo group. Carboxylic acids are further classified according to the number of carboxy groups in the molecule, including monocarboxylic acids (e.g., formic acid, acetic acid, propionic acid, quinic acid, etc.), dicarboxylic acids (e.g., oxalic acid, malonic acid, succinic acid, malic acid, etc.). , tartaric acid, etc.), tricarboxylic acids (for example, citric acid, aconitic acid, etc.), and the like. Furthermore, carboxylic acid also includes sugar acids (eg, ascorbic acid, gluconic acid, glucuronic acid, tartaric acid, etc.), which are compounds in which the oxygen group of a monosaccharide is substituted with carboxylic acid.

本明細書において、「減少」とは、広義に解釈され、対象となる任意の分子、物質、化合物、組成物、またはそれらの活性が、より少ない量をもたらす任意の負の変化を意味する。例えば、「減少」は、天然の状態または何等かの処理または改変などが施される前よりも少なくなるような変化を含む。「減少」は統計的に有意な量でのいかなる減少を含み、個別の値、中央値、または平均値の減少も含む。したがって、減少は、その減少が統計的に有意である限り、約1、約2、約3、約4、約5、約6、約7、約8、約9、約10、約15、約20、約25、約30、約35、約40、約45、約50、約55、約60、約65、約70、約75、約80、約85、約90、約95、または約100%の減少を含む。 As used herein, "reduction" is interpreted broadly and means any negative change that results in a lesser amount of any molecule, substance, compound, composition, or activity thereof. For example, "reduced" includes a change such that it is less than its natural state or before any treatment or modification or the like. "Decrease" includes any decrease in a statistically significant amount, including a decrease in individual values, median values, or mean values. Thus, a decrease is about 1, about 2, about 3, about 4, about 5, about 6, about 7, about 8, about 9, about 10, about 15, about 20, about 25, about 30, about 35, about 40, about 45, about 50, about 55, about 60, about 65, about 70, about 75, about 80, about 85, about 90, about 95, or about 100 % decrease.

本明細書において、「酵素活性」とは、広義に解釈され、酵素によって及ぼされる触媒効果を意味する。本明細書において「酵素活性」の変化という場合には、酵素やタンパク質をコードする遺伝子の転写量(mRNA量)または翻訳量(タンパク質の量)に起因する酵素の触媒効果の変化も含む。 As used herein, "enzyme activity" is broadly interpreted and refers to the catalytic effect exerted by an enzyme. In this specification, a change in "enzyme activity" includes a change in the catalytic effect of an enzyme due to the amount of transcription (mRNA amount) or translation amount (amount of protein) of a gene encoding an enzyme or protein.

本明細書において、「抑制」または「欠損」とは、遺伝子発現(転写レベルでもよく、翻訳レベルでもよい)、または遺伝子産物の機能が、天然の状態または改変前よりも低下していることをいい、酵素活性の抑制または欠損とは、酵素をコードする遺伝子の発現レベル(転写レベルでもよく、翻訳レベルでもよい)、または遺伝子産物の機能が低下していることをいう。 As used herein, "suppression" or "deficiency" refers to gene expression (which may be at the transcription level or translation level) or the function of the gene product that is lower than its natural state or before modification. Suppression or deficiency of enzyme activity refers to a decrease in the expression level (either transcription level or translation level) of the gene encoding the enzyme or the function of the gene product.

本明細書において、「亢進」とは、遺伝子発現(転写レベルでもよく、翻訳レベルでもよい)、または遺伝子産物の機能が、天然の状態または改変前よりも増加していることをいい、酵素活性の亢進とは、酵素をコードする遺伝子の発現レベル(転写レベルでもよく、翻訳レベルでもよい)、または遺伝子産物の機能が増加していることをいう。 As used herein, "enhancement" refers to an increase in gene expression (at the transcription level or translation level) or the function of the gene product compared to the natural state or before modification, and the enzyme activity Enhancement refers to an increase in the expression level (either transcription level or translation level) of the gene encoding the enzyme or the function of the gene product.

本明細書において、「改変」とは、細胞内のDNAに塩基配列を挿入すること、または細胞内のDNAの塩基配列を一部欠失すること、またはそれらの組み合わせをいう。 As used herein, "modification" refers to insertion of a base sequence into intracellular DNA, deletion of a portion of the base sequence of intracellular DNA, or a combination thereof.

本明細書において、「改変生物」とは、基準生物に対して、生物におけるDNAの塩基配列が改変した生物をいう。基準生物としては、天然に存在する生物や、改変した結果はじめて当該生物として認識される生物などを挙げることができるがそれらに限定されない。 As used herein, the term "modified organism" refers to an organism whose DNA base sequence has been modified relative to a reference organism. Reference organisms include, but are not limited to, naturally occurring organisms and organisms that are only recognized as such after being modified.

本明細書において、「遺伝子」とは、遺伝形質を規定する因子をいい、「遺伝子」は、「ポリヌクレオチド」、「オリゴヌクレオチド」および「DNA」を指すことがある。遺伝子は、対象となる生物において内因性であってもよいし、外因性であってもよい。また、公知のこれらの遺伝子を適宜利用できる。遺伝子としては、由来を問わないで利用できる。すなわち、遺伝子は、対象となる生物以外の他の種の生物、他の属の生物に由来するものであってもよいし、動物、植物、真菌(カビ等)、細菌などの生物に由来するものであってもよい。こうした遺伝子に関する情報は、当業者であれば、NCBI(National Center for Biotechnology Information;http://www.ncbi.nlm.nih.gov)等のHPにアクセスすることにより適宜入手できる。これらの遺伝子は、各活性を有する限りにおいて、データベース等において開示される配列情報と一定の関係を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。こうした一態様としては、開示されたアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、本発明で増強しようとする活性を有するタンパク質をコードする遺伝子が挙げられる。開示されるアミノ酸配列に対するアミノ酸の変異は、すなわち、欠失、置換、挿入若しくは付加は、いずれか1種類であってもよいし、2種類以上が組み合わされていてもよい。また、これらの変異の総数は、特に限定されないが、好ましくは、1個以上10個以下程度である。より好ましくは、1個以上5個以下である。アミノ酸置換の例としては、保存的置換が好ましく、具体的には以下のグループ内での置換が挙げられる。(グリシン、アラニン)(バリン、イソロイシン、ロイシン)(アスパラギン酸、グルタミン酸)(アスパラギン、グルタミン)(セリン、トレオニン)(リジン、アルギニン)(フェニルアラニン、チロシン)。 As used herein, "gene" refers to a factor that defines genetic traits, and "gene" may refer to "polynucleotide," "oligonucleotide," and "DNA." The gene may be endogenous or exogenous in the target organism. Furthermore, these known genes can be used as appropriate. As a gene, it can be used regardless of its origin. In other words, genes may be derived from organisms of other species or genera other than the target organism, or may be derived from organisms such as animals, plants, fungi (molds, etc.), and bacteria. It may be something. Information regarding such genes can be appropriately obtained by those skilled in the art by accessing websites such as NCBI (National Center for Biotechnology Information; http://www.ncbi.nlm.nih.gov). These genes may be genes encoding proteins that have a certain relationship with sequence information disclosed in databases, etc., as long as they have each activity. In one such embodiment, a gene encoding a protein having the activity to be enhanced by the present invention is composed of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, inserted, or added to the disclosed amino acid sequence. Can be mentioned. The amino acid mutations to the disclosed amino acid sequence, ie, deletions, substitutions, insertions, or additions, may be of any one type or a combination of two or more types. Further, the total number of these mutations is not particularly limited, but is preferably about 1 or more and 10 or less. More preferably, the number is 1 or more and 5 or less. Examples of amino acid substitutions are preferably conservative substitutions, and specifically include substitutions within the following groups. (glycine, alanine) (valine, isoleucine, leucine) (aspartic acid, glutamic acid) (asparagine, glutamine) (serine, threonine) (lysine, arginine) (phenylalanine, tyrosine).

本明細書において、遺伝子の「導入」とは、外来性もしくは内在性の遺伝子、好ましくは機能遺伝子を適宜の導入技術により、その遺伝子を、例えば染色体ゲノム等に導入することをいう。遺伝子の導入には、ファージ、プラスミドなどのベクターを用いて遺伝子を導入することができ、また、自然形質転換法、接合法、プロトプラスト-PEG法やエレクトロポレーション法なども用いることができる。また、当該分野で公知の標的遺伝子組換え法を利用すれば、内在性の機能遺伝子と置換させることによって外来性の機能遺伝子を導入することもできる。なお、外来性の機能遺伝子は、その生物の染色体ゲノムに元来存在しない遺伝子であり、他の生物種由来の遺伝子やPCR等で作製した合成遺伝子等でありうる。遺伝子の導入には、既存のゲノムに対してゲノム編集を行うことで所望の遺伝子に変換することも包含される。 As used herein, "introducing" a gene refers to introducing an exogenous or endogenous gene, preferably a functional gene, into, for example, a chromosomal genome using an appropriate introduction technique. Genes can be introduced using vectors such as phages and plasmids, and natural transformation methods, conjugation methods, protoplast-PEG methods, electroporation methods, and the like can also be used. Furthermore, by using targeted gene recombination methods known in the art, it is also possible to introduce an exogenous functional gene by replacing it with an endogenous functional gene. Note that the foreign functional gene is a gene that does not originally exist in the chromosomal genome of the organism, and may be a gene derived from another biological species or a synthetic gene produced by PCR or the like. Gene introduction also includes converting an existing genome into a desired gene by performing genome editing.

(好ましい実施形態)
以下に本開示の好ましい実施形態を説明する。以下に提供される実施形態は、本開示のよりよい理解のために提供されるものであり、本開示の範囲は以下の記載に限定されるべきでない。したがって、当業者は、本明細書中の記載を参酌して、本開示の範囲内で適宜改変を行うことができることは明らかである。また、本開示の以下の実施形態は単独でも使用されあるいはそれらを組み合わせて使用することができる。
(Preferred embodiment)
Preferred embodiments of the present disclosure will be described below. The embodiments provided below are provided for a better understanding of the present disclosure, and the scope of the present disclosure should not be limited to the following description. Therefore, it is clear that those skilled in the art can take the description in this specification into account and make appropriate modifications within the scope of the present disclosure. Further, the following embodiments of the present disclosure can be used alone or in combination.

本開示の一局面において、アミノ酸および/または有機酸を製造する方法であって、グリコーゲン含有量が減少したラン藻を培養する工程を含む、方法が提供される。 In one aspect of the present disclosure, a method for producing amino acids and/or organic acids is provided, the method comprising culturing cyanobacteria with reduced glycogen content.

一実施形態において、本開示の方法において、ラン藻の培養は、光栄養条件下または光独立栄養条件下での培養を含む。光栄養条件とは、一般的な意味で使用され、生物が光合成によって二酸化炭素を炭素源として有機物を生産し、生育する条件をいう。光独立栄養条件とは、一般的な意味で使用され、生物が光合成によって二酸化炭素のみを炭素源として有機物を生産し、生育する条件をいう。したがって、本開示の一実施形態において、本開示の方法に用いるラン藻は、炭素源として二酸化炭素を消費するものとすることができる。光栄養条件下の光照射条件は自然光または人工光のいずれであってもよく、その強さは、水性媒体中の藻体密度および培養槽の深さ等によって、適宜調節することができる。例えば、30~2000μmol photons/m/s、好ましくは、30~1000μmol photons/m/s、より好ましくは、50~600μmol photons/m/sの自然光または人工光が用いられ得る。上記範囲であると、ラン藻が光合成を行って順調に増殖し得る。光照射は、連続的であっても周期的であってもよい。屋外の大規模培養については、コストを最小限にし、かつ人工照明の追加費用を回避するために、太陽光のみを光源として用いて、それにより昼夜周期が存在してもよい。 In one embodiment, in the methods of the present disclosure, culturing the cyanobacteria comprises culturing under phototrophic conditions or photoautotrophic conditions. Phototrophic conditions are used in a general sense and refer to conditions under which organisms grow and produce organic matter through photosynthesis using carbon dioxide as a carbon source. Photoautotrophic conditions are used in a general sense and refer to conditions under which organisms grow and produce organic matter through photosynthesis using only carbon dioxide as a carbon source. Therefore, in one embodiment of the present disclosure, the cyanobacteria used in the method of the present disclosure may consume carbon dioxide as a carbon source. The light irradiation conditions under phototrophic conditions may be either natural light or artificial light, and the intensity can be adjusted as appropriate depending on the density of algal bodies in the aqueous medium, the depth of the culture tank, etc. For example, natural or artificial light of 30-2000 μmol photons/m 2 /s, preferably 30-1000 μmol photons/m 2 /s, more preferably 50-600 μmol photons/m 2 /s may be used. Within the above range, cyanobacteria can photosynthesize and multiply smoothly. Light irradiation may be continuous or periodic. For outdoor large-scale cultivation, only sunlight may be used as a light source, so that a day/night cycle exists, to minimize costs and avoid the additional expense of artificial lighting.

培地としては、種培養および/または本培養に使用可能な水溶液であればよく、後述するように窒素源、無機塩などを含む水溶液であることが好ましい。具体的には、ラン藻の種類に応じて、水性媒体として人工または天然の海水、あるいは淡水(例えば、蒸留水)を用いてもよい。例えば、BG-11培地(J Gen Microbiol 111: 1-61 (1979));HSM培地及びTAP培地(低温科学,67:17-21(2009))、Cramer-Myers培地(CM培地)等を使用することができる。 The medium may be any aqueous solution that can be used for seed culture and/or main culture, and is preferably an aqueous solution containing a nitrogen source, an inorganic salt, etc., as described below. Specifically, depending on the type of blue-green algae, artificial or natural seawater or fresh water (for example, distilled water) may be used as the aqueous medium. For example, use BG-11 medium (J Gen Microbiol 111: 1-61 (1979)); HSM medium and TAP medium (Cryogenic Science, 67:17-21 (2009)), Cramer-Myers medium (CM medium), etc. can do.

一実施形態において、本開示の方法において用いるラン藻は、炭素源として二酸化炭素のみを消費して培養することができるため、培地にラクトースやグルコースなどの有機原料を添加する必要はない。 In one embodiment, the cyanobacteria used in the methods of the present disclosure can be cultured consuming only carbon dioxide as a carbon source, so there is no need to add organic materials such as lactose or glucose to the medium.

一実施形態において、本開示のラン藻の培養温度は、通常約15~約40℃、好ましくは約20~約37℃であり、より好ましくは約25℃~約35℃である。水性媒体のpHは、ラン藻の増殖に適した任意のpH、例えば、pH約5~約10、好ましくは、pH約6~約9、より好ましくは、pH約6~約8に調整することができる。pHは、二酸化炭素、塩酸、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどを添加することによって適宜調整することができる。 In one embodiment, the culture temperature of the cyanobacteria of the present disclosure is usually about 15 to about 40°C, preferably about 20 to about 37°C, more preferably about 25 to about 35°C. The pH of the aqueous medium is adjusted to any pH suitable for the growth of cyanobacteria, for example, about pH 5 to about 10, preferably about pH 6 to about 9, more preferably about pH 6 to about 8. Can be done. The pH can be adjusted as appropriate by adding carbon dioxide, hydrochloric acid, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, and the like.

本開示のアミノ酸および/または有機酸の製造方法に関し、本開示の方法に用いるラン藻は予め前培養等することができる。例えば、(1)前々培養、(2)前培養、(3)本培養等のステップを経て培養することができる。いずれの培養段階においても、通気培養を行うことができる。通気培養のために、空気や二酸化炭素を混合した空気を水性媒体に通気することができる。培養期間としては、(1)前々培養では、約4日~約10日、好ましくは約4日~約7日、より好ましくは約5日~約6日(OD750が約1.5~約2.0)、(2)前培養では、約3日~約10日、好ましくは約3日~約6日、より好ましくは約4日~約5日(OD750が約1.5~約2.0)、(3)本培養では、約1日~約20日、好ましくは約4日~約16日、より好ましくは約8日~約14日(OD750が約3~約10)、である。 Regarding the method for producing amino acids and/or organic acids of the present disclosure, the cyanobacteria used in the method of the present disclosure can be precultured in advance. For example, culture can be performed through steps such as (1) pre-culture, (2) pre-culture, and (3) main culture. Aerated culture can be performed at any culture stage. For aerated culture, air or air mixed with carbon dioxide can be aerated into the aqueous medium. The culture period is (1) for pre-pre-culture, about 4 days to about 10 days, preferably about 4 days to about 7 days, more preferably about 5 days to about 6 days (OD750 is about 1.5 to about 2.0), (2) Preculture for about 3 days to about 10 days, preferably about 3 days to about 6 days, more preferably about 4 days to about 5 days (OD750 is about 1.5 to about 2 .0), (3) In the main culture, about 1 day to about 20 days, preferably about 4 days to about 16 days, more preferably about 8 days to about 14 days (OD750 is about 3 to about 10). be.

一実施形態において、後述のとおり、グアノシン4リン酸(ppGpp)合成酵素をコードする遺伝子の発現を促進させたラン藻を用いる場合には、ppGpp合成の誘導を開始するタイミングは、本培養を開始した後、例えば、約48時間(約2日)~約120時間(約5日)の間、より好ましくは約72時間(約3日)~約96時間(約4日)の間とすることができる。 In one embodiment, as described below, when using cyanobacteria in which the expression of a gene encoding guanosine 4-phosphate (ppGpp) synthase is promoted, the timing to start inducing ppGpp synthesis is from the start of the main culture. After that, for example, about 48 hours (about 2 days) to about 120 hours (about 5 days), more preferably about 72 hours (about 3 days) to about 96 hours (about 4 days). Can be done.

上記のような培養を行うことにより、本開示の方法において用いるラン藻から水性媒体中にアミノ酸および/または有機酸が放出される。また一実施形態において、ppGpp合成酵素として、ppGppの合成活性のみを有し、その分解はほとんど触媒しない酵素(例えば、枯草菌(Bacillus subtilis)由来のYjbMなど)を用いることで、細胞内ppGpp濃度の上昇を介して細胞外に放出されるアミノ酸および/または有機酸を増やすことができる。 By culturing as described above, amino acids and/or organic acids are released from the cyanobacteria used in the method of the present disclosure into the aqueous medium. In one embodiment, an enzyme having only the synthetic activity of ppGpp and hardly catalyzing its decomposition (for example, YjbM derived from Bacillus subtilis) is used as the ppGpp synthase, thereby reducing the intracellular ppGpp concentration. The amount of amino acids and/or organic acids released outside the cell can be increased through an increase in .

一実施形態において、ラン藻には様々なラン藻を用いることができる。ラン藻(シアノバクテリア)とは、典型的には単細胞原核生物であって酸素発生型光合成を行うものであり、クロオコッカス目、ネンジュモ目、ユレモ目、プレウロカプサ目、スティゴネマ目等に分類することができる。クロオコッカス目には、アファノカプサ属、アファノテーケ属、カマエシフォン属、クロオコッカス属、クロコスフェラ属、シアノバクテリア属、シアノビウム属、シアノテーケ属、ダクティロコッコプシス属、グロエオバクター属、グロエオカプサ属、グロエオテーケ属、エウハロテーケ属、ハロテーケ属、ヨハネスバプティスチア属、メリスモペディア属、ミクロシスティス属、ラブドデルマ属、シネココッカス属、シネコシスティス属、テルモシネココッカス属等が含まれる。ネンジュモ目には、コレオデスミウム属、フレミエラ属、ミクロケーテ属、レキシア属、スピリレスティス属、トリポスリックス属、アナベナ属、アナベノプシス属、アファニゾメノン属、アウロシラ属、シアノスピラ属、シリンドロスペルモプシス属、シリンドロスペルムム属、ノデュラリア属、ネンジュモ属、リケリア属、カロスリックス属、グロエオトリキア属、スキトネマ属等が含まれる。ユレモ目には、アルスロスピラ属、ゲイトレリネマ属、ハロミクロネマ属、ハロスピルリナ属、カタグニメネ属、レプトリンビャ属、リムノスリックス属、リンビャ属、ミクロコレウス属、ユレモ属、フォルミディウム属、プランクトトリコイデス属、プランクトスリックス属、プレクトネマ属、リムノスリックス属、シュードアナベナ属、スキゾスリックス属、スピルリナ属、シンプロカ属、トリコデスミウム属、チコネマ属等が含まれる。プレウロカプサ目には、クロオコッキディオプシス属、デルモカルパ属、デルモカルペラ属、ミクソサルキナ属、プレウロカプサ属、スタニエリア属、およびキセノコッカス属等が含まれる。スティゴネマ目には、カプソシラ属、クロログロエオプシス属、フィッシェレラ属、ハパロシフォン属、マスチゴクラドプシス属、マスチゴクラドゥス属、ノストクホプシス属、スティゴネマ属、シンフィオネマ属、シンフィオネモプシス属、ウメザキア属、ウェスティエロプシス属等が含まれる。 In one embodiment, various cyanobacteria can be used as the cyanobacteria. Blue-green algae (cyanobacteria) are typically single-celled prokaryotes that perform oxygenic photosynthesis, and can be classified into orders such as Chroococcalales, Nostocales, Uremales, Pleurocapsales, and Stigonematales. can. The Chloococcal orders include the genus Aphanocapsa, the genus Aphanotheke, the genus Camaesiphon, the genus Chloococcus, the genus Crocosphaera, the genus Cyanobacteria, the genus Cyanobium, the genus Cyanotheke, the genus Dactylococcopsis, the genus Gloeobacter, the genus Gloeocapsa, the genus Gloeotheke, and the genus Euhalotheke. The genus Haloteke, Johannes Baptistia, Melismopedia, Microcystis, Rhabdoderma, Synechococcus, Synechocystis, Thermosynechococcus, etc. The Nostocales include Coleodesmium, Fremiella, Microchaete, Lexia, Spirillestis, Tryposhrix, Anabaena, Anabaenopsis, Aphanizomenon, Aurosila, Cyanospira, Cylindrospermopsis, and Cylindro. The genus Spermum, Nodularia, Nostoc, Lychelia, Callothrix, Gloeotrychia, Skitonema, etc. are included. The order Arthrospira, Geitrelinema, Halomicronema, Halospirulina, Catagnimene, Leptolymphia, Limnothrix, Lymbya, Microcoleus, Uremo, Phormidium, Planctotricoides, and Planktos. The genus Rix, Plectonema, Limnothrix, Pseudoanabena, Schizothrix, Spirulina, Symproca, Trichodesmium, Ciconema, etc. are included. The Pleurocapsales include the genus Chloococcidiopsis, the genus Dermocarpa, the genus Dermocarpera, the genus Myxosarcina, the genus Pleurocapsa, the genus Stanieria, the genus Xenococcus, and the like. The Stygonema order includes Capsocilla, Chlorogloeopsis, Fischerella, Hapalosiphon, Mastigochladopsis, Mastigochladus, Nostochhopsis, Stigonema, Symphionema, Symphionemopsis, Umezakia, and Westi. Includes the genus Elopsis.

一実施形態において、本開示の方法において用いるラン藻は、同条件で生育した野生型のラン藻と比較して、グリコーゲン含有量が減少するよう遺伝的に改変されているものとすることができる。そのようなラン藻としては、グリコーゲン合成酵素などのグリコーゲン合成に寄与する酵素活性が抑制または欠損したラン藻、および/またはグリコーゲン分解酵素などのグリコーゲン分解に寄与する酵素活性が亢進したラン藻を挙げることができる。 In one embodiment, the cyanobacteria used in the methods of the present disclosure can be genetically modified to have reduced glycogen content compared to wild-type cyanobacteria grown under the same conditions. . Examples of such cyanobacteria include cyanobacteria in which enzyme activities that contribute to glycogen synthesis, such as glycogen synthase, are suppressed or deficient, and/or cyanobacteria in which enzyme activities that contribute to glycogen decomposition, such as glycogen degrading enzymes, are enhanced. be able to.

ラン藻におけるグリコーゲンは、図1のラン藻のグリコーゲン生合成経路に示されるように、二酸化炭素からカルビン回路(CBB回路)を経由して合成されるグルコース-1-リン酸がGlgC、GlgA、およびGlgBなどの各酵素によって触媒されて生成される。したがって、本開示の一実施形態において、グルコース-1-リン酸アデニリルトランスフェラーゼ(GlgC)をコードするglgC、グリコーゲンシンターゼ(GlgA)をコードするglgAなどのグリコーゲン合成に寄与する遺伝子を欠損させたラン藻株を作出し、光栄養条件下で培養することにより、アミノ酸および/または有機酸を製造することができる。 As shown in the glycogen biosynthesis pathway of cyanobacteria in Figure 1, glycogen in cyanobacteria is produced by glucose-1-phosphate, which is synthesized from carbon dioxide via the Calvin cycle (CBB cycle), into GlgC, GlgA, and It is catalyzed and produced by various enzymes such as GlgB. Accordingly, in one embodiment of the present disclosure, genes contributing to glycogen synthesis, such as glgC encoding glucose-1-phosphate adenylyltransferase (GlgC) and glgA encoding glycogen synthase (GlgA), are deleted. Amino acids and/or organic acids can be produced by creating algae strains and culturing them under phototrophic conditions.

一実施形態において、グリコーゲン合成に寄与する酵素としては、GlgCやGlgAに加えて、これらと同等の役割を担う類似酵素を含むことができる。 In one embodiment, enzymes that contribute to glycogen synthesis can include, in addition to GlgC and GlgA, similar enzymes that play an equivalent role.

図1のラン藻のグリコーゲン生合成経路に示されるように、ラン藻において、カルビン回路(CBB回路)由来のグルコース-1-リン酸から生合成されたグリコーゲンは、グリコーゲンホスホリラーゼ(GlgP)によってグルコース-1-リン酸に分解される。したがって、一実施形態において、グリコーゲンホスホリラーゼ(GlgP)をコードするglgPなどのグリコーゲン分解に寄与する遺伝子を高発現させたラン藻株を作出し、光栄養条件下で培養することにより、アミノ酸および/または有機酸を製造することができる。 As shown in the glycogen biosynthesis pathway of cyanobacteria in Figure 1, in cyanobacteria, glycogen is biosynthesized from glucose-1-phosphate derived from the Calvin cycle (CBB cycle) by glycogen phosphorylase (GlgP). Decomposed into 1-phosphoric acid. Therefore, in one embodiment, a blue-green algae strain that highly expresses a gene that contributes to glycogen degradation, such as glgP encoding glycogen phosphorylase (GlgP), is created and cultured under phototrophic conditions to produce amino acids and/or Organic acids can be produced.

一実施形態において、グリコーゲン分解に寄与する酵素としては、GlgPに加えて、その酵素活性と同等の役割を担う類似酵素を含むことができる。GlgPの類似酵素は、GlgPと同等の機能を有する遺伝子によって産生される酵素であればよい。 In one embodiment, enzymes that contribute to glycogenolysis can include, in addition to GlgP, analogous enzymes that play a role equivalent to its enzymatic activity. The enzyme similar to GlgP may be any enzyme produced by a gene having the same function as GlgP.

一実施形態において、本開示のGlgPは、その酵素活性が保持される限り、該酵素のアミノ酸配列との同一性が約80%以上のアミノ酸配列を含むあるいはからなるタンパク質であってもよく、約85%以上が好ましく、約90%以上がより好ましく、約95%以上がさらに好ましく、約99%以上がさらに一層好ましい。 In one embodiment, the GlgP of the present disclosure may be a protein comprising or consisting of an amino acid sequence having about 80% or more identity with the amino acid sequence of the enzyme, as long as its enzymatic activity is retained; It is preferably 85% or more, more preferably about 90% or more, even more preferably about 95% or more, and even more preferably about 99% or more.

また、本開示のGlgPは、その酵素活性が保持される限り、該酵素のアミノ酸配列中の1~約20個、好ましくは1~約10個、より好ましくは1~数(5、4、3若しくは2)個のアミノ酸が欠失したアミノ酸配列、該酵素のアミノ酸配列に、1~約20個、好ましくは1~約10個、より好ましくは1~数(5、4、3若しくは2)個のアミノ酸が付加したアミノ酸配列、該酵素のアミノ酸配列に1~約20個、好ましくは1~約10個、より好ましくは1~数(5、4、3若しくは2)個のアミノ酸が挿入されたアミノ酸配列、該酵素のアミノ酸配列中の1~約20個、好ましくは1~約10個、より好ましくは1~数(5、4、3若しくは2)個のアミノ酸が他のアミノ酸で置換されたアミノ酸配列、又はそれらを組み合わせたアミノ酸配列を含む、あるいはそれらのアミノ酸配列からなるタンパク質であってもよい。性質の似たアミノ酸(例:グリシンとアラニン、バリンとロイシンとイソロイシン、セリンとトレオニン、アスパラギン酸とグルタミン酸、アスパラギンとグルタミン、リシンとアルギニン、システインとメチオニン、フェニルアラニンとチロシン等)同士の置換等であれば、さらに多くの個数の置換等があり得る。 Furthermore, GlgP of the present disclosure has 1 to about 20, preferably 1 to about 10, more preferably 1 to several (5, 4, 3) amino acids in the amino acid sequence of the enzyme, as long as its enzymatic activity is maintained. or 2) an amino acid sequence in which 1 to about 20 amino acids, preferably 1 to about 10, and more preferably 1 to several (5, 4, 3, or 2) amino acids are deleted from the amino acid sequence of the enzyme. an amino acid sequence in which 1 to about 20, preferably 1 to about 10, more preferably 1 to several (5, 4, 3, or 2) amino acids have been inserted into the amino acid sequence of the enzyme. Amino acid sequence, 1 to about 20, preferably 1 to about 10, more preferably 1 to several (5, 4, 3 or 2) amino acids in the amino acid sequence of the enzyme are substituted with other amino acids. The protein may include an amino acid sequence or a combination of these amino acid sequences, or may be a protein consisting of these amino acid sequences. Substitutions between amino acids with similar properties (e.g. glycine and alanine, valine, leucine and isoleucine, serine and threonine, aspartic acid and glutamic acid, asparagine and glutamine, lysine and arginine, cysteine and methionine, phenylalanine and tyrosine, etc.) For example, there may be a larger number of permutations.

一実施形態において、グリコーゲン合成に寄与する酵素活性が抑制または欠損したラン藻、および/またはグリコーゲン分解に寄与する酵素活性が亢進したラン藻を作製する場合には、対象となる酵素をコードする遺伝子に変異を導入する方法や、対象となる酵素をコードする塩基配列を他の塩基配列で置換する方法、同種もしくは異種由来の塩基配列を新たに導入する方法などが挙げられる。酵素遺伝子に変異を導入する方法としては、部位特異的な変異導入法が挙げられる。具体的な部位特異的変異の導入方法としては、SOE-PCR反応を利用した方法、ODA法、Kunkel法等が挙げられる。また、Site-Directed Mutagenesis System Mutan-SuperExpress Kmキット(タカラバイオ社)、Transformer TM Site-Directed Mutagenesisキット(Clonetech社)、KOD-Plus-Mutagenesis Kit(東洋紡社)等の市販のキットを利用してもよい。また、ランダムな遺伝子変異を与えた後、適当な方法により酵素活性の評価及び遺伝子解析を行うことにより目的遺伝子を取得することもできる。 In one embodiment, when producing cyanobacteria in which the enzyme activity that contributes to glycogen synthesis is suppressed or deleted and/or in which the enzyme activity that contributes to glycogen decomposition is enhanced, a gene encoding the target enzyme is generated. Examples include a method of introducing a mutation into a target enzyme, a method of replacing the base sequence encoding the target enzyme with another base sequence, and a method of newly introducing a base sequence derived from the same or different species. Examples of methods for introducing mutations into enzyme genes include site-specific mutation introduction methods. Specific methods for introducing site-specific mutations include methods using SOE-PCR reactions, ODA methods, Kunkel methods, and the like. In addition, Site-Directed Mutagenesis System Mutan-SuperExpress Km kit (Takara Bio Inc.), Transformer TM Site-Directed Mutagenesis kit (Clonetech Inc.), KOD-Pl Even if you use a commercially available kit such as us-Mutagenesis Kit (Toyobo), good. Furthermore, the target gene can also be obtained by imparting random genetic mutations and then performing enzyme activity evaluation and genetic analysis using appropriate methods.

一実施形態において、グリコーゲン合成に寄与する酵素活性が抑制または欠損したラン藻を作製する場合には、GlgCやGlgAなどのグリコーゲン合成に寄与する酵素をコードする塩基配列を、ゲンタマイシンなどの薬剤耐性遺伝子で置換することもできる。 In one embodiment, when producing cyanobacteria in which enzyme activity that contributes to glycogen synthesis is suppressed or deleted, a nucleotide sequence encoding an enzyme that contributes to glycogen synthesis, such as GlgC or GlgA, is inserted into a gene resistant to drugs such as gentamicin. You can also replace it with .

一般に、酵素タンパク質をコードしているアミノ酸配列は、必ずしも全領域の配列が保存されていなければ酵素活性を示さないというものではなく、アミノ酸配列が変化しても酵素活性に影響を与えない領域も存在することが知られている。このような酵素活性に必須でない領域においては、アミノ酸の欠失、置換、挿入又は付加といった変異が導入されても酵素本来の活性を維持することができる。本開示においても、グリコーゲン分解に寄与する酵素活性が亢進したラン藻を作製する場合に、グリコーゲン分解能が保持され、かつアミノ酸配列が一部変異したタンパク質を用いることができる。 In general, the amino acid sequence encoding an enzyme protein does not necessarily exhibit enzyme activity unless the entire region of the sequence is conserved, and there are regions that do not affect enzyme activity even if the amino acid sequence changes. known to exist. In such regions that are not essential for enzyme activity, the enzyme's original activity can be maintained even if mutations such as amino acid deletions, substitutions, insertions, or additions are introduced. Also in the present disclosure, when producing blue-green algae with enhanced enzyme activity that contributes to glycogenolysis, it is possible to use a protein that maintains glycogenolysis ability and has a partially mutated amino acid sequence.

一実施形態において、グリコーゲン分解に寄与する酵素活性が亢進したラン藻を作製する場合には、公知の種々の遺伝子工学的手法を用いて形質転換体を作製することができ、目的の酵素活性を達成し得るものであれば特に方法は限られないが、例えば、(1)遺伝子改変の対象となる宿主ラン藻がもともと持っているglgP遺伝子を別のゲノム部位に導入し、より強いプロモーターで発現させる、(2)遺伝子改変の対象となる宿主ラン藻がもともと持っているglgP遺伝子を、酵素活性を強化するような変異を導入したうえで、別のゲノム部位に導入してより強いプロモーターで発現させる、または宿主ラン藻のもともとのglgP遺伝子と置換する、(3)異種生物に由来する酵素活性の強いグリコーゲンホスホリラーゼの遺伝子をゲノムに導入し、強いプロモーターで発現させる、などの方法を採用することもできる。 In one embodiment, when producing blue-green algae with enhanced enzyme activity that contributes to glycogenolysis, transformants can be produced using various known genetic engineering techniques, and the desired enzyme activity can be increased. There are no particular limitations on the method as long as it can be achieved, but for example, (1) introducing the glgP gene originally possessed by the host cyanobacterium to be genetically modified into a different genomic site and expressing it with a stronger promoter; (2) After introducing a mutation that strengthens the enzyme activity into the glgP gene originally possessed by the host cyanobacteria that is the target of genetic modification, the gene is introduced into a different genomic site and expressed using a stronger promoter. (3) introducing a glycogen phosphorylase gene with strong enzymatic activity derived from a foreign organism into the genome and expressing it with a strong promoter; You can also do it.

他の実施形態において、glgP遺伝子や、後述するppGpp合成酵素をコードする遺伝子の発現を促進させる方法としては、例えば、上記遺伝子を宿主ラン藻に導入する方法、上記遺伝子をゲノム上に有する宿主ラン藻において、当該遺伝子の発現調節領域(プロモーター、ターミネーター等)を改変する方法などが挙げられる。また、該方法により複数の上記遺伝子を宿主ラン藻に導入してもよく、複数の上記遺伝子の発現調節領域を改変してもよく、それらの組み合わせであってもよい。 In other embodiments, methods for promoting the expression of the glgP gene or the gene encoding the ppGpp synthase described below include, for example, a method of introducing the above gene into a host cyanobacterium, a method of introducing the above gene into a host cyanobacterium, Examples include methods of modifying the expression control region (promoter, terminator, etc.) of the gene in algae. Furthermore, a plurality of the above genes may be introduced into the host cyanobacteria by this method, the expression control regions of the plurality of genes may be modified, or a combination thereof may be used.

本明細書において、目的のタンパク質の酵素活性を抑制または欠損したラン藻、目的のタンパク質の酵素活性が亢進したラン藻、または目的のタンパク質をコードする遺伝子の発現を促進させ、あるいは欠損させたラン藻など、遺伝的改変を伴って作出された細胞を「形質転換体」ともいい、遺伝的改変の対象となった細胞を「宿主」、その生物種本来の遺伝子型を持つ細胞を「野生株」ともいう。遺伝的改変においては、野生株だけではなく形質転換体も宿主となりうる。本開示の目的のタンパク質の酵素活性を抑制、欠損、または亢進したラン藻の形質転換体は、本開示のアミノ酸および/または有機酸の製造方法や、p-クマル酸の製造方法に好ましく用いることができる。また、本開示の目的のタンパク質の酵素活性を抑制、欠損、または亢進したラン藻の形質転換体は、1又は複数種の目的のタンパク質の酵素活性を亢進させたラン藻であってもよく、更に他の目的のタンパク質の酵素活性を抑制、または欠損させたものであってもよい。 In the present specification, cyanobacteria are defined as cyanobacteria in which the enzyme activity of the protein of interest is suppressed or deleted, cyanobacteria in which the enzyme activity of the protein of interest is increased, or cyanobacteria in which the expression of the gene encoding the protein of interest is promoted or deleted. Cells such as algae that are created through genetic modification are also called "transformants," the cells that have undergone genetic modification are called "hosts," and the cells that have the original genotype of that species are called "wild strains." ” is also called. In genetic modification, not only wild strains but also transformants can serve as hosts. Transformants of blue-green algae in which the enzyme activity of the target protein of the present disclosure is suppressed, deleted, or enhanced are preferably used in the method for producing amino acids and/or organic acids and the method for producing p-coumaric acid of the present disclosure. Can be done. Furthermore, the transformant of cyanobacteria in which the enzyme activity of the target protein of the present disclosure is suppressed, deleted, or enhanced may be a cyanobacteria in which the enzyme activity of one or more target proteins is enhanced, Furthermore, the enzyme activity of other target proteins may be suppressed or deleted.

一実施形態において、上記のような形質転換体は、目的の遺伝子を公知の方法によって宿主に導入することで得ることができる。具体的には、目的の遺伝子を宿主細胞中で発現させることのできる組換えベクターや遺伝子発現カセット、目的遺伝子を標的とするゲノム編集コンストラクトやRNAiコンストラクトなどを調製し、これを宿主細胞に導入して宿主細胞を形質転換させることにより作製し得る。本開示の目的のタンパク質の酵素活性を抑制または欠損したラン藻、目的のタンパク質の酵素活性が亢進したラン藻、または目的のタンパク質をコードする遺伝子の発現を促進させ、あるいは欠損させたラン藻などの宿主としては、上述したようなラン藻の中から適宜選択することができる。 In one embodiment, a transformant as described above can be obtained by introducing a gene of interest into a host by a known method. Specifically, we prepare recombinant vectors and gene expression cassettes that can express the target gene in host cells, genome editing constructs and RNAi constructs that target the target gene, and introduce these into host cells. They can be produced by transforming host cells. Blue-green algae in which the enzyme activity of the target protein of the present disclosure is suppressed or deleted, blue-green algae in which the enzyme activity of the target protein is increased, or blue-green algae in which the expression of the gene encoding the target protein is promoted or deleted, etc. The host can be appropriately selected from among the cyanobacteria mentioned above.

遺伝子発現用プラスミドベクター又は遺伝子発現カセットの母体となるベクター(プラスミド)としては、目的のタンパク質をコードする遺伝子を宿主に導入することができ、宿主細胞内で当該遺伝子を発現させることができるベクターであればよい。例えば、導入する宿主の種類に応じたプロモーターやターミネーター等の発現調節領域を有するベクターであって、選択マーカー等を有するベクターを用いることができる。また、プラスミド等の複製開始点を有して染色体外で自律複製するベクターであってもよいし、染色体内に組み込まれるベクターであってもよい。 The plasmid vector for gene expression or the parent vector (plasmid) of the gene expression cassette is a vector that can introduce the gene encoding the protein of interest into the host and express the gene within the host cell. Good to have. For example, a vector having an expression control region such as a promoter or terminator depending on the type of host to be introduced, and a vector having a selection marker etc. can be used. Further, it may be a vector that has a replication origin such as a plasmid and autonomously replicates outside the chromosome, or a vector that is integrated into the chromosome.

本開示で用いることができる発現ベクターとしては、具体的には、例えば、pBluescript(pBS)系ベクター(Stratagene社製)、pSTV系ベクター(タカラバイオ社製)、pUC系ベ
クター(タカラバイオ社製)、pET系ベクター(メルク社製)、pGEX系ベクター(サイティバ社製)、pCold系ベクター(タカラバイオ社製)、pHY300PLK(タカラバイオ社製)、pUB110(AmericanType Culture Collection)、pBR322(タカラバイオ社製)、pRS403(Stratagene社製)、pMW218/219(ニッポンジーン社製)pRI系ベクター(タカラバイオ社製)、pBI系ベクター(インプランタイノベーションズ社製)、及びIN3系ベクター(インプランタイノベーションズ社製)が挙げられる。
Specific examples of expression vectors that can be used in the present disclosure include pBluescript (pBS) vectors (manufactured by Stratagene), pSTV vectors (manufactured by Takara Bio), and pUC vectors (manufactured by Takara Bio). , pET vector (manufactured by Merck), pGEX vector (manufactured by Cytiva), pCold vector (manufactured by Takara Bio), pHY300PLK (manufactured by Takara Bio), pUB110 (AmericanType Culture Collection), pBR322 (manufactured by Takara Bio) ), pRS403 (Stratagene), pMW218/219 (Nippon Gene), pRI vector (Takara Bio), pBI vector (Inplanta Innovations), and IN3 vector (Inplanta Innovations). Can be mentioned.

また、上記発現ベクターに組み込んだ目的のタンパク質をコードする遺伝子の発現を調整するプロモーターの種類も、使用する宿主の種類に応じて適宜選択することができる。本開示で好ましく用いることができるプロモーターとしては、lacプロモーター、trpプロモーター、tacプロモーター、trcプロモーター、T7プロモーター、SpoVGプロモーター、Rubiscoオペロン(rbc)プロモーター、PSI反応中心タンパク質(psaAB)プロモーター、PSIIのD1タンパク質(psbA)プロモーター、c-phycocyaninβサブユニット(cpcB)プロモーター、カリフラワーモザイルウイルス35SRNAプロモーター、ハウスキーピング遺伝子(例えば、チューブリン、アクチン、ユビキチン等の遺伝子)プロモーターが挙げられる。 Furthermore, the type of promoter that regulates the expression of the gene encoding the protein of interest incorporated into the expression vector can be appropriately selected depending on the type of host used. Promoters that can be preferably used in the present disclosure include lac promoter, trp promoter, tac promoter, trc promoter, T7 promoter, SpoVG promoter, Rubisco operon (rbc) promoter, PSI reaction center protein (psaAB) promoter, and PSII D1 protein. (psbA) promoter, c-phycocyanin β subunit (cpcB) promoter, cauliflower mozile virus 35SRNA promoter, and housekeeping gene (eg, tubulin, actin, ubiquitin, etc.) promoters.

また、目的の形質が得られたことを確認するための選択マーカーの種類も、使用する宿主の種類に応じて適宜選択することができる。本開示で用いることができる選択マーカーとしては、例えば、ゲンタマイシン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、エリスロマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、スペクチノマイシン耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子、ブラストサイジンS耐性遺伝子、ビアラフォス耐性遺伝子、ゼオシン耐性遺伝子、パロモマイシン耐性遺伝子、及びハイグロマイシン耐性遺伝子等の薬剤耐性遺伝子が挙げられる。さらに、栄養要求性に関連する選択マーカーも使用することもできる。 Furthermore, the type of selection marker for confirming that the desired trait has been obtained can be appropriately selected depending on the type of host used. Selectable markers that can be used in the present disclosure include, for example, gentamicin resistance gene, ampicillin resistance gene, chloramphenicol resistance gene, erythromycin resistance gene, neomycin resistance gene, kanamycin resistance gene, spectinomycin resistance gene, tetracycline resistance gene , blasticidin S resistance gene, bialaphos resistance gene, zeocin resistance gene, paromomycin resistance gene, and hygromycin resistance gene. Additionally, selectable markers associated with auxotrophy can also be used.

目的のタンパク質をコードする遺伝子のベクターへの導入は、ライゲーション等の常法により行うことができる。また、導入する遺伝子は宿主微細藻におけるコドン使用頻度にあわせてコドンを至適化されることが好ましい。各種生物が使用するコドンの情報は、Codon Usage Database(www.kazusa.or.jp/codon/)から入手可能である。 A gene encoding a protein of interest can be introduced into a vector by a conventional method such as ligation. Furthermore, it is preferable that the codons of the gene to be introduced be optimized according to the frequency of codon usage in the host microalgae. Information on codons used by various organisms is available from the Codon Usage Database (www.kazusa.or.jp/codon/).

形質転換方法は、使用する宿主の種類に応じて、公知の種々の方法より適宜選択することができる。例えば、自然形質転換法、カルシウムイオンを用いる形質転換方法、プロトプラスト形質転換法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、アグロバクテリウムを用いた方法、パーティクルガン法、及び接合法が挙げられる。 The transformation method can be appropriately selected from various known methods depending on the type of host used. Examples include natural transformation methods, transformation methods using calcium ions, protoplast transformation methods, electroporation methods, lipofection methods, methods using Agrobacterium, particle gun methods, and conjugation methods.

宿主のラン藻に導入した目的遺伝子は、相同組換え等によりラン藻のゲノムに組み込まれていることが好ましい。当該目的遺伝子が組み込まれるゲノム上の位置は適宜設定することができる。 The target gene introduced into the host cyanobacterium is preferably integrated into the genome of the cyanobacterium by homologous recombination or the like. The location on the genome where the target gene is integrated can be set as appropriate.

目的遺伝子を含むDNA断片が導入された形質転換体の選択は、選択マーカー等を利用して行うことができる。例えば、薬剤耐性遺伝子が、形質転換時に目的DNA断片とともに宿主細胞中に導入された結果、形質転換体が獲得する薬剤耐性を指標に行うことができる。また、ゲノムを鋳型としたPCR等によって、目的DNA断片の導入を確認することもできる。 Selection of transformants into which a DNA fragment containing a gene of interest has been introduced can be performed using a selection marker or the like. For example, drug resistance acquired by a transformant as a result of introducing a drug resistance gene into a host cell together with a target DNA fragment during transformation can be used as an indicator. Furthermore, introduction of the target DNA fragment can also be confirmed by PCR or the like using the genome as a template.

上記の目的遺伝子をゲノム上に有する宿主において、当該遺伝子の発現調節領域を改変して、前記遺伝子の発現を促進させる方法については、例えば、以下のような方法が挙げられる。 Examples of methods for promoting the expression of a target gene by modifying the expression regulatory region of the gene in a host having the target gene on its genome include the following methods.

「発現調節領域」とは、プロモーターやオペレーター、ターミネーターなどを示し、これらの配列は一般に近接する遺伝子の発現量(転写量、翻訳量)の調節に関与している。ゲノム上に上記の目的遺伝子を有する宿主においては、当該遺伝子の発現調節領域を改変して当該遺伝子の発現を促進させることで、GlgPやppGpp合成酵素等の遺伝子発現を促進させることができる。 "Expression control region" refers to promoters, operators, terminators, etc., and these sequences are generally involved in regulating the expression level (transcription level, translation level) of adjacent genes. In a host having the above target gene on its genome, expression of genes such as GlgP and ppGpp synthase can be promoted by modifying the expression control region of the gene to promote expression of the gene.

発現調節領域の改変方法としては、例えば、プロモーターの入れ替えが挙げられる。ゲノム上に上記の各種目的の遺伝子を有する宿主において、当該遺伝子のプロモーターを、より転写活性の高いプロモーターに入れ替えることで、当該各種の目的遺伝子の発現を促進させることができる。 Examples of methods for modifying the expression control region include promoter replacement. In a host having the various desired genes described above on its genome, expression of the various desired genes can be promoted by replacing the promoter of the gene with a promoter with higher transcriptional activity.

上述のプロモーターの改変は、相同組換えなどの公知の種々の方法に従って行うことができる。具体的には、標的とするプロモーターの上流、下流領域を含み、標的プロモーターに代えて別のプロモーターを含む直鎖状のDNA断片を構築し、これを宿主細胞に取り込ませ、宿主ゲノムの標的プロモーターの上流側と下流側とで2回交差の相同組換えを起こす。その結果、ゲノム上の標的プロモーターが別のプロモーター断片に置換され、プロモーターを改変することができる。このような相同組換えによる標的プロモーターの改変方法は、例えば、Besher et al.,Methods in molecular biology,1995,vol.47,p.291-302等の文献を参考に行うことができる。 The above-mentioned promoter modification can be performed according to various known methods such as homologous recombination. Specifically, a linear DNA fragment containing the upstream and downstream regions of the target promoter and another promoter in place of the target promoter is constructed, and this is incorporated into the host cell, and the target promoter in the host genome is Two-fold homologous recombination occurs between the upstream and downstream sides of As a result, the target promoter on the genome is replaced with another promoter fragment, making it possible to modify the promoter. A method for modifying a target promoter by homologous recombination is described, for example, in Besher et al., Methods in molecular biology, 1995, vol. 47, p. This can be done by referring to documents such as 291-302.

一実施形態において、本開示の方法によって製造されるアミノ酸および/または有機酸は、ラン藻が生合成できるアミノ酸および/または有機酸であれば特に限られないが、例えば、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、システイン、ピルビン酸、2-オキソグルタル酸、乳酸、リンゴ酸、コハク酸、およびフマル酸などを挙げることができる。一実施形態において、本開示の方法によって製造されるアミノ酸としては、フェニルアラニン、トリプトファン、チロシンなどの芳香族アミノ酸を挙げることができる。 In one embodiment, the amino acid and/or organic acid produced by the method of the present disclosure is not particularly limited as long as it is an amino acid and/or organic acid that can be biosynthesized by blue-green algae, and includes, for example, alanine, arginine, asparagine, Aspartic acid, glutamine, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tryptophan, tyrosine, valine, cysteine, pyruvate, 2-oxoglutaric acid, lactic acid, malic acid, succinic acid , and fumaric acid. In one embodiment, the amino acids produced by the methods of the present disclosure can include aromatic amino acids such as phenylalanine, tryptophan, tyrosine, and the like.

アミノ酸の代謝経路は例えば、以下のようなものがあり得る。
例えば、芳香族アミノ酸はシキミ酸経路を介して合成される。シキミ酸経路では、ホスホエノールピルビン酸とエリスロース-4-リン酸を縮合して3-デオキシ-D-アラビノ-へプツロソン-7-リンを合成する反応から始まって、コリスミ酸が合成される。そして、コリスミ酸を基質とし、芳香族アミノ酸のフェニルアラニン、チロシンとトリプトファンが合成される。シキミ酸経路を制御すると全ての芳香族アミノ酸、およびこの経路に係わる二次代謝産物も制御される。芳香族アミノ酸合成経路の酵素群は、エリトロース4-リン酸からの芳香族アミノ酸の生合成を触媒する。芳香族アミノ酸合成経路には、ペントースリン酸経路で生合成されたエリトロース4-リン酸からコリスミ酸を経てチロシンやフェニルアラニン、トリプトファン等の芳香族アミノ酸を生合成する酵素群が含まれる。また、ピルビン酸カルボキシラーゼ(例えば、PYC1、PYC2など)は、解糖系で生合成されたピルビン酸からオキサロ酢酸を生合成する酵素である。ピルビン酸デヒドロゲナーゼ(PDA1)は、解糖系で生合成されたピルビン酸からアセチルCoAを合成する複合酵素である。一般に、芳香族アミノ酸合成経路遺伝子として、酵母におけるARO1、ARO2、ARO3、ARO4、ARO7,ARO8,ARO9、TYR1、PHA2、TRP2、TRP3、TRP4、TRP1、TRP3、TRP5などと同様の役割を担う遺伝子が存在しているが、これらのうちARO1、ARO7、ARO8、ARO9、PHA2、TRP5を増強対象とすることが好ましい。
Examples of amino acid metabolic pathways include the following.
For example, aromatic amino acids are synthesized via the shikimate pathway. In the shikimate pathway, chorismate is synthesized starting from a reaction in which phosphoenolpyruvate and erythrose-4-phosphate are condensed to synthesize 3-deoxy-D-arabino-heptulosone-7-phosphate. The aromatic amino acids phenylalanine, tyrosine, and tryptophan are then synthesized using chorismic acid as a substrate. Control of the shikimate pathway also controls all aromatic amino acids and secondary metabolites involved in this pathway. Enzymes of the aromatic amino acid synthesis pathway catalyze the biosynthesis of aromatic amino acids from erythrose 4-phosphate. The aromatic amino acid synthesis pathway includes a group of enzymes that biosynthesize aromatic amino acids such as tyrosine, phenylalanine, and tryptophan from erythrose 4-phosphate biosynthesized in the pentose phosphate pathway via chorismate. Furthermore, pyruvate carboxylase (eg, PYC1, PYC2, etc.) is an enzyme that biosynthesizes oxaloacetate from pyruvate biosynthesized in the glycolytic system. Pyruvate dehydrogenase (PDA1) is a complex enzyme that synthesizes acetyl-CoA from pyruvate biosynthesized through glycolysis. Generally, as aromatic amino acid synthesis pathway genes, there are genes that play the same role as ARO1, ARO2, ARO3, ARO4, ARO7, ARO8, ARO9, TYR1, PHA2, TRP2, TRP3, TRP4, TRP1, TRP3, TRP5, etc. in yeast. Among these, ARO1, ARO7, ARO8, ARO9, PHA2, and TRP5 are preferably targeted for enhancement.

コハク酸や2-オキソグルタル酸の合成や代謝に関する経路、またそれらを触媒する酵素などについては、例えば、Nature Catalysis 2, 18-33 (2019)に例示される。 Pathways related to the synthesis and metabolism of succinic acid and 2-oxoglutaric acid, as well as enzymes that catalyze them, are exemplified in Nature Catalysis 2, 18-33 (2019).

またその他のアミノ酸および/または有機酸の合成や代謝に関する経路、またそれらを触媒する酵素などについては、例えば、Eukaryot Cell. 2006 Feb; 5(2): 272-276.、Current Opinion in Microbiology 32, 151-158 (2016)、Annual Review of Plant Biology 67, 153-78 (2016)、Pest Management Science 76(12), 3896-3904 (2020)などに例示されており、一実施形態において、本開示の方法に用いるラン藻は、これらの合成や代謝などができるような改変がなされていてもよい。 For other amino acid and/or organic acid synthesis and metabolic pathways, as well as the enzymes that catalyze them, see, for example, Eukaryot Cell. 2006 Feb; 5(2): 272-276., Current Opinion in Microbiology 32, 151-158 (2016), Annual Review of Plant Biology 67, 153-78 (2016), Pest Management Science 76(12), 3896-3904 (2020), etc., and in one embodiment, the present disclosure The cyanobacteria used in the method may be modified to be able to synthesize or metabolize these.

またラン藻でのL-乳酸からのグルタミン酸からの合成は、L-乳酸をNAD非依存型L-乳酸デヒドロゲナーゼによってピルビン酸に変換し、ピルビン酸からグルタミン酸に変換する。このような経路は例えば、PLoS One 9(7), e103380 (2014)などに例示されており、一実施形態において、本開示の方法に用いるラン藻は、これらの合成や代謝などができるような改変がなされていてもよい。 Furthermore, in the synthesis of glutamic acid from L-lactic acid in cyanobacteria, L-lactic acid is converted to pyruvate by NAD-independent L-lactate dehydrogenase, and pyruvate is converted to glutamic acid. Such a pathway is exemplified in, for example, PLoS One 9(7), e103380 (2014), and in one embodiment, the cyanobacteria used in the method of the present disclosure are those capable of synthesizing and metabolizing these. Modifications may be made.

本開示の他の局面において、上記のような方法によって製造されたアミノ酸を、p-クマル酸に変換する工程を含む、p-クマル酸を製造する方法が提供される。 In another aspect of the present disclosure, there is provided a method for producing p-coumaric acid, which includes a step of converting the amino acid produced by the method described above into p-coumaric acid.

本開示のp-クマル酸の製造方法に関し、該方法は、上述の本開示のアミノ酸および/または有機酸の製造方法により水性媒体中に放出されたアミノ酸、好ましくは芳香族アミノ酸を、当該水性媒体中で、p-クマル酸に直接変換してもよい。当該変換は、例えば、芳香族アミノ酸を基質として、p-クマル酸またはその前駆体を生成する反応を触媒する酵素であるフェニルアラニンアンモニアリアーゼ、trans-ケイ皮酸-4-モノオキシゲナーゼ、チロシンアンモニアリアーゼなどをコードする遺伝子をラン藻に導入することで行ってもよく、あるいは水性媒体中に芳香族アミノ酸からp-クマル酸の変換に関与する酵素(例えば、フェニルアラニンアンモニアリアーゼ、trans-ケイ皮酸-4-モノオキシゲナーゼ、チロシンアンモニアリアーゼなど)を添加することで行ってもよい。一般にp-クマル酸のようなフェノール性化合物は、ラン藻の生育を阻害する物質として知られており、上記のように水性媒体中で芳香族アミノ酸などのアミノ酸をp-クマル酸に直接変換した場合、当該変換が進むにつれ、通常であれば、変換効率等が低下する。一実施形態において、本開示の方法に用いるラン藻は、グアノシン4リン酸(ppGpp)合成酵素をコードする遺伝子の発現を促進させたラン藻とすることができる。これにより、ppGppをラン藻細胞中に蓄積させる方法を採用した場合、ラン藻のp-クマル酸への耐性を向上させることができ、ひいては変換効率の低下の回避に繋がるという効果を得ることができる。 Regarding the method for producing p-coumaric acid of the present disclosure, the method comprises transferring the amino acid, preferably aromatic amino acid, released into an aqueous medium by the above-mentioned method for producing an amino acid and/or organic acid of the present disclosure to the aqueous medium. Among them, it may be directly converted to p-coumaric acid. The conversion can be carried out using, for example, enzymes such as phenylalanine ammonia lyase, trans-cinnamic acid-4-monooxygenase, and tyrosine ammonia lyase, which are enzymes that catalyze the reaction of producing p-coumaric acid or its precursor using an aromatic amino acid as a substrate. This may be done by introducing into cyanobacteria a gene encoding p-coumaric acid, or enzymes involved in the conversion of p-coumaric acid from aromatic amino acids (e.g., phenylalanine ammonia-lyase, trans-cinnamic acid-4) into an aqueous medium. - Monooxygenase, tyrosine ammonia lyase, etc.) may be added. In general, phenolic compounds such as p-coumaric acid are known to inhibit the growth of cyanobacteria, and as described above, amino acids such as aromatic amino acids were directly converted to p-coumaric acid in an aqueous medium. In this case, as the conversion progresses, the conversion efficiency etc. normally decrease. In one embodiment, the blue-green algae used in the method of the present disclosure can be a blue-green algae in which expression of a gene encoding guanosine tetraphosphate (ppGpp) synthase is promoted. As a result, when adopting a method of accumulating ppGpp in cyanobacterial cells, it is possible to improve the resistance of cyanobacteria to p-coumaric acid, which in turn has the effect of avoiding a decrease in conversion efficiency. can.

一実施形態において、本開示のアミノ酸および/または有機酸の製造方法により製造されたアミノ酸および/または有機酸を回収、精製等し、例えば、上記のような芳香族アミノ酸からp-クマル酸の変換に関与する酵素を用いて、別途変換することもできる。 In one embodiment, the amino acid and/or organic acid produced by the method for producing an amino acid and/or organic acid of the present disclosure is recovered, purified, etc., and, for example, the aromatic amino acid as described above is converted to p-coumaric acid. It can also be converted separately using enzymes involved in .

ppGpp合成酵素としては、GDP(又はGTP)を基質とし、ppGpp(又はpppGpp)を合成する酵素であれば特に限定されないが、ppGpp(又はpppGpp)の合成活性のみを有するものが好ましい。ppGppの合成活性のみを有し、その分解はほとんど触媒しない酵素を用いることで、細胞内ppGpp濃度の上昇を介してアミノ酸放出を増やすことができる。具体的には、そのような酵素としては、枯草菌(Bacillus subtilis)由来のYjbM等のppGpp合成酵素が挙げられる。 The ppGpp synthase is not particularly limited as long as it is an enzyme that synthesizes ppGpp (or pppGpp) using GDP (or GTP) as a substrate, but it is preferably an enzyme that has only ppGpp (or pppGpp) synthetic activity. By using an enzyme that only has ppGpp synthetic activity and hardly catalyzes its decomposition, amino acid release can be increased through increasing the intracellular ppGpp concentration. Specifically, such enzymes include ppGpp synthases such as YjbM derived from Bacillus subtilis.

一実施形態において、本開示のppGpp合成酵素は、その酵素活性が保持される限り、該酵素のアミノ酸配列との同一性が約80%以上のアミノ酸配列を含むあるいはからなるタンパク質であってもよく、約85%以上が好ましく、約90%以上がより好ましく、約95%以上がさらに好ましく、約99%以上がさらに一層好ましい。 In one embodiment, the ppGpp synthetase of the present disclosure may be a protein comprising or consisting of an amino acid sequence having about 80% or more identity with the amino acid sequence of the enzyme, as long as its enzymatic activity is retained. , preferably about 85% or more, more preferably about 90% or more, even more preferably about 95% or more, and even more preferably about 99% or more.

また、本発明のppGpp合成酵素は、その酵素活性が保持される限り、該酵素のアミノ酸配列中の1~約20個、好ましくは1~約10個、より好ましくは1~数(5、4、3若しくは2)個のアミノ酸が欠失したアミノ酸配列、該酵素のアミノ酸配列に、1~約20個、好ましくは1~約10個、より好ましくは1~数(5、4、3若しくは2)個のアミノ酸が付加したアミノ酸配列、該酵素のアミノ酸配列に1~約20個、好ましくは1~約10個、より好ましくは1~数(5、4、3若しくは2)個のアミノ酸が挿入されたアミノ酸配列、該酵素のアミノ酸配列中の1~約20個、好ましくは1~約10個、より好ましくは1~数(5、4、3若しくは2)個のアミノ酸が他のアミノ酸で置換されたアミノ酸配列、又はそれらを組み合わせたアミノ酸配列を含む、あるいはそれらのアミノ酸配列からなるタンパク質であってもよい。性質の似たアミノ酸(例:グリシンとアラニン、バリンとロイシンとイソロイシン、セリンとトレオニン、アスパラギン酸とグルタミン酸、アスパラギンとグルタミン、リシンとアルギニン、システインとメチオニン、フェニルアラニンとチロシン等)同士の置換等であれば、さらに多くの個数の置換等があり得る。 Furthermore, the ppGpp synthase of the present invention has 1 to about 20, preferably 1 to about 10, more preferably 1 to several (5, 4) amino acids in the amino acid sequence of the enzyme, as long as its enzymatic activity is maintained. , 3 or 2) amino acids deleted, the amino acid sequence of the enzyme has 1 to about 20, preferably 1 to about 10, more preferably 1 to several (5, 4, 3 or 2) amino acids deleted. ) amino acid sequence, 1 to about 20, preferably 1 to about 10, more preferably 1 to several (5, 4, 3, or 2) amino acids are inserted into the amino acid sequence of the enzyme. 1 to about 20, preferably 1 to about 10, more preferably 1 to several (5, 4, 3, or 2) amino acids in the amino acid sequence of the enzyme are substituted with other amino acids. or a combination of these amino acid sequences, or may be a protein consisting of these amino acid sequences. Substitutions between amino acids with similar properties (e.g. glycine and alanine, valine, leucine and isoleucine, serine and threonine, aspartic acid and glutamic acid, asparagine and glutamine, lysine and arginine, cysteine and methionine, phenylalanine and tyrosine, etc.) For example, there may be a larger number of permutations.

フェニルアラニンアンモニアリアーゼ(PAL)としては、L-フェニルアラニンを基質とし、trans-ケイ皮酸とアンモニアを生成する反応を触媒する酵素であれば特に限定されないが、具体的には、例えば、EC 4.3.1.24、EC 4.3.1.25の酵素等が挙げられる。 Phenylalanine ammonia-lyase (PAL) is not particularly limited as long as it is an enzyme that uses L-phenylalanine as a substrate and catalyzes a reaction that produces trans-cinnamic acid and ammonia, but specifically, for example, EC 4.3 .1.24, EC 4.3.1.25 enzymes, etc.

trans-ケイ皮酸-4-モノオキシゲナーゼ(C4H)としては、trans-ケイ皮酸を基質として、4-ヒドロキシケイ皮酸(p-クマル酸)を生成する反応を触媒する酵素であれば特に限定されないが、具体的には、例えば、EC 1.14.13.11の酵素等が挙げられる。 Trans-cinnamic acid-4-monooxygenase (C4H) is particularly limited if it is an enzyme that catalyzes a reaction that produces 4-hydroxycinnamic acid (p-coumaric acid) using trans-cinnamic acid as a substrate. However, specific examples include enzymes of EC 1.14.13.11.

チロシンアンモニアリアーゼ(TAL)としては、L-チロシンをp-クマル酸に変換する反応を触媒する酵素であれば特に限定されないが、具体的には、例えば、EC 4.3.1.23、EC 4.3.1.25が挙げられる。 Tyrosine ammonia-lyase (TAL) is not particularly limited as long as it is an enzyme that catalyzes the reaction of converting L-tyrosine to p-coumaric acid, but specifically, for example, EC 4.3.1.23, EC 4.3.1.25.

p-クマル酸への変換において、フェニルアラニンアンモニアリアーゼ、trans-ケイ皮酸-4-モノオキシゲナーゼ、チロシンアンモニアリアーゼ等をコードする遺伝子の発現が促進されたラン藻を用いる場合、ラン藻に対してこれらの遺伝子を導入することでラン藻細胞内において芳香族アミノ酸をp-クマル酸に変換する、および/またはラン藻を培養する間に、水性媒体中に放出された芳香族アミノ酸をp-クマル酸に変換することもできる。 When using cyanobacteria in which the expression of genes encoding phenylalanine ammonia-lyase, trans-cinnamate-4-monooxygenase, tyrosine ammonia-lyase, etc. is promoted in the conversion to p-coumaric acid, these converts aromatic amino acids into p-coumaric acid in cyanobacterial cells by introducing a gene for cyanobacteria, and/or converts aromatic amino acids released into the aqueous medium into p-coumaric acid during culturing of cyanobacteria. It can also be converted to .

本開示の方法によって生産されたアミノ酸、有機酸、またはp-クマル酸は、必要に応じて、水性媒体から、種々の公知の分離、精製方法により分離、精製することができる。具体的には、限外ろ過膜分離、遠心分離、濃縮等によりラン藻、及びその産生物と分離した後、カラム法、晶析法等の公知の方法で精製し、乾燥させることにより、結晶として採取する方法等が挙げられる。 The amino acid, organic acid, or p-coumaric acid produced by the method of the present disclosure can be separated and purified from an aqueous medium by various known separation and purification methods, if necessary. Specifically, after separating cyanobacteria and their products by ultrafiltration membrane separation, centrifugation, concentration, etc., they are purified by known methods such as column methods and crystallization methods, and then dried to obtain crystals. Examples include a method of collecting as a sample.

本開示の一実施形態において、本開示の製造方法により製造されるp-クマル酸は、芳香族系ポリマーの原料として利用することができる。 In one embodiment of the present disclosure, p-coumaric acid produced by the production method of the present disclosure can be used as a raw material for aromatic polymers.

(一般技術)
本明細書において用いられる分子生物学的手法、生化学的手法、微生物学的手法は、当該分野において周知であり慣用されるものであり、例えば、Sambrook J. et al.(1989). Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harborおよびその3rd Ed.(2001); Ausubel, F.M.(1987).Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates and Wiley-Interscience; Ausubel, F.M.(1989). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates and Wiley-Interscience; Innis, M.A.(1990).PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, Academic Press; Ausubel, F.M.(1992).Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates; Ausubel, F.M. (1995).Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates; Innis, M.A. et al.(1995).PCR Strategies, Academic Press; Ausubel, F.M.(1999).Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Wiley, and annual updates; Sninsky, J.J. et al.(1999). PCR Applications: Protocols for Functional Genomics, Academic Press、別冊実験医学「遺伝子導入&発現解析実験法」羊土社、1997などに記載されており、これらは本明細書において関連する部分(全部であり得る)が参考として援用される。
(General technology)
The molecular biological techniques, biochemical techniques, and microbiological techniques used herein are well known and commonly used in the art, and are described, for example, in Sambrook J. et al. et al. (1989). Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor and its 3rd Ed. (2001); Ausubel, F. M. (1987). Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates and Wiley-Interscience; Ausubel, F. M. (1989). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Green Pub. Associates and Wiley-Interscience; Innis, M. A. (1990). PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, Academic Press; Ausubel, F. M. (1992). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Green Pub. Associates; Ausubel, F. M. (1995). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Green Pub. Associates; Innis, M. A. et al. (1995). PCR Strategies, Academic Press; Ausubel, F. M. (1999). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Wiley, and annua l updates; Sninsky, J. J. et al. (1999). PCR Applications: Protocols for Functional Genomics, Academic Press, Separate Volume Experimental Medicine "Gene Transfer & Expression Analysis Experimental Methods" Yodosha, 1997, etc., and these are relevant parts (possibly all) in this specification. is used as a reference.

人工的に合成した遺伝子を作製するためのDNA合成技術および核酸化学については、例えばGeneArt、GenScript、Integrated DNA Technologies(IDT)などの遺伝子合成やフラグメント合成サービスを用いることもでき、その他、例えば、Gait, M.J.(1985). Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press; Gait, M.J.(1990). Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press; Eckstein, F.(1991). Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach, IRL Press; Adams, R.L. et al.(1992). The Biochemistry of the Nucleic Acids, Chapman & Hall; Shabarova, Z. et al.(1994).Advanced Organic Chemistry of Nucleic Acids, Weinheim; Blackburn, G.M. et al.(1996). Nucleic Acids in Chemistry and Biology, Oxford University Press; Hermanson, G.T.(I996). Bioconjugate Techniques, Academic Pressなどに記載されており、これらは本明細書において関連する部分が参考として援用される。 Regarding DNA synthesis technology and nucleic acid chemistry for producing artificially synthesized genes, gene synthesis and fragment synthesis services such as GeneArt, GenScript, and Integrated DNA Technologies (IDT) can be used, as well as other services such as Gait. , M. J. (1985). Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press; Gait, M. J. (1990). Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press; Eckstein, F. (1991). Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach, IRL Press; Adams, R. L. et al. (1992). The Biochemistry of the Nucleic Acids, Chapman &Hall; Shabarova, Z. et al. (1994). Advanced Organic Chemistry of Nucleic Acids, Weinheim; Blackburn, G.; M. et al. (1996). Nucleic Acids in Chemistry and Biology, Oxford University Press; Hermanson, G. T. (I996). Bioconjugate Techniques, Academic Press, etc., and relevant portions of these are incorporated herein by reference.

本明細書において「または」は、文章中に列挙されている事項の「いずれか1つ」を採用できるときに使用される。「もしくは」も同様である。本明細書において「2つの値」の「範囲内」と明記した場合、その範囲には2つの値自体も含む。
本明細書において引用された、科学文献、特許、特許出願などの参考文献は、その全体が、各々具体的に記載されたのと同じ程度に本明細書において参考として援用される。
In this specification, "or" is used when "any one" of the items listed in the sentence can be adopted. The same goes for "or." In this specification, when "within a range" of "two values" is specified, the range includes the two values themselves.
All references, including scientific literature, patents, patent applications, etc., cited herein are herein incorporated by reference in their entirety to the same extent as if each were specifically indicated.

以上、本開示を、理解の容易のために好ましい実施形態を示して説明してきた。以下に、実施例に基づいて本開示を説明するが、上述の説明および以下の実施例は、例示の目的のみに提供され、本開示を限定する目的で提供したのではない。従って、本開示の範囲は、本明細書に具体的に記載された実施形態にも実施例にも限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。 The present disclosure has been described above with reference to preferred embodiments for ease of understanding. The present disclosure will now be described based on examples, but the above description and the following examples are provided for illustrative purposes only and are not provided for the purpose of limiting the present disclosure. Therefore, the scope of the disclosure is not limited to the embodiments or examples specifically described herein, but is limited only by the claims.

(実施例1:形質転換体の作製)
ラン藻Synechococcus elongates PCC 7942を用いて以下の形質転換体を作製した。glgC(グルコース-1-リン酸アデニリルトランスフェラーゼ)遺伝子の欠損株では、図2に示すコンストラクトのように、ゲンタマイシン耐性カセットを用いた。
(Example 1: Production of transformants)
The following transformants were produced using the cyanobacterium Synechococcus elongates PCC 7942. For a strain lacking the glgC (glucose-1-phosphate adenylyltransferase) gene, a gentamicin resistance cassette was used, as in the construct shown in FIG.

まずこのコンストラクトを保持するプラスミドを用意し、このプラスミドを導入した大腸菌を振盪培養した(培養条件:50mL LB/200mLフラスコ×3本,37℃,160rpm,o/n)。大腸菌からNucleoBond(登録商標)Xtra Midiキットを用いてプラスミドを抽出し、DNA濃度が1μg/μL以上であることをNanoDropで確認した。 First, a plasmid carrying this construct was prepared, and E. coli into which this plasmid had been introduced was cultured with shaking (culture conditions: 50 mL LB/3 x 200 mL flasks, 37° C., 160 rpm, o/n). Plasmids were extracted from E. coli using the NucleoBond (registered trademark) Xtra Midi kit, and the DNA concentration was confirmed to be 1 μg/μL or higher using NanoDrop.

続いて、使用するラン藻をバイオトロンインキュベーター内でOD750=1.0程度となるまで4~5日間振盪培養した(培養条件:70mL BG-11/リム付き200mL三角フラスコ,50~70μmol/m/s, 30℃, 100rpm,初期OD750=0.1)。ラン藻培養液を1.5mLチューブ3本に100μLずつ分注し、このチューブに1μg以上(例えば3μg,5μg)のプラスミドを添加してピペッティングでよく混合した。このチューブをアルミホイルで包み、ローテーターでゆっくり攪拌しながら24時間室温でインキュベートした。アルミホイルを外して30分間実験台上で静置した後、BG-11寒天培地に置いたメンブレン上に細胞懸濁液の全量を播種した。 Subsequently, the cyanobacteria to be used were cultured with shaking in a Biotron incubator for 4 to 5 days until the OD 750 = approximately 1.0 (Culture conditions: 70 mL BG-11/200 mL Erlenmeyer flask with rim, 50 to 70 μmol/m 2 / s, 30° C., 100 rpm, initial OD 750 =0.1). 100 μL of the cyanobacteria culture solution was dispensed into three 1.5 mL tubes, and 1 μg or more (for example, 3 μg, 5 μg) of plasmid was added to the tubes and mixed well by pipetting. The tube was wrapped in aluminum foil and incubated at room temperature for 24 hours with gentle stirring on a rotator. After removing the aluminum foil and allowing it to stand on a laboratory bench for 30 minutes, the entire cell suspension was seeded onto a membrane placed on a BG-11 agar medium.

バイオトロンインキュベーター内で3日間静置培養し(培養条件:50~70μmol/m/s,30℃)、メンブレンをゲンタマイシン入りのBG-11寒天プレートに移動させた。バイオトロンインキュベーター内でコロニーが出現するまで静置培養し(培養条件:50~70μmol/m/s,30℃)、コロニーを単離してバイオトロンインキュベーター内で増殖が見られるまで振盪培養した(培養条件:ゲンタマイシン入り6mL BG-11/6ウェルプレート,50~70μmol/m/s,30℃,100rpm)。PCRによりセグリゲーションチェックを行った。 After static culture for 3 days in a Biotron incubator (culture conditions: 50-70 μmol/m 2 /s, 30° C.), the membrane was transferred to a BG-11 agar plate containing gentamicin. The cells were cultured statically in a Biotron incubator until colonies appeared (culture conditions: 50 to 70 μmol/m 2 /s, 30°C), and the colonies were isolated and cultured with shaking in a Biotron incubator until growth was observed ( Culture conditions: 6 mL BG-11/6-well plate containing gentamicin, 50-70 μmol/m 2 /s, 30° C., 100 rpm). Segregation check was performed by PCR.

(実施例2:ラン藻の培養)
ラン藻としては、Synechococcus elongates PCC 7942、Synechococcus elongates PCC 7942のglgC欠損株、およびSynechococcus elongates PCC 7942のglgC欠損およびyjbM発現誘導株の計3株を用いた。
(Example 2: Cultivation of blue-green algae)
A total of three strains of cyanobacteria were used: Synechococcus elongates PCC 7942, a glgC-deficient strain of Synechococcus elongates PCC 7942, and a glgC-deficient and yjbM expression-induced strain of Synechococcus elongates PCC 7942.

まず前々培養として、ラン藻の凍結ストックを解凍し、以下の条件でOD750=1.5~2.0程度まで培養し(1週間程度)、その後、OD750=0.1となるように継代した(N=1)。続いて、前培養として、以下の条件でOD750=1.5~2.0となるまで培養(4日間程度)し、OD750=0.1となるように継代した(N=3)。さらに本培養として、以下の条件で10日間培養した。本培養では図3に示す二段式フラスコを用いた。yjbM遺伝子の発現を誘導する場合には、培養3日目に終濃度1mMでIPTGを添加した。 First, as a pre-culture, thaw a frozen stock of blue-green algae and culture it under the following conditions until OD750 = 1.5 to 2.0 (about 1 week), and then subculture until OD750 = 0.1. (N=1). Subsequently, as pre-culture, the cells were cultured under the following conditions until OD750 = 1.5 to 2.0 (about 4 days), and subcultured until OD750 = 0.1 (N = 3). Furthermore, as main culture, the cells were cultured for 10 days under the following conditions. In the main culture, a two-tiered flask shown in FIG. 3 was used. When inducing the expression of the yjbM gene, IPTG was added at a final concentration of 1 mM on the third day of culture.

培養条件
[前々培養]
培地:70mL BG-11/200mL三角フラスコ
CO濃度:(供給なし)
光条件:~50μmol photons/m/s昼白色蛍光灯
温度:30℃
震盪:100rpm
Culture conditions [pre-culture]
Medium: 70mL BG-11/200mL Erlenmeyer flask CO2 concentration: (not supplied)
Light conditions: ~50 μmol photons/m 2 /s Daylight white fluorescent lamp Temperature: 30°C
Concussion: 100rpm

[前培養]
培地:150mL BG-11/500mL三角フラスコ
CO濃度:(供給なし)
光条件:~50μmol photons/m/s昼白色蛍光灯
温度:30℃
震盪:100rpm
[Preculture]
Medium: 150mL BG-11/500mL Erlenmeyer flask CO2 concentration: (not supplied)
Light conditions: ~50 μmol photons/m 2 /s Daylight white fluorescent lamp Temperature: 30°C
Concussion: 100rpm

[本培養]
培地:70mL BG-11/二段式フラスコ
CO濃度:1%
光条件:110~120μmol photons/m/s昼白色蛍光灯
温度:30℃
震盪:100rpm
[Main culture]
Medium: 70mL BG-11/two-tiered flask CO2 concentration: 1%
Light conditions: 110-120μmol photons/m 2 /s daylight white fluorescent lamp temperature: 30℃
Concussion: 100rpm

(実施例3:グリコーゲン測定)
実施例2で培養した各ラン藻のグリコーゲン量を測定した。
(Example 3: Glycogen measurement)
The amount of glycogen in each cyanobacteria cultured in Example 2 was measured.

<抽出>
乾燥菌体5mg DWをエッペンチューブに測りとり、30% KOH(w/v) 100μLを添加して90℃で90分間加熱し、その後氷上で冷却した。数分置いて冷却させたのち、300μL 氷冷EtOHを添加し、ボルテックスで攪拌した。1時間静置したのち、遠心分離した(4℃,5000g,5分)。デカンテーションにより上澄みを捨て、氷冷EtOH 300μLを添加したのち、遠心分離した(4℃,10000g,5分)。さらにチップを用いて丁寧に上澄みを捨て、氷冷EtOH 300μLを添加したのち、遠心分離した(4℃,14000g,10分)。さらにチップを用いて丁寧に上澄みを捨て、80℃乾熱器で蓋を開けて30分乾燥させ、-30℃で保管した。
<Extraction>
5 mg of dried bacterial cells DW was weighed into an Eppendorf tube, 100 μL of 30% KOH (w/v) was added thereto, heated at 90° C. for 90 minutes, and then cooled on ice. After cooling for several minutes, 300 μL of ice-cold EtOH was added and stirred by vortexing. After standing still for 1 hour, it was centrifuged (4°C, 5000g, 5 minutes). The supernatant was discarded by decantation, 300 μL of ice-cold EtOH was added, and the mixture was centrifuged (4° C., 10,000 g, 5 minutes). Furthermore, the supernatant was carefully discarded using a tip, and 300 μL of ice-cold EtOH was added, followed by centrifugation (4° C., 14,000 g, 10 minutes). Further, the supernatant was carefully discarded using a tip, and the mixture was dried in a dry heat oven at 80°C with the lid opened for 30 minutes, and then stored at -30°C.

<加水分解>
乾固済みのグリコーゲン抽出物にMilliQ水を100μL添加し、マキシマイザーで1800rpm、25℃で10分間振とうした。これをグリコーゲン抽出液とする。振とう後、14,000g、25℃で5分間遠心分離し、このときマキシマイザーを50℃に設定しておく。ロック付の2mLエッペンチューブ(エッペンドルフ製)に、以下の表の試薬を上から順に入れ、混ざる程度に軽くピペッティングした。
<Hydrolysis>
100 μL of MilliQ water was added to the dried glycogen extract, and the mixture was shaken with a maximizer at 1800 rpm and 25° C. for 10 minutes. This is called a glycogen extract. After shaking, centrifuge at 14,000 g and 25°C for 5 minutes, with the maximizer set at 50°C. The reagents listed in the table below were placed in a 2 mL Eppendorf tube with a lock (manufactured by Eppendorf) in order from the top, and pipetted gently to mix.

マキシマイザーが50℃になったらサンプルを入れ、200rpmでゆっくり2h振とうして反応させた。このときヒーターを95℃にセットしてスイッチを入れておき、反応終了後、95℃、20分で処理して酵素を失活させた。加熱処理後、サンプルを取り出して室温まで冷ました。14,000g、4℃で5分間遠心分離し、上清をHPLCで分析した。結果を図4に示した。ΔglgC株ではグリコーゲン蓄積が完全になくなっていた。 When the temperature of the maximizer reached 50° C., a sample was added thereto, and the sample was slowly shaken at 200 rpm for 2 hours to react. At this time, the heater was set at 95°C and turned on, and after the reaction was completed, the enzyme was deactivated by treatment at 95°C for 20 minutes. After the heat treatment, the samples were taken out and cooled to room temperature. Centrifugation was performed at 14,000g for 5 minutes at 4°C, and the supernatant was analyzed by HPLC. The results are shown in Figure 4. Glycogen accumulation was completely abolished in the ΔglgC strain.

(実施例4:メタボローム解析)
実施例1で作製した形質転換体を用いて、メタボローム解析を行った。培養した各ラン藻の上清500μLにice coldのCHClを500μL添加し、ボルテックスした。遠心分離を行い(4℃、14000g、5min)、上相400μLをアミコンウルトラのフィルター付チューブに移し、さらに遠心した(4℃、14000g、90min)。フィルターを通った液の248μLを別のエッペンに移し、100mM-PIPES、100 mM-Methionine sulfoneをそれぞれ1μL添加した。よくボルテックスして混合し、-80℃で保管し、CE-TOFMSで分析した。結果を図5~7に示した。この結果から、グルタミン酸をはじめとして、チロシン、グルタミン、アスパラギン酸、アスパラギン、トレオニンを含む多様なアミノ酸が細胞外に多く排出されていることを見出した。またピルビン酸や2-オキソグルタル酸の増加に加えて、乳酸、リンゴ酸、コハク酸、およびフマル酸についても細胞外濃度の増加が見られた。またこれらのうち、グルタミン酸、アスパラギン酸、アスパラギン以外についてはyjbM遺伝子の発現を誘導することでさらに濃度の増加が見られた。
(Example 4: Metabolome analysis)
Metabolome analysis was performed using the transformant produced in Example 1. 500 μL of ice cold CHCl 3 was added to 500 μL of the supernatant of each cultured cyanobacterium, and the mixture was vortexed. Centrifugation was performed (4° C., 14000 g, 5 min), and 400 μL of the upper phase was transferred to an Amicon Ultra filter tube, followed by further centrifugation (4° C., 14000 g, 90 min). 248 μL of the solution that had passed through the filter was transferred to another Eppendorf tube, and 1 μL each of 100 mM-PIPES and 100 mM-Methionine sulfone were added thereto. Mix well by vortexing, store at -80°C, and analyze by CE-TOFMS. The results are shown in Figures 5-7. From this result, it was found that various amino acids including glutamic acid, tyrosine, glutamine, aspartic acid, asparagine, and threonine are excreted from the cells in large quantities. In addition to increases in pyruvic acid and 2-oxoglutaric acid, increases in extracellular concentrations of lactic acid, malic acid, succinic acid, and fumaric acid were also observed. Furthermore, among these, concentrations of substances other than glutamic acid, aspartic acid, and asparagine were further increased by inducing expression of the yjbM gene.

(実施例5:GlgPの活性亢進の例)
他種生物(Corynebacterium callunaeなど)由来の高活性なグリコーゲンホスホリラーゼ遺伝子をtrcプロモーターの下流に繋いだコンストラクトを用意し、ラン藻Synechococcus elongates PCC 7942のゲノムに導入する。
形質転換は実施例1と同様に行う。実施例2と同様の条件において、IPTG添加によりグリコーゲンホスホリラーゼの発現を誘導しながら培養を行う。培養液上清を回収し、実施例4と同様のメタボローム解析により細胞外に放出されたアミノ酸を測定する。
以上により、グリコーゲンホスホリラーゼの活性を亢進した場合にも各種アミノ酸などが増加していることを確認することができる。
(Example 5: Example of GlgP activity enhancement)
A construct in which a highly active glycogen phosphorylase gene derived from another species (such as Corynebacterium callunae) is linked downstream of the trc promoter is prepared and introduced into the genome of the cyanobacterium Synechococcus elongates PCC 7942.
Transformation is performed in the same manner as in Example 1. Culture is performed under the same conditions as in Example 2 while inducing the expression of glycogen phosphorylase by adding IPTG. The culture supernatant is collected, and the amino acids released outside the cells are measured by the same metabolome analysis as in Example 4.
From the above, it can be confirmed that various amino acids and the like are increased even when the activity of glycogen phosphorylase is enhanced.

(実施例6:GlgAの活性抑制の例)
ラン藻Synechococcus elongates PCC 7942のglgA遺伝子(Synpcc7942_2518)上にゲンタマイシン耐性カセットを導入することでglgA欠損株を作製する。
形質転換は実施例1と同様に行う。実施例2と同様の条件においてglgA欠損株の培養を行う。培養液上清を回収し、実施例4と同様のメタボローム解析により細胞外に放出されたアミノ酸を測定する。
以上により、グリコーゲン合成に寄与する酵素の活性を抑制した場合にも各種アミノ酸などが増加していることを確認することができる。
(Example 6: Example of suppressing GlgA activity)
A glgA-deficient strain is created by introducing a gentamicin resistance cassette onto the glgA gene (Synpcc7942_2518) of the cyanobacterium Synechococcus elongates PCC 7942.
Transformation is performed in the same manner as in Example 1. The glgA-deficient strain is cultured under the same conditions as in Example 2. The culture supernatant is collected, and the amino acids released outside the cells are measured by the same metabolome analysis as in Example 4.
From the above, it can be confirmed that various amino acids and the like increase even when the activity of enzymes contributing to glycogen synthesis is suppressed.

(実施例7:アミノ酸および/または有機酸の回収例)
培養液から遠心操作によって細胞を除去したのち、適切なイオン交換樹脂、および/または沈澱剤を用いてアミノ酸を回収することができる。これにより、実施例1~6のようにして製造したアミノ酸や有機酸を回収する。
(Example 7: Example of recovery of amino acids and/or organic acids)
After removing cells from the culture medium by centrifugation, amino acids can be recovered using an appropriate ion exchange resin and/or precipitant. As a result, the amino acids and organic acids produced as in Examples 1 to 6 are recovered.

(実施例8:p-クマル酸の製造)
アミノ酸を生産するラン藻に対してチロシンアンモニアリアーゼ遺伝子を導入することで細胞内においてチロシンをp-クマル酸に変換するp-クマル酸生産ラン藻を作製する。もしくは細胞表層にチロシンアンモニアリアーゼを提示する酵母を作製し、ラン藻培養液上清に添加・反応させることで上清に含まれるチロシンをp-クマル酸に変換する。
以上により、本開示の方法によって得られたアミノ酸からp-クマル酸を製造する。
(Example 8: Production of p-coumaric acid)
By introducing a tyrosine ammonia-lyase gene into amino acid-producing cyanobacteria, we create p-coumaric acid-producing cyanobacteria that convert tyrosine to p-coumaric acid within their cells. Alternatively, yeast that displays tyrosine ammonia lyase on the cell surface is produced, and the yeast is added to the cyanobacterial culture supernatant and allowed to react, thereby converting tyrosine contained in the supernatant into p-coumaric acid.
As described above, p-coumaric acid is produced from the amino acid obtained by the method of the present disclosure.

(実施例9:p-クマル酸を用いたプラスチック製造例)
p-クマル酸を他の有機酸(カフェ酸、リシノール酸など)と共重合させることで機能性ポリマーを合成する。これにより実施例8のようにして得たp-クマル酸を用いてプラスチックを製造することができる。
(Example 9: Example of plastic production using p-coumaric acid)
Functional polymers are synthesized by copolymerizing p-coumaric acid with other organic acids (caffeic acid, ricinoleic acid, etc.). As a result, plastics can be produced using p-coumaric acid obtained as in Example 8.

(注記)
以上のように、本開示の好ましい実施形態を用いて本開示を例示してきたが、本開示は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願及び他の文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
(Note)
As described above, although the present disclosure has been illustrated using the preferred embodiments thereof, it is understood that the scope of the present disclosure should be interpreted only by the claims. The patents, patent applications, and other documents cited herein are hereby incorporated by reference to the same extent as if the contents themselves were specifically set forth herein. That is understood.

本開示によれば、ラン藻を培養するだけで安価な生産コストで多様なアミノ酸を得ることができる。またバイオプラスチック原料、食品添加物、細胞培養の栄養源などに利用可能なアミノ酸を炭素源として二酸化炭素のみから生産することができるため、工業製品や食品産業などの産業分野において応用が期待される。 According to the present disclosure, various amino acids can be obtained at low production costs simply by culturing cyanobacteria. In addition, amino acids, which can be used as raw materials for bioplastics, food additives, and nutritional sources for cell culture, can be produced from carbon dioxide alone as a carbon source, so they are expected to be applied in industrial fields such as industrial products and the food industry. .

Claims (33)

アミノ酸および/または有機酸を製造する方法であって、
グリコーゲン含有量が減少したラン藻を培養する工程を含む、方法。
A method for producing amino acids and/or organic acids, comprising:
A method comprising culturing cyanobacteria with reduced glycogen content.
前記ラン藻が、同条件で生育した野生型のラン藻と比較して、グリコーゲン含有量が減少するよう遺伝的に改変されている、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the cyanobacteria have been genetically modified to have reduced glycogen content compared to wild-type cyanobacteria grown under the same conditions. 前記ラン藻が、グリコーゲン合成に寄与する酵素活性が抑制または欠損したラン藻、および/またはグリコーゲン分解に寄与する酵素活性が亢進したラン藻を含む、請求項1または2に記載の方法。 3. The method according to claim 1, wherein the cyanobacteria include cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen synthesis is suppressed or deficient, and/or cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen decomposition is enhanced. 前記グリコーゲン合成に寄与する酵素が、グルコース-1-リン酸アデニリルトランスフェラーゼ(GlgC)またはその類似酵素、およびグリコーゲンシンターゼ(GlgA)またはその類似酵素を含む、請求項3に記載の方法。 4. The method according to claim 3, wherein the enzymes contributing to glycogen synthesis include glucose-1-phosphate adenylyltransferase (GlgC) or a similar enzyme thereof, and glycogen synthase (GlgA) or a similar enzyme thereof. 前記グリコーゲン分解に寄与する酵素が、グリコーゲンホスホリラーゼ(GlgP)またはその類似酵素を含む、請求項3または4に記載の方法。 5. The method according to claim 3, wherein the enzyme contributing to glycogenolysis comprises glycogen phosphorylase (GlgP) or an enzyme similar thereto. 前記ラン藻が、ppGpp合成酵素をコードする遺伝子を誘導発現可能なラン藻である、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the cyanobacteria are capable of inducibly expressing a gene encoding ppGpp synthase. 前記ppGpp合成酵素をコードする遺伝子が、枯草菌(Bacillus subtilis)由来のyjbM遺伝子を含む、請求項6に記載の方法。 7. The method according to claim 6, wherein the gene encoding the ppGpp synthase includes the yjbM gene derived from Bacillus subtilis. 前記アミノ酸および/または有機酸が、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、システイン、ピルビン酸、2-オキソグルタル酸、乳酸、リンゴ酸、コハク酸、およびフマル酸を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。 The amino acids and/or organic acids include alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, glutamine, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tryptophan, tyrosine, valine, cysteine, A method according to any one of claims 1 to 7, comprising pyruvic acid, 2-oxoglutaric acid, lactic acid, malic acid, succinic acid, and fumaric acid. 前記アミノ酸および/または有機酸が、芳香族アミノ酸を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the amino acids and/or organic acids include aromatic amino acids. 前記ラン藻が、炭素源として二酸化炭素を消費する、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the cyanobacteria consume carbon dioxide as a carbon source. 請求項1~10に記載の方法によって製造されたアミノ酸を、p-クマル酸に変換する工程を含む、p-クマル酸を製造する方法。 A method for producing p-coumaric acid, comprising the step of converting the amino acid produced by the method according to claims 1 to 10 into p-coumaric acid. 二酸化炭素を原料として、アミノ酸および/または有機酸を製造する方法であって、
(a)二酸化炭素の存在下で、グリコーゲン含有量が減少したラン藻を培養する工程と、
(b)工程(a)の培養液からアミノ酸および/または有機酸を得る工程と
を含む、方法。
A method for producing amino acids and/or organic acids using carbon dioxide as a raw material, the method comprising:
(a) culturing cyanobacteria with reduced glycogen content in the presence of carbon dioxide;
(b) obtaining an amino acid and/or an organic acid from the culture solution of step (a).
前記ラン藻が、同条件で生育した野生型のラン藻と比較して、グリコーゲン含有量が減少するよう遺伝的に改変されている、請求項12に記載の方法。 13. The method of claim 12, wherein the cyanobacteria have been genetically modified to have reduced glycogen content compared to wild-type cyanobacteria grown under the same conditions. 前記ラン藻が、グリコーゲン合成に寄与する酵素活性が抑制または欠損したラン藻、および/またはグリコーゲン分解に寄与する酵素活性が亢進したラン藻を含む、請求項12または13に記載の方法。 The method according to claim 12 or 13, wherein the cyanobacteria include cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen synthesis is suppressed or deficient, and/or cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen decomposition is enhanced. 前記グリコーゲン合成に寄与する酵素が、グルコース-1-リン酸アデニリルトランスフェラーゼ(GlgC)またはその類似酵素、およびグリコーゲンシンターゼ(GlgA)またはその類似酵素を含む、請求項14に記載の方法。 15. The method according to claim 14, wherein the enzymes contributing to glycogen synthesis include glucose-1-phosphate adenylyltransferase (GlgC) or a similar enzyme thereof, and glycogen synthase (GlgA) or a similar enzyme thereof. 前記グリコーゲン分解に寄与する酵素が、グリコーゲンホスホリラーゼ(GlgP)またはその類似酵素を含む、請求項14または15に記載の方法。 16. The method according to claim 14 or 15, wherein the enzyme contributing to glycogenolysis comprises glycogen phosphorylase (GlgP) or an enzyme similar thereto. 前記ラン藻が、ppGpp合成酵素をコードする遺伝子を誘導発現可能なラン藻である、請求項12~16のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 12 to 16, wherein the cyanobacteria are capable of inducibly expressing a gene encoding ppGpp synthetase. 前記ppGpp合成酵素コードする遺伝子が、枯草菌(Bacillus subtilis)由来のyjbM遺伝子を含む、請求項17に記載の方法。 18. The method according to claim 17, wherein the gene encoding the ppGpp synthase includes the yjbM gene derived from Bacillus subtilis. 前記アミノ酸および/または有機酸が、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、システイン、ピルビン酸、2-オキソグルタル酸、乳酸、リンゴ酸、コハク酸、およびフマル酸を含む、請求項12~18のいずれか一項に記載の方法。 The amino acids and/or organic acids include alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, glutamine, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tryptophan, tyrosine, valine, cysteine, 19. A method according to any one of claims 12 to 18, comprising pyruvic acid, 2-oxoglutaric acid, lactic acid, malic acid, succinic acid, and fumaric acid. 前記アミノ酸および/または有機酸が、芳香族アミノ酸を含む、請求項12~19のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 12 to 19, wherein the amino acids and/or organic acids include aromatic amino acids. 前記ラン藻が、炭素源として二酸化炭素を消費する、請求項12~20のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 12 to 20, wherein the cyanobacteria consume carbon dioxide as a carbon source. 請求項12~21のいずれか一項に記載の方法によって製造されたアミノ酸を、p-クマル酸に変換する工程を含む、p-クマル酸を製造する方法。 A method for producing p-coumaric acid, comprising the step of converting the amino acid produced by the method according to any one of claims 12 to 21 into p-coumaric acid. 二酸化炭素を原料として、アミノ酸含有またはアミノ酸ベースの化成品を製造する方法であって、
(a)二酸化炭素の存在下で、グリコーゲン含有量が減少したラン藻を培養する工程と、
(b)工程(a)の培養液からアミノ酸を得る工程と、
(c)該アミノ酸を原料として化成品を製造する工程と
を含む、方法。
A method for producing amino acid-containing or amino acid-based chemical products using carbon dioxide as a raw material, the method comprising:
(a) culturing cyanobacteria with reduced glycogen content in the presence of carbon dioxide;
(b) obtaining amino acids from the culture solution of step (a);
(c) a step of producing a chemical product using the amino acid as a raw material.
前記ラン藻が、同条件で生育した野生型のラン藻と比較して、グリコーゲン含有量が減少するよう遺伝的に改変されている、請求項23に記載の方法。 24. The method of claim 23, wherein the cyanobacteria are genetically modified to have reduced glycogen content compared to wild-type cyanobacteria grown under the same conditions. 前記ラン藻が、グリコーゲン合成に寄与する酵素活性が抑制または欠損したラン藻、および/またはグリコーゲン分解に寄与する酵素活性が亢進したラン藻を含む、請求項23または24に記載の方法。 25. The method according to claim 23 or 24, wherein the cyanobacteria include cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen synthesis is suppressed or deficient, and/or cyanobacteria in which enzyme activity contributing to glycogen decomposition is enhanced. 前記グリコーゲン合成に寄与する酵素が、グルコース-1-リン酸アデニリルトランスフェラーゼ(GlgC)またはその類似酵素、およびグリコーゲンシンターゼ(GlgA)またはその類似酵素を含む、請求項25に記載の方法。 26. The method according to claim 25, wherein the enzymes contributing to glycogen synthesis include glucose-1-phosphate adenylyltransferase (GlgC) or a similar enzyme thereof, and glycogen synthase (GlgA) or a similar enzyme thereof. 前記グリコーゲン分解に寄与する酵素が、グリコーゲンホスホリラーゼ(GlgP)またはその類似酵素を含む、請求項25または26に記載の方法。 27. The method according to claim 25 or 26, wherein the enzyme contributing to glycogenolysis comprises glycogen phosphorylase (GlgP) or a similar enzyme thereof. 前記ラン藻が、ppGpp合成酵素をコードする遺伝子を誘導発現可能なラン藻である、請求項23~27のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 23 to 27, wherein the cyanobacteria are capable of inducibly expressing a gene encoding ppGpp synthase. 前記ppGpp合成酵素コードする遺伝子が、枯草菌(Bacillus subtilis)由来のyjbM遺伝子を含む、請求項28に記載の方法。 29. The method according to claim 28, wherein the gene encoding the ppGpp synthase includes the yjbM gene derived from Bacillus subtilis. 前記アミノ酸および/または有機酸が、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、システイン、ピルビン酸、2-オキソグルタル酸、乳酸、リンゴ酸、コハク酸、およびフマル酸を含む、請求項23~29のいずれか一項に記載の方法。 The amino acids and/or organic acids include alanine, arginine, asparagine, aspartic acid, glutamine, glutamic acid, glycine, histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tryptophan, tyrosine, valine, cysteine, 30. The method of any one of claims 23 to 29, comprising pyruvic acid, 2-oxoglutaric acid, lactic acid, malic acid, succinic acid, and fumaric acid. 前記アミノ酸および/または有機酸が、芳香族アミノ酸を含む、請求項23~30のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 23 to 30, wherein the amino acids and/or organic acids include aromatic amino acids. 前記ラン藻が、炭素源として二酸化炭素を消費する、請求項23~31のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any one of claims 23 to 31, wherein the cyanobacteria consume carbon dioxide as a carbon source. 前記化成品は、バイオプラスチック原料、食品添加物、化粧品添加物、および/または細胞培養の栄養源を含む、請求項23~32のいずれか一項に記載の方法。 33. The method according to any one of claims 23 to 32, wherein the chemical product comprises a bioplastic raw material, a food additive, a cosmetic additive, and/or a nutrient source for cell culture.
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