JP2024010288A - Method for producing dried bacterial cell, and dried bacterial cell - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing dried bacterial cells that can preserve outer membrane-peeled, modified cyanobacteria in a dried state, while maintaining high survival rates.SOLUTION: A method for producing dried bacterial cells includes preparing a suspension that contains outer membrane-peeled, modified cyanobacteria and sucrose or glucose (step S01) and removing moisture content from the prepared suspension (step S02).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、乾燥菌体の製造方法、及び、乾燥菌体に関する。 The present disclosure relates to a method for producing dried bacterial cells and a method for producing dried bacterial cells.

シアノバクテリア及び藻類等の光合成微生物は、常温常圧の環境下で、光をエネルギー源として水と空気中の二酸化炭素(CO)とを利用して様々な物質を生産可能であるため、カーボンニュートラルで低環境負荷な次世代の物質生産のツールとして注目を集めている。 Photosynthetic microorganisms such as cyanobacteria and algae can produce various substances by using light as an energy source and water and carbon dioxide (CO 2 ) in the air at room temperature and pressure. It is attracting attention as a next-generation material production tool that is neutral and has a low environmental impact.

このような光合成微生物の活用において、細胞(以下、菌体ともいう)の保存技術は最も重要な基盤技術の1つである。例えば、細胞の保存方法には、液体培地又は固体培地を用いて光合成微生物の細胞を定期的に新しい培地に植え継いで保存する継代培養保存法、及び、細胞を乾燥状態で保存する乾燥保存法等がある。例えば、乾燥保存法には、超低温(例えば、-80℃)における細胞の凍結保存法、及び、菌体を含む液相を真空乾燥させるL-乾燥法等がある。乾燥保存法は、細胞を定期的に継代培養する必要がなく、温度、水、及び、空気等の細胞の生命維持に必要な条件を維持する必要もないため、手間及びコストを大幅に低減することが可能である。中でも、L-乾燥法は、真空乾燥させた細胞をアンプルで常温保管が可能であり、凍結乾燥法のように極低温冷凍庫などの高価な設備の設置が不要であるため、コストを大幅に低減することが可能である。 In utilizing such photosynthetic microorganisms, cell (hereinafter also referred to as microbial cells) preservation technology is one of the most important fundamental technologies. For example, cell preservation methods include subculture preservation, in which cells of photosynthetic microorganisms are periodically transferred to new media using a liquid or solid medium, and dry preservation, in which cells are preserved in a dry state. There are laws etc. For example, dry preservation methods include a cryopreservation method for cells at an ultralow temperature (for example, −80° C.), and an L-drying method in which a liquid phase containing bacterial cells is vacuum-dried. The dry preservation method does not require periodic subculturing of cells, nor does it require maintaining conditions necessary to support cell life, such as temperature, water, and air, significantly reducing labor and costs. It is possible to do so. Among these, the L-drying method allows vacuum-dried cells to be stored in ampoules at room temperature, and unlike the freeze-drying method, there is no need to install expensive equipment such as a cryogenic freezer, which significantly reduces costs. It is possible to do so.

しかしながら、光合成微生物種によって、凍結乾燥困難な微生物、又は、真空乾燥困難な微生物が存在するため、保存対象の光合成微生物種に応じた適切な乾燥保存法で細胞を保存する必要がある。また、凍結乾燥法については、光合成微生物種により凍結乾燥耐性が異なるため、有効な保護剤の検討等がなされている。 However, depending on the species of photosynthetic microorganisms, there are microorganisms that are difficult to freeze-dry or vacuum-dry, so it is necessary to preserve cells using an appropriate drying preservation method depending on the species of photosynthetic microorganisms to be preserved. Furthermore, regarding the freeze-drying method, since freeze-drying resistance varies depending on the species of photosynthetic microorganisms, effective protective agents are being investigated.

例えば、光合成微生物のうち真核藻類の凍結乾燥法では、スキムミルク、及び、スクロースが有効な保護剤であること(非特許文献1)、並びに、乳固形分が有効な保護剤であること(非特許文献2)が報告されている。一方、シアノバクテリアの凍結乾燥法では、シアノバクテリア種によって、保護剤の非存在下における凍結乾燥耐性が報告されている(非特許文献2)ものの、保護剤を添加しなければ凍結乾燥により細胞が死滅すること(非特許文献3)、及び、保護剤としてヒツジ血清が有効な保護剤であること(非特許文献4)も報告されている。 For example, in the freeze-drying method of eukaryotic algae among photosynthetic microorganisms, skim milk and sucrose are effective protective agents (Non-patent Document 1), and milk solids are effective protective agents (non-patent document 1). Patent Document 2) has been reported. On the other hand, in the freeze-drying method for cyanobacteria, it has been reported that some cyanobacterial species exhibit freeze-drying resistance in the absence of a protective agent (Non-Patent Document 2); It has also been reported that the insects die (Non-Patent Document 3) and that sheep serum is an effective protective agent (Non-Patent Document 4).

Marian Sharp McGrath et al., "FREEZE‐DRYING OF ALGAE: CHLOROPHYTA AND CHRYSOPHYTA 1", Journal of Phycology, Phycological Society of America, December 1978, Vol.14, No.4, pp.521-525Marian Sharp McGrath et al., "FREEZE‐DRYING OF ALGAE: CHLOROPHYTA AND CHRYSOPHYTA 1", Journal of Phycology, Phycological Society of America, December 1978, Vol.14, No.4, pp.521-525 Osmund Holm-Hansen, "Viability of lyophilized algae", Canadian Journal of Botany, Canadian Science Publishing, February 1964, Vol.42, No.2, pp.127-137Osmund Holm-Hansen, "Viability of lyophilized algae", Canadian Journal of Botany, Canadian Science Publishing, February 1964, Vol.42, No.2, pp.127-137 Alberto A. Esteves-Ferreira et al., "Comparative evaluation of different preservation methods for cyanobacterial strains", Journal of Applied Phycology, 2013, Vol.25, pp.919-929Alberto A. Esteves-Ferreira et al., "Comparative evaluation of different preservation methods for cyanobacterial strains", Journal of Applied Phycology, 2013, Vol.25, pp.919-929 LL Corbett and DL Parker, "Viability of lyophilized cyanobacteria (blue-green algae)", Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, December 1976, Vo.32, No.6, pp.777-780LL Corbett and DL Parker, "Viability of lyophilized cyanobacteria (blue-green algae)", Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, December 1976, Vo.32, No.6, pp.777-780

しかしながら、上記の従来技術では、例えば、遺伝子操作により物質の生産性が向上させた改変光合成微生物の細胞を良好に乾燥保存することが難しい場合がある。例えば、本願発明者らは、遺伝子操作によりシアノバクテリア(以下、親シアノバクテリアともいう)の外膜を細胞壁から剥離した外膜剥離型の改変シアノバクテリアの乾燥耐性が親シアノバクテリアよりも著しく低下することを見出した。 However, with the above-mentioned conventional techniques, it may be difficult to properly dry and preserve, for example, cells of modified photosynthetic microorganisms whose productivity has been improved through genetic manipulation. For example, the inventors of the present application have found that the desiccation resistance of a modified outer membrane-exfoliating type of cyanobacterium, in which the outer membrane of cyanobacteria (hereinafter also referred to as parent cyanobacteria) is removed from the cell wall through genetic manipulation, is significantly lower than that of the parent cyanobacteria. I discovered that.

そこで、本開示は、高い生存率を維持したまま外膜剥離型のシアノバクテリアを乾燥状態で保存可能な乾燥菌体の製造方法、及び、乾燥菌体を提供する。 Accordingly, the present disclosure provides a method for producing dried bacterial cells that allows outer membrane-exfoliating cyanobacteria to be stored in a dry state while maintaining a high survival rate, and the dried bacterial cells.

本開示の一態様に係る乾燥菌体の製造方法は、外膜剥離型の改変シアノバクテリアと、スクロース又はグルコースとを含む懸濁液を調製し、調製された前記懸濁液から水分を除去する。 A method for producing dried bacterial cells according to one aspect of the present disclosure includes preparing a suspension containing membrane-exfoliating modified cyanobacteria and sucrose or glucose, and removing water from the prepared suspension. .

また、本開示の一態様に係る乾燥菌体は、前記乾燥菌体の製造方法によって製造される。 Further, a dried bacterial cell according to one aspect of the present disclosure is produced by the method for producing a dried bacterial cell.

また、本開示の一態様に係る乾燥菌体は、外膜剥離型の改変シアノバクテリアと、スクロース又はグルコースとを含む。 Furthermore, the dried bacterial cells according to one aspect of the present disclosure include outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria and sucrose or glucose.

本開示の乾燥菌体の製造方法及び乾燥菌体によれば、高い生存率を維持したまま外膜剥離型の改変シアノバクテリアを乾燥状態で保存できる。 According to the method for producing dried bacterial cells and the dried bacterial cells of the present disclosure, outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria can be stored in a dry state while maintaining a high survival rate.

図1は、本実施の形態に係る乾燥菌体の製造方法のフローの一例を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing an example of the flow of the method for producing dried bacterial cells according to the present embodiment. 図2は、シアノバクテリアの細胞表層を模式的に示した図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing the cell surface layer of cyanobacteria. 図3は、分散液として水を用いて懸濁液を調製した場合の野生株及び外膜剥離株の生存率を示すグラフ(野生株 n=4; 外膜剥離株 n=3; エラーバー=SD)である。Figure 3 is a graph showing the survival rate of the wild-type strain and the adventitial membrane-exfoliating strain when suspensions were prepared using water as a dispersion liquid (wild strain n=4; adventitial membrane-exfoliating strain n=3; error bars = SD). 図4は、懸濁液に含まれる保護剤の違いによる外膜剥離株の凍結乾燥菌体の生存率を示すグラフ(n=3、エラーバー=SD)である。FIG. 4 is a graph (n=3, error bars=SD) showing the survival rate of freeze-dried bacterial cells of outer membrane detachment strains depending on the different protective agents contained in the suspension. 図5は、凍結乾燥処理時の懸濁液の菌体濃度と、凍結乾燥菌体の生育との関係を示すグラフ(n=3~4、エラーバー=SD)である。FIG. 5 is a graph (n=3 to 4, error bars=SD) showing the relationship between the bacterial cell concentration of the suspension during the freeze-drying process and the growth of the freeze-dried bacterial cells. 図6は、凍結乾燥処理時の懸濁液中の菌体数に対するスクロース分子の数の比と、凍結乾燥菌体の生育との関係を示すグラフ(n=3、エラーバー=SD)である。Figure 6 is a graph showing the relationship between the ratio of the number of sucrose molecules to the number of bacterial cells in the suspension during freeze-drying and the growth of freeze-dried bacterial cells (n=3, error bar = SD). . 図7は、凍結乾燥処理時の懸濁液へのスクロースの添加の有無と、凍結乾燥菌体の保管日数との関係を示すブラフ(n=1~3の平均値)である。FIG. 7 is a bluff (average value of n=1 to 3) showing the relationship between the presence or absence of addition of sucrose to the suspension during freeze-drying treatment and the number of storage days for freeze-dried bacterial cells.

(本開示の基礎となった知見)
シアノバクテリア及び藻類等の光合成微生物は、低環境負荷な次世代の物質生産のツールとして注目を集めている。光合成微生物による物質生産は、常温常圧の環境下で、光をエネルギー源として水と空気中の二酸化炭素(CO)とを利用して行われる。さらに、近年の遺伝子操作技術の発展によって、遺伝子組み換え光合成微生物を用いて幅広い化合物種の生産が可能となったことから、光合成微生物による物質生産は、カーボンニュートラルを実現可能な次世代の技術として期待されている。
(Findings that formed the basis of this disclosure)
Photosynthetic microorganisms such as cyanobacteria and algae are attracting attention as tools for next-generation material production with low environmental impact. Substance production by photosynthetic microorganisms is performed in an environment of normal temperature and pressure using water and carbon dioxide (CO 2 ) in the air with light as an energy source. Furthermore, with the recent development of genetic engineering technology, it has become possible to produce a wide range of chemical compounds using genetically modified photosynthetic microorganisms.Therefore, substance production using photosynthetic microorganisms is expected to be a next-generation technology that can achieve carbon neutrality. has been done.

光合成微生物による物質生産として、例えば、光合成微生物の代謝又は物質の生合成に関与する遺伝子を改変した遺伝子改変株による物質の生産性を向上させる技術が開示されている。当該技術により、例えば、スクロース(非特許文献5:Daniel C Ducat et al., “Rerouting Carbon Flux To Enhance Photosynthetic Productivity”, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, April 2012, Vol.78, No.8, pp.2660-2668)、イソブタノール(非特許文献6:Shota Atsumi et al., “Direct photosynthetic recycling of carbon dioxide to isobutyraldehyde”, Nature Biotechnology, Nature Publishing Group, November 2009, Vol.27, No.12, pp.1177-1180)、脂肪酸(非特許文献7:Xinyao Liu et al., "Fatty acid production in genetically modified cyanobacteria", The Proceedings of the Natural Academy of Sciences(PNAS), National Academy of Sciences, April 2011, Vol.108, No.17, pp.6899-6904)、アミノ酸(非特許文献8:Arnav Deshpande et al., "Combining random mutagenesis and metabolic engineering for enhanced tryptophan production in Synechocystis sp. strain PCC 6803", Applied Environmental Microbiology, May 2020, Vol.86, No.9, e02816-19)、及び、タンパク質(非特許文献9:James A. Gregory et al., "Alga-Produced Cholera Toxin-Pfs25 Fusion Proteins as Oral Vaccines", Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, June 2013, Vol.79, No.13, pp.3917-3925)等の生産性が向上される。 As for the production of substances by photosynthetic microorganisms, for example, techniques have been disclosed to improve the productivity of substances using genetically modified strains in which genes involved in the metabolism or biosynthesis of substances of photosynthetic microorganisms are modified. With this technology, for example, sucrose (Non-Patent Document 5: Daniel C Ducat et al., “Rerouting Carbon Flux To Enhance Photosynthetic Productivity”, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, April 2012, Vol.78, No.8 , pp.2660-2668), isobutanol (Non-Patent Document 6: Shota Atsumi et al., “Direct photosynthetic recycling of carbon dioxide to isobutyraldehyde”, Nature Biotechnology, Nature Publishing Group, November 2009, Vol.27, No.12 , pp.1177-1180), fatty acids (Non-Patent Document 7: Xinyao Liu et al., "Fatty acid production in genetically modified cyanobacteria", The Proceedings of the Natural Academy of Sciences (PNAS), National Academy of Sciences, April 2011 , Vol.108, No.17, pp.6899-6904), amino acids (Non-Patent Document 8: Arnav Deshpande et al., "Combining random mutagenesis and metabolic engineering for enhanced tryptophan production in Synechocystis sp. strain PCC 6803", Applied Environmental Microbiology, May 2020, Vol.86, No.9, e02816-19) and proteins (Non-Patent Document 9: James A. Gregory et al., "Alga-Produced Cholera Toxin-Pfs25 Fusion Proteins as Oral Vaccines" , Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, June 2013, Vol.79, No.13, pp.3917-3925).

このような光合成微生物の活用において、細胞(以下、菌体ともいう)の保存技術は最も重要な基盤技術の1つである。例えば、細胞の保存方法には、液体培地又は固体培地を用いて光合成微生物の細胞を定期的に新しい培地に植え継いで保存する継代培養保存法、及び、細胞を乾燥状態で保存する乾燥保存法等がある。例えば、乾燥保存法には、超低温(例えば、-80℃)における細胞の凍結保存法、及び、菌体を含む液相を真空乾燥させるL-乾燥法等がある。乾燥保存法は、細胞を定期的に継代培養する必要がなく、温度、水、及び、空気等の細胞の生命維持に必要な条件を維持する必要もないため、手間及びコストを大幅に低減することが可能である。中でも、L-乾燥法は、真空乾燥させた細胞をアンプルで常温保管が可能であり、凍結乾燥法のように極低温冷凍庫などの高価な設備の設置が不要であるため、コストを大幅に低減することが可能である。 In utilizing such photosynthetic microorganisms, cell (hereinafter also referred to as microbial cells) preservation technology is one of the most important fundamental technologies. For example, cell preservation methods include subculture preservation, in which cells of photosynthetic microorganisms are periodically transferred to new media using a liquid or solid medium, and dry preservation, in which cells are preserved in a dry state. There are laws etc. For example, dry preservation methods include a cryopreservation method for cells at an ultralow temperature (for example, −80° C.), and an L-drying method in which a liquid phase containing bacterial cells is vacuum-dried. The dry preservation method does not require periodic subculturing of cells, nor does it require maintaining conditions necessary to support cell life, such as temperature, water, and air, significantly reducing labor and costs. It is possible to do so. Among these, the L-drying method allows vacuum-dried cells to be stored in ampoules at room temperature, and unlike the freeze-drying method, there is no need to install expensive equipment such as a cryogenic freezer, which significantly reduces costs. It is possible to do so.

しかしながら、光合成微生物種によって、凍結乾燥困難な微生物、又は、真空乾燥困難な微生物が存在するため、保存対象の光合成微生物種に応じた適切な乾燥保存法で細胞を保存する必要がある。また、凍結乾燥法については、光合成微生物種により凍結乾燥耐性が異なるため、有効な保護剤の検討等がなされている。 However, depending on the species of photosynthetic microorganisms, there are microorganisms that are difficult to freeze-dry or vacuum-dry, so it is necessary to preserve cells using an appropriate drying preservation method depending on the species of photosynthetic microorganisms to be preserved. Furthermore, regarding the freeze-drying method, since freeze-drying resistance varies depending on the species of photosynthetic microorganisms, effective protective agents are being investigated.

例えば、光合成微生物のうち真核藻類の凍結乾燥法では、スキムミルク、及び、スクロースが有効な保護剤であること(非特許文献1)、並びに、乳固形分が有効な保護剤であること(非特許文献2)が報告されている。一方、シアノバクテリアの凍結乾燥法では、シアノバクテリア種によって、保護剤の非存在下における凍結乾燥耐性が報告されている(非特許文献2)ものの、保護剤を添加しなければ凍結乾燥により細胞が死滅すること(非特許文献3)、及び、保護剤としてヒツジ血清が有効な保護剤であること(非特許文献4)も報告されている。 For example, in the freeze-drying method of eukaryotic algae among photosynthetic microorganisms, skim milk and sucrose are effective protective agents (Non-patent Document 1), and milk solids are effective protective agents (non-patent document 1). Patent Document 2) has been reported. On the other hand, in the freeze-drying method for cyanobacteria, it has been reported that some cyanobacterial species exhibit freeze-drying resistance in the absence of a protective agent (Non-Patent Document 2); It has also been reported that the insects die (Non-Patent Document 3) and that sheep serum is an effective protective agent (Non-Patent Document 4).

しかしながら、上記の従来技術では、遺伝子操作により物質の生産性を向上させた改変光合成微生物の細胞を良好に乾燥保存することが難しい場合がある。例えば、本願発明者らは、シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC6803(以下Synechocystis)株について、遺伝子操作により外膜が細胞壁から剥離した外膜剥離型のシアノバクテリアを保護剤の非存在下で凍結乾燥させた場合に、親シアノバクテリアよりも凍結乾燥に対する耐性(いわゆる、凍結乾燥耐性)が著しく低下することを見出した。外膜剥離シアノバクテリア株の高い物質生産能を維持させたまま乾燥保存する技術は、低環境負荷な次世代の物質生産を安定的に実現するために、産業上極めて重要である。 However, with the above-mentioned conventional techniques, it may be difficult to properly dry and preserve cells of modified photosynthetic microorganisms whose productivity has been improved through genetic manipulation. For example, the present inventors genetically engineered cyanobacterium Synechocystis sp. In some cases, it has been found that the resistance to freeze-drying (so-called freeze-drying tolerance) is significantly lower than that of the parent cyanobacteria. The technology to dry and preserve membrane-exfoliated cyanobacterial strains while maintaining their high substance production capacity is extremely important industrially in order to stably produce next-generation substances with low environmental impact.

そこで、本願発明者らは、外膜剥離型の改変シアノバクテリアの乾燥菌体の製造方法を鋭意検討した。その結果、本願発明者らは、保護剤として、スクロース又はグルコースを使用することで、乾燥保存法により外膜剥離型の改変シアノバクテリアを良好な状態で保存できること、より具体的には、高い生存率を維持したまま外膜剥離型の改変シアノバクテリアを乾燥状態で保存できることを見出した。 Therefore, the inventors of the present application have conducted extensive studies on a method for producing dried cells of modified cyanobacteria that can exfoliate their outer membranes. As a result, the inventors of the present application have found that by using sucrose or glucose as a protective agent, it is possible to preserve membrane-exfoliating modified cyanobacteria in good condition by a dry preservation method, and more specifically, to achieve high survival. We have discovered that modified cyanobacteria that can exfoliate their outer membrane can be stored in a dry state while maintaining the yield.

したがって、本開示によれば、高い生存率を維持したまま外膜剥離型の改変シアノバクテリアを乾燥状態で保存可能な乾燥菌体の製造方法、及び、乾燥菌体を提供することができる。 Therefore, according to the present disclosure, it is possible to provide a method for producing dried bacterial cells that allows outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria to be stored in a dry state while maintaining a high survival rate, and the dried bacterial cells.

(本開示の概要)
本開示の一態様の概要は、以下の通りである。
(Summary of this disclosure)
An overview of one aspect of the present disclosure is as follows.

本開示の一態様に係る乾燥菌体の製造方法は、外膜剥離型の改変シアノバクテリアと、スクロース又はグルコースとを含む懸濁液を調製し、調製された前記懸濁液から水分を除去する。 A method for producing dried bacterial cells according to one aspect of the present disclosure includes preparing a suspension containing membrane-exfoliating modified cyanobacteria and sucrose or glucose, and removing water from the prepared suspension. .

これにより、乾燥菌体の製造方法は、スクロース又はグルコースが菌体の保護剤として作用するため、高い生存率を維持したまま外膜剥離型の改変シアノバクテリアを乾燥状態で保存できる。 Accordingly, in the method for producing dried bacterial cells, since sucrose or glucose acts as a protective agent for the bacterial cells, it is possible to preserve outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria in a dry state while maintaining a high survival rate.

例えば、本開示の一態様に係る乾燥菌体の製造方法は、さらに、前記水分の除去では、調製された前記懸濁液を凍結し、凍結された前記懸濁液中の前記水分を減圧下で昇華させてもよい。 For example, in the method for producing dried bacterial cells according to one aspect of the present disclosure, further, in removing the water, the prepared suspension is frozen, and the water in the frozen suspension is removed under reduced pressure. It may also be sublimated.

これにより、乾燥菌体の製造方法は、凍結乾燥法により高い生存率を維持したまま外膜剥離型の改変シアノバクテリアを乾燥状態で保存できる。 As a result, the method for producing dried bacterial cells can preserve outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria in a dry state while maintaining a high survival rate using the freeze-drying method.

例えば、本開示の一態様に係る乾燥菌体の製造方法では、調製された前記懸濁液中の前記外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体濃度は、OD(Optical Density)730値で7.3以上80以下であってもよい。 For example, in the method for producing dried bacterial cells according to one aspect of the present disclosure, the bacterial cell concentration of the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria in the prepared suspension is 730 (OD (Optical Density)). .3 or more and 80 or less.

これにより、乾燥菌体の製造方法は、調整された懸濁液中の菌体濃度に対するスクロース又はグルコースの濃度が適切な比率になるため、スクロース又はグルコースが菌体の保護剤として効果的に作用することができる。したがって、乾燥菌体の製造方法は、高い生存率を維持したまま外膜剥離型の改変シアノバクテリアを乾燥状態で保存できる。 As a result, the method for producing dried bacterial cells has an appropriate ratio of the concentration of sucrose or glucose to the concentration of bacterial cells in the adjusted suspension, so that sucrose or glucose can effectively act as a protective agent for bacterial cells. can do. Therefore, the method for producing dried bacterial cells can preserve outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria in a dry state while maintaining a high survival rate.

例えば、本開示の一態様に係る乾燥菌体の製造方法では、調製された前記懸濁液中の前記外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体数に対するスクロース又はグルコースの分子数の比は、10以上であってもよい。 For example, in the method for producing dried bacterial cells according to one aspect of the present disclosure, the ratio of the number of sucrose or glucose molecules to the number of outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria cells in the prepared suspension is: It may be 109 or more.

乾燥菌体の製造方法は、外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体数に対するスクロース又はグルコースの分子数が適切な比率になるため、スクロース又はグルコースが菌体の保護剤として効果的に作用することができる。したがって、乾燥菌体の製造方法は、高い生存率を維持したまま外膜剥離型の改変シアノバクテリアを乾燥状態で保存できる。 The method for producing dried bacterial cells has an appropriate ratio of the number of molecules of sucrose or glucose to the number of bacterial cells of outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria, so that sucrose or glucose effectively acts as a protective agent for bacterial cells. be able to. Therefore, the method for producing dried bacterial cells can preserve outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria in a dry state while maintaining a high survival rate.

また、本開示の一態様に係る乾燥菌体は、上記のいずれかの乾燥菌体の製造方法によって製造される。 Furthermore, the dried bacterial cells according to one aspect of the present disclosure are produced by any of the methods for producing dried bacterial cells described above.

これにより、乾燥菌体は、外膜剥離型の改変シアノバクテリアが乾燥状態でも高い生存率を維持することができる。 Thereby, the dried bacterial cells can maintain a high survival rate of the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria even in a dry state.

また、本開示の一態様に係る乾燥菌体は、外膜剥離型の改変シアノバクテリアと、スクロース又はグルコースとを含む。 Furthermore, the dried bacterial cells according to one aspect of the present disclosure include outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria and sucrose or glucose.

これにより、乾燥菌体は、スクロース又はグルコースが外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体を乾燥によるダメージから保護するため、外膜剥離型の改変シアノバクテリアが乾燥状態でも高い生存率を維持することができる。 As a result, sucrose or glucose protects the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria from damage caused by drying, allowing the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria to maintain a high survival rate even in dry conditions. be able to.

例えば、本開示の一態様に係る乾燥菌体では、前記外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体数に対するスクロース又はグルコースの分子数の比は、10以上であってもよい。 For example, in the dried bacterial cells according to one aspect of the present disclosure, the ratio of the number of sucrose or glucose molecules to the number of bacterial cells of the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria may be 10 9 or more.

これにより、乾燥菌体では、外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体数に対するスクロース又はグルコースの分子数が適切な比率になるため、スクロース又はグルコースが菌体の保護剤として効果的に作用することができる。したがって、乾燥菌体は、外膜剥離型の改変シアノバクテリアが乾燥状態でも高い生存率を維持することができる。 As a result, in dried bacterial cells, the number of molecules of sucrose or glucose is in an appropriate ratio to the number of bacterial cells of outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria, so that sucrose or glucose effectively acts as a protective agent for bacterial cells. be able to. Therefore, dry bacterial cells allow outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria to maintain a high survival rate even in a dry state.

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the drawings.

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、材料、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Note that the embodiments described below are all inclusive or specific examples. The numerical values, materials, steps, order of steps, etc. shown in the following embodiments are merely examples, and do not limit the present disclosure. Further, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the most significant concept will be described as arbitrary constituent elements.

また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。 Further, each figure is not necessarily strictly illustrated. In each figure, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping explanations may be omitted or simplified.

また、以下において、数値範囲は、厳密な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば、タンパク質の量(例えば、数又は濃度等)又はその範囲を計測することなどを含む。 Further, in the following, a numerical range does not represent only a strict meaning, but includes a substantially equivalent range, for example, measuring the amount (for example, number or concentration, etc.) of a protein or its range.

また、本明細書では、菌体と細胞とは、いずれも1つのシアノバクテリアの個体を表している。 Furthermore, in this specification, both a bacterial body and a cell represent one individual cyanobacterium.

(実施の形態)
[1.定義]
本明細書において、塩基配列及びアミノ酸配列の同一性は、BLAST(Basic Local Alignment Search Tool)アルゴリズムによって計算される。具体的には、NCBI(National Center for Biotechnology Information)(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)のウェブサイトで利用できるBLASTプログラムにてペアワイズ解析を行うことにより算出される。シアノバクテリアの遺伝子及び当該遺伝子がコードするタンパク質に関する情報は、例えば上述のNCBIデータベース及びCyanobase(http://genome.microbedb.jp/cyanobase/)において公開されている。これらのデータベースから、目的のタンパク質のアミノ酸配列及びそれらのタンパク質をコードする遺伝子の塩基配列を取得することができる。
(Embodiment)
[1. Definition]
In this specification, the identity of base sequences and amino acid sequences is calculated by the BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) algorithm. Specifically, it was calculated by performing pairwise analysis using the BLAST program available on the website of NCBI (National Center for Biotechnology Information) (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi). Ru. Information regarding cyanobacterial genes and proteins encoded by the genes is published, for example, in the NCBI database mentioned above and Cyanobase (http://genome.microbedb.jp/cyanobase/). From these databases, the amino acid sequences of proteins of interest and the base sequences of genes encoding those proteins can be obtained.

[2.乾燥菌体の製造方法]
続いて、本実施の形態に係る乾燥菌体の製造方法について説明する。図1は、本実施の形態に係る乾燥菌体の製造方法のフローの一例を示すフローチャートである。
[2. Method for producing dried bacterial cells]
Next, a method for producing dried bacterial cells according to the present embodiment will be explained. FIG. 1 is a flowchart showing an example of the flow of the method for producing dried bacterial cells according to the present embodiment.

乾燥菌体の製造方法は、外膜剥離型の改変シアノバクテリア(以下、改変シアノバクテリアともいう)と、スクロース又はグルコースとを含む懸濁液を調製し(ステップS01)、ステップS01で調製された懸濁液から水分を除去する(ステップS02)。 The method for producing dried bacterial cells includes preparing a suspension containing outer membrane exfoliating modified cyanobacteria (hereinafter also referred to as modified cyanobacteria) and sucrose or glucose (step S01); Water is removed from the suspension (step S02).

ステップS01では、まず、外膜剥離型の改変シアノバクテリアを準備する。改変シアノバクテリア及び改変シアノバクテリアの作製方法については後述する。ここで、外膜剥離型の改変シアノバクテリアを準備するとは、当該改変シアノバクテリアの乾燥菌体、凍結乾燥菌体、又は、冷凍ストックから菌体を復元することであってもよく、親シアノバクテリアを遺伝子改変して改変シアノバクテリアを作製することであってもよい。改変シアノバクテリアの作製方法については後述する。 In step S01, first, modified cyanobacteria of outer membrane exfoliating type are prepared. The modified cyanobacteria and the method for producing the modified cyanobacteria will be described later. Here, preparing the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria may mean restoring the cells from dried cells, freeze-dried cells, or frozen stock of the modified cyanobacteria, and Alternatively, a modified cyanobacterium may be produced by genetically modifying the cyanobacteria. The method for producing the modified cyanobacteria will be described later.

次いで、準備された改変シアノバクテリアを液体培地で培養し、対数増殖期後期又は定常期初期の菌体を培養液から回収する。培養終了後、培養液から菌体を回収する方法は、特に限定されず、例えば、斜傾法、遠心分離、又は、濾過等が挙げられる。次に、回収された菌体を、保護剤(保護物質ともいう)の溶液に懸濁して菌体の懸濁液を調製する。保護剤(保護物質)は、例えば、スクロース又はグルコース等の糖類であり、菌体を懸濁させる溶媒(分散液ともいう)に添加される。これらの糖類は、ステップS02の乾燥又は凍結乾燥過程において乾燥又は凍結による菌体の損傷を防ぐことで、菌体を安定化させる。具体的には、これらの糖類は、水分子と似た性質を有し、凍結又は乾燥過程で、水に代わって、細胞成分の高次構造を安定化させる。 Next, the prepared modified cyanobacteria are cultured in a liquid medium, and bacterial cells in the late logarithmic growth phase or early stationary phase are collected from the culture solution. The method for recovering bacterial cells from the culture solution after completion of culture is not particularly limited, and examples thereof include decanting, centrifugation, filtration, and the like. Next, the collected bacterial cells are suspended in a solution of a protective agent (also referred to as a protective substance) to prepare a bacterial suspension. The protective agent (protective substance) is, for example, a sugar such as sucrose or glucose, and is added to a solvent (also referred to as a dispersion liquid) in which the bacterial cells are suspended. These saccharides stabilize the bacterial cells by preventing damage to the bacterial cells due to drying or freezing during the drying or freeze-drying process in step S02. Specifically, these saccharides have properties similar to water molecules, and stabilize the higher-order structure of cellular components in place of water during the freezing or drying process.

また、ステップS01で調製された懸濁液中の外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体濃度は、例えば、730nmにおける吸光度(OD(Optical Density)730値)が7.3以上80以下である。中でも、菌体濃度(OD730値)は、60以下であってもよい。これにより、乾燥菌体の製造方法は、調整された懸濁液中の菌体濃度に対するスクロース又はグルコースの濃度が適切な比率になるため、スクロース又はグルコースが菌体の保護剤として効果的に作用することができる。したがって、乾燥菌体の製造方法は、高い生存率を維持したまま外膜剥離型の改変シアノバクテリアを乾燥状態で保存できる。 In addition, the bacterial cell concentration of the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria in the suspension prepared in step S01 is such that, for example, the absorbance at 730 nm (OD (Optical Density) 730 value) is 7.3 or more and 80 or less. . Among them, the bacterial cell concentration (OD730 value) may be 60 or less. As a result, the method for producing dried bacterial cells has an appropriate ratio of the concentration of sucrose or glucose to the concentration of bacterial cells in the adjusted suspension, so that sucrose or glucose can effectively act as a protective agent for bacterial cells. can do. Therefore, the method for producing dried bacterial cells can preserve outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria in a dry state while maintaining a high survival rate.

また、例えば、ステップS01で調製された懸濁液中の外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体数(細胞数ともいう)に対するスクロース又はグルコースの分子数の比は、10以上であってもよい。これにより、乾燥菌体の製造方法は、外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体数に対するスクロース又はグルコースの分子数が適切な比率になるため、スクロース又はグルコースが菌体の保護剤として効果的に作用することができる。したがって、乾燥菌体の製造方法は、高い生存率を維持したまま外膜剥離型の改変シアノバクテリアを乾燥状態で保存できる。 Further, for example, the ratio of the number of molecules of sucrose or glucose to the number of cells (also referred to as the number of cells) of the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria in the suspension prepared in step S01 is 10 9 or more. Good too. As a result, the method for producing dried bacterial cells has an appropriate ratio of the number of molecules of sucrose or glucose to the number of bacterial cells of modified outer membrane-exfoliating cyanobacteria, so that sucrose or glucose is effective as a protective agent for bacterial cells. can act on Therefore, the method for producing dried bacterial cells can preserve outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria in a dry state while maintaining a high survival rate.

ステップS02では、ステップS01で調製された菌体の懸濁液から水分を除去する。当該懸濁液から水分を除去する方法は、特に限定されないが、例えば、真空乾燥法、凍結真空乾燥法(凍結乾燥法ともいう)、減圧噴霧乾燥法、噴霧乾燥法、パルス燃焼式乾燥法等が挙げられる。真空乾燥法は、例えば、L-乾燥法が挙げられる。L-乾燥法は、懸濁液を減圧して、水分を蒸発さることにより、懸濁液から直接水分を除去する方法である。また、凍結真空乾燥法は、懸濁液を、例えば、液体窒素、ドライアイス、又は、アルコール等の低温槽(例えば、-30℃以下)に漬けて凍結した後、減圧し、水分を除去する(つまり、乾燥させる)。このとき、凍結真空乾燥法では、減圧下で昇華した水分をコールドトラップで捕捉することで乾燥を促進させる。なお、懸濁液は、培養液から回収された外膜剥離型の改変シアノバクテリアを、保護剤としてスクロース又はグルコースを含む培地(保護培地ともいう)に懸濁して得られてもよいし、寒天培地又は斜面培地で培養した菌体を白金耳でかきとり保護剤の溶液又は保護培地に懸濁して得られてもよい。 In step S02, water is removed from the bacterial suspension prepared in step S01. Methods for removing water from the suspension are not particularly limited, and examples include vacuum drying, freeze vacuum drying (also referred to as freeze drying), reduced pressure spray drying, spray drying, pulse combustion drying, etc. can be mentioned. Examples of the vacuum drying method include the L-drying method. The L-drying method is a method in which water is directly removed from a suspension by reducing the pressure of the suspension and evaporating the water. In addition, in the freeze-vacuum drying method, the suspension is frozen by immersing it in a low-temperature bath (for example, -30°C or less) of liquid nitrogen, dry ice, or alcohol, and then reducing the pressure to remove moisture. (i.e. let it dry). At this time, in the freeze-vacuum drying method, drying is accelerated by capturing water sublimated under reduced pressure in a cold trap. The suspension may be obtained by suspending outer membrane exfoliating modified cyanobacteria collected from the culture solution in a medium containing sucrose or glucose as a protective agent (also referred to as a protective medium), or by suspending it in a medium containing sucrose or glucose as a protective agent (also referred to as a protective medium). It may also be obtained by scraping the bacterial cells cultured in a medium or slant medium with a platinum loop and suspending them in a solution of a protective agent or a protective medium.

[3.乾燥菌体]
続いて、本実施の形態に係る乾燥菌体について説明する。乾燥菌体は、上記のいずれかの乾燥菌体の製造方法によって製造される。これにより、乾燥菌体は、外膜剥離型の改変シアノバクテリアが乾燥状態でも高い生存率を維持することができる。乾燥菌体は、例えば、外膜剥離型の改変シアノバクテリアと、スクロース又はグルコースとを含む。上述したように、スクロース又はグルコースは、ステップS02における乾燥又は凍結乾燥過程における菌体の保護剤である。したがって、乾燥菌体は、スクロース又はグルコースが外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体を乾燥によるダメージから保護するため、外膜剥離型の改変シアノバクテリアが乾燥状態でも高い生存率を維持することができる。例えば、乾燥菌体では、外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体数に対するスクロース又はグルコースの分子数の比は、10以上であってもよい。これにより、乾燥菌体では、外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体数に対するスクロース又はグルコースの分子数が適切な比率になるため、スクロース又はグルコースが菌体の保護剤として効果的に作用することができる。したがって、乾燥菌体は、外膜剥離型の改変シアノバクテリアが乾燥状態でも高い生存率を維持することができる。
[3. Dried bacterial cells]
Next, the dried bacterial cells according to this embodiment will be explained. Dried bacterial cells are produced by any of the methods for producing dried bacterial cells described above. Thereby, the dried bacterial cells can maintain a high survival rate of the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria even in a dry state. The dried bacterial cells contain, for example, outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria and sucrose or glucose. As described above, sucrose or glucose is a protective agent for bacterial cells during the drying or freeze-drying process in step S02. Therefore, since sucrose or glucose protects the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria from damage caused by drying, the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria can maintain a high survival rate even in dry conditions. Can be done. For example, in the case of dried bacterial cells, the ratio of the number of sucrose or glucose molecules to the number of bacterial cells of the modified outer membrane-exfoliating cyanobacteria may be 10 9 or more. As a result, in dried bacterial cells, the number of molecules of sucrose or glucose is in an appropriate ratio to the number of bacterial cells of outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria, so that sucrose or glucose effectively acts as a protective agent for bacterial cells. be able to. Therefore, dry bacterial cells allow outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria to maintain a high survival rate even in a dry state.

[4.シアノバクテリア]
続いて、シアノバクテリア(親シアノバクテリア)について説明する。シアノバクテリアは、藍藻又は藍色細菌とも呼ばれ、クロロフィルで光エネルギーを捕集し、得たエネルギーで水を電解して酸素を発生しながら光合成をおこなう原核生物の一群である。シアノバクテリアは、多様性に富んでおり、例えば、細胞形状ではSynechocystis sp. PCC 6803のような単細胞性の種及びAnabaena sp. PCC 7120のような多細胞が連なった糸状性の種がある。生育環境についても、Thermosynechococcus elongatusのような好熱性の種、Synechococcus elongatusのような海洋性の種、Synechocystisのような淡水性の種がある。また、Microcystis aeruginosaのようにガス小胞を持ち毒素を産生する種、及び、チラコイドを持たずに原形質膜に集光アンテナであるフィコビリソームと呼ばれるタンパク質を有するGloeobacter violaceusのように、独自の特徴をもつ種も多数挙げられる。
[4. cyanobacteria]
Next, cyanobacteria (parent cyanobacteria) will be explained. Cyanobacteria, also called blue-green algae or cyanobacteria, are a group of prokaryotes that perform photosynthesis while collecting light energy with chlorophyll and electrolyzing water to generate oxygen. Cyanobacteria are highly diverse, and include, for example, unicellular species such as Synechocystis sp. PCC 6803 and filamentous multicellular species such as Anabaena sp. PCC 7120. Regarding the growing environment, there are thermophilic species such as Thermosynechococcus elongatus, marine species such as Synechococcus elongatus, and freshwater species such as Synechocystis. In addition, species such as Microcystis aeruginosa, which has gas vesicles and produces toxins, and Gloeobacter violaceus, which does not have thylakoid but has a protein called phycobilisome, which is a light-harvesting antenna on its plasma membrane, have unique characteristics. There are many species that can be mentioned.

図2は、シアノバクテリアの細胞表層を模式的に示した図である。図2に示されるように、シアノバクテリアの細胞表層は、内側から順に、原形質膜(内膜1ともいう)、ペプチドグリカン2、及び細胞最外層を形成する脂質膜である外膜5で構成される。ペプチドグリカン2にはグルコサミン及びマンノサミンなどで構成される糖鎖3が共有結合しており、また、これらの共有結合型の糖鎖3にはピルビン酸が結合している(非特許文献10:Jurgens and Weckesser, 1986, J. Bacteriol., 168:568-573)。本明細書では、ペプチドグリカン2と共有結合型の糖鎖3とを含めて細胞壁4と呼ぶ。また、原形質膜(つまり、内膜1)と外膜5との間隙は、ペリプラズムと呼ばれ、タンパク質の分解又は立体構造の形成、脂質又は核酸の分解、若しくは、細胞外の栄養素の取り込み等に関与する様々な酵素が存在する。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the cell surface layer of cyanobacteria. As shown in Figure 2, the cell surface layer of cyanobacteria is composed of, in order from the inside, a plasma membrane (also called inner membrane 1), peptidoglycan 2, and outer membrane 5, which is a lipid membrane that forms the outermost layer of the cell. Ru. Sugar chains 3 composed of glucosamine, mannosamine, etc. are covalently bonded to peptidoglycan 2, and pyruvate is bonded to these covalently bonded sugar chains 3 (Non-Patent Document 10: Jurgens and Weckesser, 1986, J. Bacteriol., 168:568-573). In this specification, the peptidoglycan 2 and the covalent sugar chain 3 are collectively referred to as a cell wall 4. In addition, the gap between the plasma membrane (that is, the inner membrane 1) and the outer membrane 5 is called the periplasm, and is used for protein decomposition or three-dimensional structure formation, lipid or nucleic acid decomposition, or the uptake of extracellular nutrients. There are various enzymes involved.

SLHドメイン保持型外膜タンパク質(例えば、図中のSlr1841)は、脂質膜(外膜5ともいう)に埋め込まれたC末端側領域と、脂質膜から突き出したN末端側のSLHドメイン7から成り、シアノバクテリア及びグラム陰性細菌の一群であるNegativicutes綱に属する細菌において広く分布している(非特許文献11:Kojima et al., 2016, Biosci. Biotech. Biochem., 10:1954-1959)。脂質膜(つまり、外膜5)に埋め込まれた領域は、親水性物質の外膜透過を可能にするためのチャネルを形成し、一方でSLHドメイン7は細胞壁4に結合する機能をもつ(非特許文献12:Kowata et al., 2017, J. Bacteriol., 199:e00371-17)。SLHドメイン7が細胞壁4に結合するためには、ペプチドグリカン2における共有結合型の糖鎖3がピルビン酸で修飾されている必要がある(非特許文献13:Kojima et al., 2016, J. Biol. Chem., 291:20198-20209)。SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子の例としては、Synechocystis sp. PCC 6803が保持するslr1841若しくはslr1908、又はAnabaena sp. 90が保持するoprBなどが挙げられる。 The SLH domain-retaining outer membrane protein (for example, Slr1841 in the figure) consists of a C-terminal region embedded in the lipid membrane (also referred to as outer membrane 5) and an N-terminal SLH domain 7 that protrudes from the lipid membrane. , is widely distributed in cyanobacteria and bacteria belonging to the Negativicutes class, which is a group of Gram-negative bacteria (Non-Patent Document 11: Kojima et al., 2016, Biosci. Biotech. Biochem., 10:1954-1959). The region embedded in the lipid membrane (i.e. outer membrane 5) forms a channel to allow the passage of hydrophilic substances through the outer membrane, while the SLH domain 7 has the function of binding to the cell wall 4 (non-transparent membrane 5). Patent Document 12: Kowata et al., 2017, J. Bacteriol., 199:e00371-17). In order for SLH domain 7 to bind to cell wall 4, covalent sugar chain 3 in peptidoglycan 2 needs to be modified with pyruvate (Non-Patent Document 13: Kojima et al., 2016, J. Biol Chem., 291:20198-20209). Examples of genes encoding SLH domain-retaining outer membrane protein 6 include slr1841 or slr1908 held by Synechocystis sp. PCC 6803, or oprB held by Anabaena sp. 90.

ペプチドグリカン2における共有結合型の糖鎖3のピルビン酸修飾反応を触媒する酵素(以下、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9という)は、グラム陽性菌であるBacillus anthracisにおいて同定され、CsaBと命名されている(非特許文献14:Mesnage et al., 2000, EMBO J., 19:4473-4484)。ゲノム塩基配列が公開されているシアノバクテリアにおいて、多くの種がCsaBとアミノ酸配列の同一性が30%以上となる相同タンパク質をコードする遺伝子を保持している。例としては、Synechocystis sp. PCC 6803が保持するslr0688又はSynechococcus sp. 7502が保持するsynpcc7502_03092などが挙げられる。 The enzyme that catalyzes the pyruvate modification reaction of the covalent sugar chain 3 in peptidoglycan 2 (hereinafter referred to as cell wall-pyruvate modification enzyme 9) was identified in the Gram-positive bacterium Bacillus anthracis and named CsaB. (Non-Patent Document 14: Mesnage et al., 2000, EMBO J., 19:4473-4484). Among cyanobacteria whose genome sequences have been published, many species possess genes encoding homologous proteins with amino acid sequence identity of 30% or more with CsaB. Examples include slr0688 held by Synechocystis sp. PCC 6803 or synpcc7502_03092 held by Synechococcus sp. 7502.

シアノバクテリアでは、光合成により固定されたCOは多段階の酵素反応を経て各種アミノ酸に変換される。それらを原料として、シアノバクテリアの細胞質内でタンパク質が合成される。それらのタンパク質の中には、細胞質内で機能するタンパク質もあるし、細胞質からペリプラズムに輸送されてペリプラズム内で機能するタンパク質もある。しかしながら、細胞外にタンパク質を積極的に分泌するケースは、現在までシアノバクテリアにおいては報告されていない。 In cyanobacteria, CO2 fixed through photosynthesis is converted into various amino acids through multi-step enzymatic reactions. Using these as raw materials, proteins are synthesized within the cytoplasm of cyanobacteria. Some of these proteins function within the cytoplasm, while others are transported from the cytoplasm to the periplasm and function within the periplasm. However, no case of active secretion of proteins outside the cell has been reported in cyanobacteria to date.

シアノバクテリアは、高い光合成能力を有するため、必ずしも有機物を栄養分として外から取り込む必要がない。そのため、シアノバクテリアは、図2の有機物チャネルタンパク質8(例えば、Slr1270)のように、有機物を透過させるチャネルタンパク質を外膜5に非常にわずかにしか有していない。例えば、Synechocystis sp. PCC 6803では、有機物を透過させる有機物チャネルタンパク質8は、外膜5の総タンパク質量の約4%しか存在しない。一方、シアノバクテリアは、生育に必要な無機イオン類を高効率で細胞内に取り込むために、図2のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6(例えば、Slr1841)のように、無機イオン類のみを透過させるイオンチャネルタンパク質を外膜5に多く有する。例えば、Synechocystis sp. PCC 6803では、無機イオンを透過させるイオンチャネルタンパク質は、外膜5の総タンパク質量の約80%を占める。 Cyanobacteria have a high photosynthetic ability, so they do not necessarily need to take in organic matter from the outside as nutrients. Therefore, cyanobacteria have very few channel proteins in their outer membrane 5 that allow organic substances to pass therethrough, such as the organic substance channel protein 8 (eg, Slr1270) in FIG. For example, in Synechocystis sp. PCC 6803, the organic substance channel protein 8 that allows organic substances to pass therethrough is present in only about 4% of the total protein content of the outer membrane 5. On the other hand, in order for cyanobacteria to take in inorganic ions necessary for growth into cells with high efficiency, only inorganic ions can be permeated by cyanobacteria, such as SLH domain-retaining outer membrane protein 6 (e.g., Slr1841) shown in Figure 2. The outer membrane 5 contains many ion channel proteins that cause For example, in Synechocystis sp. PCC 6803, ion channel proteins that permeate inorganic ions account for about 80% of the total protein content of the outer membrane 5.

このように、シアノバクテリアでは、外膜5におけるタンパク質などの有機物を透過させるチャネルが非常に少ないため、菌体内で産生されたタンパク質を菌体外に積極的に分泌することが難しいと考えられている。また、シアノバクテリアの細胞壁及び細胞膜の構造はタンパク質透過性を左右するが、細胞膜及び細胞壁構造を人為的に改変してタンパク質分泌生産能力を向上させることは容易ではない。例えば、非特許文献10及び非特許文献11には、外膜と細胞壁との接着に関与し、細胞表層の構造的安定性に寄与するslr1841遺伝子あるいはslr0688遺伝子を欠損させると、細胞の増殖能力が失われることが記載されている。 In this way, cyanobacteria have very few channels in the outer membrane 5 that allow organic substances such as proteins to pass through, so it is thought that it is difficult to actively secrete proteins produced within the bacterium to the outside of the bacterium. There is. Furthermore, although the structure of the cell wall and cell membrane of cyanobacteria influences protein permeability, it is not easy to artificially modify the cell membrane and cell wall structure to improve protein secretion production ability. For example, Non-Patent Document 10 and Non-Patent Document 11 state that when the slr1841 gene or slr0688 gene, which is involved in adhesion between the outer membrane and the cell wall and contributes to the structural stability of the cell surface, is deleted, the proliferation ability of the cell is reduced. It is stated that it will be lost.

[5.改変シアノバクテリア]
続いて、本実施の形態に係るシアノバクテリア(以下、改変シアノバクテリアという)について図2を参照しながら説明する。また、以下では、改変シアノバクテリアを用いて生産する物質として、タンパク質を例に説明する。
[5. Modified cyanobacteria]
Next, the cyanobacteria (hereinafter referred to as modified cyanobacteria) according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 2. Further, below, proteins will be explained as an example of substances produced using modified cyanobacteria.

本実施の形態に係る改変シアノバクテリアは、シアノバクテリアにおいて外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質(いわゆる、結合関連タンパク質)の機能が抑制又は喪失されている。より具体的には、例えば、改変シアノバクテリアは、シアノバクテリアにおいて外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質(つまり、結合関連タンパク質)の総量が、親株(つまり、親シアノバクテリア)における当該タンパク質の総量の30%以上70%以下に抑制されている。ここで、例えば、「結合関連タンパク質の総量が、親株における当該タンパク質の総量の30%に抑制されている」とは、親株における当該タンパク質の総量の70%が喪失し、30%が残存している状態のことを意味する。これにより、改変シアノバクテリアでは、外膜5と細胞壁4との結合(例えば、結合量及び結合力)が部分的に低減するため、外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなる。そのため、改変シアノバクテリアは、菌体内で産生されたタンパク質を菌体外に分泌するタンパク質の分泌生産性が向上する。また、菌体を破砕してタンパク質を回収する必要がないため、タンパク質を回収した後も、改変シアノバクテリアを繰り返し使用してタンパク質を産生させることができる。なお、本明細書では、改変シアノバクテリアが菌体内でタンパク質を作り出すことを産生と言い、産生されたタンパク質を菌体外に分泌することを分泌生産と言う。 In the modified cyanobacteria according to the present embodiment, the function of a protein involved in binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 (so-called binding-related protein) is suppressed or lost in the cyanobacterium. More specifically, for example, the modified cyanobacteria is such that the total amount of proteins involved in binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 (i.e., binding-related proteins) is lower than that in the parent strain (i.e., parent cyanobacteria). The total amount of protein is suppressed to 30% or more and 70% or less. Here, for example, "the total amount of binding-related proteins is suppressed to 30% of the total amount of the protein in the parent strain" means that 70% of the total amount of the protein in the parent strain has been lost and 30% remains. It means the state of being. As a result, in the modified cyanobacteria, the bond between the outer membrane 5 and the cell wall 4 (for example, the amount of bond and the binding force) is partially reduced, so that the outer membrane 5 is easily partially detached from the cell wall 4. Therefore, the modified cyanobacteria has improved protein secretion productivity, which secretes proteins produced within the bacterial cells to the outside of the bacterial cells. Furthermore, since it is not necessary to crush the bacterial cells to recover proteins, the modified cyanobacteria can be repeatedly used to produce proteins even after the proteins are recovered. In this specification, the production of proteins by modified cyanobacteria within the bacterial cells is referred to as production, and the secretion of the produced proteins to the outside of the bacterial cells is referred to as secretory production.

外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質は、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つであってもよい。本実施の形態では、改変シアノバクテリアは、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つのタンパク質の機能が抑制されている。例えば、改変シアノバクテリアでは、(i)SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つの機能が抑制されてもよく、(ii)細胞壁4と結合するSLHドメイン保持型外膜タンパク質6の発現、及び、細胞壁4の表面の結合糖鎖のピルビン酸修飾反応を触媒する酵素(つまり、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9)の発現の少なくとも1つが抑制されてもよい。これにより、外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6のSLHドメイン7と細胞壁4の表面の共有結合型の糖鎖3との結合(つまり、結合量及び結合力)が低減する。そのため、これらの結合が弱まった部分において外膜5が細胞壁4から脱離しやすくなる。外膜5が細胞壁4から部分的に脱離することにより、改変シアノバクテリアの細胞内、特にペリプラズムに存在するタンパク質が細胞の外(外膜5の外)へ漏出しやすくなる。 The protein involved in the binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 may be, for example, at least one of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9. In the present embodiment, in the modified cyanobacteria, the function of at least one protein, for example, the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9, is suppressed. For example, in the modified cyanobacteria, (i) at least one function of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 may be suppressed, and (ii) the SLH domain-retaining type that binds to the cell wall 4 may be suppressed. At least one of the expression of the outer membrane protein 6 and the expression of an enzyme that catalyzes the pyruvate modification reaction of sugar chains bound to the surface of the cell wall 4 (ie, the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9) may be suppressed. This reduces the bond (that is, the bond amount and binding force) between the SLH domain 7 of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5 and the covalent sugar chain 3 on the surface of the cell wall 4. Therefore, the outer membrane 5 easily detaches from the cell wall 4 in areas where these bonds are weakened. By partially detaching the outer membrane 5 from the cell wall 4, proteins present in the cells of the modified cyanobacteria, particularly in the periplasm, tend to leak out of the cells (outside the outer membrane 5).

上述したように、シアノバクテリアは、高い光合成能力を有するため、必ずしも有機物を栄養分として外から取り込む必要がない。そのため、シアノバクテリアの培養には、光、空気、水、及び、微量の無機物があればよく、シアノバクテリアは外膜5のイオンチャネルを通じて細胞内に無機物を取り込み、細胞内でタンパク質を産生する。特に、外膜5と細胞壁4との間の空隙のペリプラズムには種々のタンパク質が存在している。本実施の形態に係る改変シアノバクテリアでは、外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質の機能が抑制されている。その結果、外膜5が細胞壁4から部分的に剥離し易くなる。そして、外膜5の剥離部分から、ペリプラズム内のタンパク質が培養液中に漏出する。これにより、改変シアノバクテリアは、菌体内で産生されたタンパク質を菌体外に分泌するタンパク質の分泌生産性が向上する。 As mentioned above, cyanobacteria have a high photosynthetic ability, so they do not necessarily need to take in organic matter from the outside as nutrients. Therefore, cyanobacteria only need light, air, water, and a small amount of inorganic substances to cultivate cyanobacteria, and cyanobacteria take inorganic substances into cells through ion channels in the outer membrane 5 and produce proteins within the cells. In particular, various proteins are present in the periplasm, which is the space between the outer membrane 5 and the cell wall 4. In the modified cyanobacterium according to the present embodiment, the functions of proteins involved in binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 are suppressed. As a result, the outer membrane 5 is easily partially peeled off from the cell wall 4. Then, proteins within the periplasm leak into the culture solution from the peeled portion of the outer membrane 5. As a result, the modified cyanobacteria improves the productivity of protein secretion, which secretes proteins produced within the bacterial cells to the outside of the bacterial cells.

以下、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つの結合関連タンパク質の機能が抑制されることにより外膜5が部分的に細胞壁4から脱離するように改変されたシアノバクテリアについてより具体的に説明する。 Hereinafter, the outer membrane 5 is modified to partially detach from the cell wall 4 by suppressing the function of at least one binding-related protein of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9. The following cyanobacteria will be explained in more detail.

本実施の形態に係る改変シアノバクテリアの親微生物となる、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6の発現及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の発現の少なくとも1つを抑制する前のシアノバクテリア(本明細書において、「親株」又は「親シアノバクテリア」という)の種類は、特に制限はなく、あらゆる種類のシアノバクテリアであってもよい。例えば、親シアノバクテリアは、Synechocystis属、Synechococcus属、Anabaena属、又は、Thermosynechococcus属であってもよく、中でも、Synechocystis sp. PCC 6803、Synechococcus sp. PCC 7942、又は、Thermosynechococcus elongatus BP-1であってもよい。なお、親株は、結合関連タンパク質の総量を30%以上70%以下に抑制する前のシアノバクテリアであれば、野生のものであってもよいし、改変したものであって、野生のものと同等の結合関連タンパク質を有するものであってもよい。 The cyanobacterium that is the parent microorganism of the modified cyanobacterium according to the present embodiment, which is the parent microorganism of the modified cyanobacteria (hereinafter referred to as The type of the "parent strain" or "parent cyanobacteria") is not particularly limited, and may be any type of cyanobacteria. For example, the parent cyanobacteria may be of the genus Synechocystis, Synechococcus, Anabaena, or Thermosynechococcus, among which Synechocystis sp. PCC 6803, Synechococcus sp. PCC 7942, or Thermosynechococcus elongatus BP-1. Good too. The parent strain may be a wild type of cyanobacteria, as long as it has not yet suppressed the total amount of binding-related proteins to 30% or more and 70% or less, or it may be a modified strain that is equivalent to the wild type. binding-related proteins.

これらの親シアノバクテリアにおけるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾反応を触媒する酵素(つまり、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9)のアミノ酸配列、それらの結合関連タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列、及び、当該遺伝子の染色体DNA又はプラスミド上での位置は、上述のNCBIデータベース及びCyanobaseで確認することができる。 The amino acid sequences of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the enzyme that catalyzes the cell wall-pyruvate modification reaction (i.e., the cell wall-pyruvate modification enzyme 9) in these parent cyanobacteria, and the genes encoding their binding-related proteins. The base sequence and the position of the gene on the chromosomal DNA or plasmid can be confirmed in the NCBI database and Cyanobase mentioned above.

なお、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアにおいて機能が抑制されるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9は、親シアノバクテリアが保有している限り、いずれの親シアノバクテリアのものであってもよく、それらをコードする遺伝子の存在場所(例えば、染色体DNA上又はプラスミド上)により制限されるものではない。 Note that the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9, whose functions are suppressed in the modified cyanobacteria according to the present embodiment, can be used in any parent cyanobacteria as long as they are possessed by the parent cyanobacteria. They are not limited by the location of the genes encoding them (for example, on chromosomal DNA or on plasmids).

例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6は、親シアノバクテリアがSynechocystis属の場合、Slr1841、Slr1908、又は、Slr0042等であってもよく、親シアノバクテリアがSynechococcus属の場合、NIES970_09470等であってもよく、親シアノバクテリアがAnabaena属の場合、Anacy_5815又はAnacy_3458等であってもよく、親シアノバクテリアがMicrocystis属の場合、A0A0F6U6F8_MICAE等であってもよく、親シアノバクテリアがCyanothece属の場合、A0A3B8XX12_9CYAN等であってもよく、親シアノバクテリアがLeptolyngbya属の場合、A0A1Q8ZE23_9CYAN等であってもよく、親シアノバクテリアがCalothrix属の場合、A0A1Z4R6U0_9CYANが挙げられ、親シアノバクテリアがNostoc属の場合、A0A1C0VG86_9NOSO等であってもよく、親シアノバクテリアがCrocosphaera属の場合、B1WRN6_CROS5等であってもよく、親シアノバクテリアがPleurocapsa属の場合、K9TAE4_9CYAN等であってもよい。 For example, the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 may be Slr1841, Slr1908, or Slr0042 when the parent cyanobacterium belongs to the genus Synechocystis, or may be NIES970_09470 when the parent cyanobacterium belongs to the genus Synechococcus. Often, when the parent cyanobacteria is of the genus Anabaena, it may be Anacy_5815 or Anacy_3458, etc. When the parent cyanobacteria is of the genus Microcystis, it may be A0A0F6U6F8_MICAE, etc. When the parent cyanobacteria is of the genus Cyanothece, it may be A0A3B8XX12_9CYAN, etc. When the parent cyanobacterium belongs to the genus Leptolyngbya, it may be A0A1Q8ZE23_9CYAN, etc. When the parent cyanobacterium belongs to the genus Calothrix, it may be A0A1Z4R6U0_9CYAN, and when the parent cyanobacterium belongs to the genus Nostoc, it may be A0A1C0VG86_9NOSO, etc. When the parent cyanobacterium belongs to the genus Crocosphaera, it may be B1WRN6_CROS5, and when the parent cyanobacterium belongs to the genus Pleurocapsa, it may be K9TAE4_9CYAN.

より具体的には、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6は、例えば、Synechocystis sp. PCC 6803のSlr1841(配列番号1)、Synechococcus sp. NIES-970のNIES970_09470(配列番号2)、又は、Anabaena cylindrica PCC 7122 のAnacy_3458(配列番号3)等であってもよい。また、これらのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質であってもよい。 More specifically, the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 is, for example, Slr1841 (SEQ ID NO: 1) of Synechocystis sp. PCC 6803, NIES970_09470 (SEQ ID NO: 2) of Synechococcus sp. NIES-970, or Anabaena cylindrica PCC. 7122, Anacy_3458 (SEQ ID NO: 3), etc. may be used. Alternatively, it may be a protein that has an amino acid sequence that is 50% or more identical to these SLH domain-retaining outer membrane proteins 6.

これにより、改変シアノバクテリアでは、例えば、(i)上記の配列番号1~3で示されるいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6又はこれらのいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の機能が抑制されていてもよく、(ii)上記の配列番号1~3で示されるいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6又はこれらのいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の発現が抑制されていてもよい。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6若しくはSLHドメイン保持型外膜タンパク質6と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制される、又は、(ii)外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6若しくはSLHドメイン保持型外膜タンパク質6と同等の機能を有するタンパク質の発現量が低減する。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアでは、外膜5が細胞壁4と結合するための結合ドメイン(例えば、SLHドメイン7)が細胞壁4と結合する結合量及び結合力が低減するため、外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなる。 As a result, in the modified cyanobacteria, for example, (i) any of the SLH domain-retaining outer membrane proteins 6 shown in SEQ ID NOs: 1 to 3 above or any of these SLH domain-retaining outer membrane proteins 6 and amino acids; The function of the protein whose sequence is 50% or more identical may be suppressed, and (ii) any of the SLH domain-retaining outer membrane proteins 6 shown in SEQ ID NOs: 1 to 3 above or any of these SLHs. Expression of a protein whose amino acid sequence is 50% or more identical to domain-retaining outer membrane protein 6 may be suppressed. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) the function of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5 or a protein having a function equivalent to the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 is suppressed, or (ii) ) The expression level of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 or a protein having the same function as the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5 is reduced. Therefore, in the modified cyanobacteria according to the present embodiment, the binding domain (for example, SLH domain 7) for binding the outer membrane 5 to the cell wall 4 has a reduced binding amount and binding force with the cell wall 4, so The membrane 5 is easily partially detached from the cell wall 4.

一般に、タンパク質のアミノ酸配列が30%以上同一であれば、タンパク質の立体構造の相同性が高いため、当該タンパク質と同等の機能を有する可能性が高いと言われている。そのため、機能が抑制されるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6としては、例えば、上記の配列番号1~3で示されるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6のいずれかのアミノ酸配列と、40%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらにより好ましくは80%以上、なお好ましくは90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ、細胞壁4の共有結合型の糖鎖3と結合する機能を有するタンパク質又はポリペプチドであってもよい。 Generally, it is said that if the amino acid sequences of a protein are 30% or more identical, the protein has a high degree of homology in its three-dimensional structure and is therefore likely to have the same function as the protein. Therefore, the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 whose function is suppressed is, for example, one of the amino acid sequences of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 shown in SEQ ID NOs: 1 to 3 above, and 40% or more of the amino acid sequence, Preferably 50% or more, more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, even more preferably 80% or more, even more preferably 90% or more, and the cell wall 4 is shared. It may be a protein or a polypeptide that has the function of binding to a bound sugar chain 3.

また、例えば、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9は、親シアノバクテリアがSynechocystis属の場合、Slr0688等であってもよく、親シアノバクテリアがSynechococcus属の場合、Syn7502_03092又はSynpcc7942_1529等であってもよく、親シアノバクテリアがAnabaena属の場合、ANA_C20348又はAnacy_1623等であってもよく、親シアノバクテリアがMicrocystis属の場合、CsaB (NCBIのアクセスID:TRU80220)等であってもよく、親シアノバクテリアがCyanothece属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_107667006.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがSpirulina属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_026079530.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがCalothrix属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_096658142.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがNostoc属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_099068528.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがCrocosphaera属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_012361697.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがPleurocapsa属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_036798735)等であってもよい。 Furthermore, for example, the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 may be Slr0688, etc. when the parent cyanobacterium belongs to the genus Synechocystis, and may be Syn7502_03092 or Synpcc7942_1529, etc. when the parent cyanobacterium belongs to the genus Synechococcus. If the cyanobacterium belongs to the genus Anabaena, it may be ANA_C20348 or Anacy_1623, and if the parent cyanobacterium belongs to the genus Microcystis, it may be CsaB (NCBI access ID: TRU80220), or if the parent cyanobacterium belongs to the genus Cyanothece. If the parent cyanobacterium belongs to the genus Spirulina, it may be CsaB (NCBI access ID: WP_026079530.1), etc. If the parent cyanobacterium belongs to the genus Calothrix, it may be CsaB (NCBI access ID: WP_096658142.1), etc., and if the parent cyanobacterium belongs to the genus Nostoc, it may be CsaB (NCBI access ID: WP_099068528.1), etc. , if the parent cyanobacterium belongs to the genus Crocosphaera, it may be CsaB (NCBI access ID: WP_012361697.1), and if the parent cyanobacterium belongs to the genus Pleurocapsa, it may be CsaB (NCBI access ID: WP_036798735), etc. Good too.

より具体的には、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9は、例えば、Synechocystis sp. PCC 6803のSlr0688(配列番号4)、Synechococcus sp. PCC 7942のSynpcc7942_1529(配列番号5)、又は、Anabaena cylindrica PCC 7122のAnacy_1623(配列番号6)等であってもよい。また、これらの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質であってもよい。 More specifically, the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 is, for example, Slr0688 (SEQ ID NO: 4) of Synechocystis sp. PCC 6803, Synpcc7942_1529 (SEQ ID NO: 5) of Synechococcus sp. Anacy_1623 (SEQ ID NO: 6) or the like may be used. Further, it may be a protein having an amino acid sequence that is 50% or more identical to these cell wall-pyruvate modifying enzymes 9.

これにより、改変シアノバクテリアでは、例えば、(i)上記の配列番号4~6で示されるいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9若しくはこれらのいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の機能が抑制されている、又は、(ii)上記の配列番号4~6で示されるいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9若しくはこれらのいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の発現が抑制されている。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9若しくは当該酵素と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制される、又は、(ii)細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9若しくは当該酵素と同等の機能を有するタンパク質の発現量が低減する。これにより、細胞壁4の表面の共有結合型の糖鎖3がピルビン酸で修飾されにくくなるため、細胞壁4の糖鎖3が外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6のSLHドメイン7と結合する結合量及び結合力が低減する。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアでは、細胞壁4の表面の共有結合型の糖鎖3がピルビン酸で修飾されにくくなるため、細胞壁4と外膜5との結合力が弱まり、外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなる。 As a result, in the modified cyanobacteria, for example, (i) any of the cell wall-pyruvate modifying enzymes 9 shown in SEQ ID NOs: 4 to 6 above or any of these cell wall-pyruvate modifying enzymes 9 and the amino acid sequence The function of a protein that is 50% or more identical is suppressed, or (ii) any of the cell wall-pyruvic acid modifying enzymes 9 shown in SEQ ID NOs: 4 to 6 above or any of these cell wall-pyruvic acid Expression of a protein whose amino acid sequence is 50% or more identical to modified enzyme 9 is suppressed. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) the function of the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 or a protein having an equivalent function to the enzyme is suppressed, or (ii) the function of the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 or the enzyme is suppressed. The expression level of proteins with equivalent functions decreases. This makes it difficult for the covalent sugar chains 3 on the surface of the cell wall 4 to be modified with pyruvate, so that the sugar chains 3 on the cell wall 4 interact with the SLH domain 7 of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5. The amount of binding and the binding strength are reduced. Therefore, in the modified cyanobacteria according to the present embodiment, the covalently bonded sugar chains 3 on the surface of the cell wall 4 are difficult to be modified with pyruvate, so the binding force between the cell wall 4 and the outer membrane 5 is weakened, and the outer membrane 5 becomes easily partially detached from the cell wall 4.

また、上述したとおり、タンパク質のアミノ酸配列が30%以上同一であれば、当該タンパク質と同等の機能を有する可能性が高いと言われている。そのため、機能が抑制される細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9としては、例えば、上記の配列番号4~6で示される細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9のいずれかのアミノ酸配列と、40%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらにより好ましくは80%以上、なお好ましくは90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ、細胞壁4のペプチドグリカン2の共有結合型の糖鎖3をピルビン酸で修飾する反応を触媒する機能を有するタンパク質又はポリペプチドであってもよい。 Moreover, as mentioned above, if the amino acid sequences of a protein are 30% or more identical, it is said that the protein is likely to have the same function as the protein. Therefore, the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 whose function is suppressed is, for example, an amino acid sequence of any one of the cell wall-pyruvate modifying enzymes 9 shown in SEQ ID NOs: 4 to 6 above, and 40% or more, preferably It consists of an amino acid sequence having an identity of 50% or more, more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, even more preferably 80% or more, even more preferably 90% or more, and It may be a protein or polypeptide that has the function of catalyzing a reaction that modifies covalent sugar chain 3 with pyruvate.

なお、本明細書において、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6の機能を抑制するとは、当該タンパク質の細胞壁4との結合能力を抑制すること、当該タンパク質の外膜5への輸送を抑制する若しくは喪失させること、又は、当該タンパク質が外膜5に埋め込まれて機能する能力を抑制することである。 In this specification, suppressing the function of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 refers to suppressing the ability of the protein to bind to the cell wall 4, or suppressing or losing the transport of the protein to the outer membrane 5. or suppress the ability of the protein to become embedded in the outer membrane 5 and function.

なお、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の機能を抑制するとは、当該タンパク質が細胞壁4の共有結合型の糖鎖3をピルビン酸で修飾する機能を抑制することである。 Note that suppressing the function of the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 means suppressing the function of the protein to modify the covalent sugar chain 3 of the cell wall 4 with pyruvate.

これらのタンパク質の機能を抑制する手段としては、タンパク質の機能の抑制に通常使用される手段であれば特に限定されない。当該手段は、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子を欠失若しくは不活性化させること、これらの遺伝子の転写を阻害すること、これらの遺伝子の転写産物の翻訳を阻害すること、又はこれらのタンパク質を特異的に阻害する阻害剤を投与することなどであってもよい。 The means for suppressing the functions of these proteins is not particularly limited as long as it is a means normally used for suppressing the functions of proteins. The means includes, for example, deleting or inactivating the gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the gene encoding the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9, inhibiting the transcription of these genes, The method may include inhibiting the translation of transcription products of these genes, or administering an inhibitor that specifically inhibits these proteins.

本実施の形態では、改変シアノバクテリアは、外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質を発現させる遺伝子が欠失又は不活性化されていてもよい。これにより、改変シアノバクテリアでは、細胞壁4と外膜5との結合に関与するタンパク質の発現が抑制されるため、又は、当該タンパク質の機能が抑制されるため、細胞壁4と外膜5との結合(いわゆる、結合量及び結合力)が部分的に低減する。その結果、改変シアノバクテリアでは、外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなるため、菌体内で産生されたタンパク質が外膜5の外、つまり、菌体外に漏出しやすくなる。そのため、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアは、菌体内で産生されたタンパク質を菌体外に分泌するタンパク質の分泌生産性が向上する。また、菌体を破砕してタンパク質を回収する必要がないため、タンパク質を回収した後も、改変シアノバクテリアを繰り返し使用してタンパク質を産生させることができる。 In the present embodiment, the modified cyanobacteria may have a gene that expresses a protein involved in bonding the outer membrane 5 and the cell wall 4 deleted or inactivated. As a result, in the modified cyanobacteria, the expression of the protein involved in the bond between the cell wall 4 and the outer membrane 5 is suppressed, or the function of the protein is suppressed, so that the bond between the cell wall 4 and the outer membrane 5 is suppressed. (so-called bond amount and bond strength) are partially reduced. As a result, in the modified cyanobacteria, the outer membrane 5 tends to partially detach from the cell wall 4, so that proteins produced within the bacterial body tend to leak out of the outer membrane 5, that is, to the outside of the bacterial body. Therefore, the modified cyanobacteria according to the present embodiment has improved protein secretion productivity for secreting proteins produced within the bacterial cells to the outside of the bacterial cells. Furthermore, since it is not necessary to crush the bacterial cells to recover proteins, the modified cyanobacteria can be repeatedly used to produce proteins even after the proteins are recovered.

外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質を発現させる遺伝子は、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子の少なくとも1つであってもよい。改変シアノバクテリアでは、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子、及び、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子の少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている。そのため、改変シアノバクテリアでは、例えば、(i)SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つの発現が抑制される、又は、(ii)SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つの機能が抑制される。そのため、外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6のSLHドメイン7と、細胞壁4の表面の共有結合型の糖鎖3との結合(つまり、結合量及び結合力)が低減する。これにより、外膜5と細胞壁4との結合が弱まった部分において外膜5が細胞壁4から脱離しやすくなる。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアによれば、外膜5と細胞壁4との結合が低減することにより外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなるため、菌体内で産生されたタンパク質が菌体外に漏出しやすくなる。 The gene that expresses the protein involved in the binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 is, for example, at least one of the gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the gene encoding the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9. There may be. In the modified cyanobacteria, at least one of the genes encoding SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the gene encoding cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 has been deleted or inactivated. Therefore, in the modified cyanobacteria, for example, (i) the expression of at least one of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 is suppressed, or (ii) the SLH domain-retaining outer membrane protein At least one function of cell wall-pyruvate modifying enzyme 6 and cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 is suppressed. Therefore, the bond between the SLH domain 7 of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5 and the covalent sugar chain 3 on the surface of the cell wall 4 (that is, the bond amount and binding force) is reduced. This makes it easier for the outer membrane 5 to detach from the cell wall 4 at the portion where the bond between the outer membrane 5 and the cell wall 4 is weakened. Therefore, according to the modified cyanobacteria according to the present embodiment, the binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 is reduced, making it easier for the outer membrane 5 to be partially detached from the cell wall 4. This makes it easier for protein to leak out of the bacterial body.

本実施の形態では、シアノバクテリアにおけるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つの機能を抑制するために、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子の少なくとも1つの転写を抑制してもよい。 In this embodiment, in order to suppress at least one function of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 in cyanobacteria, for example, a gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 is used. and transcription of at least one gene encoding cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 may be suppressed.

例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子は、親シアノバクテリアがSynechocystis属の場合、slr1841、slr1908、又は、slr0042等であってもよく、Synechococcus属の場合、nies970_09470等であってもよく、親シアノバクテリアがAnabaena属の場合、anacy_5815又はanacy_3458等であってもよく、親シアノバクテリアがMicrocystis属の場合、A0A0F6U6F8_MICAE等であってもよく、親シアノバクテリアがCyanothece属の場合、A0A3B8XX12_9CYAN等であってもよく、親シアノバクテリアがLeptolyngbya属の場合、A0A1Q8ZE23_9CYAN等であってもよく、親シアノバクテリアがCalothrix属の場合、A0A1Z4R6U0_9CYAN等であってもよく、親シアノバクテリアがNostoc属の場合、A0A1C0VG86_9NOSO等であってもよく、親シアノバクテリアがCrocosphaera属の場合、B1WRN6_CROS5等であってもよく、親シアノバクテリアがPleurocapsa属の場合、K9TAE4_9CYAN等であってもよい。これらの遺伝子の塩基配列は、上述したNCBIデータベース又はCyanobaseから入手できる。 For example, the gene encoding SLH domain-retaining outer membrane protein 6 may be slr1841, slr1908, or slr0042 when the parent cyanobacterium belongs to the genus Synechocystis, and may be nies970_09470 when the parent cyanobacterium belongs to the genus Synechococcus. Often, when the parent cyanobacteria is of the genus Anabaena, it may be anacy_5815 or anacy_3458, etc. When the parent cyanobacteria is of the genus Microcystis, it may be A0A0F6U6F8_MICAE, etc. When the parent cyanobacteria is of the genus Cyanothece, it may be A0A3B8XX12_9CYAN, etc. If the parent cyanobacteria belongs to the genus Leptolyngbya, it may be A0A1Q8ZE23_9CYAN, etc. If the parent cyanobacterium belongs to the genus Calothrix, it may be A0A1Z4R6U0_9CYAN, and if the parent cyanobacterium belongs to the genus Nostoc, it may be A0A1C0VG86_9NOSO, etc. When the parent cyanobacterium belongs to the genus Crocosphaera, it may be B1WRN6_CROS5, and when the parent cyanobacterium belongs to the genus Pleurocapsa, it may be K9TAE4_9CYAN. The base sequences of these genes can be obtained from the NCBI database or Cyanobase mentioned above.

より具体的には、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子は、Synechocystis sp. PCC 6803のslr1841(配列番号7)、Synechococcus sp. NIES-970のnies970_09470(配列番号8)、Anabaena cylindrica PCC 7122 のanacy_3458(配列番号9)、又は、これらの遺伝子と塩基配列が50%以上同一である遺伝子であってもよい。 More specifically, the genes encoding SLH domain-retaining outer membrane protein 6 include slr1841 (SEQ ID NO: 7) of Synechocystis sp. PCC 6803, nies970_09470 (SEQ ID NO: 8) of Synechococcus sp. NIES-970, and Anabaena cylindrica PCC. 7122 anacy_3458 (SEQ ID NO: 9), or a gene whose base sequence is 50% or more identical to these genes.

これにより、改変シアノバクテリアでは、上記の配列番号7~9で示されるいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子又はこれらのいずれかの遺伝子の塩基配列と50%以上同一である遺伝子が欠失又は不活性化される。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)上記のいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6若しくはこれらのいずれかのタンパク質と同等の機能を有するタンパク質の発現が抑制される、又は、(ii)上記のいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6若しくはこれらのいずれかのタンパク質と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制される。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアでは、外膜5が細胞壁4と結合するための結合ドメイン(例えばSLHドメイン7)が細胞壁4と結合する結合量及び結合力が低減するため、外膜5が細胞壁4から部分的に離脱しやすくなる。 As a result, in the modified cyanobacteria, the gene encoding any of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 shown in SEQ ID NOs: 7 to 9 above, or the base sequence of any of these genes, is 50% or more identical. Genes are deleted or inactivated. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) the expression of any of the above-mentioned SLH domain-retaining outer membrane protein 6 or a protein having a function equivalent to any of these proteins is suppressed, or (ii) the above-mentioned The function of any of the SLH domain-retaining outer membrane proteins 6 or a protein having a function equivalent to any of these proteins is suppressed. Therefore, in the modified cyanobacteria according to the present embodiment, the binding amount and binding force of the binding domain (for example, SLH domain 7) for binding the outer membrane 5 to the cell wall 4 with the cell wall 4 are reduced, 5 becomes easily partially detached from the cell wall 4.

上述したように、タンパク質のアミノ酸配列が30%以上同一であれば、当該タンパク質と同等の機能を有する可能性が高いと言われている。そのため、タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列が30%以上同一であれば、当該タンパク質と同等の機能を有するタンパク質が発現される可能性が高いと考えられる。そのため、機能が抑制されるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子としては、例えば、上記の配列番号7~9で示されるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子のいずれかの塩基配列と、40%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらにより好ましくは80%以上、なお好ましくは90%以上の同一性を有する塩基配列からなる遺伝子であり、かつ、細胞壁4の共有結合型の糖鎖3と結合する機能を有するタンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子であってもよい。 As mentioned above, if the amino acid sequences of a protein are 30% or more identical, it is said that the protein is likely to have the same function as the protein. Therefore, if the base sequences of genes encoding proteins are 30% or more identical, it is considered that there is a high possibility that a protein having the same function as the protein will be expressed. Therefore, as a gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 whose function is suppressed, for example, any of the genes encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 shown in SEQ ID NOs: 7 to 9 above can be used. From a base sequence having an identity of 40% or more, preferably 50% or more, more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, even more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more with the base sequence. It may also be a gene that encodes a protein or polypeptide that has the function of binding to the covalent sugar chain 3 of the cell wall 4.

また、例えば、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子は、親シアノバクテリアがSynechocystis属の場合、slr0688等であってもよく、親シアノバクテリアがSynechococcus属の場合、syn7502_03092又はsynpcc7942_1529等であってもよく、親シアノバクテリアがAnabaena属の場合、ana_C20348又はanacy_1623等であってもよく、親シアノバクテリアがMicrocystis属の場合、csaB (NCBIのアクセスID:TRU80220)等であってもよく、親シアノバクテリアがCynahothece属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_107667006.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがSpirulina属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_026079530.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがCalothrix属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_096658142.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがNostoc属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_099068528.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがCrocosphaera属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_012361697.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがPleurocapsa属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_036798735)等であってもよい。これらの遺伝子の塩基配列は、上述したNCBIデータベース又はCyanobaseから入手できる。 Furthermore, for example, the gene encoding cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 may be slr0688, etc. when the parent cyanobacterium belongs to the genus Synechocystis, and may be syn7502_03092 or synpcc7942_1529, etc. when the parent cyanobacterium belongs to the genus Synechococcus. If the parent cyanobacterium belongs to the genus Anabaena, it may be ana_C20348 or anacy_1623, and if the parent cyanobacterium belongs to the genus Microcystis, it may be csaB (NCBI access ID: TRU80220), etc. If the parent cyanobacterium belongs to the genus Cynahothece, it may be csaB (NCBI access ID: WP_107667006.1), etc., and if the parent cyanobacterium belongs to the genus Spirulina, it may be csaB (NCBI access ID: WP_026079530.1), etc. , if the parent cyanobacteria belongs to the genus Calothrix, it may be csaB (NCBI access ID: WP_096658142.1), etc., and if the parent cyanobacteria belongs to the genus Nostoc, it may be csaB (NCBI access ID: WP_099068528.1), etc. If the parent cyanobacterium belongs to the genus Crocosphaera, it may be csaB (NCBI access ID: WP_012361697.1), and if the parent cyanobacterium belongs to the genus Pleurocapsa, it may be csaB (NCBI access ID: WP_036798735). etc. may be used. The base sequences of these genes can be obtained from the NCBI database or Cyanobase mentioned above.

より具体的には、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子は、Synechocystis sp. PCC 6803のslr0688(配列番号10)、Synechococcus sp. PCC 7942のsynpcc7942_1529(配列番号11)、又は、Anabaena cylindrica PCC 7122 のanacy_1623(配列番号12)であってもよい。また、これらの遺伝子と塩基配列が50%以上同一である遺伝子であってもよい。 More specifically, the gene encoding cell wall-pyruvate modification enzyme 9 is slr0688 (SEQ ID NO: 10) of Synechocystis sp. PCC 6803, synpcc7942_1529 (SEQ ID NO: 11) of Synechococcus sp. PCC 7942, or Anabaena cylindrica PCC. 7122 anacy_1623 (SEQ ID NO: 12). Alternatively, the gene may have a base sequence that is 50% or more identical to these genes.

これにより、改変シアノバクテリアでは、上記の配列番号10~12で示されるいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子又はこれらのいずれかの酵素をコードする遺伝子の塩基配列と50%以上同一である遺伝子が欠失又は不活性化される。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)上記のいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9若しくはこれらのいずれかの酵素と同等の機能を有するタンパク質の発現が抑制される、又は、(ii)上記のいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9若しくはこれらのいずれかの酵素と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制される。これにより、細胞壁4の表面の共有結合型の糖鎖3がピルビン酸で修飾されにくくなるため、細胞壁4の糖鎖3が外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6のSLHドメイン7と結合する結合量及び結合力が低減する。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアでは、細胞壁4が外膜5と結合するための糖鎖3がピルビン酸で修飾される量が低減するため、細胞壁4と外膜5との結合力が弱まり、外膜5が細胞壁4から部分的に離脱しやすくなる。 As a result, in the modified cyanobacteria, the base sequence of the gene encoding any of the cell wall-pyruvic acid modifying enzymes 9 shown in SEQ ID NOs: 10 to 12 above or the gene encoding any of these enzymes is 50% or more. Genes that are identical are deleted or inactivated. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) the expression of any of the above cell wall-pyruvate modifying enzymes 9 or a protein having a function equivalent to any of these enzymes is suppressed, or (ii) the above-mentioned The function of any cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 or a protein having a function equivalent to any of these enzymes is suppressed. This makes it difficult for the covalent sugar chains 3 on the surface of the cell wall 4 to be modified with pyruvate, so that the sugar chains 3 on the cell wall 4 interact with the SLH domain 7 of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5. The amount of binding and the binding strength are reduced. Therefore, in the modified cyanobacteria according to the present embodiment, the amount of modification of sugar chains 3 with pyruvate for bonding the cell wall 4 to the outer membrane 5 is reduced, so that the binding strength between the cell wall 4 and the outer membrane 5 is reduced. is weakened, and the outer membrane 5 becomes easily partially detached from the cell wall 4.

上述したように、タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列が30%以上同一であれば、当該タンパク質と同等の機能を有するタンパク質が発現される可能性が高いと考えられる。そのため、機能が抑制される細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子としては、例えば、上記の配列番号10~12で示される細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子のいずれかの塩基配列と、40%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらにより好ましくは80%以上、なお好ましくは90%以上の同一性を有する塩基配列からなり、かつ、細胞壁4のペプチドグリカン2の共有結合型の糖鎖3をピルビン酸で修飾する反応を触媒する機能を有するタンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子であってもよい。 As mentioned above, if the base sequences of genes encoding proteins are 30% or more identical, it is considered that there is a high possibility that a protein having the same function as the protein will be expressed. Therefore, as a gene encoding cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 whose function is suppressed, for example, any of the base sequences of the genes encoding cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 shown in SEQ ID NOs: 10 to 12 above. and a base sequence having an identity of 40% or more, preferably 50% or more, more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, even more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, In addition, it may be a gene encoding a protein or polypeptide that has the function of catalyzing a reaction that modifies the covalent sugar chain 3 of the peptidoglycan 2 of the cell wall 4 with pyruvate.

[6.改変シアノバクテリアの作製方法]
続いて、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアの作製方法について説明する。改変シアノバクテリアの作製方法は、シアノバクテリアにおいて外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質の機能を抑制させるステップを含む。
[6. Method for producing modified cyanobacteria]
Next, a method for producing modified cyanobacteria according to this embodiment will be explained. The method for producing a modified cyanobacterium includes the step of suppressing the function of a protein involved in bonding the outer membrane 5 and the cell wall 4 in the cyanobacterium.

本実施の形態では、外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質は、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つであってもよい。 In this embodiment, the protein involved in binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 may be, for example, at least one of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9.

なお、タンパク質の機能を抑制する手段としては、特に限定されないが、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子を欠失若しくは不活性化させること、これらの遺伝子の転写を阻害すること、これらの遺伝子の転写産物の翻訳を阻害すること、又はこれらのタンパク質を特異的に阻害する阻害剤を投与することなどであってもよい。 Means for suppressing protein function include, but are not particularly limited to, deletion or inactivation of the gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the gene encoding the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9. It may be possible to inhibit the transcription of these genes, inhibit the translation of the transcripts of these genes, or administer an inhibitor that specifically inhibits these proteins.

上記遺伝子を欠失又は不活性化させる手段は、例えば、該当遺伝子の塩基配列上の1つ以上の塩基に対する突然変異の導入、該当塩基配列に対する他の塩基配列への置換若しくは他の塩基配列の挿入、又は、該当遺伝子の塩基配列の一部若しくは全部の削除などであってもよい。 Means for deleting or inactivating the above gene include, for example, introducing a mutation into one or more bases on the base sequence of the gene, replacing the base sequence with another base sequence, or replacing the base sequence with another base sequence. It may be insertion, or deletion of part or all of the base sequence of the gene concerned.

上記遺伝子の転写を阻害する手段は、例えば、該当遺伝子のプロモーター領域に対する変異導入、他の塩基配列への置換若しくは他の塩基配列の挿入による当該プロモーターの不活性化、又は、CRISPR干渉法(非特許文献15:Yao et al., ACS Synth. Biol., 2016, 5:207-212)等であってもよい。上記の変異導入、又は塩基配列の置換若しくは挿入の具体的な手法は、例えば、紫外線照射、部位特異的変異導入、又は、相同組換え法などであってもよい。 Means for inhibiting the transcription of the above genes include, for example, introducing mutations into the promoter region of the gene, inactivating the promoter by substituting or inserting other base sequences, or CRISPR interference (non-transfer). Patent Document 15: Yao et al., ACS Synth. Biol., 2016, 5:207-212). Specific methods for the above-mentioned mutagenesis or base sequence substitution or insertion may be, for example, ultraviolet irradiation, site-specific mutagenesis, or homologous recombination.

また、上記遺伝子の転写産物の翻訳を阻害する手段は、例えば、RNA(ribonucleic acid)干渉法などであってもよい。 Further, the means for inhibiting the translation of the transcription product of the gene may be, for example, RNA (ribonucleic acid) interference.

以上のいずれかの手段を用いることにより、シアノバクテリアにおける外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質の機能を抑制させて、改変シアノバクテリアを作製してもよい。 Modified cyanobacteria may be produced by using any of the above methods to suppress the function of a protein involved in bonding the outer membrane 5 and cell wall 4 in cyanobacteria.

これにより、本作製方法で作製された改変シアノバクテリアは、細胞壁4と外膜5との結合(つまり、結合量及び結合力)が部分的に低減するため、外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなる。そのため、改変シアノバクテリアでは、菌体内で産生されたタンパク質が外膜5の外に(つまり、菌体の外に)漏出しやすくなる。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアの作製方法によれば、タンパク質の分泌生産性が向上した改変シアノバクテリアを提供することができる。 As a result, in the modified cyanobacteria produced by this production method, the bond between the cell wall 4 and the outer membrane 5 (that is, the amount of bond and binding force) is partially reduced, so that the outer membrane 5 is partially separated from the cell wall 4. It becomes easier to detach. Therefore, in the modified cyanobacteria, proteins produced within the bacterial cells tend to leak out of the outer membrane 5 (that is, out of the bacterial cells). Therefore, according to the method for producing modified cyanobacteria according to the present embodiment, modified cyanobacteria with improved protein secretion productivity can be provided.

また、本作製方法で作製された改変シアノバクテリアは、菌体内で産生されたタンパク質が菌体外に漏出するため、タンパク質の回収のために菌体を破砕する必要がない。例えば、改変シアノバクテリアを適切な条件で培養し、次いで培養液中に分泌されたタンパク質を回収すればよいため、改変シアノバクテリアを培養しながら培養液中のタンパク質を回収することも可能である。そのため、本作製方法により得られる改変シアノバクテリアを使用すれば、効率のよい微生物学的タンパク質生産を実施することができる。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアの作製方法によれば、タンパク質を回収した後も繰り返し使用することができる利用効率の高い改変シアノバクテリアを提供することができる。 Furthermore, in the modified cyanobacteria produced by this production method, proteins produced within the bacterial cells leak out of the bacterial cells, so there is no need to crush the bacterial cells for protein recovery. For example, it is sufficient to culture the modified cyanobacteria under appropriate conditions and then collect the proteins secreted into the culture solution, so it is also possible to collect the proteins in the culture solution while culturing the modified cyanobacteria. Therefore, by using the modified cyanobacteria obtained by this production method, efficient microbial protein production can be carried out. Therefore, according to the method for producing a modified cyanobacterium according to the present embodiment, it is possible to provide a modified cyanobacterium with high utilization efficiency that can be used repeatedly even after protein recovery.

なお、本作製方法により作製される改変シアノバクテリアは、例えば、ペプチダーゼ又はフォスファターゼなどの、主として元来ペリプラズムに存在するタンパク質群を細胞外に分泌する。本実施の形態では、例えば、ペリプラズムに存在するタンパク質群のように元来シアノバクテリアの細胞内で産生されるタンパク質をコードする遺伝子を改変して、他のタンパク質をコードする遺伝子に置き換えることで、改変シアノバクテリアに所望のタンパク質を生産させることも可能である。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアの作製方法によれば、所望のタンパク質を簡便に、かつ、効率よく産生可能な改変シアノバクテリアを提供することもできる。 Note that the modified cyanobacteria produced by this production method secretes, to the outside of the cell, a group of proteins, such as peptidases or phosphatases, which are primarily present in the periplasm. In this embodiment, for example, by modifying a gene encoding a protein originally produced within cyanobacterial cells, such as a group of proteins present in the periplasm, and replacing it with a gene encoding another protein, It is also possible to cause modified cyanobacteria to produce desired proteins. Therefore, according to the method for producing a modified cyanobacterium according to the present embodiment, it is also possible to provide a modified cyanobacterium that can easily and efficiently produce a desired protein.

以下の実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。 The present invention will be specifically explained with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(1)乾燥菌体の製造に使用するシアノバクテリアの準備
まず、乾燥菌体の製造に使用するシアノバクテリアを準備した。外膜剥離型の改変シアノバクテリア(以下、外膜剥離株ともいう)として、下記の手順により、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素をコードするslr0688遺伝子の発現が抑制された改変シアノバクテリアを得た。なお、本実施例で使用したシアノバクテリア種は、Synechocystis sp. PCC 6803(以下、単に、「シアノバクテリア」と呼ぶ)である。
(1) Preparation of cyanobacteria to be used in the production of dried bacterial cells First, cyanobacteria to be used in the production of dried bacterial cells were prepared. As an outer membrane-exfoliating modified cyanobacterium (hereinafter also referred to as an outer membrane-exfoliating strain), a modified cyanobacterium in which the expression of the slr0688 gene encoding a cell wall-pyruvate modifying enzyme was suppressed was obtained by the following procedure. The cyanobacterial species used in this example is Synechocystis sp. PCC 6803 (hereinafter simply referred to as "cyanobacteria").

(1-1)外膜剥離株の作製
遺伝子発現抑制法として、CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat)干渉法を用いた。本方法では、dCas9タンパク質をコードする遺伝子(以下、dCas9遺伝子という)と、slr0688_sgRNA(single-guide Ribonucleic Acid)遺伝子とを、シアノバクテリアの染色体DNAに導入することにより、slr0688遺伝子の発現を抑制することができる。また、slr0688_sgRNAの転写活性を制御することにより、slr0688遺伝子の抑制の程度をコントロールすることができる。
(1-1) Creation of adventitial membrane detachment strain CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat) interference method was used as a gene expression suppression method. In this method, the expression of the slr0688 gene is suppressed by introducing the gene encoding the dCas9 protein (hereinafter referred to as the dCas9 gene) and the slr0688_sgRNA (single-guide Ribonucleic Acid) gene into the chromosomal DNA of cyanobacteria. Can be done. Furthermore, by controlling the transcriptional activity of slr0688_sgRNA, the degree of suppression of the slr0688 gene can be controlled.

本方法による遺伝子発現抑制の仕組みは次の通りである。 The mechanism of gene expression suppression by this method is as follows.

まず、ヌクレアーゼ活性を欠損したCas9タンパク質(dCas9)と、slr0688遺伝子の塩基配列に相補的に結合するsgRNA(slr0688_sgRNA)とが、複合体を形成する。 First, a Cas9 protein lacking nuclease activity (dCas9) and sgRNA (slr0688_sgRNA) that binds complementary to the base sequence of the slr0688 gene form a complex.

次に、この複合体がシアノバクテリアの染色体DNA上のslr0688遺伝子を認識し、slr0688遺伝子と特異的に結合する。この結合が立体障害となることにより、slr0688遺伝子の転写が阻害される。その結果、シアノバクテリアのslr0688遺伝子の発現が抑制される。また、slr0688_sgRNAの転写活性を制御することにより、slr0688遺伝子の抑制の程度をコントロールすることができる。 Next, this complex recognizes the slr0688 gene on the cyanobacterial chromosomal DNA and specifically binds to the slr0688 gene. This binding causes steric hindrance, which inhibits transcription of the slr0688 gene. As a result, the expression of the cyanobacterial slr0688 gene is suppressed. Furthermore, by controlling the transcriptional activity of slr0688_sgRNA, the degree of suppression of the slr0688 gene can be controlled.

以下、上記の2つの遺伝子の各々をシアノバクテリアの染色体DNAに導入する方法を具体的に説明する。 Hereinafter, a method for introducing each of the above two genes into the chromosomal DNA of cyanobacteria will be specifically explained.

(1-1-1)dCas9遺伝子の導入
Synechocystis LY07株(以下、LY07株ともいう)(非特許文献15参照)の染色体DNAを鋳型として、dCas9遺伝子及びdCas9遺伝子の発現制御のためのオペレーター遺伝子、並びに、遺伝子導入の目印となるスペクチノマイシン耐性マーカー遺伝子を、表1に記載のプライマーpsbA1-Fw(配列番号13)及びpsbA1-Rv(配列番号14)を用いてPCR(Polymerase chain reaction)法により増幅した。なお、LY07株では、上記の3つの遺伝子が連結した状態で染色体DNA上のpsbA1遺伝子に挿入されているため、1つのDNA断片としてPCR法により増幅することができる。ここでは、得られたDNA断片を「psbA1::dCas9カセット」と表記する。In-Fusion PCRクローニング法(登録商標)を用いて、psbA1::dCas9カセットをpUC19プラスミドに挿入し、pUC19-dCas9プラスミドを得た。
(1-1-1) Introduction of dCas9 gene
Using the chromosomal DNA of Synechocystis strain LY07 (hereinafter also referred to as LY07 strain) (see Non-Patent Document 15) as a template, the dCas9 gene, an operator gene for controlling the expression of the dCas9 gene, and spectinomycin, which serves as a marker for gene introduction. The resistance marker gene was amplified by the PCR (polymerase chain reaction) method using the primers psbA1-Fw (SEQ ID NO: 13) and psbA1-Rv (SEQ ID NO: 14) listed in Table 1. In the LY07 strain, the three genes mentioned above are inserted into the psbA1 gene on the chromosomal DNA in a linked state, so they can be amplified as one DNA fragment by PCR. Here, the obtained DNA fragment is referred to as "psbA1::dCas9 cassette." The psbA1::dCas9 cassette was inserted into the pUC19 plasmid using the In-Fusion PCR cloning method (registered trademark) to obtain the pUC19-dCas9 plasmid.

Figure 2024010288000002
Figure 2024010288000002

得られたpUC19-dCas9プラスミド1μgとシアノバクテリア培養液(菌体濃度OD730 = 0.5程度)を混合し、自然形質転換によりpUC19-dCas9プラスミドをシアノバクテリアの細胞内に導入した。形質転換された細胞を20μg/mLのスペクチノマイシンを含むBG-11寒天培地上で生育させることにより、選抜した。選抜された細胞では、染色体DNA上のpsbA1遺伝子と、pUC19-dCas9プラスミド上のpsbA1上流断片領域及びpsbA1下流断片領域との間で相同組み換えが起こっている。これにより、psbA1遺伝子領域にdCas9カセットが挿入されたSynechocystis dCas9株を得た。なお、用いたBG-11培地の組成は表2の通りである。 1 μg of the obtained pUC19-dCas9 plasmid was mixed with a cyanobacterial culture solution (bacteria cell concentration OD 730 = approximately 0.5), and the pUC19-dCas9 plasmid was introduced into cyanobacterial cells by natural transformation. Transformed cells were selected by growing on BG-11 agar medium containing 20 μg/mL spectinomycin. In the selected cells, homologous recombination occurs between the psbA1 gene on the chromosomal DNA and the psbA1 upstream fragment region and psbA1 downstream fragment region on the pUC19-dCas9 plasmid. As a result, a Synechocystis dCas9 strain in which the dCas9 cassette was inserted into the psbA1 gene region was obtained. The composition of the BG-11 medium used is shown in Table 2.

Figure 2024010288000003
Figure 2024010288000003

(1-1-2)slr1841_sgRNA遺伝子の導入
CRISPR干渉法では、sgRNA遺伝子上のprotospacerと呼ばれる領域に、標的配列と相補的な約20塩基の配列を導入することにより、sgRNAが標的遺伝子に特異的に結合する。本実施例で用いたprotospacer配列は表3に示される。
(1-1-2) Introduction of slr1841_sgRNA gene
In CRISPR interference, sgRNA specifically binds to a target gene by introducing a sequence of approximately 20 bases that is complementary to the target sequence into a region called a protospacer on the sgRNA gene. The protospacer sequences used in this example are shown in Table 3.

Figure 2024010288000004
Figure 2024010288000004

Synechocystis LY04株、LY05株、又は、LY07株では、sgRNA遺伝子(protospacer領域を除く)とカナマイシン耐性マーカー遺伝子とが連結した形で、染色体DNA上のslr2030-slr2031遺伝子に挿入されている(非特許文献15参照)。従って、当該sgRNA遺伝子をPCR法により増幅する際に用いるプライマーにslr0688遺伝子(配列番号4)と相補的なprotospacer配列(配列番号19)を付与することにより、slr0688を特異的に認識するsgRNA (slr0688_sgRNA)を容易に得ることができる。また、slr0688_sgRNAの転写活性を制御することにより、slr0688遺伝子の抑制の程度をコントロールすることができる。 In Synechocystis LY04, LY05, or LY07 strains, the sgRNA gene (excluding the protospacer region) and the kanamycin resistance marker gene are inserted into the slr2030-slr2031 genes on the chromosomal DNA (non-patent literature). 15). Therefore, by adding a protospacer sequence (SEQ ID NO: 19) complementary to the slr0688 gene (SEQ ID NO: 4) to the primers used when amplifying the sgRNA gene by PCR method, an sgRNA (slr0688_sgRNA) that specifically recognizes slr0688 (slr0688_sgRNA ) can be easily obtained. Furthermore, by controlling the transcriptional activity of slr0688_sgRNA, the degree of suppression of the slr0688 gene can be controlled.

まず、LY07株の染色体DNAを鋳型とし、表1に記載のプライマーslr2030-Fw(配列番号15)及びsgRNA_slr0688-Rv(配列番号17)のセット、並びに、sgRNA_slr0688-Fw(配列番号18)及びslr2031-Rv(配列番号16)のセットを用いて2つのDNA断片をPCR法により増幅した。 First, using the chromosomal DNA of the LY07 strain as a template, a set of primers slr2030-Fw (SEQ ID NO: 15) and sgRNA_slr0688-Rv (SEQ ID NO: 17) listed in Table 1, as well as sgRNA_slr0688-Fw (SEQ ID NO: 18) and slr2031- Two DNA fragments were amplified by PCR using a set of Rv (SEQ ID NO: 16).

続いて、上記のDNA断片の混合溶液を鋳型として、表1に記載のプライマーslr2030-Fw(配列番号15)とslr2031-Rv(配列番号16)とを用いてPCR法により増幅することにより、(i)slr2030遺伝子断片、(ii)slr0688_sgRNA、(iii)カナマイシン耐性マーカー遺伝子、(iv)slr2031遺伝子断片が順に連結したDNA断片(slr2030-2031::slr0688_sgRNA)を得た。In-Fusion PCRクローニング法(登録商標)を用いて、slr2030-2031::slr0688_sgRNAをpUC19プラスミドに挿入し、pUC19-slr0688_sgRNAプラスミドを得た。 Next, by using the mixed solution of the above DNA fragments as a template and using the primers slr2030-Fw (SEQ ID NO: 15) and slr2031-Rv (SEQ ID NO: 16) listed in Table 1 by PCR method, ( A DNA fragment (slr2030-2031::slr0688_sgRNA) was obtained in which i) slr2030 gene fragment, (ii) slr0688_sgRNA, (iii) kanamycin resistance marker gene, and (iv) slr2031 gene fragment were linked in this order. Using the In-Fusion PCR cloning method (registered trademark), slr2030-2031::slr0688_sgRNA was inserted into the pUC19 plasmid to obtain the pUC19-slr0688_sgRNA plasmid.

上記(1-1-1)と同様の方法でpUC19-slr0688_sgRNAプラスミドをSynechocystis dCas9株に導入し、形質転換された細胞を30μg/mLカナマイシンを含むBG-11寒天培地上で選抜した。これにより、染色体DNA上のslr2030-slr2031遺伝子にslr0688_sgRNAが挿入された形質転換体Synechocystis dCas9 slr0688_sgRNA株(いわゆる、外膜剥離株)を得た。 The pUC19-slr0688_sgRNA plasmid was introduced into the Synechocystis dCas9 strain in the same manner as in (1-1-1) above, and the transformed cells were selected on a BG-11 agar medium containing 30 μg/mL kanamycin. As a result, a transformant Synechocystis dCas9 slr0688_sgRNA strain (so-called outer membrane detachment strain) in which slr0688_sgRNA was inserted into the slr2030-slr2031 gene on the chromosomal DNA was obtained.

(1-1-3)slr0688遺伝子の抑制
上記dCas9遺伝子及びslr0688_sgRNA遺伝子は、アンヒドロテトラサイクリン(aTc)の存在下で発現誘導されるようにプロモーター配列が設計されている。本実施例では、培地中に終濃度1μg/mL aTc を添加することによりslr0688遺伝子の発現を抑制した。
(1-1-3) Suppression of slr0688 gene The promoter sequences of the dCas9 gene and slr0688_sgRNA gene are designed to induce expression in the presence of anhydrotetracycline (aTc). In this example, the expression of the slr0688 gene was suppressed by adding aTc at a final concentration of 1 μg/mL to the medium.

以上のようにして、細胞の増殖能力を損なわせることなく、シアノバクテリアにおいて外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質の量が、親株(Synechocystis dCas9株、後述の野生株)における当該タンパク質の量と比較して、50%程度に抑制された改変シアノバクテリアSynechocystis dCas9 slr0688_sgRNA株(いわゆる、外膜剥離株)を得た。ここでは、外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質は、Slr0688である。 As described above, the amount of the protein involved in binding the outer membrane and cell wall in cyanobacteria can be adjusted to the amount of the protein in the parent strain (Synechocystis dCas9 strain, wild strain described below) without impairing cell growth ability. We obtained a modified cyanobacterium Synechocystis dCas9 slr0688_sgRNA strain (so-called outer membrane detachment strain) that was suppressed to about 50% compared to the above. Here, the protein involved in binding the outer membrane to the cell wall is Slr0688.

(1-2)dCas9遺伝子導入株の作製
上記(1-1-1)と同様の手順により、psbA1遺伝子領域にdCas9カセットが挿入されたSynechocystis dCas9株を得た。以下、Synechocystis dCas9株を野生株と呼ぶ。
(1-2) Preparation of dCas9 gene-introduced strain A Synechocystis dCas9 strain in which the dCas9 cassette was inserted into the psbA1 gene region was obtained by the same procedure as in (1-1-1) above. Hereinafter, the Synechocystis dCas9 strain will be referred to as the wild strain.

(2)シアノバクテリアの培養
上記(1―1)で作製された外膜剥離株、及び、上記(1-2)で作製された野生株を以下の条件で培養した。
(2) Cultivation of cyanobacteria The outer membrane detachment strain produced in (1-1) above and the wild strain produced in (1-2) above were cultured under the following conditions.

まず、外膜剥離株及び野生株を、それぞれ、初発菌体濃度OD730 = 0.1となるように、1μg/mLのaTCを含むBG-11培地(表2参照)に接種した。この培養液12 mLを、125mL容三角フラスコに分注し、光量100μmol/m2/sでの光照射及び30℃の条件下で5日間振盪培養した。 First, the outer membrane detachment strain and the wild type strain were each inoculated into a BG-11 medium (see Table 2) containing 1 μg/mL aTC so that the initial bacterial cell concentration was OD 730 = 0.1. 12 mL of this culture solution was dispensed into a 125 mL Erlenmeyer flask, and cultured with shaking under conditions of light irradiation at a light intensity of 100 μmol/m 2 /s and 30° C. for 5 days.

(3)乾燥菌体の製造
(3-1)シアノバクテリアの凍結乾燥耐性の評価
続いて、外膜剥離株及び野生株のそれぞれについて、凍結乾燥耐性を評価した。
(3) Production of dried bacterial cells (3-1) Evaluation of freeze-drying tolerance of cyanobacteria Subsequently, freeze-drying tolerance was evaluated for each of the outer membrane detachment strain and the wild strain.

(3-1-1)野生株について
野生株について、上記(2)で得られた培養5日目の培養液を、室温にて2,500gで10分間遠心分離することにより、培養液から菌体(細胞ともいう)を回収した。
(3-1-1) About the wild strain For the wild strain, the culture solution obtained in (2) above on the 5th day of culture is centrifuged at 2,500 g for 10 minutes at room temperature to remove bacterial cells from the culture solution. (also called cells) were collected.

回収された菌体を菌体濃度OD730= 7.3となるように水に懸濁して懸濁液を調製した後、当該懸濁液を液体窒素で凍結した。次いで、凍結された懸濁液をトラップ温度-80℃、圧力10 Pa以下の条件で一晩凍結乾燥して、懸濁液から水分を除去した。 The collected cells were suspended in water to a cell concentration OD 730 = 7.3 to prepare a suspension, and then the suspension was frozen with liquid nitrogen. The frozen suspension was then freeze-dried overnight at a trap temperature of -80°C and a pressure of 10 Pa or less to remove water from the suspension.

凍結乾燥終了後、直ちに、菌体を菌体濃度OD730 = 0.1となるように試験管中のBG-11培地5 mLに接種し、光量100μmol/m2/s、30℃の条件で8日間振盪培養した後、培養液の菌体濃度OD730値(下記式(1)のA) を測定した。測定結果を表4に示す。 Immediately after freeze-drying, the cells were inoculated into 5 mL of BG-11 medium in a test tube so that the cell concentration was OD 730 = 0.1, and the cells were incubated at a light intensity of 100 μmol/m 2 /s and at 30°C for 8 days. After shaking culture, the bacterial cell concentration OD 730 value (A in the following formula (1)) of the culture solution was measured. The measurement results are shown in Table 4.

また、回収された菌体のうち凍結乾燥に供しなかった菌体を、菌体濃度OD730= 0.1となるように接種し、凍結乾燥菌体と同様の光量及び温度条件下で8日間振盪培養した後、培養液の菌体濃度OD730値(下記式(1)のB) を測定した。 In addition, among the collected cells, the cells that were not subjected to freeze-drying were inoculated to a cell concentration of OD 730 = 0.1, and cultured with shaking for 8 days under the same light and temperature conditions as the freeze-dried cells. After that, the bacterial cell concentration OD 730 value (B in formula (1) below) of the culture solution was measured.

乾燥菌体の生存率C(%)は、下記式(1)で算出された。算出結果を表4に示す。表4では、野生株の培養液の菌体濃度OD730値を4回測定したときの測定値及び生存率それぞれの平均値±標準偏差(SD)を示している。 The survival rate C (%) of dried bacterial cells was calculated using the following formula (1). The calculation results are shown in Table 4. Table 4 shows the average value ± standard deviation (SD) of the measured value and survival rate when the bacterial cell concentration OD 730 value of the culture solution of the wild strain was measured four times.

Figure 2024010288000005
Figure 2024010288000005

(3-1-2)外膜剥離株について
外膜剥離株について、培養液から回収された菌体を、水、BG-11培地(表2参照)、及び、スクロース(Suc)を保護剤としてBG-11培地に添加した100mMスクロース含有BG-11培地に、それぞれ懸濁した点以外は、上記(3-1-1)と同様に行った。凍結乾燥菌体の培養8日目の培養液の菌体濃度OD730(下記式(1)のA)の測定結果、及び、生存率(%)の算出結果を表4に示す。表4では、外膜剥離株の培養液の菌体濃度OD730値を3~4回測定したときの測定値及び生存率それぞれの平均値±標準偏差(SD)を示している。
(3-1-2) Regarding the outer membrane detachment strain For the outer membrane detachment strain, the bacterial cells recovered from the culture solution were mixed with water, BG-11 medium (see Table 2), and sucrose (Suc) as a protective agent. The same procedure as above (3-1-1) was carried out except that the cells were suspended in BG-11 medium containing 100 mM sucrose added to BG-11 medium. Table 4 shows the measurement results of the bacterial cell concentration OD 730 (A in the following formula (1)) of the culture solution on the 8th day of culturing the freeze-dried bacterial cells and the calculation results of the survival rate (%). Table 4 shows the average value ± standard deviation (SD) of the bacterial cell concentration OD 730 value of the culture solution of the outer membrane detachment strain measured 3 to 4 times and the survival rate.

また、図3は、分散液として水を用いて懸濁液を調製した場合の野生株及び外膜剥離株の生存率を示すグラフ(野生株 n=4; 外膜剥離株 n=3; エラーバー=SD)である。 In addition, Figure 3 is a graph showing the survival rate of wild-type strains and adventitial membrane-exfoliating strains when suspensions are prepared using water as a dispersion liquid (wild strain n=4; adventitial membrane-exfoliating strains n=3; error bar = SD).

Figure 2024010288000006
Figure 2024010288000006

図3及び表4に示されるように、野生株は、分散液として水を用いて菌体の懸濁液を調製し、凍結乾燥に供しても、凍結乾燥菌体は90%以上の生存率を示した。一方、外膜剥離株は、分散液として水を用いて菌体の懸濁液を調製し、凍結乾燥に供すると、凍結乾燥菌体は30%程度の生存率しか示さなかった。言い換えると、外膜剥離株は、凍結乾燥処理によって約70%が死滅することが示された。 As shown in Figure 3 and Table 4, the wild strain has a survival rate of over 90% even when a suspension of bacterial cells is prepared using water as a dispersion liquid and subjected to freeze-drying. showed that. On the other hand, for the outer membrane detachment strain, when a suspension of bacterial cells was prepared using water as a dispersion liquid and subjected to lyophilization, the lyophilized bacterial cells showed a survival rate of only about 30%. In other words, it was shown that approximately 70% of the outer membrane detachment strain was killed by freeze-drying treatment.

また、表4に示されるように、外膜剥離株は、分散液としてBG-11培地を用いて菌体の懸濁液を調製し、凍結乾燥に供しても70%程度の生存率しか示さなかった。この結果から、外膜剥離株は、外膜が細胞壁から剥離することによって、シアノバクテリアの細胞が本来有する凍結乾燥耐性が損なわれていると考えられる。 In addition, as shown in Table 4, the outer membrane detachment strain only showed a survival rate of about 70% even when a suspension of bacterial cells was prepared using BG-11 medium as a dispersion liquid and subjected to freeze-drying. There wasn't. From this result, it is considered that in the outer membrane detachment strain, the outer membrane detaches from the cell wall, thereby impairing the freeze-drying resistance inherent in cyanobacterial cells.

しかしながら、スクロースを添加したBG-11培地を分散液として用いて菌体の懸濁液を調製し、凍結乾燥に供すると、凍結乾燥菌体は90%以上の生存率を示した。これは野生株と同程度の生存率であった。したがって、スクロースは、外膜剥離株の凍結乾燥に有効な保護剤であることが確認された。 However, when a suspension of bacterial cells was prepared using BG-11 medium supplemented with sucrose as a dispersion liquid and subjected to freeze-drying, the freeze-dried bacterial cells showed a survival rate of over 90%. This survival rate was comparable to that of the wild type. Therefore, sucrose was confirmed to be an effective protective agent for freeze-drying outer membrane detachment strains.

以上より、外膜剥離株とスクロースとを含む懸濁液を凍結乾燥に供すると、高い生存率を維持したまま外膜剥離型の改変シアノバクテリア(外膜剥離株)を乾燥状態で保存可能な乾燥菌体の製造方法及び乾燥菌体を提供することができることが示された。 From the above, when a suspension containing an outer membrane-exfoliating strain and sucrose is subjected to freeze-drying, modified outer membrane-exfoliating cyanobacteria (outer membrane-exfoliating strain) can be stored in a dry state while maintaining a high survival rate. It was shown that a method for producing dried bacterial cells and that dried bacterial cells can be provided.

(3-2)外膜剥離株の凍結乾燥に有効な保護剤の検討
上記(3-1-2)では、スクロースが外膜剥離株の凍結乾燥に有効な保護剤であることが示されたが、スクロース以外の保護剤で同等の効果を示すものがあるか検討した。分散液として、(a)BG-11培地、(b)BG-11培地で外膜剥離株を培養した培養液の培養上清、(c)トレハロースを保護剤としてBG-11培地に添加した100mMトレハロース含有BG-11培地、(d)グルコースを保護剤としてBG-11培地に添加した100mMグルコース含有BG-11培地、(e)スクロースを保護剤としてBG-11培地に添加した100mMスクロース含有BG-11培地、(f)メタノールを保護剤としてBG-11培地に添加した10%(v/v)メタノール含有BG-11培地、及び、(g)ヒツジ血清を保護剤としてBG-11培地に添加した10%(v/v)ヒツジ血清含有BG-11培地を使用した点以外は、上記(3-1-2)と同様に行った。結果を図4に示す。図4は、懸濁液に含まれる保護剤の違いによる外膜剥離株の凍結乾燥菌体の生存率を示すグラフ(n=3、エラーバー=SD)である。
(3-2) Examination of a protective agent that is effective for freeze-drying a strain that has peeled off the outer membrane. In (3-1-2) above, it was shown that sucrose is an effective protective agent for freeze-drying a strain that has peeled off the outer membrane. However, we investigated whether there are any protective agents other than sucrose that would have the same effect. As a dispersion liquid, (a) BG-11 medium, (b) culture supernatant of a culture solution obtained by culturing adventitia detachment strain in BG-11 medium, and (c) 100mM trehalose added to BG-11 medium as a protective agent. BG-11 medium containing trehalose, (d) BG-11 medium containing 100mM glucose added to BG-11 medium with glucose as a protectant, (e) BG-100mM sucrose added to BG-11 medium with sucrose as a protectant. 11 medium, (f) BG-11 medium containing 10% (v/v) methanol with methanol added to BG-11 medium as a protective agent, and (g) sheep serum added to BG-11 medium as a protective agent. The same procedure as above (3-1-2) was carried out except that BG-11 medium containing 10% (v/v) sheep serum was used. The results are shown in Figure 4. FIG. 4 is a graph (n=3, error bars=SD) showing the survival rate of freeze-dried bacterial cells of outer membrane detachment strains depending on the different protective agents contained in the suspension.

図4に示されるように、分散液として(a)BG-11培地を使用した場合、外膜剥離株の凍結乾燥菌体は、65±8%(約70%)の生存率を示していた。また、分散液として(b)培養上清を使用した場合、外膜剥離株の凍結乾燥菌体は、68±17(約70%)の生存率であり、c)100mMトレハロース含有BG-11培地を使用した場合、外膜剥離株の凍結乾燥菌体は、62±11%(約70%)の生存率であり、これらの2つは(a)BG-11と同等の生存率しか示さなかった。したがって、培養上清中に含まれる外膜剥離株の細胞内代謝産物もトレハロースも、外膜剥離株の凍結乾燥に有効な保護剤ではないことが確認された。 As shown in Figure 4, when (a) BG-11 medium was used as the dispersion liquid, the freeze-dried cells of the outer membrane detachment strain showed a survival rate of 65 ± 8% (approximately 70%). . In addition, when (b) culture supernatant is used as a dispersion liquid, the lyophilized cells of the outer membrane detachment strain have a survival rate of 68 ± 17 (approximately 70%), and c) BG-11 medium containing 100 mM trehalose. When using BG-11, the lyophilized cells of the outer membrane detachment strain had a survival rate of 62 ± 11% (approximately 70%), and these two showed only the same survival rate as (a) BG-11. Ta. Therefore, it was confirmed that neither the intracellular metabolites of the outer membrane detachment strain nor trehalose contained in the culture supernatant are effective protective agents for freeze-drying the outer membrane detachment strain.

また、分散液として(f)10%(v/v)メタノール含有BG-11培地を使用した場合、外膜剥離株の凍結乾燥菌体は、38±15%(約40%)の生存率であり、(g)10%(v/v)ヒツジ血清含有BG-11培地を使用した場合、外膜剥離株の凍結乾燥菌体は、22±17%(約20%)の生存率であり、これらの2つは、(a)BG-11培地よりも外膜剥離株の凍結乾燥耐性を大幅に低下させることが確認された。したがって、メタノール及びヒツジ血清は、外膜剥離株の凍結乾燥に有効な保護剤ではないことが確認された。 Furthermore, when (f) 10% (v/v) methanol-containing BG-11 medium was used as the dispersion liquid, the lyophilized cells of the outer membrane detachment strain had a survival rate of 38 ± 15% (approximately 40%). (g) When using BG-11 medium containing 10% (v/v) sheep serum, the lyophilized cells of the outer membrane detachment strain had a survival rate of 22 ± 17% (approximately 20%), It was confirmed that these two media (a) significantly lowered the freeze-drying resistance of the outer membrane detachment strain than the BG-11 medium. Therefore, it was confirmed that methanol and sheep serum are not effective protective agents for freeze-drying the outer membrane detachment strain.

一方、分散剤として(d)100mMグルコース含有BG-11培地を使用した場合、外膜剥離株の凍結乾燥菌体は、99±16%(約90%)の生存率を示しており、(e)100mMスクロース含有BG-11培地を使用した場合と同等の生存率(95±12(約90%))を示していることが確認された。したがって、グルコースは、外膜剥離株の凍結乾燥に有効な保護剤であることが確認された。 On the other hand, when (d) 100mM glucose-containing BG-11 medium was used as a dispersant, the freeze-dried cells of the outer membrane detachment strain showed a survival rate of 99±16% (approximately 90%), and (e ) It was confirmed that the survival rate (95 ± 12 (approximately 90%)) was equivalent to that when using BG-11 medium containing 100 mM sucrose. Therefore, glucose was confirmed to be an effective protective agent for freeze-drying outer membrane detachment strains.

(4)外膜剥離株の凍結乾燥に適切な菌体濃度の検討
続いて、外膜剥離株の凍結乾燥に適切な菌体濃度について検討した。上記(3-1-1)と同様にして、培養5日目の外膜剥離株の培養液から菌体を回収し、回収された菌体を菌体濃度OD730= 3.7~234となるように100mMスクロース含有BG11培地に懸濁して懸濁液を調製した。この懸濁液を液体窒素で凍結した後、凍結された懸濁液を、上記(3-1-1)と同様の条件で凍結乾燥にして、懸濁液から水分を除去した。凍結乾燥終了後、直ちに、菌体を菌体濃度OD730 = 0.1となるように試験管中のBG-11培地5 mLに接種し、光量100μmol/m2/s、30℃の条件で8日間振盪培養した後、培養液の菌体濃度(OD730値)を測定した。図5は、凍結乾燥処理時の懸濁液の菌体濃度と、凍結乾燥菌体の生育との関係を示すグラフ(n-3~4、エラーバー=SD)である。
(4) Examination of the appropriate bacterial cell concentration for freeze-drying the outer membrane-exfoliating strain Next, we examined the appropriate bacterial cell concentration for freeze-drying the outer membrane-exfoliating strain. In the same manner as in (3-1-1) above, collect cells from the culture solution of the outer membrane detachment strain on the 5th day of culture, and adjust the collected cells to a cell concentration OD 730 = 3.7 to 234. A suspension was prepared by suspending the cells in BG11 medium containing 100mM sucrose. After freezing this suspension with liquid nitrogen, the frozen suspension was freeze-dried under the same conditions as in (3-1-1) above to remove water from the suspension. Immediately after freeze-drying, the cells were inoculated into 5 mL of BG-11 medium in a test tube so that the cell concentration was OD 730 = 0.1, and the cells were incubated at a light intensity of 100 μmol/m 2 /s and at 30°C for 8 days. After shaking culture, the bacterial cell concentration (OD 730 value) of the culture solution was measured. FIG. 5 is a graph (n-3 to 4, error bars = SD) showing the relationship between the bacterial cell concentration of the suspension during the freeze-drying process and the growth of the freeze-dried bacterial cells.

図5に示されるように、外膜剥離株の凍結乾燥菌体は、凍結乾燥処理時の細胞濃度(OD730値)(言い換えると、凍結乾燥に供した懸濁液の菌体濃度(OD730値))が60である場合、培養液の吸光度(OD730値)が最も高かった。しかしながら、凍結乾燥に供した懸濁液の菌体濃度(OD730値)が120以上である場合、培養液の吸光度(OD730値)が0.6を下回っており、生育が良くないことが確認された。また、この場合、菌体濃度(OD730値)が60以下である場合に比べて、培養液の吸光度(OD730値)が0.2以上低いことから、凍結乾燥菌体の生育が顕著に低下していることが確認された。一般に、培養液の菌体濃度(OD730値)が8日目に0.8以上あれば、生育が良好であると言えることから、本実施例では、凍結乾燥に供する懸濁液の菌体濃度(OD730値)は3.7以上90以下であってもよく、より好ましくは、7.3以上80以下であってもよく、さらに好ましくは、7.3以上60以下であってもよい。 As shown in Figure 5, the freeze-dried cells of the outer membrane detachment strain have a cell concentration (OD 730 value) at the time of freeze-drying (in other words, the cell concentration (OD 730 value) of the suspension subjected to freeze-drying). When the value)) was 60, the absorbance (OD 730 value) of the culture medium was the highest. However, if the bacterial cell concentration (OD 730 value) of the suspension subjected to freeze-drying is 120 or higher, the absorbance (OD 730 value) of the culture solution is lower than 0.6, which indicates poor growth. Ta. In addition, in this case, the absorbance (OD 730 value) of the culture solution is 0.2 or more lower than when the bacterial cell concentration (OD 730 value) is 60 or less, so the growth of the freeze-dried bacterial cells is significantly reduced. It was confirmed that Generally, if the bacterial cell concentration (OD 730 value) of the culture solution is 0.8 or more on the 8th day, it can be said that the growth is good. OD 730 value) may be 3.7 or more and 90 or less, more preferably 7.3 or more and 80 or less, still more preferably 7.3 or more and 60 or less.

また、凍結乾燥に最適な菌体濃度(OD730値)は、培養液の菌体濃度(OD730値)が8日目に0.9以上であれば、生育がかなり良好であると言えることから、本実施例では、調製された懸濁液中の外膜剥離株の菌体濃度は、OD730値で7.3以上80以下であり、より好ましくは、外膜剥離株の凍結乾燥に最適な菌体濃度(OD730値)は、7.3以上60以下であることが示された。なお、凍結乾燥に最適な菌体濃度は、予備試験等を行い適宜設定されてもよい。 In addition, the optimal bacterial cell concentration (OD 730 value) for freeze-drying is that if the bacterial cell concentration (OD 730 value) in the culture solution is 0.9 or higher on the 8th day, growth is quite good. In this example, the bacterial cell concentration of the outer membrane-exfoliating strain in the prepared suspension was OD 730 of 7.3 or more and 80 or less, and more preferably, the bacterial cell concentration was optimal for freeze-drying the outer membrane-exfoliating strain. The concentration (OD 730 value) was shown to be 7.3 or more and 60 or less. Note that the optimal bacterial cell concentration for freeze-drying may be determined as appropriate by conducting preliminary tests and the like.

(5)外膜剥離株の凍結乾燥に適切なスクロース分子数/菌体数の比率の検討
続いて、外膜剥離株の凍結乾燥に適切なスクロース分子数/菌体数の比率について検討した。上記(3-1-1)と同様にして、培養5日目の外膜剥離株の培養液から菌体を回収し、回収された菌体を、菌体濃度OD730= 7.3となるように1.6mM~400mMスクロース含有BG-11培地に懸濁して懸濁液を調製した。この懸濁液を液体窒素で凍結した後、凍結された懸濁液を、上記(3-1-1)と同様の条件で凍結乾燥にして、懸濁液から水分を除去した。凍結乾燥終了後、直ちに、菌体を菌体濃度OD730 = 0.1となるように試験管中のBG-11培地5 mLに接種し、光量100μmol/m2/s、30℃の条件で8日間振盪培養した後、培養液の菌体濃度(OD730値)を測定した。図6は、凍結乾燥処理時の懸濁液中の菌体数に対するスクロース分子の数の比と、凍結乾燥菌体の生育との関係を示すグラフ(n-3、エラーバー=SD)である。
(5) Examination of the ratio of the number of sucrose molecules/the number of bacterial cells appropriate for freeze-drying the outer membrane-exfoliating strain Next, we examined the ratio of the number of sucrose molecules/the number of bacterial cells appropriate for the freeze-drying of the outer membrane-exfoliating strain. In the same manner as in (3-1-1) above, cells were collected from the culture solution of the outer membrane detachment strain on the 5th day of culture, and the collected cells were adjusted to a cell concentration OD 730 = 7.3. A suspension was prepared by suspending it in BG-11 medium containing 1.6mM to 400mM sucrose. After freezing this suspension with liquid nitrogen, the frozen suspension was freeze-dried under the same conditions as in (3-1-1) above to remove water from the suspension. Immediately after freeze-drying, the cells were inoculated into 5 mL of BG-11 medium in a test tube at a cell concentration of OD 730 = 0.1, and incubated at 30℃ for 8 days at a light intensity of 100 μmol/m 2 /s. After shaking culture, the bacterial cell concentration (OD 730 value) of the culture solution was measured. Figure 6 is a graph (n-3, error bar = SD) showing the relationship between the ratio of the number of sucrose molecules to the number of bacterial cells in the suspension during freeze-drying and the growth of freeze-dried bacterial cells. .

図6に示されるように、外膜剥離株の凍結乾燥菌体の培養液の吸光度(OD730値)が0.8以上である場合に、生育が良好であるとみなすことができるため、凍結乾燥時のスクロース分子の数/菌体数の比が109以上であれば、スクロースは菌体の保護剤として効果的に作用することが確認された。 As shown in Figure 6, when the absorbance (OD 730 value) of the culture solution of freeze-dried cells of outer membrane detachment strain is 0.8 or higher, growth can be considered to be good. It was confirmed that when the ratio of the number of sucrose molecules to the number of bacterial cells is 10 9 or more, sucrose effectively acts as a protective agent for bacterial cells.

(6)凍結乾燥菌体の室温における保管試験
続いて、外膜剥離株の凍結乾燥菌体を室温で長期保管可能かを検討した。上記(3-1-1)と同様にして、培養5日目の外膜剥離株の培養液から菌体を回収し、回収された菌体を菌体濃度OD730= 7.3となるようにBG-11培地に懸濁して保護剤(ここでは、スクロース)無添加の懸濁液を調製した。また、同様に、培養液から回収された外膜剥離株の菌体を菌体濃度OD730 = 7.3となるように100mMスクロース含有BG-11培地に懸濁して保護剤(スクロース)添加の懸濁液を調製した。これらの懸濁液をそれぞれ液体窒素で凍結した後、凍結された懸濁液を、それぞれ、上記(3-1-1)と同様の条件で凍結乾燥して、各懸濁液から水分を除去した。凍結乾燥終了後、菌体を真空状態のまま室温において遮光条件下で保管し、0日後、55日後、及び、119日後に、菌体を菌体濃度OD730 = 0.1となるように試験管中のBG-11培地5mLに接種し、光量100μmol/m2/s、30℃の条件で8日間振盪培養した後、培養液の菌体濃度(OD730値)を測定した。図7は、凍結乾燥処理時の懸濁液へのスクロースの添加の有無と、凍結乾燥菌体の保管日数との関係を示すグラフ(n=1~3の平均値)である。図7では、黒三角印で示されるグラフが懸濁液にスクロースを添加して凍結乾燥処理された凍結乾燥菌体の生育を示し、黒丸印で示されるグラフが懸濁液にスクロースを添加せずに凍結乾燥処理された凍結乾燥菌体の生育を示している。
(6) Storage test of freeze-dried bacterial cells at room temperature Next, we investigated whether the freeze-dried bacterial cells of the outer membrane detachment strain could be stored at room temperature for a long period of time. In the same manner as in (3-1-1) above, cells were collected from the culture solution of the outer membrane detachment strain on the 5th day of culture, and the collected cells were added to BG so that the cell concentration was OD 730 = 7.3. -11 medium to prepare a suspension without the addition of a protective agent (in this case, sucrose). Similarly, the bacterial cells of the outer membrane detachment strain recovered from the culture solution were suspended in BG-11 medium containing 100 mM sucrose so that the bacterial cell concentration OD 730 = 7.3, and the suspension was added with a protective agent (sucrose). A liquid was prepared. After freezing each of these suspensions with liquid nitrogen, each frozen suspension was freeze-dried under the same conditions as in (3-1-1) above to remove water from each suspension. did. After freeze-drying, the cells were stored under vacuum at room temperature, protected from light, and after 0, 55, and 119 days, the cells were placed in a test tube at a cell concentration of OD 730 = 0.1. The cells were inoculated into 5 mL of BG-11 medium and cultured with shaking at a light intensity of 100 μmol/m 2 /s at 30°C for 8 days, and then the bacterial cell concentration (OD 730 value) of the culture solution was measured. FIG. 7 is a graph (average value of n=1 to 3) showing the relationship between the presence or absence of addition of sucrose to the suspension during freeze-drying and the number of days the freeze-dried cells were stored. In Figure 7, the graph indicated by a black triangle indicates the growth of freeze-dried bacterial cells that were freeze-dried by adding sucrose to the suspension, and the graph indicated by a black circle indicates the growth of freeze-dried cells that were freeze-dried by adding sucrose to the suspension. The figure shows the growth of freeze-dried bacterial cells that were freeze-dried without drying.

図7に示されるように、外膜剥離株の乾燥菌体は、懸濁液へのスクロースの添加の有無に関わらず、保管日数を経るごとに、凍結乾燥菌体の生育が顕著に低下したが、保護剤としてスクロースを懸濁液へ添加することによって、スクロース無添加の場合に比べて、生育低下が大幅に抑えられた。このことから、保護剤としてスクロースを懸濁液に添加すると、高い生存率を維持したまま開幕剥離株を乾燥状態で長期保存可能であることが確認された。したがって、スクロースは外膜剥離株の凍結乾燥菌体を長期保管しても、有効な保護剤として作用することが示された。 As shown in Figure 7, the growth of the freeze-dried cells of the outer membrane detachment strain decreased significantly with each storage day, regardless of whether sucrose was added to the suspension. However, by adding sucrose to the suspension as a protective agent, the decline in growth was significantly suppressed compared to when no sucrose was added. From this, it was confirmed that when sucrose is added to the suspension as a protective agent, it is possible to store the open-separated strain in a dry state for a long period of time while maintaining a high survival rate. Therefore, it was shown that sucrose acts as an effective protective agent even when the freeze-dried cells of the outer membrane-exfoliating strain are stored for a long period of time.

(他の実施の形態)
以上、本開示に係る外膜剥離型の改変シアノバクテリアの乾燥菌体の製造方法及び乾燥菌体について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。
(Other embodiments)
Above, the method for producing dried bacterial cells of outer membrane exfoliating modified cyanobacteria and the dried bacterial cells according to the present disclosure have been described based on the embodiments, but the present disclosure is limited to these embodiments. It's not a thing. Unless departing from the spirit of the present disclosure, various modifications to the embodiments that can be thought of by those skilled in the art and other forms constructed by combining some of the constituent elements of the embodiments are also within the scope of the present disclosure. included.

上記の実施の形態では、外膜剥離型の改変シアノバクテリアは、シアノバクテリアにおける外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質の総量が、親株における当該タンパク質の総量の30%以上70%以下に抑制させることにより、外膜と細胞膜との結合を弱めて菌体内で産生されたタンパク質を菌体外に漏出させる例について説明したが、本開示は、これに限られない。例えば、シアノバクテリアに外力を加えることにより、外膜と細胞壁との結合を弱めてもよく、外膜を脆弱化させてもよい。また、シアノバクテリアの培養液に酵素又は薬剤に添加することにより、外膜を脆弱化させてもよい。 In the above embodiment, in the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria, the total amount of proteins involved in binding between the outer membrane and the cell wall in cyanobacteria is suppressed to 30% or more and 70% or less of the total amount of the proteins in the parent strain. Although an example has been described in which the bond between the outer membrane and the cell membrane is weakened by causing proteins produced within the bacterial cell to leak out of the bacterial cell, the present disclosure is not limited thereto. For example, by applying an external force to cyanobacteria, the bond between the outer membrane and the cell wall may be weakened, or the outer membrane may be weakened. Alternatively, the outer membrane may be weakened by adding an enzyme or a drug to the culture solution of cyanobacteria.

本開示によれば、シアノバクテリアの外膜が細胞壁から剥離している外膜剥離型の改変シアノバクテリアを高い生存率を維持したまま乾燥状態で保存可能な乾燥菌体の製造方法及び乾燥菌体を提供することができるため、外膜剥離型の改変シアノバクテリアを良好な状態で使用可能となる。 According to the present disclosure, there is provided a method for producing dried bacterial cells capable of preserving membrane-exfoliating modified cyanobacteria in a dry state while maintaining a high survival rate, and dried bacterial cells. Therefore, the modified cyanobacteria with outer membrane exfoliation can be used in good condition.

1 内膜
2 ペプチドグリカン
3 糖鎖
4 細胞壁
5 外膜
6 SLHドメイン保持型外膜タンパク質
7 SLHドメイン
8 有機物チャネルタンパク質
9 細胞壁-ピルビン酸修飾酵素
1 Inner membrane 2 Peptidoglycan 3 Sugar chain 4 Cell wall 5 Outer membrane 6 SLH domain-retaining outer membrane protein 7 SLH domain 8 Organic channel protein 9 Cell wall-pyruvate modifying enzyme

Claims (7)

外膜剥離型の改変シアノバクテリアと、スクロース及びグルコースの少なくとも一方である糖類とを含む懸濁液を調製し、
調製された前記懸濁液から水分を除去する、
乾燥菌体の製造方法。
preparing a suspension containing outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria and a saccharide that is at least one of sucrose and glucose;
removing water from the prepared suspension;
Method for producing dried bacterial cells.
さらに、前記水分の除去では、
調製された前記懸濁液を凍結し、
凍結された前記懸濁液中の前記水分を減圧下で昇華させる、
請求項1に記載の乾燥菌体の製造方法。
Furthermore, in the removal of water,
freezing the prepared suspension;
subliming the water in the frozen suspension under reduced pressure;
The method for producing dried bacterial cells according to claim 1.
調製された前記懸濁液中の前記外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体濃度は、OD(Optical Density)730値で7.3以上80以下である、
請求項1に記載の乾燥菌体の製造方法。
The bacterial cell concentration of the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria in the prepared suspension is 7.3 or more and 80 or less in terms of OD (Optical Density) 730 value.
The method for producing dried bacterial cells according to claim 1.
調製された前記懸濁液中の前記外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体数に対する前記糖類の分子数の比は、10以上である、
請求項1に記載の乾燥菌体の製造方法。
The ratio of the number of molecules of the saccharide to the number of cells of the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria in the prepared suspension is 10 9 or more.
The method for producing dried bacterial cells according to claim 1.
請求項1から4のいずれか1項に記載の乾燥菌体の製造方法によって製造される、
乾燥菌体。
Produced by the method for producing dried bacterial cells according to any one of claims 1 to 4,
Dried bacterial cells.
外膜剥離型の改変シアノバクテリアと、スクロース及びグルコースの少なくとも一方である糖類とを含む、
乾燥菌体。
comprising a modified cyanobacterium that exfoliates its outer membrane and a sugar that is at least one of sucrose and glucose;
Dried bacterial cells.
前記外膜剥離型の改変シアノバクテリアの菌体数に対する前記糖類の分子数の比は、10以上である、
請求項6に記載の乾燥菌体。
The ratio of the number of molecules of the saccharide to the number of bacterial cells of the outer membrane-exfoliating modified cyanobacteria is 10 9 or more.
The dried bacterial cells according to claim 6.
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