JP2024517696A - 純粋なLNFP-Iのインビボ産生のためのα-1,2-フコシルトランスフェラーゼの同定 - Google Patents

純粋なLNFP-Iのインビボ産生のためのα-1,2-フコシルトランスフェラーゼの同定 Download PDF

Info

Publication number
JP2024517696A
JP2024517696A JP2023565528A JP2023565528A JP2024517696A JP 2024517696 A JP2024517696 A JP 2024517696A JP 2023565528 A JP2023565528 A JP 2023565528A JP 2023565528 A JP2023565528 A JP 2023565528A JP 2024517696 A JP2024517696 A JP 2024517696A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
seq
lnfp
nucleic acid
genetically modified
hmo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023565528A
Other languages
English (en)
Inventor
マノス パパダキス,
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DSM IP Assets BV
Original Assignee
DSM IP Assets BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DSM IP Assets BV filed Critical DSM IP Assets BV
Publication of JP2024517696A publication Critical patent/JP2024517696A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/18Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a glycosyl transferase, e.g. alpha-, beta- or gamma-cyclodextrins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/10Transferases (2.)
    • C12N9/1048Glycosyltransferases (2.4)
    • C12N9/1051Hexosyltransferases (2.4.1)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07HSUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H3/00Compounds containing only hydrogen atoms and saccharide radicals having only carbon, hydrogen, and oxygen atoms
    • C07H3/06Oligosaccharides, i.e. having three to five saccharide radicals attached to each other by glycosidic linkages
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/10Transferases (2.)
    • C12N9/1048Glycosyltransferases (2.4)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y204/00Glycosyltransferases (2.4)
    • C12Y204/01Hexosyltransferases (2.4.1)
    • C12Y204/01069Galactoside 2-alpha-L-fucosyltransferase (2.4.1.69)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y204/00Glycosyltransferases (2.4)
    • C12Y204/01Hexosyltransferases (2.4.1)
    • C12Y204/01146Beta-1,3-galactosyl-O-glycosyl-glycoprotein beta-1,3-N-acetylglucosaminyltransferase (2.4.1.146)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y302/00Hydrolases acting on glycosyl compounds, i.e. glycosylases (3.2)
    • C12Y302/01Glycosidases, i.e. enzymes hydrolysing O- and S-glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12Y302/01026Beta-fructofuranosidase (3.2.1.26), i.e. invertase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12RINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/185Escherichia
    • C12R2001/19Escherichia coli

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本開示は、LNFP-Iを産生させるためのLNT産生株への、特にα-1,2-フコシルトランスフェラーゼをコードする、特異的な異種遺伝子(smobとして示される)の同定及び導入を開示する。smob遺伝子は、汽水湖沼堆積物から単離される硫黄酸化細菌である、生物スルフリフレクサス・モビリス(Sulfuriflexus mobilis)(https://www.dsmz.de/collection/catalogue/details/culture/DSM-102939)に由来する。【選択図】図1

Description

発明の詳細な説明
[分野]
本開示は、主要なHMO化合物としてLNFP-Iを産生するためのLNT産生株への、α-1,2-フコシルトランスフェラーゼをコードする特異的な異種遺伝子の同定及び導入を開示する。
[背景]
HMOの化学合成に関連する課題を回避するために、いくつかの酵素的方法及び発酵手法が開発されている。2’-フコシルラクトース、3-フコシルラクトース、ラクト-N-テトラオース、ラクト-N-ネオテトラオース、ラクト-N-フコペンタオースI、3’-シアリルラクトース及び6’-シアリルラクトースなどのいくつかのHMOのための発酵に基づく工程が開発されてきた。発酵に基づく工程は一般的に、遺伝子改変された細菌株、例えば組み換えエシェリキア・コリ(Escherichia coli)(E.コリ(E.coli))などを利用する。
HMOの発酵工程などの生合成産生は、HMO製造に対する、価値のある、コスト効率の良い、大規模適用可能な解決策である。その方法は、所望のオリゴ糖の合成のために必要とされるグリコシルトランスフェラーゼを発現できるように構築された遺伝子改変細菌によるものであり、HMO前駆体としてヌクレオチド糖の細菌の固有のプールを利用する。
HMOの生物工学的産生における最近の開発によって、細菌発現系の所定の固有の限界を克服することが可能になってきた。例えば、HMO産生細菌細胞は、細菌でのヌクレオチド糖の制限された細胞内プールを増加させるために(国際公開第2012/112777号パンフレット)、HMO産生に関与する酵素の活性を改良するために(国際公開第2016/040531号パンフレット)又は合成されたHMOの細胞外培地中への分泌を促進するために(国際公開第2010/142305号パンフレット、国際公開第2017/042382号パンフレット)、遺伝子改変され得る。
さらに、組み換え細胞での関心対象の遺伝子の発現は、例えば、近年、国際公開第2019/123324号パンフレットに記載されているようなものなど、特定のプロモーター配列又は他の遺伝子発現調節因子を用いることによって調節され得る。
近年、国際公開第2019008133号パンフレットに記載されるように、フコシル化HMOの産生が改善され、多くのフコシルトランスフェラーゼが同定され、機能性促進が示され、従って生成物の産生量が増大した。例において、α-1,2-フコシルトランスフェラーゼの選択を発現するE.コリ(E.coli)は、国際公開第2019008133号パンフレットにおいて、LNFP-Iを産生可能であることが示されたが、かなりの副産物HMOを伴う。
このように、HMOを産生するための代替的な遺伝子改変が求められているものの、依然として満たされていない。
[概要]
本明細書中で、発明者らは、LNFP-Iの生合成産生について以前開示されたα-1,2-フコシルトランスフェラーゼよりも優れており、副産物形成の技術的問題を克服し、LNFP-Iタイター及び収率を向上させる、α-1,2-フコシルトランスフェラーゼ、Smobを開示する。
Smobの発現は、次に、副産物のレベルを低く維持しながら、生成物形成を促進し、LNFP-Iのタイターを上昇させる、スクロース利用系又は1つ以上の代謝経路修飾など、さらなる遺伝子修飾と組み合わせられ得る。
本開示は最初に、次の段階を含む、1つ以上のフコシル化ヒトミルクオリゴ糖(HMO)を作製するための方法に関する:
a)配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシル-トランスフェラーゼタンパク質又は配列番号1と少なくとも70%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体をコードする組み換え核酸を含む、HMOを産生可能な遺伝子改変細胞を提供する段階と;
b)前記核酸を発現させるために適切な細胞培養培地において(a)による細胞を培養する段階と;
c)段階(b)で産生されたHMOを回収する段階。
本開示は、さらに、配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシルトランスフェラーゼタンパク質又は配列番号1と少なくとも70%同一である、例えば少なくとも75%同一である、又は例えば少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体をコードする組み換え核酸配列を含む遺伝子改変細胞に関する。
本開示は、配列番号2と少なくとも70%同一である組み換え核酸配列を含む核酸コンストラクトにも関する。
本開示は、さらに、1つ以上のHMOの製造における、本明細書中に記載のような遺伝子改変細胞又は核酸コンストラクトの使用に関する。
[詳細な説明]
本明細書中で開示される何れの方法の工程も、明示的に規定されない限り、開示される正確な順序で実施される必要はない。
本開示は、フコシル化されたオリゴ糖を作製するための方法に関し、前記フコシル化されたオリゴ糖を作製するために遺伝子改変細胞が使用される。前記遺伝子改変細胞は、ドナー基質からアクセプター分子にフコース残基を転移させることが可能な異種α-1,2-フコシルトランスフェラーゼを発現させるために遺伝子改変されており、前記α-1,2-フコシルトランスフェラーゼは、アクセプター分子としてラクトースに対してよりもアクセプター分子としてラクト-N-テトラオース(LNT)に対して特異性が高い。
[α-1,2-フコシルトランスフェラーゼ-smob]
本開示は、α-1,2-フコシル-トランスフェラーゼをコードする特異的な異種遺伝子(smobとして示される)の同定及び、LNFP-Iを生成させるための、LNT産生株へのその導入を指す。smob遺伝子は、生物スルフリフレクサス・モビリス(Sulfuriflexus mobilis)(https://www.dsmz.de/collection/catalogue/details/culture/DSM-102939)由来であり、これは汽水湖沼堆積物から単離される硫黄酸化細菌である。
好ましい例示的な実施形態では、α-1,2-フコシルトランスフェラーゼSmobをコードするアミノ酸配列は、配列番号1と100%同一であり、これは、スルフリフレクサス・モビリス(Sulfuriflexus mobilis)由来であるGenBank ID WP_126455392.1である。
他のα-1,2-フコシルトランスフェラーゼ、例えばFutC(Genbank ref.no:WP_080473865.1)などとは異なり、Smob α-1,2-フコシルトランスフェラーゼは、LNTを選択的にフコシル化することが可能であり、一方でラクトースに対しては活性が非常に低い。これらの有益な効果は、ディープウェルアッセイで確認されており、図1~5並びに以下の実施例における発酵データを参照されたい。細菌細胞に由来するα-1,2-フコシルトランスフェラーゼが本明細書中で提供される。前記フコシルトランスフェラーゼは、それらのフコシルトランスフェラーゼ活性に対するアクセプター分子としてラクト-N-テトラオースを利用する。前記フコシルトランスフェラーゼは、アクセプター分子としてのLNTに基づくフコシル化されたオリゴ糖を合成するために使用され得る。
このように、FutC又はFucT54と比較してより高いLNFP-IタイターがSmobで達成され得るだけでなく(図1A)、FutC酵素の特異性が低い結果である2’-FLの顕著な形成が回避され得る(図2)。
図3~5で示されるように、得られる最終HMOプロファイルは、FutC、FucT54又はSmob酵素がLNT産生株において導入される場合、顕著に異なる。特に、smob発現細胞から得られるHMOプロファイルは、ほぼ全てLNFP-I(91%)からなる(図5)。
Smob酵素に対する本明細書に記載の特性は、ヒト病原体ではないスルフリフレクサス・モビリス(Sulfuriflexus mobilis)などの微生物がHMOにおいてこのような活性を有し得る酵素を保持するという意味で非常に興味深い。さらにより興味深いことに、E.コリ(E.coli)細胞におけるSmob酵素の発現の結果、同一である株バックグラウンドにおいて及び同じ調節エレメントの制御下で及び同じ遺伝子用量で発現される場合、他のα-1,2-フコシルトランスフェラーゼ、例えばFucT54酵素(国際公開第2019/008133号パンフレットでも開示されるGenbank ref.no:WP_013031010.1)などと比較して、はるかに高いLNFP-Iタイターが得られ得る。
また、LNTを特異的にフコシル化し、ラクトースをフコシル化しない能力は、酵素(例えばFutC)改変の試みの結果であると予想され得る。しかし、汽水湖沼堆積物などの本来なら予想外の生息地において見出される天然の微生物により産生される野生型酵素が、HMO分子、即ちLNTに対して、所望のフコシル化特異性を示し得る。
α-1,2-フコシル-トランスフェラーゼは、α-1,2連結を介してO-抗原反復単位のガラクトース残基上にフコースを付加することに関与する。タンパク質の配列は、機能性の喪失なく変更され得る。
Smob α-1,2-フコシル-トランスフェラーゼの機能は、α-1,2カップリングを通じてアクセプターのGal部分上へドナー分子からのフコシル部分を転移させることである。ドナーは、例えば、アクセプター分子が、ラクトース、LNT及び/又はLNFP-Iである場合、GDP-フコースである。
従って、1つ以上の例示的な実施形態では、Smob α-1,2-フコシルトランスフェラーゼ又はその機能性相同体は、ラクトース及び/又はLNT上へGDP-フコースからフコシル基を転移させ、従って2’-FL及び/又はLNFP-Iを生成させる(図10を参照)。同様に、本酵素は、GDP-フコースからフコシル基をラクトース上に転移させ、従って2’-FLを生成させる。
Smob α-1,2-フコシルトランスフェラーゼの活性は、ラクトースに対してよりもLNTのフコシル化に対して高い。
Smob α-1,2-フコシルトランスフェラーゼは、ラクトースにおいて活性が低く、LNTにおいて活性が高い。LNTにおけるSmob α-1,2-フコシルトランスフェラーゼの高い活性及びラクトースにおける前記α-1,2-フコシルトランスフェラーゼの低い活性の例は、実施例1で示す。
1つ以上の例示的な実施形態では、組み換え核酸は、配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシルトランスフェラーゼタンパク質又は配列番号1と少なくとも70%同一である、例えば少なくとも71%同一である、少なくとも72%同一である、少なくとも73%同一である、少なくとも74%同一である、少なくとも75%同一である、少なくとも76%同一である、少なくとも77%同一である、少なくとも78%同一である、少なくとも79%同一である、少なくとも80%同一である、少なくとも81%同一である、少なくとも82%同一である、少なくとも83%同一である、少なくとも84%同一である、少なくとも85%同一である、少なくとも86%同一である、少なくとも87%同一である、少なくとも88%同一である、少なくとも89%同一である、少なくとも90%同一である、少なくとも91%同一である、少なくとも92%同一である、少なくとも93%同一である、少なくとも94%同一である、少なくとも95%同一である、少なくとも96%同一である、少なくとも97%同一である、少なくとも98%同一である、又は少なくとも99%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体をコードする。
1つ以上の現在好ましい例示的な実施形態では、アミノ酸配列は、配列番号1と少なくとも75%同一である。
[配列同一性]
2つ以上の核酸又はアミノ酸配列の文脈において、「[所定の]%の配列同一性」という用語は、2つ以上の配列が、核酸又はアミノ酸の比較ウィンドウ又は指定された配列にわたって最大一致について比較し、整列させたとき、所与のパーセントで共通するヌクレオチド又はアミノ酸残基を有することを意味する(即ち、配列は、少なくとも90パーセント(%)の同一性を有する)。核酸配列又はアミノ酸配列のパーセント同一性は、デフォルトパラメーターを用いるBLAST 2.0配列比較アルゴリズムを使用して、又は手動によるアラインメント及び目視によって測定され得る(例えば、http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/を参照)。この定義は、欠失及び/又は付加を有する試験配列の相補体及び配列並びに置換を有するものにも適用される。パーセント同一性、配列類似性の決定に、またアラインメントに適切であるアルゴリズムの例は、BLAST 2.2.20+アルゴリズムであり、これは、Altschul et al.Nucl.Acids Res.25,3389(1997)に記載されている。BLAST 2.2.20+は、本開示の核酸及びタンパク質に対するパーセント配列同一性を決定するために使用される。BLAST分析を実施するためのソフトウエアは、National Center for Biotechnology Information(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)を通して公式に入手可能である。一般的に使用されている配列アラインメントアルゴリズムの例は、
CLUSTAL Omega(http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo/)、
EMBOSS Needle(http://www.ebi.ac.uk/Tools/psa/emboss_needle/)、
MAFFT(http://mafft.cbrc.jp/alignment/server/)又は
MUSCLE(http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/muscle/)である。
好ましくは、2つのアミノ酸配列間の配列同一性は、EMBOSSパッケージ(EMBOSS:The European Molecular Biology Open Software Suite,Rice et al.,2000,Trends Genet.16:276-277,)、好ましくはバージョン5.0.0以降(https://www.ebi.ac.uk/Tools/psa/emboss needle/で利用可能)のNeedleプログラムにおいて実行されるような、Needleman-Wunschアルゴリズム(Needleman and Wunsch,1970,J.Mo/.Biol.48:443-453)を用いて決定される。用いられるパラメータは、10のギャップオープンペナルティ、0.5のギャップ伸長ペナルティ及びEBLOSUM62(30 BLOSUM62のEMBOSSバージョン)置換マトリクスである。Needle標識「最長同一性」(-nobriefオプションを用いて得られる)の出力が同一性パーセントとして用いられ、以下のように算出される:(同一の残基x100)/(アラインメントの長さ-アラインメント中のギャップの総数)。
好ましくは、2つのヌクレオチド配列間の配列同一性は、EMBOSSパッケージ(EMBOSS:The European Molecular Biology Open Software Suite,Rice et al.,2000,Trends Genet.16:276-277)、10好ましくはバージョン5.0.0以後のNeedleプログラムにおいて実行されるようなNeedleman-Wunschアルゴリズム(Needleman and Wunsch,1 970、上出)を使用して決定される。用いられるパラメータは、10のギャップオープンペナルティ、0.5のギャップ伸長ペナルティ及びDNAFULL(NCBI NUC4.4のEMBOSSバージョン)置換マトリクスである。Needle標識「最長同一性」(-nobriefオプションを用いて得られる)の出力が同一性パーセントとして用いられ、以下のように算出される:(同一のデオキシリボヌクレオチドx100)/(アラインメントの長さ-アラインメント中のギャップの総数)。
[機能性相同体]
本明細書中に記載のようなタンパク質/ヌクレオチドの機能性相同体は、その元々の機能性を保持する、遺伝コード中に変更を有するタンパク質/ヌクレオチドである。機能性相同体は、突然変異誘発により得られ得る。機能性相同体は、タンパク質/ヌクレオチドの機能性と比較して、少なくとも50%、例えば60%、70%、80%、90%又は100%の残存する機能性を有するべきである。
開示されるアミノ酸配列の何れか1つの機能性相同体はまた、より高い機能性を有し得る。本明細書中に記載のような機能性相同体は、HMO収率、純度、バイオマス形成減少、遺伝子改変細胞の生存能、遺伝子改変細胞のロバスト性又は消耗品の減少という点で、HMO産生に寄与することが可能である。
[1つ以上のヒトミルクオリゴ糖(HMO)を産生させるための方法]
工業生産においてSmob α-1,2-フコシルトランスフェラーゼを適用する場合、複合HMOの酵素性生産においてより高い変換率を達成することが可能である。
従って、1つ以上の例示的な実施形態では、本開示は、次の段階を含む、1つ以上のヒトミルクオリゴ糖(HMO)を産生させるための方法に関する:
a)配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシル-トランスフェラーゼタンパク質又は配列番号1と少なくとも70%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体をコードする組み換え核酸を含む、HMOを産生可能な遺伝子改変細胞を提供する段階と;
b)前記核酸を発現させるために適切な細胞培養培地において(a)による細胞を培養する段階と;
c)段階(b)で産生されたHMOを回収する段階。
一実施形態では、1つ以上のHMOは、好ましくは2’-FL、LNFP-I及びDFLからなる群から選択される、少なくとも1つのフコシル化HMOを含有する。
別の実施形態では、1つ以上のHMOは、好ましくは2’-FL、LNFP-I及びLNDFH-Iからなる群から選択される、少なくとも1つのフコシル化HMOを含有する。
好ましい実施形態では、本方法は、LNFP-1を主に産生し、つまり、産生される総HMOの70%超がLNFP-Iである。本発明の文脈において、LNFP-Iは、HMO産物又は主要なHMOとも呼ばれ得る。
[ヒトミルクオリゴ糖(HMO)]
本発開示の文脈において、「オリゴ糖」という用語は、いくつかの単糖単位を含有する糖ポリマーを意味する。いくつかの実施形態では、好ましいオリゴ糖は、3、4、5又は6単糖単位からなる糖ポリマー、即ち三糖、四糖、五糖又は六糖である。本開示の好ましいオリゴ糖は、ヒトミルクオリゴ糖(HMO)である。
これに関連して、「ヒトミルクオリゴ糖」又は「HMO」という用語は、ヒト母乳中で見出される複合糖質を意味する。HMOは、1つ以上のβ-N-アセチル-ラクトサミニル及び/又は1つ以上のβ-ラクト-N-ビオシル単位によって伸長され得る還元末端でラクトース単位を含むコア構造を有し、このコア構造は、1つ以上のα-L-フコピラノシル及び/又はα-N-アセチル-ノイラミニル(シアリル)部分によって修飾され得る。
この点において、非酸性(又は中性)HMOは、シアリル残基を欠き、酸性HMOは、それらの構造に少なくとも1つのシアリル残基を有する。非酸性(又は中性)HMOは、フコシル化されてもよいし又はされなくてもよい。このような中性の非フコシル化HMOの例としては、ラクト-N-トリオースII(LNT-II)ラクト-N-テトラオース(LNT)、ラクト-N-ネオテトラオース(LNnT)、ラクト-N-ネオヘキサオース(LNnH)、パラ-ラクト-N-ネオヘキサオース(pLNnH)、パラ-ラクト-N-ヘキサオース(pLNH)及びラクト-N-ヘキサオース(LNH)が挙げられる。中性フコシル化HMOの例としては、2’-フコシルラクトース(2’-FL)、ラクト-N-フコペンタオースI(LNFP-I)、ラクト-N-ジフコヘキサオースI(LNDFH-I)、3-フコシルラクトース(3’-FL)、ジフコシルラクトース(DFL)、ラクト-N-フコペンタオースII(LNFP-II)、ラクト-N-フコペンタオースIII(LNFP-III)、ラクト-N-ジフコヘキサオースIII(LNDFH-III)、フコシル-ラクト-N-ヘキサオースII(FLNH-II)、ラクト-N-フコペンタオースV(LNFP-V)、ラクト-N-ジフコヘキサオースII(LNDFH-II)、フコシル-ラクト-N-ヘキサオースI(FLNH-I)、フコシル-パラ-ラクト-N-ヘキサオースI(FpLNH-I)、フコシル-パラ-ラクト-N-ネオヘキサオースII(F-pLNnH II)及びフコシル-ラクト-N-ネオヘキサオース(FLNnH)が挙げられる。酸性HMOの例としては、3’-シアリルラクトース(3’-SL)、6’-シアリルラクトース(6’-SL)、3-フコシル-3’-シアリルラクトース(FSL)、3’-O-シアリルラクト-N-テトラオースa(LSTa)、フコシル-LSTa(FLSTa)、6’-O-シアリルラクト-N-テトラオースb(LSTb)、フコシル-LSTb(FLSTb)、6’-O-シアリルラクト-N-ネオテトラオース(LSTc)、フコシル-LSTc(FLSTc)、シアリル-ラクト-N-ヘキサオース(SLNH)、シアリル-ラクト-N-ネオヘキサオースI(SLNH-I)、シアリル-ラクト-N-ネオヘキサオースII(SLNH-II)及びジシアリル-ラクト-N-テトラオース(DS-LNT)が挙げられる。
本開示の文脈において、ラクトースは、HMO種であるとみなされない。
[1つ以上のHMO]
「1つ以上のHMO」という用語は、HMO産生細胞が単一のHMO構造(第1のHMO)又は複数のHMO構造(第2、第3などのHMO)を産生可能であり得ることを意味する。1つの細胞からの複数のHMO構造は、特に細胞が複数のグリコシルトランスフェラーゼを含有する場合であるが、それは、これがHMO副産物形成に至ることが多いからである。典型的には、副産物HMOは、主要HMOの前駆体又は主要HMOのさらなる修飾の産物の何れかである。いくつかの実施形態では、優勢な量の生成物HMO及び少量の副産物HMOを産生することが所望され得る。本明細書に記載したHMO産生のための細胞及び方法は、規定のHMOプロファイルを有するHMO生成物の制御された産生、例えば、一実施形態では、生成物HMOが混合物の他のHMO(即ち副産物HMO)と比較して優勢なHMOとなる、即ち生成物HMOが他の副産物HMOより多量に産生される、HMO混合物の産生を可能にし;他の実施形態では、同じHMO混合物を産生する細胞が、生成物HMOよりも多量に1つ以上の副産物HMOを産生するように調整され得る。例えば、主要なHMO LNFP-Iの産生中、2’-FL及びいくつかのDFL、LNT-II、LNT及び潜在的にまたLNnH、パラ-LNHの顕著な量が発酵後に存在することが多く、これらは副産物HMOとみなされ得るが、また最終HMO産物の一部として所望され得る。本発明の遺伝子修飾細胞を用いて、LNFP-I生成物中の2’-FLのレベルを顕著に低下させ得る。
[ヒトミルクオリゴ糖(HMO)ブレンド物]
「ブレンド物」又は「HMOブレンド物」という用語は、2つ以上のHMO及び/又はHMO前駆体、例えばLNT-II、LNT、LNnT、LNH、LNnH、p-LNH、p-LNnH、2’-FL、3FL、DFL、LNFP-I、LNFP-II、LNFP-III、LNFP-V、F-LNnH、DF-LNH I、DF-LNH II、DF-LNH I、DF-パラ-LNH、DF-パラ-LNnH、3’-SL、6’-SL、FSL、F-LSTa、F-LSTb、F-LSTc、LSTa、LSTb、LSTc及びDS-LNTから選択されるHMOなどであるが限定されないものの混合物を指す。
いくつかの例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞が単一のHMOを産生することが好まれ得、他の好ましい例示的な実施形態では、複数のHMO構造を産生する遺伝子改変細胞が好まれ得る。
いくつかの例示的な実施形態では、大量の主要な1種又は複数種のHMO及び少量の副産物HMOを産生することが所望され得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、1つ以上のフコシル化ヒトミルクオリゴ糖(HMO)を生成させる。本発明に関連して、これは、1つ以上のフコシル化HMOを含むことを意味し、1つ以上のフコシル化HMOの産生が、発酵工程において副産物HMOとして産生されるLNT-II及びLNTのような、中性コアHMOなどの他のHMOの存在を除外しないことを理解されたい。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、2’-FL、LNT-II、LNT、LNFP-I、LNDFH-I及びDFLからなる群から選択される1つ以上のHMOを産生し得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、2’-FL、LNFP-I、LNDFH-I及びDFLからなる群から選択される1つ以上のフコシル化HMOを産生し得る。好ましくは、少なくともLNFP-Iが存在する。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、2’-FL、DFL、LNT-II、LNT及びLNFP-Iである、1つ以上のHMOを産生し得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、2’-FL、DFL、LNT及びLNFP-Iである、1つ以上のHMOを産生し得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、LNFP-I及び潜在的に2’-FL、LNT-II及び/又はLNTの1つ以上である、1つ以上のHMOを産生し得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、LNFP-I及び潜在的に2’-FL、DFL及び/又はLNTの1つ以上である、1つ以上のHMOを産生し得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、LNFP-I及びLNTである、1つ以上のHMOを産生し得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、LNFP-I及び2’-FLである、1つ以上のHMOを産生し得る。
[主要なHMO]
「主要な」という用語は、本明細書中で、回収されたHMOの総量の70モル%超、例えば71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%又は99.5%超などであるが限定されない単一HMO種を定義するために使用される。同じ定義は、HMOのブレンド物に適用され、これは、例えば2つのHMOのブレンド物が回収されたHMOの総量の70%超である場合、この2つのHMOのブレンド物が「主要」であることを意味する。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、1つ以上のHMOを産生し得、産生されるこの主要なHMOは、LNFP-I、2’-FL及び/又はLNTである。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、1つ以上のHMOを産生し、産生される主要なHMOはLNFP-Iである。具体的に、LNFP-Iは、総HMOの70モル%超、例えば総HMOの75%超、例えば80%超、例えば85%超、例えば90%超、例えば95モル%超などで産生される。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、1つ以上のHMOを産生し得、産生される主要なHMOは、LNT及びLNFP-Iのブレンド物である。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、1つ以上のHMOを産生し得、産生される主要なHMOは、2’-FL及びLNFP-Iのブレンド物である。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、1つ以上のHMOを産生し得、産生される主要なHMOは、LNFP-I及びLNT-IIのブレンド物である。
[主要なHMOとしてのLNFP-I]
本開示を伴う1つの目的は、GDP-フコース及びラクトースが2’-FL生合成経路で独占的に使用されないが、代わりにLNFP-I経路に対して利用可能なままであり、LNFP-I経路に対して向けられると同時に、より高いLNFP-Iタイターを達成することである。これは、発酵終了時に得られるHMOプロファイルが、LNFP-Iから殆ど独占的に構成されるので、発酵によるLNFP-Iの産生に対する工業的工程の開発を促進する。従って、本明細書中に記載の方法の1つの長所は、産生細胞により2-’FLが最小レベルでしか形成されない、発酵によるLNFP-Iの産生が可能になることである。
1つ以上の現在好ましい例示的な実施形態では、産生される主要なHMOはLNFP-Iである。具体的に、LNFP-Iは、総HMOの70モル%超、例えば総HMOの75%超、例えば80%超、例えば85%超、例えば90%超、例えば95モル%超などで産生される。
ラクト-N-フコ-ペンタオースI(LNFP-I)は、五糖、より正確には、フコース、ガラクトース、N-アセチルグルコサミン、ガラクトース及びグルコース(Fucα1-2Galβ1-3GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc)から構成される中性フコシル化五糖である。それは、ヒト母乳中に天然に存在する。LNFP-Iは、腸細胞壁への病原体付着の阻害を介した免疫的健康及び毒素への結合を介した抗菌効果を支持する。LNFP-Iはまた、ビフィドバクテリウム属の増殖に対して良い影響も有し、これは腸の健康に有益である。
主にLNFP-Iを産生させることは、大規模である場合に特に困難であり、また、本開示は、主にLNFP-Iを産生させるための有効な手段を提供する。
実施例セクション及び特に図5から見られるように、Smob α-1,2-フコシルトランスフェラーゼは、smob発現細胞で検出される、高レベルのLNFP-I産生及び他のHMOの非常に低いタイターにより明らかにされるように、LNTに対して高い特異性を示し、同時にラクトースに対して示す特異性は非常に低い。従って、LNT合成に必要な2つのグリコシルトランスフェラーゼ(β-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼ及びβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ)及びさらにSmob酵素を発現する本明細書中で示される遺伝子改変細胞は、殆ど独占的にLNFP-Iを産生する。
1つ以上の例示的な実施形態では、最終HMOブレンド物におけるLNFP-Iモル%割合は、70%超、例えば71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%又は99.5%超などであるが限定されない。
このように、本開示は、既にLNTを産生するE.コリ(E.coli)株が、中性HMOブレンド物のLNFP-I含量を増加させるか又は殆ど「純粋な」LNFP-I HMO生成物又は少なくとも高い比率のLNFP-I:HMO副産物を生じさせるインビボ産生工程を確立するかの何れかのために、有利に使用され得ることを明らかにする。
従って、1つ以上の例示的な実施形態では、本明細書中に記載の方法は、1つ以上のHMOの産生に関し、回収されたHMOは、80~99.9%、好ましくは90~99.9%のLNFP-Iを含有する。
[性能評価]
1つ以上の例示的な実施形態では、改変HMO産生株の性能を2つの部分で評価する。最初に、同等な培養条件下での濃度として測定される、1つ以上のある特定のHMOのHMOタイターにおける%変化によって、全体的な生産性を評価する。第2に、ある特異的な標的HMOと別の特異的なHMO副産物との間の比率又は標的HMOと全てのHMOの合計との間の比率によって、ある特定の生成物組成物の品質を評価した。HMO比率は、全ての例においてモル比率として、x:yとしての絶対比の形態で又は%で与えられる相対比率としての何れかで与えられる。本発明の目的に対して、ラクトースは、HMOとみなされない。
[他のHMO]
[2’-FL]
2’-フコシルラクトース(2’-FL又は2’O-フコシルラクトース)は、三糖、より正確には、L-フコース、D-ガラクトース、及びD-グルコース単位で構成されるフコシル化中性三糖(Fucα1-2Galβ1-4Glc)である。それは、ヒト母乳中で天然に存在する最も優勢なヒトミルクオリゴ糖(HMO)であり、全てのHMOの約30%を占める。遺伝子改変細胞において又は酵素反応において、ラクトース及びフコシルドナーとのα-1,2-フコシルトランスフェラーゼ酵素反応によって2’-FLが主に産生される。
1つ以上の例示的な実施形態では、本明細書中に記載の方法により産生されるHMOは、2’-フコシルラクトースである。
[LNT-II]
ラクト-N-トリオースII(LNT-II)は、三糖、より正確には、N-アセチルグルコサミン、ガラクトース及びグルコース(GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc)で構成される中性三糖である。それは、ヒトミルク中に天然に存在する。
1つ以上の例示的な実施形態では、本明細書中に記載の方法により産生されるHMOは、ラクト-N-トリオースIIである。
[LNT]
ラクト-N-テトラオース(LNT)は、四糖、より正確には、ガラクトース、N-アセチルグルコサミン、ガラクトース及びグルコース(Galβ1-3GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc)で構成される中性四糖である。それは、ヒトミルク中に天然に存在する。
1つ以上の例示的な実施形態では、本明細書中に記載の方法により産生されるHMOは、ラクト-N-テトラオースである。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法は、1つ以上のHMOを産生し得、産生される主要なHMOはLNTである。
[DFL]
ジフコシルラクトース(DFL又は2’,3-ジ-O-フコシルラクトース)は、四糖、より正確には、L-フコース、D-ガラクトース、L-フコース及びD-グルコースで構成されるフコシル化中性四糖(Fucα1-2Galβ1-4(Fucα1-3)Glc)である。それは、ヒトミルク中に天然に存在する。
[HMOブレンド物のモル比率]
本明細書中で開示される方法により産生されるHMO生成物は、比率でも与えられ得る。本明細書中で記載の場合、「比率」は、2つのHMO間又は1つのHMOと他のHMOの合計との間のモル比率として理解される。HMO比率は、全ての例においてモル比率として、x:yとしての絶対比率の形態で又は%で与えられる相対比率としての何れかで、与えられる。
従って、1つ以上の例示的な実施形態では、段階c)において回収されたLNFP-I:2’-FLのモル比率は、20:1~1:1の範囲、例えば15:1、10:1、5:1、1:1などであるが限定されないか、又は2’-FLは前記生成物中に存在しない。
1つ以上の例示的な実施形態では、段階c)で回収されるLNFP-I:LNTのモル比率は、1000:1~1:1の範囲、例えば100:1、80:1、50:1、25:1、15:1、10:1、5:1、1:1などであるが限定されないか、又はLNTは前記生成物中に存在しない。
[回収されたHMO中のLNFP-I:2’-FLのモル比率]
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法による段階c)の回収されたHMO中又は最終生成物中のLNFP-I:2’-FLのモル比率は、15:1~2:1の範囲である。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法による段階c)の回収されたHMO中又は最終生成物中のLNFP-I:2’-FLのモル比率は、15:1~3:1の範囲、例えば14:1~7:1の範囲、例えば13:1~9:1の範囲などである。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:2’-FLのモル比率は、15:1~10:1の範囲、例えば14:1~11:1の範囲など、例えば13:1~12:1の範囲などである。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:2’-FLのモル比率は、10:1、5:1又は3:1である。
[回収されたHMOにおけるLNFP-I:LNTの比率]
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:LNTのモル比率は、1000:1~10:1の範囲である。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:LNTのモル比率は、500:1~100:1の範囲である。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:LNTのモル比率は、800:1~200:1の範囲である。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:LNTのモル比率は、1000:1~500:1の範囲である。
1つ以上の例示的な実施形態では、本方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:LNTのモル比率は、950:1~750:1の範囲である。
例示的な実施形態では、本発明の方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:LNTのモル比率は、100:1、80:1、50:1又10:1である。
別の例示的な実施形態では、本発明の方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:LNTのモル比率は、90:1~11:1の範囲である。
別の例示的な実施形態では、本発明の方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:LNTのモル比率は、50:1~20:1の範囲である。
別の例示的な実施形態では、本発明の方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:LNTのモル比率は、10:1を上回るが、100:1を下回り、例えば20:1を上回るが、90:1を下回るか、又は例えば50:1を上回るが99:1を下回るなどである。
別の例示的な実施形態では、本発明の方法による段階c)の回収されたHMO中のLNFP-I:LNTのモル比率は、10:1を上回るが、100:1を下回り、例えば15:1を上回るが、50:1を下回るか、又は例えば20:1を上回るが40:1を下回るなどである。
[HMOの非存在]
1つ以上の例示的な実施形態では、LNT-IIは、回収されたHMOには存在しない。
HMOは、前記HMOの量が、回収されたHMOの総量の1%未満、例えば回収されたHMOの総量の、0.9%未満、0.1%未満、0.01%未満、0.001%未満などであるが限定されない量を構成する場合、本明細書中に記載の方法の段階c)において回収されたHMOには存在しないとみなされる。
1つ以上の例示的な実施形態では、2’-FL及び/又はLNT-II及び/又はLNT及び/又はLNDFH-I及び/又はDFLは存在しない。
1つ以上の例示的な実施形態では、LNT-II及び/又はLNTは存在しない。
1つ以上の例示的な実施形態では、2’-FL及び/又はLNDFH-I及び/又はDFLは存在しない。
[培養]
本文脈において、培養は、制御された条件下で、一般的にはその天然の環境外で、細胞を増殖させる工程、従って多数の細胞を育てる、増殖させる及び成長させるために使用される方法を指す。
[細胞培養培地]
本文脈において、増殖培地又は培養培地は、微生物、細胞又は小型の植物の増殖を支持するように設計された液体又はゲルである。培地は、エネルギーの適切な供給源を含み、細胞周期を調節する化合物を含み得る。培養培地は、半規定、即ち複合培地化合物(例えば、酵母抽出物、大豆ペプトン、カザミノ酸など)を含有するものであってもよいし、又は複合化合物を含まない化学的に規定されたものであってもよい。例示的な適切な培地は、実験例で提供する。
1つ以上の例示的な実施形態では、培養培地は最少培地である。
1つ以上の例示的な実施形態では、培養培地は、ラクトース、グリセロール、スクロース、グルコース及びフルクトースを含有する群から選択される1つ以上のエネルギー炭素源が補充される。
1つ以上の例示的な実施形態では、培養培地は、グリセロール、スクロース及びグルコースを含有する群から選択される1つ以上のエネルギー及び炭素源が補充される。
1つ以上の例示的な実施形態では、培養培地は、グリセロール、スクロース及び/又はグルコースが補充される。
1つ以上の例示的な実施形態では、培養培地は、グリセロール及び/又はグルコースが補充される。
1つ以上の例示的な実施形態では、培養培地は、スクロース及び/又はグルコースが補充される。
1つ以上の例示的な実施形態では、培養培地は、グリセロール及び/又はスクロースが補充される。
1つ以上の例示的な実施形態では、培養培地は、スクロースのみが補充される。
1つ以上の例示的な実施形態では、培地は、唯一の炭素及びエネルギー源としてスクロースを含有する。
1つ以上の例示的な実施形態では、培養培地は、グルコースのみが補充される。
1つ以上の例示的な実施形態では、培養培地は、唯一の炭素及びエネルギー源としてグルコースを含有する。
[スクロース発酵]
バイオテクノロジー産業は、スクロースのような大量及び安価な炭素源により燃料が与えられるエアロビックな生体工程を開発する努力をしており、従って、1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、唯一の炭素及びエネルギー源としてスクロースを利用可能である。
1つ以上の好ましい例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、スクロース利用系を発現する。このような系は、細胞にとって内因性であり得るが、これは、細胞がスクロースを利用できない場合、異種でもあり得る。
1つ以上の好ましい例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、1つ以上の異種ポリペプチドをコードする1つ以上の異種核酸配列を含み、これにより、前記遺伝子改変細胞の唯一の炭素及びエネルギー源としてのスクロースの利用が可能になる。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、PTS依存性のスクロース利用輸送系及び/又はスクロースを加水分解してフルクトース及びグルコースにすることが可能な異種ポリペプチドをコードする組み換え核酸配列を含み得る。
このような細胞は、炭素及びエネルギー源としてスクロースを利用可能である。例えば、本明細書中で開示される方法の段階b)による培養段階は、2段階のスクロース供給を含み、細胞増殖を緩徐化し、高い細胞密度培養で産生される生成物の含量を向上させるために、第1の供給相で継続的に添加されたものよりも少ないスクロースの量を培養に継続的に添加することによる第2の供給相がある。
第2の供給相中に細胞培養へと継続的に添加されるスクロースの供給速度は、第1の供給相中に継続的に添加されるスクロースの供給速度よりも、30~40%前後低い。
両供給相の間、ラクトースを継続的に、好ましくは同じ供給溶液中でスクロースとともに、又は連続的に添加し得る。
任意選択的に、培養は、かなりの量の未使用アクセプターが細胞外分画において第2の相後に残ったままである場合、第3の供給相をさらに含む。
次に、好ましくはアクセプターの消費まで、第2の供給相に対して設定された同じ供給速度前後で、アクセプターを添加することなく、スクロースの添加が継続される。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、前記遺伝子改変細胞の唯一の炭素エネルギー源としてのスクロースの利用を可能にする1つ以上の異種ポリペプチドをコードする1つ以上の異種核酸配列を含み得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、scrYA及びscrBRオペロンをさらに含む、PTS依存性スクロース利用系から選択されるスクロース利用系を発現する。1つのPTS依存性スクロース系は、国際公開第2015197082号パンフレットに記載されている。
1つ以上の例示的な実施形態では、scrYAオペロンによりコードされるポリペプチドは、配列番号9及び10[scrY及びscrA]によるアミノ酸配列を有するポリペプチド又は、配列番号9及び10[scrY及びscrA]の何れか1つと少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有する、配列番号9及び10[scrY及びscrA]のうち何れか1つの機能性相同体である。
1つ以上の例示的な実施形態では、scrBRオペロンによりコードされるポリペプチドは、配列番号11及び12[scrB及びscrR]によるアミノ酸配列を有するポリペプチド又は、配列番号11及び12[scrB及びscrR]の何れか1つと少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有する、配列番号11及び12[scrB及びscrR]のうち何れか1つの機能性相同体である。
1つ以上の好ましい例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、スクロースをグルコース及びフルクトースへと加水分解することが可能なポリペプチドから選択されるスクロース利用系を発現する。好ましくは、スクロースをグルコース及びフルクトースへと加水分解可能なポリペプチは、単一の異種酵素である。
1つ以上の例示的な実施形態では、スクロースをフルクトース及びグルコースへと加水分解可能なポリペプチドは、配列番号13若しくは14[SacC_Agal及びBff]、又は配列番号13若しくは14[SacC_Agal及びBff]の何れか1つと少なくとも80%同一である、例えば少なくとも85%、例えば少なくとも90%、例えば少なくとも95%同一などであるアミノ酸配列を有する、配列番号13若しくは14[SacC_Agal及びBff]の何れか1つの機能性相同体からなる群から選択される。
[ScrB、ScrR、ScrY及びScrA]
ScrBは、GenBank ID:WP_000056853.1に対して100%同一である異種ポリペプチド又は少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体であり、スクロース-6-リン酸ヒドロラーゼである。
ScrRは、GenBank ID:WP_000851062.1と100%同一である異種ポリペプチド又は少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体であり、スクロースリプレッサータンパク質である。
ScrYは、GenBank ID:CAA40657.1と100%同一である異種ポリペプチド又は少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体であり、スクロースポリンである。
ScrAは、GenBank ID:CAA40658.1と100%同一である異種ポリペプチド又は少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体であり、スクロース特異的酵素IIである。
本文脈において、スクロース利用系は、取り込み及びスクロースからフルクトース及びグルコースへの加水分解並びに系自身のDNAレベル調節を可能にする異種ポリペプチドの群である。
[Bff又はSacC_AgaI]
SacC_AagIは、GenBank ID:WP_103853210.1と100%同一である異種ポリペプチド又は少なくとも80%同一である、例えば少なくとも85%、例えば少なくとも90%、例えば少なくとも95%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体であり、グリコシドヒドロラーゼとして特徴づけられ、インベルターゼ及び/又はスクロースヒドロラーゼとしての今回の開示機能に従う。
Bffは、GenBank ID:BAD18121.1と100%同一である異種ポリペプチド又は少なくとも80%同一である、例えば少なくとも85%、例えば少なくとも90%、例えば少なくとも95%同一であるアミノ酸配列を有する機能性相同体であり、β-フルクトフラノシダーゼである。
本文脈において、インベルターゼ又はスクロースヒドロラーゼは、スクロースをフルクトース及びグルコースへと加水分解可能な酵素である。
[回収]
本文脈における「回収」という用語は、発酵の終了後に、産生されたHMOを回収することに関する。1つ以上の例示的な実施形態では、これは、バイオマス(即ち宿主細胞)及び培養培地の両方に含まれる、即ちバイオマスからの発酵ブロスの分離前に/分離をせずに、HMOを回収することを含み得る。他の実施形態では、産生されたHMOは、バイオマス及び発酵ブロスから個別に、即ち培養培地(即ち発酵ブロス)からのバイオマスの分離後/分離に続いて回収され得る。段階c)の定義は、発酵後である。
培地からの細胞の分離は、当業者にとって周知の方法の何れか、例えば、何れかの適切な種類の遠心分離又はろ過により実行され得る。培地からの細胞の分離は、発酵ブロスの収集直後に続け得るか、又は適切な条件で発酵ブロスを貯蔵した後の段階で実行され得る。残留しているバイオマス(又は全発酵)からの産生されたHMOの回収には、バイオマス(即ち産生細胞)からのその抽出が含まれる。これは、当技術分野の何れかの適切な方法により、例えば超音波処理、煮沸/加熱、ホモジナイズ、リゾチームを用いた酵素的溶解又は凍結及び破砕により行われ得る。
発酵からの回収後、HMOは、さらなる加工処理及び精製に利用可能である。
[遺伝子改変細胞]
本開示は、上記のようなsmob α-1,2-フコシルトランスフェラーゼタンパク質をコードする組み換え核酸配列を含む遺伝子改変細胞に関する。本開示はさらに、フコシル化オリゴ糖を作製するための方法での使用のための遺伝子改変細胞に関する。前記遺伝子改変細胞は、ドナー基質からアクセプター分子にフコース残基を転移させることが可能である異種フコシル-トランスフェラーゼを発現するように遺伝子改変されており、前記アクセプター分子は、好ましくはラクト-N-テトラオースである。
「遺伝子改変細胞」は、本明細書中で使用される場合、組み換え核酸配列により形質転換されているか又は遺伝子移入されている細胞として理解される。従って、「遺伝子改変細胞」は、本文脈において、組み換え核酸配列により形質転換されているか又は遺伝子移入されている宿主細胞として理解される。
本発明の態様は、配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシルトランスフェラーゼタンパク質又は配列番号1と少なくとも70%、例えば少なくとも80%、例えば少なくとも90%、例えば少なくとも95%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体をコードする組み換え核酸配列を含む遺伝子改変細胞である。
本発明のさらなる実施形態では、遺伝子改変細胞は、基質としてのラクトースからLNFP-Iを産生することを可能にするLNT産生細胞である。好ましくは、遺伝子改変細胞は、β-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼタンパク質をコードする核酸配列及び/又はβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼタンパク質をコードする核酸配列をさらに含む。
2’-FLの形成を減少させるため、フコースよりもラクトースへのN-アセチル-グルコサミン(GlcNAc)の付加を優遇するために、フコシルトランスフェラーゼ活性と比較して、細胞においてβ-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼ活性を上昇させることが好ましいものであり得る。
さらなる実施形態では、コピー数を増加させること及び/又は発現を制御するために強力な調節エレメントを選択することの何れかにより、β-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼ発現レベルを上昇させる。
さらなる実施形態では、コピー数を増加させること及び/又は発現を制御するために強力な調節エレメントを選択することの何れかにより、β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ発現レベルを上昇させる。
さらなる実施形態では、コピー数を増加させること及び/又は発現を制御するために強力な調節エレメントを選択することの何れかにより、β-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼ及びβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼの両方の発現レベルを上昇させる。
本発明のさらなる実施形態では、本発明の遺伝子改変細胞は、調節エレメント、特にプロモーター及びアクチベーター、リプレッサー欠失、機能性酵素、例えば糖排出輸送体など、さらなるグリコシルトランスフェラーゼ、コラン酸経路修飾など、以下のセクションに記載のさらなる修飾を含有し得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、本細胞は、2’-FL、LNT-II、LNT、LNFP-I、LNDFH-I及びDFLからなる群から選択される1つ以上のHMOを作製可能である。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、2’-FL、LNT-II、LNT及びLNFP-Iからなる群から選択される1つ以上のHMOを作製可能である。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞により産生される主要なHMOはLNFP-Iである。
遺伝子改変細胞は、哺乳動物細胞株を含むHMO産生に有用な何れかの細胞であり得る。好ましくは、宿主細胞は、真核又は原核起源の単細胞微生物である。
宿主細胞として機能し得る適切な微生物細胞としては、酵母細胞、細菌細胞、古細菌細胞、藻類細胞及び真菌細胞が挙げられる。
遺伝子改変細胞(宿主細胞)は、例えば、細菌細胞又は酵母細胞であり得る。好ましい一実施形態では、遺伝子改変細胞は、細菌細胞などの原核細胞である。
[細菌宿主細胞]
細菌宿主細胞に関して、原則として、限定されないが、それらは、関心対象の遺伝子を挿入するための遺伝的操作を可能にする限り、真正細菌(グラム陽性又はグラム陰性)又は古細菌であり得、製造規模で培養し得る。好ましくは、宿主細胞は、高細胞密度への培養を可能にする特性を有する。本発明によるHMOの工業的組み換え産生のために適切である細菌宿主細胞の非限定的例は、エルウィニア・ヘルビコラ(Erwinia herbicola)(パントエア・アグロメランス(Pantoea agglomerans))、シトロバクター・フロインジイ(Citrobacter freundii)、パントエア・シトレア(Pantoea citrea)、ペクトバクテリウム・カロトボルム(Pectobacterium carotovorum)又はキサントモナス・カンペストリス(Xanthomonas campestris)であり得る。バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)、バチルス・リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)、バチルス・コアギュランス(Bacillus coagulans)、バチルス・サーモフィルス(Bacillus thermophilus)、バチルス・ラテロスポルス(Bacillus laterosporus)、バチルス・メガテリウム(Bacillus megaterium)、バチルス・ミコイデス(Bacillus mycoides)、バチルス・プミルス(Bacillus pumilus)、バチルス・レンツス(Bacillus lentus)、バチルス・セレウス(Bacillus cereus)及びバチルス・サーキュサンス(Bacillus circulans)を含むバチルス属(genus Bacillus)の細菌も使用され得る。同様に、ラクトバチルス・アシドフィルス(Lactobacillus acidophilus)、ラクトバチルス・サリバリウス(Lactobacillus salivarius)、ラクトバチルス・プランタルム(Lactobacillus plantarum)、ラクトバチルス・ヘルベチクス(Lactobacillus helveticus)、ラクトバチルス・デルブリュッキイ(Lactobacillus delbrueckii)、ラクトバチルス・ラムノサス(Lactobacillus rhamnosus)、ラクトバチルス・ブルガリクス(Lactobacillus bulgaricus)、ラクトバチルス・クリスパツス(Lactobacillus crispatus)、ラクトバチルス・ガセリ(Lactobacillus gasseri)、ラクトバチルス・カゼイ(Lactobacillus casei)、ラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)、ラクトバチルス・ジェンセニイ(Lactobacillus jensenii)及びラクトバチルス・ラクティス(Lactococcus lactis)含むが限定されない、ラクトバチルス属(Lactobacillus)及びラクトコッカス属(Lactococcus)の細菌が、本発明の方法を使用して改変され得る。ストレプトコッカス・サーモフィルス(Streptococcus thermophiles)及びプロピオニバクテリウム・フロイデンライシイ(Proprionibacterium freudenreichii)も、本明細書中に記載の本発明のための適切な細菌種である。本発明の一部としてまた、エンテロコッカス(Enterococcus)属(例えば、エンテロコッカス・フェシウム(Enterococcus faecium)及びエンテロコッカス・サーモフィルス(Enterococcus thermophiles))、ビフィドバクテリウム(Bifidobacterium)属(例えば、ビフィドバクテリウム・ロングム(Bifidobacterium longum)、ビフィドバクテリウム・インファンティス(Bifidobacterium infantis)及びビフィドバクテリウム・ビフィドゥム(Bifidobacterium bifidum))、スポロラクトバチルス(Sporolactobacillus)属種、ミクロモモスポラ(Micromomospora)属種、ミクロコッカス(Micrococcus)属種、ロドコッカス(Rhodococcus)属種及びシュードモナス(Pseudomonas)属(例えば、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens)及びシュードモナス・エアルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa))由来の、本明細書中に記載されるように改変された株も挙げられる。
本発明によるHMOの産業的組み換え産生に適した真菌宿主細胞の非限定例は、酵母細胞、例えばコマガタエラ・ファフィ(Komagataella phaffii)、クルイベロマイセス・ラクティス(Kluyveromyces lactis)、ヤロウイア・リポリティカ(Yarrowia lipolytica)、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)及びサッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)又は糸状菌、例えばアスペルギルス(Aspergillus)属種、フザリウム(Fusarium)属種若しくはトリコデルマ(Tricoderma)属種であり得、例示的な種は、A.ニガー(A.niger)、A.ニデュランス(A.nidulans)、A.オリザエ(A.oryzae)、F.ソラニイ(F.solani)、F.グラミネアルム(F. graminearum)及びT.リーゼイ(T.reesei)であり得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、S.セレビシエ(S.cerevisiae)又はP.パストリス(P.pastoris)である。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)である。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、S.セレビシエ(S.cerevisiae)である。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、E.コリ(E.coli)、C.グルタミクム(C.glutamicum)、L.ラクティス(L.lactis)、B.サブチリス(B.subtilis)、S.リビダンス(S.lividans)、P.パストリス(P.pastoris)及びS.セレビシエ(S.cerevisiae)からなる群から選択される。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、B.サブチリス(B.subtilis)、S.セレビシエ(S.cerevisiae)及びエシェリキア・コリ(Escherichia coli)からなる群から選択される。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、B.サブチリス(B.subtilis)である。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)である。
1つ以上の例示的な実施形態では、本発明は、遺伝子改変細胞に関し、その細胞は、E.コリ(E.coli)K-12株又はDE3に由来する。
[発現の制御]
本文脈において、「発現を制御する」という用語は、mRNAへの遺伝子の転写及びその続くタンパク質への翻訳が制御される遺伝子発現に関する。遺伝子発現は主に、大きくは、調節エレメントなどであるが限定されない、DNA上の特異的部位へのタンパク質の結合の結果として、転写レベルで制御される。
上記のように、改変ストラテジーは、複数の方法で適用され得る:
1)コピー数
2)転写又は翻訳レベルでのこれらの遺伝子の何れかのコピーの発現の制御
3)HMO産生工程におけるキー遺伝子の発現を阻止する調節因子の欠失
4)HMO産生工程においてキー遺伝子の発現を活性化する及び/又は促進する調節因子の過剰発現。
活性化された糖GDP-フコース、UDP-N-アセチル-グルコサミニル及びUDP-Gal(ドナー糖)の合成及びそれぞれLNT-II又は2’-FL、LNT及びLNFP-Iを形成させるためのラクトース、LNT-II及びLNT(アクセプター糖)の修飾を含む、遺伝子コピー数及び/又はLNFP-I及び2’-FL生合成経路に直接関与する酵素をコードする遺伝子の発現の上昇は、特にLNFP-Iにおいて望ましい。
1つ以上の例示的な実施形態では、細胞の異なる異種及び/又はネイティブ遺伝子Iの発現は、総HMO収量及び/又は1つ以上の選択されたHMO、例えばLNFP-Iなどの総HMOのモル%の何れかを上昇させる最適なバランスを達成するように制御される。
[過剰発現]
様々な分子機序によって、適切なレベルで及び適用された産生工程と関連する条件下で遺伝子が発現されることが確実になる。例えば、転写の調節は、次の影響の経路にまとめられ得る;転写機構及びエピジェネティック(転写に影響を及ぼすDNA構造における非配列変化)内の制御因子の遺伝学的(関心対象の遺伝子との制御因子の直接的な相互作用)、調整及び/又は相互作用。
何れかの遺伝子に対する決定的な閾値未満への遺伝子発現の低下の結果、突然変異体表現型が得られることが知られているが、それは、このような欠損が基本的に標的遺伝子の機能の部分的又は完全喪失の何れかを模倣するからであり、同時にネイティブ遺伝子の発現上昇は、細胞又は生物にとって有益又は破壊的の両方であり得る。
遺伝子の過剰発現は、転写を促進するためのキー遺伝子調節配列又は転写に正の影響を与える配列エレメントを構成するエンハンサーに結合する転写活性化因子により直接達成され得る。同様に、遺伝子の直接的な過剰発現は、ゲノムにおいて単純にそのコピー数を増加させるか又はそのネイティブプロモーターをより高い強度のプロモーターに置き換えるか、又はさらに対応するmRNAのリボソームへの結合を制御する配列、即ち遺伝子のコード配列の上流に存在するShine-Dalgarno配列を修飾することによって、達成され得る。
さらに、遺伝子の過剰発現は、通常は関心対象の遺伝子のコード配列周辺のキー調節配列に結合し、それによりその転写を阻害する転写リプレッサーの部分的又は完全な不活性化を通じて間接的に達成することもできる。
従って、1つ以上の例示的な実施形態では、タンパク質の過剰発現は、前記タンパク質をコードする遺伝子のコピー数を増加させることによって、及び/又は適切なエレメントを選択するか又は余分なゲノムコピーを付加する、及び/又は通常は結合し、発現を抑制する非機能性(又は非存在)遺伝子産物を付与することによって、提供され得る。
[コピー数の増加]
コピー数の変動は、あるタイプの構造的変動である:具体的に、これは、タンパク質をコードする遺伝子を表す場合、結果として同じタンパク質をコードする遺伝子の数が増加する、塩基対の相当な数の複製又は増大の一タイプである。このような変動は、天然に多くの種で起こり得るが、宿主細胞を遺伝子修飾することによっても導入され得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、発現は、所望の遺伝子のコピー数を増加させることによって制御される。細胞中に高コピー数を有するプラスミドを導入することによるか又は宿主細胞のゲノムに遺伝子のさらなるコピーを導入するかの何れかによってコピー数を増加させ得る。
従って、1つ以上の例示的な実施形態では、本開示は、前記タンパク質をコードする遺伝子のコピー数を増加させることによって、及び/又は適切な調節エレメントを選択することによって、タンパク質の過剰発現がもたらされる方法に関する。
[調節エレメント]
遺伝子改変細胞は、組み換え遺伝子及び/又は相同若しくは異種起源の核酸を含み得る。前記組み換え遺伝子及び/又は核酸の発現は、調節エレメントを含む1つ以上の核酸配列によって調節され得る。
「調節エレメント」という用語は、例えばコード配列を含む核酸配列の発現を調整する調節核酸配列として理解されたい。
一般に、転写及び翻訳調節配列としては、プロモーター配列、リボソーム結合部位、転写開始及び終結配列、翻訳開始及び終結配列並びにエンハンサー又はアクチベーター配列が挙げられるが限定されない。
1つ以上の例示的な実施形態では、組み換え核酸の発現は、調節エレメントを含む1つ以上の核酸配列によって調節される。
1つ以上の例示的な実施形態では、1つ又は複数の調節エレメントは、プロモーター配列を含む。
1つ以上の例示的な実施形態では、組み換え調節エレメントは、異なるプロモーターから組み合わせられたエレメントとともに、2つ以上のプロモーター配列又は組み換えプロモーター配列を含む。
1つ以上の例示的な実施形態では、組み換え調節エレメントは、本発明の遺伝子改変細胞の遺伝子及び/又は異種核酸配列を調節するために適切な単一のプロモーター配列を含む。
1つ以上の例示的な実施形態では、組み換え調節エレメントは、本発明の遺伝子改変細胞の遺伝子及び/又は異種核酸配列を調節するために適切な同一であるプロモーター配列とともに2つ以上の調節エレメントを含む。
1つ以上の例示的な実施形態では、組み換え調節エレメントは、本発明の遺伝子改変細胞の遺伝子及び/又は異種核酸配列を調節するために適切な非同一性のプロモーター配列とともに2つ以上の調節エレメントを含む。
調節構造、即ち、転写因子結合部位の遺伝子ごとの分布及びそれらの部位に結合する転写因子の正体(identities)を複数の異なる増殖条件で使用し得、調節エレメントとして作用する、E.コリ(E.coli)ゲノム全体からの100を超える遺伝子がある。従って、本明細書中に記載のように1つ以上のタンパク質をコードする1つ以上の異種又はネイティブ核酸配列の転写及び/又は転写レベルの調節を可能にする何れかのプロモーター配列が適切であり得る。
[プロモーター]
遺伝子及び/又は核酸配列の発現を調節する上記のような1つ又は複数の調節エレメントは、1つ以上のプロモーター配列を含み得、このプロモーター配列は、関心対象の遺伝子の核酸配列の発現を調節するその意味において関心対象の遺伝子の核酸配列に操作可能に連結される。
「操作可能に連結される」という用語は、本明細書中で使用される場合、2つ以上の核酸(例えばDNA)セグメント間の機能的関係を指す。操作可能に連結される、とは、転写される配列に対する転写調節配列(プロモーター配列、シグナル配列又は一連の転写因子結合部位など)の機能的関係を指す。例えば、プロモーター配列は、それが適切な宿主細胞又は他の発現系においてコード配列の転写を刺激又は調整する場合、コード配列に操作可能に連結されている。従って、「プロモーター配列」という用語は、DNAポリマーにおいて通常遺伝子の前にあり、mRNAへの転写開始のための部位を提供するDNA配列を指す。あるDNAポリマーにおける、通常は遺伝子の「上流」でもある(即ち先行する)「調節因子」DNA配列は、転写開始の頻度(又は速度)を決定するタンパク質に結合する。「プロモーター/調節因子配列」又は「制御」DNA配列とまとめて呼ばれる、機能的DNAポリマーにおける選択された遺伝子(又は一連の遺伝子)に先行するこれらの配列は、遺伝子の転写(及び最終的な発現)が起こるか否かを決定するために協働する。DNAポリマーにおいて遺伝子に続き、mRNAへの転写の終結のためのシグナルを提供するDNA配列は、転写「終結」配列と呼ばれる。
一般に、転写される配列に操作可能に連結されるプロモーター配列は、転写配列に物理的に隣接しており、即ち、それらは、シス作用性である。
プロモーターなどの調節エレメントは、言及されるグリコシルトランスフェラーゼ、輸送体及びコラン酸遺伝子クラスターの発現を制御し、この調節エレメントは、コンストラクトのコード配列の前に来るはずである(プロモーター/調節エレメント+コード配列)。コンストラクトは、ゲノムに組み込まれ得るか、又はこれは、プラスミド若しくは別のエピソーム性エレメントの形態で細胞に導入され得る。
プロモーターは、異種起源のものであるか、遺伝的に修飾された細胞に固有のものであり得るか、又はそれは、異種のエレメント及び/又は固有のエレメントを組み合わせた組み換えプロモーターであり得る。一般に、プロモーターは、ネイティブ、異種及び/又は合成核酸配列を含み得、2つ以上の核酸配列又は上述のような同じ若しくは異なる起源を組み換え、それによって相同、異種又は合成核プロモーター配列(nucleic promoter sequence)及び/又は相同、異種又は合成核調節エレメント(nucleic regulatory element)を生じさせる組み換え核酸配列であり得る。
生成物の産生を増大させる1つの方法は、グリコシルトランスフェラーゼ、輸送体又はグリコシルドナーの生合成経路に関与する酵素など、生成物を産生するのに用いられる所望の酵素活性の産生を調節することであり得る。
所望の酵素の発現を推進するプロモーター強度を増大させることは、こうする1つの方法であり得る。プロモーターの強度は、β-ガラクトシダーゼ活性が、以前に説明されるようにアッセイされるlacZ酵素アッセイを用いて評価され得る(例えば、Miller J.H.Experiments in molecular genetics,Cold spring Harbor Laboratory Press,NY,1972を参照)。簡潔には、細胞をZ-緩衝液中で希釈し、ドデシル硫酸ナトリウム(0.1%)及びクロロホルムにより透過処理する。LacZアッセイは、30℃で実行される。試料を予め加熱し、200μlオルト-ニトロ-フェニル-β-ガラクトシダーゼ(4mg/ml)の添加によってアッセイを開始し、試料が僅かに黄色に変化したときに500μlの1M NaCOを添加することによって停止させる。オルトニトロフェノールの放出は、その後、420nmでの光学密度の変化として判定する。特定の活性は、ミラーユニット(MU)[A420/(min*ml*A600)]で報告する。活性が10,000MUを超える調節要素は、強いとみなされ、活性が3,000MU未満の調節要素は、弱いとみなされ、その間にあるものは、中間の強度を有する。強い調節要素の例は、およそ14.000MUの活性を有するPglpFプロモーターであり、弱いプロモーターの例は、IPTGにより誘導された場合におよそ2300MUの活性を有するPlacである。下記の表4は、PglpFプロモーターと比較した強度に従って選別される本発明の様々な適切なプロモーターを例示する。
或いは、産生を最適化するために1つ以上のタンパク質の発現レベルのバランスをとることが必要である場合、所望の強度、例えば中程度又は低い強度、を有するプロモーターを使用することは有益であり得る。
Figure 2024517696000002
本発明の実施形態では、本発明の選択された核酸配列の発現は、表5で同定されるようなPglpF(配列番号27)又はPlac(配列番号36)又はPmglB_UTR70(配列番号24)又はPglpA_70UTR(配列番号25)又はPglpT_70UTR(配列番号26)又はこれらのプロモーターのバリアントの制御下である。
特異的なPglpFバリアントは、配列番号22、28、29、30、32、33又は34からなる群から選択され得る。特異的なPlacバリアントは配列番号28である。特異的なPmglB_70UTRバリアントは、配列番号15、16、17、19、20、21、23又は31からなる群から選択され得る。
PglpF、PglpA_70UTR、PglpT_70UTR及びPmglB_70UTRプロモーター配列のさらなる適切なバリアントが、それぞれ又は(or)国際公開第2019/123324号パンフレット及び国際公開第2020/255054号パンフレットに記載されている(参照によって本明細書に組み込まれる)。
1つ以上の例示的な実施形態では、調節エレメントは、PmglB_70UTR_SD8、PmglB_70UTR_SD10、PmglB_54UTR、Plac_70UTR、PmglB_70UTR_SD9、PmglB_70UTR_SD4、PmglB_70UTR_SD5、PglpF_SD4、PmglB_70UTR_SD7、PmglB_70UTR、PglpA_70UTR、PglpT_70UTR、pgatY_70UTR、PglpF、PglpF_SD10、PglpF_SD5、PglpF_SD8、PglpF_B28、PglpF_B29、PmglB_16UTR、PglpF_SD9、PglpF_SD7、PglpF_SD6及びPglpA_16UTRからなる群から選択されるプロモーター配列など、強度が高いか又は中程度であるプロモーターである。
オン言及される実施形態では(In on referred embodiment)、プロモーターは、PmglB_70UTR_SD8、PmglB_70UTR_SD10、PmglB_54UTR、Plac_70UTR、PmglB_70UTR_SD9、PmglB_70UTR_SD4、PmglB_70UTR_SD5、PglpF_SD4、PmglB_70UTR_SD7、PmglB_70UTR、PglpA_70UTR、PglpT_70UTR、pgatY_70UTR、PglpF、PglpF_SD10、PglpF_SD5、PglpF_SD8及びPmglB_16UTRからなる群から選択される強いプロモーターである。これは、特にグリコシルトランスフェラーゼの発現のために有利であり得る。
別の実施形態では、プロモーターは、PglpF_SD9、PglpF_SD7、PglpF_SD6及びPglpA_16UTRなどの中程度の強度のプロモーターからなる群から選択される。
別の実施形態では、プロモーターは、Plac_wt. PglpF_SD3及びPglpF_SD1などの強度が低いプロモーターからなる群から選択される。
1つ以上の例示的な実施形態では、本開示の組み換え核酸配列コンストラクトの発現の調節のための調節エレメントは、glpFKXオペロンプロモーター配列、PglpFである。
現在好ましい実施形態では、プロモーター配列はPglpFである。
1つ以上の例示的な実施形態では、プロモーター配列は、PBAD、Ptet、Pxyl、PsacB、PxylA、PrpR、PnitA、PT7、Ptac、PL、PR、PnisA、Pb、PgatY_70UTR、PglpF、PglpF_SD1、PglpF_SD10、PglpF_SD2、PglpF_SD3、PglpF_SD4、PglpF_SD5、PglpF_SD6、PglpF_SD7、PglpF_SD8、PglpF_SD9、PglpF_B28、Plac_16UTR、Plac、PmglB_70UTR及びPmglB_70UTR_SD4からなる群から選択される。
1つ以上の例示的な実施形態では、プロモーター配列は、PglpF、PglpF_SD1、PglpF_SD10、PglpF_SD2、PglpF_SD3、PglpF_SD4、PglpF_SD5、PglpF_SD6、PglpF_SD7、PglpF_SD8、PglpF_SD9及びPglpF_B28からなる群から選択される。
1つ以上の例示的な実施形態では、プロモーター配列は、PglpF及びPglpF_B28からなる群から選択される。PglpF_B28は、プロモーター配列の下流に改変されたリボソーム結合部位配列を含むPglpF配列の改変バージョンである。
グリコシルトランスフェラーゼをコードする核酸以外に、コード配列は、1つ以上の遺伝子調節タンパク質及び/又は産生宿主生物の代謝酵素及び/又はネイティブ若しくは異種の糖排出輸送体及び/又は炭素及びエネルギー源としてのスクロースの利用を可能にするタンパク質をコードする1つ以上の組み換え核酸も含み得る。
[リプレッサー]
1つ以上の例示的な実施形態では、本明細書中で開示される遺伝子改変細胞は、通常は調節エレメントに結合し、前記調節エレメントにより調節される本開示のタンパク質の何れかの発現を抑制する、非機能性遺伝子産物又は遺伝子産物欠損を含む。
通常は結合し、本文脈において調節エレメントにより推進される発現を抑制する非機能性(又は非存在)遺伝子産物という用語は、関心対象の遺伝子のコード配列の上流及び具体的には前記遺伝子のプロモーター領域の、DNA結合部位に関する。
1つ以上の例示的な実施形態では、細胞は、通常結合し、配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシル-トランスフェラーゼタンパク質の発現を抑制する非機能性(又は非存在)遺伝子産物又は配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシル-トランスフェラーゼタンパク質の発現を制御するための調節エレメントの上流の領域を有し得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、前記遺伝子産物は、DNA-結合転写リプレッサーGlpRである。
[GlpR]
GlpRは、転写調節因子のDeoRファミリーに属し、グリセロール-3-リン酸レギュロンのリプレッサーとして作用し、これは異なるオペロンにおいて構築される。この調節因子は、glpEGRオペロンの一部であり、さらにこれはまた、独立した(glpR)転写単位として構成的に発現され得る。さらに、調節されるオペロンは、誘導原、グリセロール又はグリセロール-3-リン酸(G3P)の存在下及びグルコース非存在下でエシェリキア・コリ(Escherichia coli)を増殖させる場合に誘導される。誘導原の非存在下で、このリプレッサーは、20-核酸長DNA標的部位からなる逆方向反復配列にタンデムに結合する。
glpR遺伝子と関連して、「非機能性又は非存在」という用語は、細菌ゲノムからの対応する核酸配列(例えばglpF由来プロモーターを下方制御することが可能なglpRをコードする配列番号42又はそのバリアント)の完全又は部分的欠失によるglpR遺伝子の不活性化を指す。glpR遺伝子は、DNA-結合転写リプレッサーGlpRをコードする。このように、PglpFファミリーのプロモーター配列は、PglpFプロモーターと関連する転写活性をさもなくば低下させるリプレッサー遺伝子が欠失しているために、遺伝子改変細胞においてより活性が高くなる。
1つ以上の例示的な実施形態では、glpR遺伝子が欠失している。
glpR遺伝子の欠失は、細胞において全てのPglpFプロモーターからのGlpRにより強制される転写抑制を排除し得、このように、全てのPglpFに基づくカセットからの遺伝子発現を促進する。
[活性化因子]
1つ以上の例示的な実施形態では、本明細書中で開示される遺伝子改変細胞は、前記調節エレメントにより調節される本開示のタンパク質の何れかの発現を促進する過剰発現された遺伝子産物を含む。
1つ以上の例示的な実施形態では、本開示の細胞は、配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシル-トランスフェラーゼタンパク質の発現を促進する過剰発現された遺伝子産物又は配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシル-トランスフェラーゼタンパク質の発現を制御するための調節エレメントの上流の領域を含み得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、前記遺伝子産物は、cAMP DNA-結合転写二重調節因子CRPである。
[CRP]
CRPは、転写因子のCRP-FNRスーパーファミリーに属する。CRPは、E.コリ(E.coli)遺伝子のいくつかの発現を調節し、このうち多くは、二次炭素源の異化反応に関与する。環状AMPによる活性化時に、(cAMP)CRPは、特異的なプロモーター配列に直接結合し、この結合は、直接的な相互作用を通じてRNAポリメラーゼを動員し、これが次に、関心対象の遺伝子の発現につながるプロモーター配列に続く核酸配列の転写を活性化する。従って、CRPの過剰発現は、関心対象の遺伝子/核酸配列の発現促進につながり得る。他の機能の中で、CRPは、PglpFプロモーターにおいてその機能を発揮し、ここでこれは、リプレッサーGlpRとは逆に、PglpFファミリーのプロモーター配列を活性化する。このように、本開示の遺伝子改変細胞におけるCRPの過剰発現は、PglpFファミリーのプロモーターにより調節される遺伝子の発現を促進する。
従って、1つ以上の例示的な実施形態では、crp遺伝子が過剰発現される。
2’-FL産生株における本開示で示唆されるようなGlpR及び/又はCRPの遺伝子改変は、これらの株による2’-FLの全体的産生にとって有益である。
[核酸コンストラクト]
本開示の態様は、配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシル-トランスフェラーゼタンパク質又は配列番号1と少なくとも70%同一である、例えば少なくとも80%、例えば少なくとも85%、例えば少なくとも90%、例えば少なくとも95%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体をコードする異種核酸配列を含む核酸コンストラクトの提供である。
1つ以上の例示的な実施形態では、核酸コンストラクトは、配列番号2と少なくとも70%同一である、例えば、配列番号2と、例えば80%超、例えば85%超、例えば90%超、例えば95%超又は例えば99%超同一である、組み換え核酸配列を含む。
例示的な実施形態では、核酸コンストラクトは、配列番号2と同一である組み換え核酸配列を含む。
1つ以上の例示的な実施形態では、核酸コンストラクトは、配列番号3、4、5、6、7、8の何れか1つと少なくとも70%同一である核酸配列を有する、組み換え核酸配列又は機能性相同体を含む。配列番号3、4、5、6、7及び8は、HMOを細胞から輸送可能なポリペプチドをコードする。これらのコンストラクトは、機能性であるか又は、GenBank accession IDWP_017489914.1、WP_092672081.1、EEQ08298.1、WP_087817556.1、WP_048785139.1又はWP_060448169.1の何れか1つの何れか1つ(any one of any one of)と少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有する、GenBank accession ID WP_017489914.1、WP_092672081.1、EEQ08298.1、WP_087817556.1、WP_048785139.1又はWP_060448169.1の何れか1つの機能性相同体である 。
1つ以上の例示的な実施形態では、本発明は、GenBank accession ID WP_103853210.1及びBAD18121.1のうち何れか1つの、スクロースをフルクトース及びグルコースへと加水分解可能なポリペプチド又はGenBank accession ID WP_103853210.1及びBAD18121.1のうち何れか1つと少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有する、GenBank accession ID WP_103853210.1及びBAD18121.1の何れか1つの機能性相同体をコードする、配列番号9又は10と少なくとも70%同一である、例えば少なくとも80%、例えば少なくとも85%、例えば少なくとも90%、例えば少なくとも95%同一である組み換え核酸配列をさらに含む核酸コンストラクトに関する。
核酸コンストラクトは、組み換え核酸配列であり得る。交換可能に使用される、「組み換え核酸配列」、「組み換え遺伝子/核酸/DNAコーディング」又は「コード核酸配列」という用語は、適切な制御配列、即ち、プロモーター配列の制御下にある場合、mRNAに転写され、タンパク質に翻訳される一連の連続的非重複トリプレット(コドン)を含む、人工的核酸配列(即ち、核酸配列を作製するために標準的な実験室方法を使用してインビトロで作製される)を意味する。
コード配列の境界は、一般に、mRNAの5’末端、翻訳開始コドン(AUG、GUG又はUUG)及び翻訳終止コドン(UAA、UGA又はUAG)でのオープンリーディングフレームのすぐ上流に配置されるリボソーム結合部位によって決定される。コード配列として、ゲノムDNA、cDNA、合成及び組み換え核酸配列が挙げられ得るが限定されない。
「核酸」という用語には、RNA、DNA及びcDNA分子が含まれる。遺伝コードの縮重の結果として、所与のタンパク質をコードする多数の核酸配列が生成され得ることが理解される。
現在好ましい実施形態では、核酸コンストラクトは、配列番号2と同一である組み換え核酸配列を含み、この核酸配列は、配列番号1のα-1,2-フコシルトランスフェラーゼをコードする。
[組み換え核酸配列]
組み換え核酸配列は、コードDNA配列、例えば、遺伝子、又は非コードDNA配列、例えばプロモーター配列などの調節DNAであり得る。
従って、例示的な一実施形態では、本発明は、コード核酸配列、即ち、関心対象の遺伝子、例えばフコシルトランスフェラーゼ遺伝子、の組み換えDNA配列及び非コード調節DNA配列、例えばプロモーターDNA配列、例えばlacオペロン若しくはglpオペロンのプロモーター配列に由来する組み換えプロモーター配列、又は別のゲノムプロモーターDNA配列に由来するプロモーター配列、又は合成プロモーター配列を含む核酸コンストラクトに関し、ここで、コード配列及びプロモーター配列は、操作可能に連結される。
例示的な一実施形態では、本発明の核酸コンストラクトは、ベクターDNAの一部であり得、別の実施形態では、コンストラクトは、宿主細胞のゲノムにおいて組み込まれる発現カセット/カートリッジである。
従って、「核酸コンストラクト」という用語は、ゲノムの遺伝子の発現を改変するか、又はコンストラクト中に含まれ得る遺伝子/コードDNA配列を発現させるために標的細胞、例えば細菌細胞中に「移植」することが意図される、核酸の人工的に構築されたセグメント、特にDNAセグメントを意味する。
コンストラクト(発現カセット)において含まれる関心対象の核酸コンストラクトの細菌ゲノム中への組み込みは、従来の方法により、例えばattTn7部位について記載されているように、染色体上の特異的部位に相同であるフランキング配列を含有する直線状カートリッジを用いることにより(Waddell C.S.and Craig N.L.,Genes Dev.(1988)Feb;2(2):137-49.);組み換えにファージλのRedリコンビナーゼ機能又はRacプロファージのRecE/RecTリコンビナーゼ機能が介在する核酸配列のゲノム組み込みのための方法により(Murphy,J Bacteriol.(1998);180(8):2063-7;Zhang et al.,Nature Genetics(1998)20:123-128 Muyrers et al.,EMBO Rep.(2000)1(3):239-243);Red/ET組み換えに基づく方法により(Wenzel et al.,Chem Biol.(2005),12(3):349-56.;Vetcher et al.,Appl Environ Microbiol.(2005);71(4):1829-35);又は陽性クローン、即ち例えばマーカー遺伝子若しくは遺伝子機能の損失若しくは獲得によって選択され得る発現カセットを保有するクローンにより、達成され得る。
上記のように、本開示は、関心対象の核酸又は遺伝子の発現のための調節エレメントの使用を可能にし、従って、核酸コンストラクトは、上の「プロモーター」のセクションに記載されるプロモーター配列など、調節エレメントを含む1つ以上の組み換え核酸配列をさらに含み得る。
実施例及び上記で示されるように、前記プロモーター配列がPglpFである核酸コンストラクトを使用することによって特に良好な結果が達成される。
本発明の別の例示的な実施形態では、プロモーター配列は、lacオペロンプロモーター配列、Placである。
[機能性酵素]
1つ以上のHMOの合成を可能にするために、本発明の組み換え細胞は、HMO産生に対する実行可能な工業的工程を可能にする活性がある必要な機能性酵素をさらに含み得る。
[糖排出輸送体]
過去10年にわたり、いくつかの新しく有効な糖排出輸送体タンパク質が同定され、それぞれが、異なる組み換え産生HMOに対する特異性を有し、前記タンパク質を発現する組み換え細胞の開発は、大規模な工業的HMO製造にとって有利である。糖輸送は、オリゴ糖などであるが限定されない糖の輸送に関する。
本明細書中に記載の遺伝子改変細胞は、糖排出輸送体をコードする組み換え核酸も含み得る。糖排出輸送体は、例えば本明細書中で記載のような方法においてHMOのレベルを促進し得る。1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、糖排出輸送体として作用する遺伝子産物をさらに含む。
本明細書中に記載のような遺伝子改変細胞の細胞質又は周辺質から産生培地への及び/又は産生培地から細胞質又は周辺質への1つ/又は複数のHMOの流入及び/又は流出輸送が開示される。
細胞質又は周辺質から産生培地へ及び/又は産生培地から遺伝子改変細胞の細胞質又は周辺質へ1つ以上のHMOを輸送可能な、本明細書中で開示されるような遺伝子改変細胞において発現されるポリペプチドは、糖輸送可能なポリペプチドである。
従って、本文脈において、糖輸送は、HMOなどであるが限定されない糖の流出及び/又は流入輸送を意味し得る。
従って、1つ以上の例示的な実施形態では、本明細書中に記載の方法に従う遺伝子改変細胞は、糖流出輸送体として作用する遺伝子産物をさらに含む。糖流出輸送体として作用する遺伝子産物は、遺伝子改変細胞において発現される組み換え核酸配列によってコードされ得る。糖流出輸送体をコードする組み換え核酸配列は、遺伝子改変細胞のゲノムに組み込まれ得る。これは、プラスミド由来であり得るか、又はこれはエピソーム性発現エレメントの一部であり得る。
[MFS輸送体]
代表的な糖排出輸送体は、メジャーファシリテーター(Major Facilitator)スーパーファミリータンパク質の亜種である。MFS輸送体は、細胞膜を横断する、オリゴ糖のような糖などであるが限定されない分子の輸送を促進する。
「メジャーファシリテーター(Major Facilitator)スーパーファミリー(MFS)」という用語は、二次活能動輸送体クラスの大型で非常に多様なファミリーを意味し、これは、糖、薬物、疎水性分子、ペプチド、有機イオンなどを含む、一連の様々な基質を輸送することに寄与する。
「MFS輸送体」という用語は、本文脈において、細胞膜を通じたオリゴ糖、好ましくはHMOの輸送、好ましくは細胞質から細胞培地への本明細書中に記載のような遺伝子改変細胞によって合成されるHMO/オリゴ糖の輸送を促進するタンパク質を意味する。さらに、又は或いは、MFS輸送体は、HMO又はオリゴ糖とみなされない分子、例えばラクトース、グルコース、細胞代謝物及び/又は毒素の流出も促進し得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、MFS輸送体タンパク質は、Bad、Nec、YberC、Fred、Vag及びMarcからなる群から選択される。
1つ以上の現在好ましい例示的な実施形態では、糖排出輸送体は、Nec又はYberCである。
[Bad]
交換可能に「Badタンパク質」又は「Bad輸送体」又は「Bad」として本明細書中で特定されるMFS輸送体タンパク質は、配列番号3のアミノ酸配列を有し;本明細書中で配列番号3として特定されるアミノ酸配列は、GenBank accession ID WP_017489914.1を有するアミノ酸配列と100%同一性を有するアミノ酸配列である。
1つ以上の例示的な実施形態では、糖排出輸送体及び/又はMFS輸送体タンパク質はBadである。
[Nec]
配列番号4のアミノ酸配列を有するMFS輸送体タンパク質は、交換可能に「Necタンパク質」又は「Nec輸送体」又は「Nec」として本明細書中で特定され;necタンパク質をコードする核酸配列は、「Necコード核酸/DNA」又は「nec遺伝子」又は「nec」として本明細書中で特定され;配列番号4として本明細書中で特定されるアミノ酸配列は、GenBank accession ID WP_092672081.1を有するアミノ酸配列と100%同一であるアミノ酸配列である。
1つ以上の例示的な実施形態では、糖排出輸送体及び/又はMFS輸送体タンパク質は、Necである。さらなる実施形態では、糖排出輸送体は、配列番号4のアミノ酸配列を有するか、又は配列番号4のうち何れか1つと少なくとも70%同一である、例えば少なくとも80%同一である、例えば少なくとも85%同一である、例えば少なくとも90%同一である、例えば少なくとも95%同一である又は例えば少なくとも99%同一であるアミノ酸配列を有する機能性相同体である。
1つ以上の例示的な実施形態では、糖排出輸送体及び/又はMFS輸送タンパク質は、Necである。
[YberC]
配列番号5のアミノ酸配列を有するMFS輸送体タンパク質は、交換可能に「YberCタンパク質」又は「YberC輸送体」又は「YberC」として本明細書中で特定され;yberCタンパク質をコードする核酸配列は、「YberCコード核酸/DNA」又は「yberC遺伝子」又は「yberC」として本明細書中で特定され;配列番号5として本明細書中で特定されるアミノ酸配列は、GenBank accession ID EEQ08298.1を有するアミノ酸配列と100%同一であるアミノ酸配列である。
1つ以上の例示的な実施形態では、糖排出輸送体及び/又はMFS輸送タンパク質は、YberCである。さらなる実施形態では、糖排出輸送体は、配列番号5のアミノ酸配列を有するか、又は配列番号5の何れか1つと少なくとも70%同一である、例えば少なくとも80%同一である、例えば少なくとも85%同一である、例えば少なくとも90%同一である、例えば少なくとも95%同一である又は例えば少なくとも99%同一であるアミノ酸配列を有する機能性相同体である。
1つ以上の例示的な実施形態では、糖排出輸送体及び/又はMFS輸送タンパク質は、YberCである。
[Fred]
配列番号6のアミノ酸配列を有するMFS輸送体タンパク質は、交換可能に「Fredタンパク質」又は「Fred輸送体」又は「Fred」として本明細書中で特定され;fredタンパク質をコードする核酸配列は、「Fredコード核酸/DNA」又は「fred遺伝子」又は「fred」として本明細書中で特定され;配列番号6として本明細書中で特定されるアミノ酸配列は、GenBank accession ID WP_087817556.1を有するアミノ酸配列と100%同一であるアミノ酸配列である。
1つ以上の例示的な実施形態では、糖排出輸送体及び/又はMFS輸送タンパク質はFredである。
[Vag]
配列番号7のアミノ酸配列を有するMFS輸送体タンパク質は、交換可能に「Vagタンパク質」又は「Vag輸送体」又は「Vag」として本明細書中で特定され;vagタンパク質をコードする核酸配列は、「Vagコード核酸/DNA」又は「vag遺伝子」又は「vag」として本明細書中で特定され;配列番号7として本明細書中で特定されるアミノ酸配列は、GenBank accession ID WP_048785139.1を有するアミノ酸配列と100%同一であるアミノ酸配列である。
1つ以上の例示的な実施形態では、糖排出輸送体及び/又はMFS輸送タンパク質は、Vagである。
[Marc]
配列番号8のアミノ酸配列を有するMFS輸送体タンパク質は、交換可能に「Marcタンパク質」又は「Marc輸送体」又は「Marc」として本明細書中で特定され;marcタンパク質をコードする核酸配列は、「Marcコード核酸/DNA」又は「marc遺伝子」又は「Marc」として本明細書中で特定され;配列番号8として本明細書中で特定されるアミノ酸配列は、GenBank accession ID WP_060448169.1を有するアミノ酸配列と100%同一であるアミノ酸配列である。
1つ以上の例示的な実施形態では、糖排出輸送体及び/又はMFS輸送タンパク質は、Marcである。
1つ以上の例示的な実施形態では、Bad、Nec、YberC、Fred、Vag及びMarcからなる群から選択される糖排出輸送体及び/又はMFS輸送タンパク質は、機能性相同体であり得る。
1つ以上の例示的な実施形態では、糖排出輸送体機能性相同体は、配列番号3、4、5、6、7又は8の何れか1つと、少なくとも70%同一である、例えば少なくとも80%同一である、例えば少なくとも85%同一である、例えば少なくとも90%同一である、例えば少なくとも95%同一である、又は例えば少なくとも99%同一であるアミノ酸配列を有する。
[グリコシルトランスフェラーゼ]
1つ以上のHMOを合成することを可能とするために、本明細書中に記載の組み換え細胞は、グリコシルトランスフェラーゼ活性を有する機能性酵素をコードする少なくとも1つの組み換え核酸を含む。ガラクトシルトランスフェラーゼ遺伝子は、(染色体組み込みによって)遺伝子改変細胞のゲノムに組み込まれ得るか、又は或いは、これは、遺伝子改変細胞のゲノムに組み込まれ得るコンストラクト中に含まれ得るか、又はプラスミドDNAに挿入され、プラスミド由来として発現され得る。HMOの産生のために2つ以上のグリコシルトランスフェラーゼ、例えばLNT又はLNnTが必要とされる場合、グリコシルトランスフェラーゼ活性を有する異なる酵素をコードする2つ以上の組み換え核酸、例えばLNT産生のためのβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ(第2のグリコシルトランスフェラーゼをコードする第2の組み換え核酸)と組み合わせたβ-1,3-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ(第1のグリコシルトランスフェラーゼをコードする第1の組み換え核酸)がゲノムにおいて組み込まれ得、コンストラクトにおいて含まれ得、及び/又はプラスミドから発現され得、ここで、第1及び第2の組み換え核酸は、互いに独立して、染色体内又はプラスミド上に組み込まれ得る。
グリコシルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質/酵素(グリコシルトランスフェラーゼ)は、様々な実施形態において、α-1,2-フコシルトランスフェラーゼ、α-1,3-フコシルトランスフェラーゼ、α-1,3/4-フコシルトランスフェラーゼ、α-1,4-フコシルトランスフェラーゼ、α-2,3-シアリルトランスフェラーゼ、α-2,6-シアリルトランスフェラーゼ、β-1,3-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ、β-1,6-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ、β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ及びβ-1,4-ガラクトシルトランスフェラーゼの活性を有する酵素から選択され得る。
例えば、2’-FLの産生には、改変された細胞が活性のあるα-1,2-フコシルトランスフェラーゼ酵素を発現することが必要であり;LNTの産生のために、改変された細胞が、少なくとも2つのグリコシルトランスフェラーゼ、β-1,3-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ及びβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼを発現する必要があり;LNFP-Iの産生には、改変された細胞が、少なくとも2つのグリコシルトランスフェラーゼ、β-1,3-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ及びβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼと組み合わせて少なくとも1つの活性のあるα-1,2-フコシルトランスフェラーゼ酵素を発現することが必要である。産生細胞により含まれる組み換え遺伝子によってコードされ得るグリコシルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質のいくつかの非限定的な実施形態は、表1の非限定例から選択され得る。
[ベータ-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼ]
β-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼ(UDP-GlcNAc:Galα/β-Rβ-3-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼとしても知られる)は、ベータ-1,3-連結UDP-N-アセチル-グルコサミンのN-アセチル-グルコサミンをラクトース又は別のアクセプター分子に転移させる能力を含む何れかのタンパク質である。好ましくは、本明細書中で使用されるβ-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼは、遺伝子改変細胞の種に由来せず、即ちβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼをコードする遺伝子は、異種起源である。β-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼの非限定例は、表1で与えられる。β-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼバリアントも有用であり得、好ましくはこのようなバリアントは、表1におけるβ-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼの1つと、少なくとも80%、例えば少なくとも85%、例えば少なくとも90、例えば少なくとも95%同一である。
改変細菌中での中性N-アセチルグルコサミン含有HMOの産生もまた当技術分野で公知である(例えば、Gebus C et al.(2012)Carbohydrate Research 363 83-90を参照)。
ラクト-N-トリオースII(LNT-II)、ラクト-N-テトラオース(LNT)、ラクト-N-ネオテトラオース(LNnT)、ラクト-N-フコペンタオースI(LNFP-I)、ラクト-N-フコペンタオースII(LNFP-II)、ラクト-N-フコペンタオースIII(LNFP-III)、ラクト-N-フコペンタオースV(LNFP-V)、ラクト-N-フコヘキサオースV(LNFP-VI)、ラクト-N-ジフコヘキサオースI(LDFH-I)、ラクト-N-ジフコヘキサオースII(LDFH-II)及びラクト-N-ネオジフコヘキサオースII(LNDFH-III)などのN-アセチルグルコサミン含有HMOの産生のために、遺伝子改変細胞は、機能不全のlacZ遺伝子を含み、これは、外因性UDP-GlcNAc:Galα/β-Rβ-3-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ遺伝子又はその機能性相同体若しくは断片を含むように修飾される。
この外因遺伝子は、いくつかの供給源の何れか1つから得られ得、例えばN.メニンギティディス(N.meningitidis)(Genbank protein Accession AAF42258.1又はWP_033911473.1)又はN.ゴノロエア(N.gonorrhoeae)(Genbank protein Accession ACF31229.1)から記載されるlgtA遺伝子である。
本発明の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、配列番号40のβ-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼ又は配列番号40と少なくとも80%同一である、例えば少なくとも85%、例えば少なくとも90%、例えば少なくとも95%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体の少なくとも1コピーを含む。本発明の遺伝子改変細胞において、β-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼの少なくともtoコピー(at least to copies)を有することは、有利であり得る。
任意選択的に、さらなる外因性グリコシルトランスフェラーゼ遺伝子は、外因性UDP-GlcNAc:Galα/β-R β-3-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼを含む細菌内おいて同時発現され得る。例えば、LNT産生細胞を作製するために、β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ遺伝子をUDP-GlcNAc:Galα/β-Rβ-3-N-アセチルグルコサミニルトランスフェラーゼ遺伝子と同時発現させる。
[β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ]
β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼは、UDP-ガラクトースのガラクトースをN-アセチル-グルコサミニル部分へ、ベータ-1,3-連結のアクセプター分子へ、転移させる能力を含む何れかのタンパク質である。好ましくは、本明細書中で使用されるβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼは、遺伝子改変細胞の種由来ではなく、即ちβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼをコードする遺伝子は、異種由来又は外因性である。β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼの非限定例を表2で与える。β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼバリアントも有用であり得、好ましくはこのようなバリアントは、表1のβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼのうち1つと少なくとも80%、例えば少なくとも85%、例えば少なくとも90、例えば少なくとも95%同一である。
この外因性β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ遺伝子は、いくつかの供給源の何れか1つから得られ得、例えば、H.ピロリ(H.pylori)、galTK遺伝子(Genbank protein Accession BD182026.1と相同)から、又はwbgO遺伝子(Genbank protein Accession WP_000582563.1)から、又はH.ピロリ(H.pylori)、jhp0563遺伝子(Genbank protein Accession AEZ55696.1)から、又はストレプトコッカス・アガラクチアエ(Streptococcus agalactiae)Ib型OI2、cpslBJ遺伝子(Genbank protein Accession AB050723から記載されるものである。上記の酵素の何れかの機能的バリアント及び断片もまた、開示される発明により包含される。
本発明の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞は、配列番号41のβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ又は配列番号41と少なくとも80%同一、例えば少なくとも85%、例えば少なくとも90%、例えば少なくとも95%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体の少なくとも1コピーを含む。本発明の遺伝子改変細胞においてβ-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼの少なくとも1コピーを有することは有利であり得る。
例示的な一実施形態では、第1及び第2の組み換え核酸の両方とも、産生細胞の染色体に安定に組み込まれ;別の現在の例示的な実施形態では、第1及び第2のグリコシルトランスフェラーゼの少なくとも一方がプラスミド由来である。
[ラクトースパーミアーゼ]
本発明では、ラクトースは、LNT-IIの合成のための基質として使用され、次にLNT-IIは、LNT(又はLNnT)の合成のための基質として使用され、次にLNT(又はLNnT)がLNFP-Iの合成のための基質として使用される。従って、本発明の遺伝子改変細胞は、細胞へとラクトースを取り込むことが可能なはずである。ラクトースが天然において一部の微生物に取り込まれる一方で、他の微生物はそれを行う能力を欠く。ラクトース取り込みを可能にするために、このような微生物は、ラクトースを取り入れるために遺伝子改変される必要がある。従って、本発明の実施形態では、本発明の遺伝子改変細胞は、細胞へのラクトースの取り込みが可能である。
本発明の細胞へのラクトース取り込みを可能にするための1つの方法は、ラクトースパーミアーゼの発現によるものである。ラクトース取り込み経路を含む微生物において、内因性ラクトースパーミアーゼタンパク質などであるが限定されない内因性ラクトース取り込み経路の過剰発現及び/又は異種ラクトースパーミアーゼなどであるが限定されない異種ラクトース取り込み経路の組み込みは、前記微生物のラクトース取り込みを促進するために使用され得る。従って、本発明の実施形態では、本発明の遺伝子改変細胞は、内因性ラクトースパーミアーゼタンパク質を過剰発現し、及び/又は異種ラクトースパーミアーゼを発現する。
[β-ガラクトシダーゼ]
1つ以上のHMOを産生可能な遺伝子改変細胞、例えばE.コリ(E.coli)は、外因性β-ガラクトシダーゼ遺伝子又は外因性β-ガラクトシダーゼ遺伝子を含み得、例えばE.コリ(E.coli)は、外因性lacZ遺伝子(例えばGenBank Accession ID V00296(GI:41901))を含む。
HMO産生宿主細胞は、何れかのβ-ガラクトシダーゼ遺伝子を含まないか又は不活性である遺伝子を含むように遺伝子操作される。この遺伝子は、細菌ゲノム由来の対応する核酸配列の完全若しくは部分欠失によって不活性化され得るか、又は遺伝子配列は、それが転写されない方法で変異させられるか、又は転写される場合、転写物が翻訳されないか、又はタンパク質(即ちβ-ガラクトシダーゼ)に翻訳される場合、そのタンパク質は、対応する酵素活性がない。このように、HMO産生細菌は、HMOの産生のために有益である増加した細胞内ラクトースプールを蓄積する。
[グリコシルドナー-ヌクレオチド活性化糖経路]
本発明の方法を実行する場合、好ましくは、活性化糖ヌクレオチドがグリコシルドナーとして働くグリコシルトランスフェラーゼが介在するグリコシル化反応が起こる。活性化糖ヌクレオチドは一般に、リン酸化されたグリコシル残基がヌクレオシドに取り付けられている。特定のグリコシルトランスフェラーゼ酵素は特定の糖ヌクレオチドのみを受け取る。従って、好ましくは、以下の活性化糖ヌクレオチドがグリコシル転移に関与する:グルコース-UDP-GlcNAc、UDP-ガラクトース、UDP-グルコース、UDP-N-アセチルグルコサミン、UDP-N-アセチルガラクトサミン(GlcNAc)及びCMP-N-アセチルノイラミン酸。本開示による遺伝子修飾された細胞は、グルコース-UDP-GlcNAc、GDP-フコース、UDP-ガラクトース、UDP-グルコース、UDP-N-アセチルグルコサミン、UDP-N-アセチルガラクトサミン及びCMP-N-アセチルノイラミン酸(CMP-Neu5Ac)からなる群から選択されるヌクレオチド活性化糖を産生するための1つ以上の経路を含み得る。表5において、以下は、それらが産生するために使用され得るグリコシルドナー及びHMO産物の非限定例であり、このリストは完全なものではあり得ない。
Figure 2024517696000003
本発明の方法の一実施形態では、遺伝子修飾された細胞は、デノボ経路により、上記の1つ以上の活性化糖ヌクレオチドを産生可能である。この点に関して、活性化糖ヌクレオチドは、グリセロール、スクロース、フルクトース又はグルコースのような単純炭素源から出発する多段階反応シーケンスにおいて、各糖ヌクレオチドのデノボ生合成経路に関与する酵素の作用下で細胞によって産生される(単糖代謝に関する概説について、例えばH.H.Freeze and A.D.Elbein:Chapter 4:Glycosylation precursors,in: Essentials of Glycobiology,2nd edition(Eds.A.Varki et al.),Cold Spring Harbour Laboratory Press(2009)を参照)。
活性化された糖ヌクレオチドのデノボ生合成経路に関与する酵素は、細胞中に天然に存在し得るか、又は遺伝子技術若しくは組み換えDNA技術(それらは、全て当業者の一般知識の一部である)によって細胞中に導入され得る。
別の実施形態では、遺伝子修飾された細胞は、得られた単糖を糖ヌクレオチドのために利用し得る。サルベージ経路において、分解したオリゴ糖に由来する単糖がキナーゼによってリン酸化されて、ピロホスホリラーゼによってヌクレオチド糖に変換される。手順に関与する酵素は、宿主細胞とは異種のもの又は宿主細胞に固有のものであり得る。
[コラン酸遺伝子クラスター]
フコシル化HMOの産生の場合、コラン酸遺伝子クラスターは、十分なGDP-フコースの存在を確実にするために重要である。エシェリキア・コリ(Escherichia coli)において、GDP-フコースは、細菌細胞壁の主要なオリゴ糖である細胞外多糖類コラン酸の産生における中間体である。本発明の文脈において、コラン酸遺伝子クラスターは、GDP-フコースのデノボ合成に関与する酵素をコードし(gmd、wcaG、wcaH、wcal、manB、manC)、一方で、wcaJなどのGDP-L-フコースの下流の遺伝子の1つ又はいくつかは、GDP-フコースからコラン酸への変換を防ぐために欠失させられ得る。
GDP-フコースの形成に寄与するコラン酸遺伝子クラスターは、次の遺伝子を含むか又はそれらからなる:タンパク質GDP-マンノース-4,6-デヒドラターゼ(UniProt accession nr P0AC88)をコードする遺伝子gmd;タンパク質GDP-L-フコースシンターゼ(EC1.1.1.271、UniProt accession nr P32055)をコードするwcaG(fcl);タンパク質GDP-マンノースマンノシルヒドロラーゼヒドロラーゼ(EC3.6.1.-、UniProt accession nr P32056)をコードするwcaH;コラン酸生合成グリコシルトランスフェラーゼ(UniProt accession nr P32057)をコードするwcaI;タンパク質ホスホマンノムターゼ(EC5.4.2.8、UniProt accession nr P24175)をコードするmanB及びタンパク質マンノース-1-ホスファートグアニリルトランスフェラーゼグアニリルトランスフェラーゼ(EC:2.7.7.13、UniProt accession nr P24174)をコードするmanC。
1つ以上の例示的な実施形態では、GDP-フコースの形成に寄与するコラン酸遺伝子クラスターは、そのネイティブゲノム遺伝子座から発現され得る。発現は、GDP-フコース形成を増加させるために能動的に調整され得る。発現は、ネイティブプロモーターを関心対象のプロモーターと交換する及び/又はネイティブではない別のゲノム遺伝子座からの遺伝子クラスターを発現させるか若しくはコラン酸遺伝子クラスター若しくは特異的なその遺伝子をエピソーム性に発現させることにより前記タンパク質をコードするコラン酸遺伝子のコピー数を増加させることによって、調整され得る。
本開示に関連して、「ネイティブゲノム遺伝子座」という用語は、コラン酸遺伝子クラスターに関して、遺伝子改変細胞のゲノムにおける遺伝子クラスターの元来の及び天然の位置に関する。
[遺伝子改変細胞の使用]
本開示はまた、配列番号2と少なくとも70%同一である組み換え核酸配列を含む遺伝子改変細胞又は核酸コンストラクトの何らかの商業的な使用にも関し、この核酸配列は、配列番号1のα-1,2-フコシルトランスフェラーゼ又は例えば配列番号1と少なくとも80%同一である、例えば少なくとも85%同一である、又は例えば少なくとも90%同一である、又は例えば少なくとも95%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体をコードする。
従って、1つ以上の例示的な実施形態では、本発明による遺伝子改変細胞又は核酸コンストラクトは、1つ以上のHMO、特に1つ以上のフコシル化HMOの製造において使用される。1つ以上のHMOは、2’-FL、LNT-II、LNT、LNnT、LNFP-I、DFL pLNnH及びLNDFH-Iからなる群から選択され得、1つ以上のフコシル化HMOは、2’-FL、LNFP-I、DFL pLNnH及びLNDFH-Iからなる群から選択され得る。1つ以上のフコシル化HMOはさらに、他のHMO、例えばLNT-II、LNT、LNnT又はさらにシアル酸付加HMOなどを含み得る。
現在好ましい実施形態では、1つ以上のHMOは、2’-FL、LNT-II、LNT、LNFP-I及びLNDFH-Iからなる群から選択される。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞及び/又は核酸コンストラクトは、複数のHMOの製造において使用され、1つ以上のHMOが、2’-FL、LNT、LNFP-I及びLNDFH-Iからなる群から選択される。
別の例示的な実施形態では、本発明による遺伝子改変細胞及び/又は核酸コンストラクトは、複数のフコシル化HMOの製造で使用され、このHMOは、2’-FL、LNFP-I及びLNDFH-Iである。
別の例示的な実施形態では、本開示による遺伝子改変細胞及び/又は核酸コンストラクトは、複数のHMOの製造で使用され、このHMOは、2’-FL、LNT及びLNFP-Iである。
別の例示的な実施形態では、本発明による遺伝子改変細胞及び/又は核酸コンストラクトは、複数のHMOの製造で使用され、このHMOは、2’-FL及びLNFP-Iである。
別の例示的な実施形態では、本発明による遺伝子改変細胞及び/又は核酸コンストラクトは、2つ以上のHMOの製造で使用され、このHMOは、LNT及びLNFP-Iである。
1つ以上の例示的な実施形態では、遺伝子改変細胞及び/又は核酸コンストラクトは、LNFP-Iの製造で使用される。
1つ以上の例示的な実施形態では、上記の1つ以上のHMOは、主要なHMOとしてLNFP-Iを含有する。具体的に、LNFP-Iは、総HMOの70モル%超、例えば総HMOの例えば75%超、例えば80%超、例えば85%超、例えば90%超、例えば95%超を構成する。
[HMOの製造]
1つ以上のHMOを産生させるために、当技術分野で公知の手順に従って、適切な炭素源、例えばグルコース、グリセロール、スクロースなどの存在下で、本明細書に記載のような遺伝子改変細胞が培養され、産生されたHMOが、培養培地及び培養工程中に形成される微生物バイオマスから回収される。その後、HMOは、当技術分野で公知の手順、例えば国際公開第2015/188834号パンフレット、国際公開第2017/182965号パンフレット又は国際公開第2017/152918号パンフレットなどに記載されている手順に従って精製され、精製されたHMOは、食品成分、栄養補助食品、医薬品として、又は何らかの他の目的に、例えば研究用に使用される。
HMOの製造は通常、より大きな体積で培養を実施することによって行われる。本発明の意味における「製造する」及び「製造規模」という用語は、最小体積が5Lの培養ブロスを用いた発酵を規定する。製造スケール又は大規模産生は一般的に、最小体積1,000L、例えば10,000L、例えば50,000L、例えば100,000L、例えば200,000L、例えば300,000Lの培養ブロスなど、での発酵である。通常、「製造規模」工程は、関心対象の生成物を含有する大きな体積の調製物を処理可能であり、例えば、治療用化合物又は組成物の場合、臨床試験並びに市場供給の需要を満たす量の関心対象のHMCを得ることができることによって規定される。大きな体積であることに加えて、製造規模の方法は、振盪フラスコによる培養のような単純な実験室規模の方法とは対照的に、撹拌、通気、栄養素供給、プロセスパラメーター(pH、温度、溶存酸素圧、背圧など)の監視及び制御のための機器を装備しているバイオリアクター(発酵槽)の技術系の使用を特徴とする。大体のところ、本開示の実施例に記載される振盪フラスコ、卓上バイオリアクター又はディープウェル形式などの実験室規模の方法における発現系の挙動により、製造バイオリアクターの複雑な環境におけるその系の挙動の予測が可能になる。
発酵工程に使用される適切な細胞培地に関して、制限はない。培養培地は、半規定、即ち複合培地化合物(例えば、酵母抽出物、大豆ペプトン、カザミノ酸など)を含有するものであってもよいし、又は複合化合物を含まない化学的に規定されたものであってもよい。炭素及びエネルギー源としてスクロースが使用される場合、最小培地が適切であり得る。
[製造された生成物]
遺伝子改変細胞又は核酸コンストラクトの使用に従う「製造された生成物」という用語は、1つ以上の生成物HMOとして意図される1つ以上のHMOを指す。様々な生成物が上に記載されている。
有利には、本明細書中で開示される方法は、副産物対生成物の比率の低下及び生成物の全収量(及び/又は総計でのHMO)の増加の両方をもたらす。この生成物形成と比較して少ない副産物形成は、生成物産生の増加を促進し、産生及び生成物回収工程の両方の効率を向上させ、HMOの優れた製造手順を提供する。
製造される生成物は、1つ以上のHMOを含む、粉末、組成物、懸濁液又はゲルであり得る。
[表]
Figure 2024517696000004
Figure 2024517696000005
Figure 2024517696000006
Figure 2024517696000007
Figure 2024517696000008
[全般]
記載の方法と関連して上で論じられる何れの特性及び/又は態様も、本明細書中に記載の細胞、核酸コンストラクト及びその使用と同様に適用されることを理解されたい。
培養及び発酵という用語は、交換可能に使用される。
ラクト-N-トリオース、LNT-II、LNT II、LNT2及びLNT 2という用語は、交換可能に使用される。
遺伝子修飾された及び遺伝子改変されたという用語は交換可能に使用される。
本明細書中で開示される特性の各具体的バリエーションは、別段具体的に述べられない限り、本開示の全ての他の実施形態に適用され得る。
一般に、本明細書で使用される全ての用語は、別段明示的に規定されないか又は述べられない限り、当技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきであり、本開示の全ての態様及び実施形態に適用可能である。
「1つの(a)/1つの(an)/その(the)[細胞、配列、遺伝子、輸送体、段階など]」についての全ての言及は、別段明示的に述べられない限り、前記細胞、配列、遺伝子、輸送体、段階などの少なくとも1つの例についての言及であると率直に解釈されるべきである。
本開示を例示するために以下に次の図面及び実施例を提供する。それらは、例示を意図したものであり、決して限定するものとして解釈されるべきではない。
LNTを産生するE.コリ(E.coli)DH1 K12株に導入されるα-1,2-フコシルトランスフェラーゼの選択は、最終的なHMOブレンド物のHMO含量において大きな影響がある。futCを発現する細胞と比較した、fucT54発現細胞及びsmob発現細胞の最終LNFP-Iタイターの%変化。 FutC、FucT54又はSmob酵素を発現する株についての、LNFP-Iと2’-FLとのモル比率。 futC遺伝子を発現する株MP1により得られる最終HMOブレンド物中の各HMOのモル濃度%割合。 fucT54遺伝子を発現する株MP2により得られる最終HMOブレンド物中の各HMOのモル濃度%割合。 smob遺伝子を発現する株MP3により得られる最終HMOブレンド物中の各HMOのモル濃度%割合。 総試料の分析により明らかにされるような、MFS輸送体を発現しないsmob発現細胞(株MP4)の最終HMOタイターと比較して示される、nec(株MP5及びMP7)又はyberC(株MP6)遺伝子のゲノムコピーを有するsmob発現株についての最終HMOタイター。株MP4に対して参照レベル(100%として与えられる)を示す。 総試料の分析により明らかにされるような、MFS輸送体を発現しないsmob発現細胞(株MP4)及びnec(株MP5及びMP7)又はyberC(株MP6)遺伝子のゲノムコピーを有する細胞についての最終HMOブレンド物中のLNFP-Iの割合(モル濃度%で)。 対応する培養の上清分画の分析により明らかにされるような、MFS輸送体を発現しないsmob発現細胞(株MP4)の最終HMOタイターと比較して示される、nec(株MP5及びMP7)又はyberC(株MP6)遺伝子のゲノムコピーを有するsmob発現株についての最終HMOタイター。株MP4に対して参照レベル(100%として与えられる)を示す。 MFS輸送体を発現しないsmob発現細胞(株MP4)及びnec(株MP5及びMP7)又はyberC(株MP6)遺伝子のゲノムコピーを有するsmob発現細胞の培養中の上清中で検出されるLNFP-Iの割合(総LNFP-Iの%)。 LNFP-I及び2’-FLをそれぞれラクトースから産生させるための経路。2’FLは、フコースをラクトースに付加する酵素α-1,2-フコシルトランスフェラーゼ(α-1,2-ft)の存在下でラクトースから1段階で産生される。LNFP-Iの産生は、β-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼ(β-1,3-GlcNacT)がN-アセチルグルコサミンをラクトースに付加してLNT-IIを形成させ、それにβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ(β-1,3-GalT)がガラクトースを付加してLNTを形成させ、LNT上でα-1,2-フコシルトランスフェラーゼ(α-1,2-ft)がフコースを付加してLNFP-Iを形成させる、3段階の工程である。実施例1で例示されるように、異なるα-1,2-フコシルトランスフェラーゼは、異なる基質特異性を有し得、即ちFutCは、ラクトースに対してより高い特異性を有すると思われ、一方でsmobは、基質としてLNTに対してより高い特異性を有すると思われる。 主要な及び/又は唯一の炭素源及び/又はエネルギー源としてのスクロースの利用を可能にするタンパク質を発現するか又は発現しないE.コリ(E.coli)細胞についての、スクロースにおけるバッチ増殖プロファイル。株MP5は、スクロースを利用可能ではなく、一方で株MP8及びMP9は、それぞれ1つ又は2つのPglpF推進型ゲノムコピーに由来する、細胞外スクロースヒドロラーゼSacC_Agalを発現する。
[実施例]
[実施例1-中性HMOブレンド物中のLNFP-I含量は、発現されるα-1,2-フコシルトランスフェラーゼの選択により調整され得る。]
[ディープウェルアッセイにおいて試験した株MP1、MP2及びMP3の遺伝子型の説明]
本願において構築した株(遺伝子改変細胞)は、遺伝子型:F、λ、gyrA96、recA1、relA1、endA1、thi-1、hsdR17、supE44であるエシェリキア・コリ(Escherichia coli)K-12 DH1に基づいた。次の修飾があるプラットフォーム株「MDO」を作製するためにE.コリ(E.coli)K-12 DH1株に対してさらなる修飾を行った:lacZ:1.5kbpの欠失、lacA:0.5kbpの欠失、nanKETA:3.3kbpの欠失、melA:0.9kbpの欠失、wcaJ:0.5kbpの欠失、mdoH:0.5kbpの欠失及びgmd遺伝子の上流へのPlacプロモーターの挿入。
E.コリ(E.coli)のゲノムへの関心対象の挿入又は欠失の方法は、当業者にとって周知である。E.コリ(E.coli)染色体への遺伝子カセットの挿入は、特異的な選択マーカー遺伝子及びスクリーニング方法とともに遺伝子ゴルジング(gorging)(例えば、Herring and Blattner 2004 J.Bacteriol.186:2673-81及びWarming et al 2005 Nucleic Acids Res.33(4):e36を参照)を用いて行われ得る。
プラットフォーム株(「MDO」)に基づいて、完全染色体株MP1、MP3及びMP2を得るために、表2でまとめた修飾を行った。これらの株は、五糖HMO、LNFP-Iを産生し得る。N.メニンギティディス(N.meningitidis)からのグリコシルトランスフェラーゼ酵素LgtA(β-1,3-N-アセチログルコサミン(acetyloglucosamine)トランスフェラーゼ)及びH.ピロリ(H.pylori)からのGalTK(β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ)が3つの株全てで存在する。
さらに、これらの株のそれぞれは、表2で示されるようにα-1,2-フコシルトランスフェラーゼをコードする遺伝子の単ゲノムコピーを保有し、その発現は、合成誘導性プロモーターPglpFにより推進される。
具体的に、株MP1は、futC遺伝子(ヘリコバクター・ピロリ(Helicobacter pylori)26695,Wang et al,Mol.Microbiol.,1999,31,1265-1274,GenBank ID:WP_080473865.1)の単一PglpF推進型コピーを発現し、株MP3は、fucT54遺伝子(シデロキシダンス・リトトロピクス(Sideroxydans lithotrophicus)ES-11、国際公開第2019008133A1号パンフレット、GenBank ID:WP_013031010.1)の単一PglpF推進型コピーを発現し、株MP3は、smob遺伝子(スルフリフレクサス・モビリス(Sulfuriflexus mobilis)、本開示の配列番号1)の単一PglpF推進型コピーを発現する。
本実施例は、天然で見出されるα-1,2-フコシルトランスフェラーゼ、Smobを初めて記載し、LNTに対する前例のない高い特異性を示し、同時にラクトースに対して非常に低い特異性を示す。以前試験したα-1,2-フコシルトランスフェラーゼに反して、LNT合成のために必要な2つのグリコシルトランスフェラーゼ(配列番号40及び41)及びSmob酵素を同時に発現する細胞は、ほぼLNFP-Iだけを産生する。このように、本開示は、既にLNTを産生するE.コリ(E.coli)DH1 K12株のゲノムに単一の異種遺伝子、smobを導入する単純な株改変アプローチが、中性HMOブレンド物のLNFP-I含量を増加させるか又はほぼ「純粋な」LNFP-I HMO産物を生じさせるインビボ産生工程を確立するかの何れかのためにどのように有利に使用され得るかを明らかにする。
参照:表2.株MP1、MP3及びMP2の遺伝子型
[株の特徴評価のための適用されたディープウェルアッセイプロトコールの説明]
4日間プロトコールを使用して、96ディープウェルプレートにおいて本実施例で開示された株をスクリーニングした。最初の24時間中、前培養物を高密度に増殖させてから、遺伝子発現の誘導及び生成物形成を可能にする培地に移した。より詳細には、第1日に、硫酸マグネシウム、チアミン及びグルコースを補充した基本最少培地を用いて新鮮な前培養物を調製した。前培養物を34℃、1000rpmの振盪で24時間インキュベートし、その後、さらに新しい基本最少培地(BMM、pH7.5)に移してメインの培養を開始した。新しいBMMに硫酸マグネシウム、チアミン、20%グルコース溶液のボーラス(100mLあたり50μl)及び10%ラクトース溶液のボーラス(100mlあたり5ml)を補充した。さらに、グルコースがC制限増殖に適した速度で放出されるようにスクロースヒドロラーゼ(インベルターゼ)を添加することとともに、50%スクロース溶液を炭素源として提供した。メインの培養物を28℃及び1000rpmの振盪で72時間インキュベートした。
総ブロスの分析のために、96ウェルプレートを100℃で煮沸し、続いて遠心分離し、最終的に上清をHPLCにより分析した。上清試料のために、マイクロタイタープレートの最初の遠心分離の後に、HPLCによる直接的な分析のために0.1mLの上清を取り出した。ペレット試料の場合、細胞を最初に洗浄し、次いで脱イオン水中で溶解させ、遠心分離した。遠心分離に続いて、再懸濁、煮沸、遠心分離及び最終的な上清の分析後、細胞内部のHMO含量についてペレットを分析した。
[ディープウェルアッセイの結果]
FutC酵素は、LNTよりもラクトースに対して高い特異性を有することが知られているので、futC発現細胞では2’-FLの形成が優勢である(Wang et al,Mol.Microbiol.,1999,31,1265-1274)。従って、インビボでLNFP-I合成を促進するために、ラクトースよりもLNTに対して高い特異性を示すFutC以外のα-1,2-フコシルトランスフェラーゼを同定することが望ましい。これは、特許である国際公開第2019008133A1号パンフレットで以前試されており、FucT54酵素を含め、いくつかのα-1,2-フコシルトランスフェラーゼがLNTに対する高い特異性を付随した。
発明者らの実験において、FutC、FucT54又はSmob酵素を発現する株を構築し、ディープウェルアッセイで特徴評価し、培養の総ブロスから試料を回収した。上記の72時間プロトコールに続いて、HPLCによって、HMO含量について全ての試料を分析した。futC発現細胞のHMO含量と比較して、試験した株のHMO含量、即ちfucT54発現細胞及びsmob発現細胞の%HMO含量、の相対的な差異を計算するために、各試料における検出されたHMOの濃度を使用した。HPLC分析により決定されるHMO濃度に基づいて、LNFP-I対2’-FL比率も計算した。最後に、各株の全体的なHMOプロファイルを報告するために、各株により得られる最終ブレンド物中の各HMOのモル濃度%割合を計算した。
ディープウェル培養における総試料の分析及び上述の計算により明らかになるように、本開示で同定される酵素、即ちSmobは、LNTに対するその固有の高い特異性ゆえに、LNFP-Iを産生するという点で、FutC及びFucT54酵素よりも優れていると思われる。図1で示されるように、fucT54遺伝子(株MP2)及びsmob遺伝子(株MP3)を発現する株の最終的なLNFP-Iタイターは、futC遺伝子を発現する株(株MP1)で達成したLNFP-Iタイターよりもそれぞれ40%及び70%高い。同様に、futC発現細胞における1:1のLNFP-I/2’-FL比率は、fucT54発現細胞において2:1、smob発現細胞において11:1に変化する。(図2)。図3~5で示されるように、futC、fucT54又はsmob遺伝子を発現する細胞により得られるブレンド物中のHMO含量は、株間で顕著に異なる。具体的に、株MP1(FutC)により送達されたHMOブレンド物中でのほぼ50%:50%のLNFP-I:2’FL含量は、株MP2(FucT54)ではほぼ70%:30%になるか、又は株MP3(Smob)ではさらに90%:10%となる。
これらの結果は、LNFP-Iが濃縮された中性HMOブレンド物を作製するためのSmob酵素又は非常に望ましい株改変目的である殆どLNFP-Iしか産生しない細胞によりもたらされるユニークな長所を強調する。また、Smob酵素が前に同定されたFucT54酵素(国際公開第2019008133A1号パンフレット)よりも高い程度まで上記予想に合致することは予想外であり、それにより、HMOの分野における本開示のインパクトが強まる。
[実施例2-Smob酵素及び異種MFS輸送体Nec又はYberCの何れかの同時発現は、効率的なLNFP-I細胞ファクトリーのために重要である。]
[ディープウェルアッセイで試験した株MP4、MP5、MP6及びMP7の遺伝子型の説明]
実施例1に記載のプラットフォーム株(「MDO」)に基づいて、表3でまとめられた修飾を行い、完全染色体株MP4、MP5、MP6及びMP7を得た。これらの株は、五糖HMO LNFP-Iを産生し得る。N.メニンギティディス(N.meningitidis)からのグリコシルトランスフェラーゼ酵素LgtA(β-1,3-N-アセチログルコサミン(acetyloglucosamine)トランスフェラーゼ、配列番号40)、H.ピロリ(H.pylori)からのGalTK(β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ、配列番号41)及びS.モビリス(S.mobilis)からのSmob(α-1,2-フコシルトランスフェラーゼ(配列番号1)が4つの株全てにおいて存在する。さらに、株MP6は、エルシニア・ベルコビエリ(Yersinia bercovieri)からのメジャーファシリテーター(Major Facilitator)スーパーファミリー(MFS)YberCの異種輸送体(配列番号5)を発現し、一方で株MP5及びMP7は、ローゼンベルギエラ・ネクタレア(Rosenbergiella nectarea)からの異種MFS輸送体Nec(配列番号4)を発現する。後者の2つの株間の唯一の相違は、nec遺伝子の発現を推進するプロモーターの強度にあり、即ちPglpF推進necコピーが株MP5に存在し、一方で株MP7は、Placプロモーターの制御下でnec遺伝子を発現する。
本発明の実施例は、かなりの割合の生成物が培養上清中で見出される、高タイターでLNFP-Iを産生する非常に効率的なLNFP-I細胞ファクトリーを構築するための最適化された株改変アプローチを記載する。本明細書中に記載のアプローチ後、LNFP-I以外のHMOは、改変細胞により送達される総HMOブレンド物の少ない割合しか構成しない。本発明の実施例の枠組みにおいて、既にLNTを産生するE.コリ(E.coli)DH1 K12株のゲノムに異種遺伝子、smob及びnec又はyberCの導入は、有利に、上記の有益な形質を有する効率的なLNFP-I細胞ファクトリーを送達するために、lgtA遺伝子に対して高いコピー数で使用され得る。
参照:表3.株MP4、MP5、MP6及びMP7のゲノムタイプ
[株の特徴評価のための適用されたディープウェルアッセイプロトコールの説明]
4日間プロトコールを使用して、96ディープウェルプレートにおいて本発明の実施例で開示される株をスクリーニングした。最初の24時間中、前培養物を高密度に増殖させてから、遺伝子発現の誘導及び生成物形成を可能にする培地に移した。より詳細には、第1日に、硫酸マグネシウム、チアミン及びグルコースを補充した基本最少培地を用いて新鮮な前培養物を調製した。前培養物を34℃及び1000rpmの振盪で24時間インキュベートし、次いで、新しい基本最少培地(BMM、pH7.5)にさらに移してメインの培養を開始した。新しいBMMに硫酸マグネシウム、チアミン、20%グルコース溶液のボーラス(100mLあたり50μl)及び20%ラクトース溶液のボーラス(175mlあたり10ml)を補充した。さらに、グルコースがC制限増殖に適した速度で放出されるように、スクロースヒドロラーゼ(インベルターゼ)を添加することとともに、50%スクロース溶液を炭素源として提供した。メイン培養物を28℃及び1000rpmの振盪で72時間インキュベートした。
総ブロスの分析のために、100℃で96ウェルプレートを煮沸し、続いて遠心分離し、最終的にHPLCにより上清を分析した。上清試料に対して、マイクロタイタープレートの最初の遠心分離の後、HPLCによる直接的な分析のために0.1mLの上清を採取した。ペレット試料に対して、細胞を最初に洗浄し、次いで脱イオン水中で溶解させ、遠心分離した。遠心分離に続いて、再懸濁、煮沸、遠心分離及び最終的な上清の分析後、細胞内部におけるHMO含量についてペレットを分析した。
[ディープウェルアッセイの結果]
多くの宿主遺伝子並びに関心対象のHMOのインビボ合成に関与する酵素をコードする異種遺伝子の発現は、所望のHMO産物が高タイターで形成され、一方で主な産物以外の分子(即ち、前駆体又は大幅に修飾された糖)の形成が少量であるという最適な発酵アウトプットを達成するために細かく調整する必要がある。さらに、関心対象の新たに形成されるHMOの排出は、細胞に対してHMOにより課される浸透圧ストレスを軽減するために、細胞外部に排出することを必要とする。糖排出輸送体の同定及びそれらの発現の細かいバランスは、このような産生系の成功のための重要な要素であり得る。しかし、前駆体又はその伸長型ではなく、関心対象のHMOのみが選択される糖排出輸送体と結合し、それにより排出されるべきであるため、この課題は困難であり得る。
LNFP-I合成に関与する酵素の発現のバランスをとるための次のいくつかの株改変ラウンド後、細胞からLNFP-I産物を排出可能であることが証明された糖輸送体、即ちNec及びYberCも(図9)LNFP-I産生系において導入された。適切な株を構築し、前のセクションに記載のようなディープウェルアッセイにおいて特徴評価した。培養物の総ブロス並びに上清及びペレット分画から試料を回収した。上記の72時間プロトコール後、HPLCによってHMO含量について全ての試料を分析した。試験された株のHMO含量における%定量的な差異、即ち異種輸送体を発現しない細胞のHMO含量と比較したnec発現細胞及びyberC発現細胞の%HMO含量を計算するために、各試料中の検出されたHMOの濃度を使用した。
ディープウェル培養中の総試料の分析により明らかにされるように、グリコシルトランスフェラーゼのバランスが取れた発現とともにLNFP-I系において輸送体が発現される場合、LNFP-Iタイターの小規模の上昇が達成され得、即ち株MP4(輸送体なし)よりも株MP7(Nec)について最大10%高いLNFP-Iタイターが観察される(図6)。さらに、LNFP-I産生株における糖排出輸送体の導入は、最終的なブレンド物中の他のHMOの存在量の劇的な変化を誘導する。具体的に、LNT IIは、全ての輸送体発現細胞の総ブロスに存在せず、後者は、糖輸送体を発現しない株(株MP4)と比較して、およそ20%低い2’-FL及び最大40%高いLNTタイター(株MP6及びMP5)を達成する(図6)。輸送体発現細胞に対して観察されるLNTタイターの比較的高い上昇(最大40%)は、全ての4つの株に対して報告されるLNT濃度の低値に起因し得るということに注目されたい。
相対的な最終LNFP-Iタイターの僅かな上昇及びMFS発現細胞に対して観察される他のHMOの相対的存在量の劇的な変化は、最終HMOブレンド物において測定された絶対LNFP-I割合(%)において予想通り反映された。具体的に、総試料の分析により明らかにされるように、最終HMOブレンド物中のLNFP-Iの絶対的割合は、Nec輸送体(株MP5及びMP7)を発現する細胞についてはおよそ88%に到達し、一方でこの割合は、MFS輸送体を発現しない細胞についてはおよそ81%に対応した(図7)。
ディープウェル培養で試験された株の上清及び総試料の分析から、輸送体発現細胞について、LNT II、LNT及び2’-FLの観察された相対的存在量の変化に関して同様の傾向が明らかになった(図6及び8)。しかし、上清試料の分析から、LNFP-Iに関する際立った事実が明らかになった。詳細には、Placプロモーターの制御下でNec輸送体を発現する株MP7により達成され得るLNFP-Iタイターの相対的な全体的上昇は僅かしかないものの(図6)、この株の細胞外LNFP-Iの割合は糖輸送体を発現しない株MP4よりもかなり高い(最大30%)(図8)。同じ傾向は、YberC輸送体(株MP6)又はPglpF推進ゲノムコピーからのNec輸送体(株MP5)を発現する株に対して観察される(図8)。
MFSを発現しない細胞と比較した場合のMFS発現細胞に対するLNFP-Iの上清割合の顕著な増加は、対応する培養の上清中で検出された絶対的LNFP-I割合(%)において予想通り反映された。詳細には、MFS輸送体を発現しない細胞(株MP4)については上清中で総LNFP-Iの24%しか検出されず、一方でNec輸送体を発現する細胞については培養の上清中で合成されたLNFP-Iのおよそ38%が検出された(図9)。
要するに、β-1,3-N-アセチログルコサミン(acetyloglucosamine)トランスフェラーゼLgtA、β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼGalTK、α-1,2-フコシルトランスフェラーゼSmob及びMFS 輸送体Nec又はYberCの何れかのバランスが取れた発現は、生産性が高いLNFP-I細胞ファクトリーの作製のための有効な株改変ストラテジーを構成する。このような微生物系は、高タイターでLNFP-Iを産生し、その生成物の顕著な割合が培養の上清で見出され、LNFP-I以外のHMOは、改変された細胞により送達される総HMOブレンド物の僅かな割合にしか相当しない。
[実施例3-SacC_Agalスクロース利用技術は、複雑な五糖LNFP-Iを産生するE.コリ(E.coli)細胞を改変するためにうまく適用され得る。]
[株MP5、MP8及びMP9の遺伝子型の説明]
実施例1に記載のプラットフォーム株(「MDO」、MP1)に基づき、完全染色体株MP5、MP8及びMP9を得るために、表6でまとめられた修飾を行った。
これらの株は、五糖HMO LNFP-I、四糖HMO LNT及び三糖HMO 2’-FLを産生し得る。N.メニンギティディス(N.meningitidis)からのグリコシルトランスフェラーゼ酵素LgtA(β-1,3-N-アセチログルコサミン(acetyloglucosamine)トランスフェラーゼ)、H.ピロリ(H.pylori)からのGalTK(β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ)、S.モビリス(S.mobilis)からのSmob(α-1,2-フコシルトランスフェラーゼ)及びローゼンベルギエラ・ネクタレア(Rosenbergiella nectarea)からの異種MFS輸送体Necが3つの株全てにおいて存在する。株MP5に反して、(Avibacterium gallinarum)からの遺伝子sacC_Agalアビバクテリウム・ガリナルがそれらのゲノム上に1つ又は2つの遺伝子座でそれぞれ組み込まれるので、株MP8及びMP11は、炭素及びエネルギー源としてスクロースを利用し得る。
本発明は、複合五糖LNFP-Iを産生する改変されたE.コリ(E.coli)に炭素及び/又はエネルギー源としてスクロースを利用する能力を付与するために、SacC_Agalなどの細胞外インベルターゼの導入がどのように有利に使用され得るかを明らかにする。以下の表で示されるような株MP5及びMP8又はMP9の間の唯一の相違は、前者にSacC_Agal酵素がないこと及び後者2つの株にはSacC_Agal酵素が存在することである。株MP8はsacC_Agal遺伝子の1つのPglpF推進型コピーを有するが、株MP9は2つのこのようなコピーを有する。
本発明の実施形態では、スクロースを含有するバッチ培養中でsacC_Agal-発現細胞がロバストに増殖するだけでなく、これらはまた、流加培養発酵工程において高タイターでLNFP-Iを産生することが明らかになる。
[増殖監視アッセイ中に適用されるプロトコールの説明]
2.5日間プロトコールを用いて96ウェルマイクロタイタープレートにおいて本発明の実施例で開示される株をスクリーニングした。最初の24時間中に細胞を高密度に増殖させ、次の36時間では、主要な炭素及びエネルギー源としてスクロースを含有する培地に細胞を移した。具体的には、第1日に、20%グルコースを含有するLuria-Bertaniブロスを使用して新鮮な接種物を調製した。調製した培養物の34℃でのインキュベーションの24時間後に、硫酸マグネシウム及びチアミンを補給した基本最少培地(200uL)へと細胞を移し、炭素源としての20%グルコース溶液及び15g/Lスクロース溶液の初回ボーラスを細胞に与えた。新しい培地の接種後、72時間にわたり28℃、1200rpmで細胞を振盪した。ThermoFisher ScientificからのVarioskan LUX Multimodeマイクロプレートリーダーと適合するマイクロタイタープレートにおいてバッチ培養方式で細胞を増殖させた。
[発酵プロトコール]
30g/Lグルコース又はスクロース(それぞれAL-X16及びAL-X17)及びNHPO、KHPO、MgSOx7HO、NaOH、クエン酸、微量元素溶液、消泡剤及びチアミンから構成されるミネラル培地からなる100mLのミネラル培養培地で開始して、250mL発酵槽(Ambr250 HT Bioreactor system,Sartorius)中でE.コリ(E.coli)株を培養した。最初の撹拌のカスケード及びその後の700rpm(最大4500rpmまで)、1VVM(最大3VVMまで)で開始する空気流によって溶解酸素レベルを20%に維持した。8.5%NHOH溶液による滴定によってpHを6.8に維持した。10g/Lグルコース(AL-X16)又はスクロース(AL-X17)、(NHHPO4、KHPO、MgSOx7HO、KOH、NaOH、クエン酸、微量元素溶液、消泡剤及びチアミンから構成される前培養物からの2%(v/v)接種物を用いて培養を開始した。基本最少培地中に含有されたグルコース又はスクロースの枯渇後、炭素制限状態を維持する速度で、グルコース(AL-X16)又はスクロース(AL-X17)含有フィード溶液を継続的に発酵槽に添加した。温度は最初33℃であったが、フィーディングの3時間後、30℃に低下した。フィード開始の36時間後、次いで19時間ごとに、ラクトースを25%ラクトース一水和物溶液のボーラス添加として添加し、ラクトースが律速因子となるのを防いだ。細胞の増殖、代謝活性及び代謝状態は、反射率及びCO放出速度のオンライン測定によって追跡した。発酵を通じて、HPLCを使用してHMO産物、ラクトース及び他の少量の副産物の濃度を決定するために試料を採取した。
[アッセイにおける増殖監視の結果]
上記の60時間プロトコールを使用して増殖監視アッセイにおいて株を試験し、スクロースの存在下でバッチ方式で培養を操作した。それらの遺伝子構成(即ち、スクロース利用と直接関連するSacC_Agal酵素の発現又はそれがないこと)に応じたスクロースにおいて増殖するための様々な株の能力を評価するために、Varioskan LUXシステムにより報告される培養吸収(600nm)における生データを使用して、試験株、即ちMP5、MP8及びMP9についてのスクロースにおける増殖曲線を調べた。データ分析ソフトウエアSkanItを使用して、全ての増殖曲線を抽出し、様々な計算を実行した。
図11で示されるように、そのゲノムにおいてsacC_Agalを保有しない株MP5は、調製したバッチ培養で存在する培地中で提供されるスクロースでは増殖し得ない。僅かな増殖後(提供されるグルコースレベルが低く、培地中に存在し得るスクロースが部分的に分解される可能性があるため)、株MP5は、平坦な増殖プロファイルを有する(図11)。それに対して、それぞれsacC_Agal遺伝子の1つ又は2つのPglpF推進コピーを保有する株MP8及びMP9は、経時的にスクロースにおいてよく増殖し、株MP5よりもはるかに高い光学密度値に到達する(図10)。株MP8及びMP9が殆ど同一である増殖プロファイルを有することも特筆に値するものであり、sacC_Agal遺伝子の1つのPglpF推進型コピーは、スクロースでのロバストな増殖を支持するのに十分であるはずであることが示される(図11)。
このように、本開示は、正常な細胞生理を有するフレックス燃料株(複数の炭素源における増殖が可能)を作製するための効率的な株改変ツールを示し、これにより、当技術分野で公知の他の多遺伝子スクロース利用技術(例えばscrBRYA)と比較してsacC_Agal発現細胞において代謝負担がおそらく低いことが示され得る。
本発明の実施例では、MP5として表4で特定されるLNFP-I発現宿主細胞にSacC_Agalスクロースインベルターゼを導入した。詳細には、PglpFプロモーターの制御下にsacC_Agal遺伝子を配置し、1コピー(株MP8)又は2コピー(株MP9)で染色体中に組み込む。また、sacC_Agal発現細胞はスクロースを含有するバッチ培養においてロバストに増殖するだけでなく、これらはまた、下の発酵結果で示されるように流加発酵培養法において高タイターでLNFP-Iを産生することが本明細書により明らかになる。
[発酵の結果]
LNFP-I、LNT、2’FL及びLNT-IIの産生は、産生される総HMOの割合%として示される。株MP5を用いて単一の発酵を行い、一方で株MP9の発酵は2つ組で行った。発酵エンドポイントデータを表5で示す。一般に、選択された発酵工程において、株MP5及びMP9の両方がLNFP-Iを高レベル及び同様のタイターで産生していた。
具体的に、スクロースにおいて増殖できない株、即ちMP5は、グルコースに基づく工程(AL-X16)が実行された場合、3種類のHMOからなるHMOプロファイルをもたらした。詳細には、株MP5のHMOプロファイルは、およそ95%LNFP-I、1%LNT及び4%2’-FLを含有する(表5)。PglpFプロモーター制御下でsacC_Agalを発現する株(株MP9)は、スクロースに基づく工程(AL-X17)が実行された場合、株MP5と比較して、少々多い量の2’-FLを産生した。特に、株MP9のHMOプロファイルはおよそ90%LNFP-I及び10%2’-FLを含有するが、LNTはない(表5)。
Figure 2024517696000009
結論として、SacC_Agalスクロース利用技術は、このように改変された細胞を使用して高レベルのLNFP-I産生を可能にし、これは、炭素源としてグルコースを使用して得られたものと非常に類似したHMOプロファイルをもたらす。
[配列]
本願は、優先権主張DK PA 2021 70250における修正された配列リストに列挙される配列であるような、参照により本明細書によって組み込まれる、テキスト方式及び電子方式の配列リストを含有する。表4で示されない配列のまとめは以下である。
配列番号1[smobタンパク質]
配列番号2[smob遺伝子]
配列番号3[bad]
配列番号4[nec]
配列番号5[YberC]
配列番号6[Fred]
配列番号7[Vag]
配列番号8[Marc]
配列番号9[scrY]
配列番号10[scrA]
配列番号11[scrB]
配列番号12[scrR]
配列番号13[SacC_AgaIタンパク質]
配列番号14[Bffタンパク質]
配列番号40[lgtA]
配列番号41[GalTK]
配列番号42[GlpR]

Claims (27)

  1. 1つ以上のフコシル化ヒトミルクオリゴ糖(HMO)を産生するための方法であって、
    a.配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシル-トランスフェラーゼタンパク質又は配列番号1と少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体をコードする組み換え核酸を含む、フコシル化HMOを産生可能な遺伝子改変細胞を提供する段階と、
    b.前記核酸を発現させるための適切な細胞培養培地中で、(a)に記載の細胞を培養する段階と、
    c.段階(b)で産生されたHMOを回収する段階と、
    を含む、方法。
  2. 前記1つ以上のフコシル化HMOが、2’-FL、LNFP-I、DFL及びLNDFH-Iからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  3. LNFP-1を主に産生する、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 段階c)の前記回収されたHMO中のLNFP-I:2’-FLのモル比率が20:1~2:1の範囲となる、請求項1~3の何れか一項に記載の方法。
  5. 段階c)の前記回収されたHMO中のLNFP-I:LNTのモル比率が1000:1~10:1の範囲となる、請求項1~4の何れか一項に記載の方法。
  6. LNT-II及び/又はLNT及び/又はLNDFH-I及び/又はDFLが前記回収されたHMO中に存在しない、請求項1~5の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記遺伝子改変細胞が、唯一の炭素及びエネルギー源としてのスクロース中で培養される、請求項1~6の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記遺伝子改変細胞が、Nec及び/又はYberC(GenBank accession ID WP_092672081.1及びGenBank accession ID EEQ08298.1)又は配列番号4若しくは5のうち何れか1つと少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体から選択されるMFS輸送体タンパク質をコードする異種ヌクレオチド配列を含む、請求項1~7の何れか一項に記載の方法。
  9. 配列番号1で示されるようなα-1,2-フコシルトランスフェラーゼタンパク質又は配列番号1と少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体をコードする組み換え核酸配列を含む、遺伝子改変細胞。
  10. 次のものからなる群から選択される糖排出輸送体をコードする核酸配列をさらに含む、請求項9に記載の遺伝子改変細胞:
    a.配列番号4又は配列番号4と少なくとも70%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体をコードする核酸配列、
    b.配列番号5又は配列番号5と少なくとも70%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体をコードする核酸配列。
  11. β-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼタンパク質をコードする核酸配列をさらに含む、請求項9又は10に記載の遺伝子改変細胞。
  12. β-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼタンパク質をコードする核酸配列さらに含む、請求項9~11の何れか一項に記載の遺伝子改変細胞。
  13. コピー数を増加させることによる、及び/又は発現を制御するために強い調節エレメントを選択することによるかの何れかでβ-1,3-N-アセチル-グルコサミニルトランスフェラーゼ及び/又はβ-1,3-ガラクトシルトランスフェラーゼ発現レベルを上昇させる、請求項11又は12に記載の遺伝子改変細胞。
  14. 2’-FL、LNFP-I及びLNDFH-I及びDFLからなる群から選択される1つ以上のフコシル化HMOを産生可能である、請求項9~13の何れか一項に記載の遺伝子改変細胞。
  15. 前記細胞により産生される前記主なフコシル化HMOがLNFP-Iである、請求項9~14の何れか一項に記載の遺伝子改変細胞。
  16. E.コリ(E.coli)、C.グルタミクム(C.glutamicum)、L.ラクティス(L.lactis)、B.サブチリス(B.subtilis)、S.リビダンス(S.lividans)、P.パストリス(P.pastoris)及びS.セレビシエ(S.cerevisiae)からなる群から選択される、請求項9~15の何れか一項に記載の遺伝子改変細胞。
  17. 前記組み換え核酸の前記発現が、調節エレメントを含む1つ以上の核酸配列により調節される、請求項9~16の何れか一項に記載の遺伝子改変細胞。
  18. 前記1つ又は複数の調節エレメントが、PglpF(配列番号27)又はPlac(配列番号36)又はPmglB_UTR70(配列番号24)又はPglpA_70UTR(配列番号25)又はPglpT_70UTR(配列番号26)又は表4で同定されるようなこれらのプロモーターのバリアントからなる群から選択されるプロモーター配列を含む、請求項9~17の何れか一項に記載の遺伝子改変細胞。
  19. 前記プロモーター配列がPglpFである、請求項18に記載の遺伝子改変細胞。
  20. 前記遺伝子改変細胞がスクロース利用系を発現する、請求項15~19の何れか一項に記載の遺伝子改変細胞。
  21. 前記スクロース利用系が、GenBank accession ID:WP_103853210.1及びBAD18121.1又は配列番号13若しくは14の何れか1つと少なくとも80%同一であるアミノ酸配列を有するその機能性相同体からなる群から選択される、スクロースをフルクトース及びグルコースに加水分解可能なポリペプチドである、請求項20に記載の遺伝子改変細胞。
  22. 配列番号2と少なくとも80%同一である、組み換え核酸配列を含む核酸コンストラクト。
  23. PglpF(配列番号27)又はPlac(配列番号36)又はPmglB_UTR70(配列番号24)又はPglpA_70UTR(配列番号25)又はPglpT_70UTR(配列番号26)又は表4で同定されるようなこれらのプロモーターのバリアントからなる群から選択されるプロモーター配列とともに調節エレメントを含む1つ以上の組み換え核酸配列をさらに含む、請求項22に記載の核酸コンストラクト。
  24. 前記プロモーターがPglpFである、請求項22又は23に記載の核酸コンストラクト。
  25. 1つ以上のフコシル化HMOの産生における、請求項9~21の何れか一項に記載の遺伝子改変細胞又は請求項22~24の何れか一項に記載の核酸コンストラクトの使用。
  26. 前記1つ以上のフコシル化HMOが、2’-FL、LNFP-I、DFL及びLNDFH-Iからなる群から選択される、請求項25に記載の使用。
  27. 前記細胞により産生される前記主なHMOがLNFP-Iである、請求項25又は26に記載の使用。
JP2023565528A 2021-05-17 2022-05-17 純粋なLNFP-Iのインビボ産生のためのα-1,2-フコシルトランスフェラーゼの同定 Pending JP2024517696A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA202170250A DK181242B1 (en) 2021-05-17 2021-05-17 GENETICALLY ENGINEERED CELLS COMPRISING A RECOMBINANT NUCLEIC ACID SEQUNCE ENCODING AN α-1,2-FUCOSYLTRANSFERASE CAPABLE OF PRODUCING LNFP-I, NUCLEIC ACID SEQUENCES ENCODING SAME AND METHODS FOR USE OF SAME
DKPA202170250 2021-05-17
PCT/EP2022/063315 WO2022243312A1 (en) 2021-05-17 2022-05-17 IDENTIFICATION OF AN α-1,2-FUCOSYLTRANSFERASE FOR THE IN VIVO PRODUCTION OF PURE LNFP-I

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024517696A true JP2024517696A (ja) 2024-04-23

Family

ID=82058158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023565528A Pending JP2024517696A (ja) 2021-05-17 2022-05-17 純粋なLNFP-Iのインビボ産生のためのα-1,2-フコシルトランスフェラーゼの同定

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4341417A1 (ja)
JP (1) JP2024517696A (ja)
CN (1) CN117321217A (ja)
DK (1) DK181242B1 (ja)
WO (1) WO2022243312A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK202200561A1 (en) * 2022-06-13 2024-02-14 Dsm Ip Assets Bv Sigma factor modifications for biosynthetic production
DK202200588A1 (en) 2022-06-20 2024-02-23 Dsm Ip Assets Bv Mixture of fucosylated HMOs

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2517602C2 (ru) 2009-06-08 2014-05-27 Йенневайн Биотехнологи Гмбх Синтез нмо
US9453230B2 (en) 2011-02-16 2016-09-27 Glycosyn LLC Biosynthesis of human milk oligosaccharides in engineered bacteria
EP3154995B1 (en) 2014-06-11 2023-11-01 Glycom A/S Separation of 2'-o-fucosyllactose from fermentation broth
CN106460024B (zh) * 2014-06-27 2021-10-01 格礼卡姆股份公司 寡糖的制备
EP3191499A4 (en) 2014-09-09 2018-06-06 Glycosyn LLC Alpha (1,3) fucosyltransferases for use in the production of fucosylated oligosaccharides
EP3141610A1 (en) 2015-09-12 2017-03-15 Jennewein Biotechnologie GmbH Production of human milk oligosaccharides in microbial hosts with engineered import / export
DE202017007249U1 (de) 2016-03-07 2020-04-23 Glycom A/S Abtrennung von Oligosacchariden aus der Fermentationsbrühe
EP3445770A4 (en) 2016-04-19 2020-03-18 Glycom A/S SEPARATION OF OLIGOSACCHARIDES FROM A FERMENTATION BROTH
EP3425052A1 (en) * 2017-07-07 2019-01-09 Jennewein Biotechnologie GmbH Fucosyltransferases and their use in producing fucosylated oligosaccharides
EP3438122A1 (en) * 2017-08-01 2019-02-06 OligoScience Biotechnology GmbH Microorganism for producing human milk oligosaccharide
WO2019123324A1 (en) 2017-12-21 2019-06-27 Glycom A/S Nucleic acid construct for in vitro and in vivo gene expression
EP3569713A1 (en) * 2018-05-16 2019-11-20 Jennewein Biotechnologie GmbH Use of glycosidases in the production of oligosaccharides
CN114008202A (zh) 2019-06-21 2022-02-01 格礼卡姆股份公司 用于体外和体内基因表达的包含5’utr茎环的核酸构建体
CN111808790B (zh) * 2020-06-05 2022-02-15 武汉中科光谷绿色生物技术有限公司 一株大肠杆菌及其在合成岩藻糖基化寡糖中的应用

Also Published As

Publication number Publication date
DK181242B1 (en) 2023-05-30
WO2022243312A1 (en) 2022-11-24
EP4341417A1 (en) 2024-03-27
CN117321217A (zh) 2023-12-29
DK202170250A1 (en) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2021209395A1 (en) New major facilitator superfamily (MFS) protein (Fred) in HMO production
JP2024517696A (ja) 純粋なLNFP-Iのインビボ産生のためのα-1,2-フコシルトランスフェラーゼの同定
WO2023099680A1 (en) Cells with tri-, tetra- or pentasaccharide importers useful in oligosaccharide production
JP2024516207A (ja) インベルターゼ/スクロースヒドロラーゼを発現する微生物株
US20240102063A1 (en) New major facilitator superfamily (mfs) protein (fred) in production of sialylated hmos
WO2022243313A1 (en) Methods of producing hmo blend profiles with lnfp-i and lnt as the predominant compounds
JP2023511525A (ja) HMO生産における新しい主要促進剤スーパーファミリー(MFS)タンパク質(Fred)
JP7331278B1 (ja) 3’slのインビボ合成のための新規なシアリルトランスフェラーゼ
DK181442B1 (en) Cells capable of producing one or more human milk oligosaccharides (hmos) comprising expression of an invertase, method comprising said cells for biosynthetic production and use of said cells for biosynthetic production; use of an invertase in a biosynthetic production
WO2023247537A1 (en) New sialyltransferases for in vivo synthesis of lst-c
CN117321071A (zh) 表达转化酶/蔗糖水解酶的微生物菌株
WO2022243315A1 (en) Methods of producing hmo blend profiles with lnfp-i and 2'-fl, with lnfp-i as the predominant compound
JP2024517144A (ja) 細胞中のラクトース取り込みを改変することによるhmoの形成の増強
DK202270078A1 (en) New sialyltransferases for in vivo synthesis of lst-a
CN117355613A (zh) 产生以lnfp-i和2’-fl作为主要化合物的hmo共混物分布的方法
WO2024133702A2 (en) New fucosyltransferases for production of 3fl
DK202200689A1 (en) New fucosyltransferases for in vivo synthesis of lnfp-iii
WO2023166035A2 (en) New sialyltransferases for in vivo synthesis of 3'sl and 6'sl
WO2023209098A1 (en) Hmo producing microorganism with increased robustness towards glucose gradients
DK202201203A1 (en) New fucosyltransferases for in vivo synthesis of complex fucosylated human milk oligosaccharides
WO2024110667A1 (en) Two-strain system for producing oligosaccharides
CN116802302A (zh) 唾液酸化hmo生产中的新主要易化子超家族(mfs)蛋白(fred)

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240122

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240122

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20240122

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240507