JP2938497B2 - Method for producing cytidine by fermentation - Google Patents

Method for producing cytidine by fermentation

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JP2938497B2 JP2557490A JP2557490A JP2938497B2 JP 2938497 B2 JP2938497 B2 JP 2938497B2 JP 2557490 A JP2557490 A JP 2557490A JP 2557490 A JP2557490 A JP 2557490A JP 2938497 B2 JP2938497 B2 JP 2938497B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、医薬品等の合成原料として有用なシチジン
の発酵法による製造方法に関する。より詳しくは、本発
明は、シチジン生産能を有する微生物の形質転換体を使
用するシチジンの多量生産方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing cytidine by fermentation, which is useful as a raw material for synthesizing pharmaceuticals and the like. More specifically, the present invention relates to a method for mass-producing cytidine using a transformant of a microorganism having cytidine-producing ability.

〔従来技術〕(Prior art)

微生物を培養してシチジンを得る方法としては、バチ
ルス・ズブチリス或いはプロテウス・レトゲリーの変異
株を用いる方法(特公昭36−21499号公報);ブレビバ
クテリウム属のプリン、ピリミジン及びヒスチジンに対
してアナログ耐性の変異株を用いる方法(特公昭57−18
871号公報);ミクロバクテリウム属のプリンに対して
アナログ耐性の変異株を用いる方法(特公昭57−18872
号公報);バチルス属のピリミジンに対してアナログ耐
性の変異株を用いる方法(特開昭61−135597号公報)等
が知られている。
As a method for obtaining cytidine by culturing a microorganism, a method using a mutant strain of Bacillus subtilis or Proteus lettgelli (Japanese Patent Publication No. 36-21499); analog resistance to purine, pyrimidine and histidine belonging to the genus Brevibacterium Using a mutant strain of
No. 871); a method using a mutant strain that is analog-resistant to purines of the genus Microbacterium (JP-B-57-18872)
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-135597) and a method using a mutant strain having analog resistance to Bacillus pyrimidine.

ところで微生物体内におけるシチジンが合成されるに
至る代謝経路においては、ウリジン系化合物のウラシル
塩基部分がアミノ化されてシチジン系化合物が生成さ
れ、該シチジン系化合物からシチジンがもたらされる。
この際の反応は、ウリジン三リン酸(以下、UTPとい
う。)のアミノ化によりシチジン三リン酸(以下、CTP
という。)が生じる反応が唯一の経路である。この反応
を触媒する酵素はシチジン三リン酸合成酵素(以下、CT
Pシンセターゼという。)であるが、この酵素は生産物
であるCTPによるフィードバック阻害をうけること、発
現量が培地のシチジン量で抑制されること等、その活性
は厳密に調節されている。また、この酵素の遺伝子のク
ローニングについて、太陽菌由来のCTPシンセターゼ遺
伝子〔Journal of Biologial Chemistry 261,5568(198
6)〕、バチルス・ズブチリス由来のCTPシンセターゼ遺
伝子〔Journal of Bacteriology 170,4194−4108(198
8)〕の報告がある。
In the metabolic pathway leading to the synthesis of cytidine in a microorganism, the uracil base portion of the uridine compound is aminated to produce a cytidine compound, and cytidine is derived from the cytidine compound.
The reaction at this time is performed by amination of uridine triphosphate (hereinafter, referred to as UTP) by cytidine triphosphate (hereinafter, CTP).
That. ) Is the only pathway. The enzyme that catalyzes this reaction is cytidine triphosphate synthase (hereinafter referred to as CT
It is called P synthetase. However, the activity of this enzyme is strictly regulated, such as being subject to feedback inhibition by the product CTP and its expression level being suppressed by the amount of cytidine in the medium. In addition, regarding the cloning of the gene for this enzyme, the CTP synthetase gene derived from Bacillus subtilis [Journal of Biologial Chemistry 261 , 5568 (198
6)], a CTP synthetase gene derived from Bacillus subtilis [Journal of Bacteriology 170 , 4194-4108 (198
8)] is reported.

しかしながら、上記クローニングの報告はいずれもCT
Pシンセターゼ遺伝子の産業上の利用を目的としたもの
ではなく、同酵素遺伝子を微生物を用いて高度に発現さ
せたりしたものでもなく、且つまたそれを利用してシチ
ジンの工業的生産を意図したものでもない。
However, none of the above cloning reports was CT
It is not intended for industrial use of the P synthetase gene, nor is the enzyme gene highly expressed using microorganisms, nor is it intended for industrial production of cytidine using it not.

〔発明の目的〕[Object of the invention]

本発明は、医薬品等の合成原料として有用なシチジン
の発酵法により多量生産できる方法を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a method capable of mass-producing cytidine by fermentation, which is useful as a raw material for synthesis of pharmaceuticals and the like.

本発明の他の目的は、ランダムな変異にのみ頼ってい
た従来のシチジン生産菌に代えて、組換え手法により得
られた高シチジン生産能を有するシチジン生産菌を使用
してシチジンの発酵法による多量生産方法を提供するこ
とにある。
Another object of the present invention is to use a cytidine fermentation method using a cytidine-producing bacterium having a high cytidine-producing ability obtained by a recombinant technique, instead of a conventional cytidine-producing bacterium that has relied only on random mutation. It is to provide a mass production method.

〔発明の構成・効果〕[Structure and effect of the invention]

本発明者は、シチジン系化合物の合成系の各種酵素群
の中でも特にCTPシンセターゼに着目し、この酵素活性
を強化することがシチジン生産量の上昇に寄与すると考
え、クローニングしたバチルス属に属するCTPシンセタ
ーゼ遺伝子をバチルス属に属するシチジン生産菌に組み
込み高度に発現させることによって、CTPシンセターゼ
の発現量が増加し、さらにシチジンの生産量が飛躍的に
増加することを見い出し、該知見に基づき本発明を完成
するに至った。
The present inventors have focused on CTP synthetase among various enzyme groups in the synthesis system of cytidine-based compounds, and believed that enhancing this enzyme activity contributes to an increase in cytidine production, and cloned CTP synthetase belonging to the genus Bacillus. By incorporating the gene into a cytidine-producing bacterium belonging to the genus Bacillus and expressing it at a high level, it was found that the expression level of CTP synthetase was increased, and that the production amount of cytidine was dramatically increased.Based on the findings, the present invention was completed. I came to.

即ち、本発明は、バチルス属に属するシチジン生産能
を有する微生物をバチルス属に属するCTPシンセターゼ
遺伝子を含む組換体DNAで形質転換し、得られる形質転
換体を培養して培養物中にシチジンを生成蓄積させ、該
培養物からシチジンを採取することを特徴とするシチジ
ンの製造方法にある。
That is, the present invention transforms a microorganism having the ability to produce cytidine belonging to the genus Bacillus with a recombinant DNA containing the CTP synthetase gene belonging to the genus Bacillus, and cultivating the resulting transformant to produce cytidine in the culture. A method for producing cytidine, comprising accumulating and collecting cytidine from the culture.

本発明において使用するバチルス属に属するシチジン
生産能を有する微生物としては、元来シチジン生産能を
有している微生物でもよいし、天然或いは人工の変異
に、よって、シチジン生産能が付与されたバチルス属に
属する微生物でもよい。このような微生物としては、バ
チルス・ズブチリス或いはバチルス・ズブチリスから誘
導されたプリンアナログ、ピリミジンアナログまたはヒ
スチジンアナログ耐性株、好適にはバチルス・ナットウ
C−1株(微工研菌寄第11055号)が挙げられる。
The microorganism having cytidine-producing ability belonging to the genus Bacillus used in the present invention may be a microorganism originally having cytidine-producing ability, or a Bacillus to which cytidine-producing ability has been imparted by natural or artificial mutation. A microorganism belonging to the genus may be used. Examples of such microorganisms include Bacillus subtilis or a purine analog, a pyrimidine analog, or a histidine analog-resistant strain derived from Bacillus subtilis, preferably a Bacillus natto C-1 strain (Microtechnical Laboratories No. 11055). No.

上記のバチルス・ナットウC−1は、土壌から新しく
分類されたシチジン生産能を有する菌であり、その菌学
的性状は下記の通りである。
The Bacillus natto C-1 is a bacterium having a cytidine-producing ability newly classified from soil, and its bacteriological properties are as follows.

(a) 形態学的形状 1) 細胞の形および大きさ:短桿菌、0.7〜1.0×2〜
8μ 2) 多形生:単一まれに二連 3) 運動性:なし 4) 胞子:卵型の内生胞子を栄養細胞の中央付近に生
じる 5) グラム染色:陽性 6) 抗酸性:陰性 (b) 生育状況 1) 肉汁寒天培養:灰白色で周辺が裂開状の扁平なコ
ロニーを作る 2) 肉汁液体培養:表面に皮膜を作るが、他は透明 (c) 生理的性質 1) 硝酸塩の還元:有り 2) クエン酸の利用:有り 3) プロピオン酸の利用:なし 4) VPテスト:陽性 5) デンプンの加水分解:有り 6) カゼインの加水分解:有り 7) オキシターゼ:微弱 8) カタラーゼ:有り 9) インドールの生成:なし 10) 酵素に対する態度:好気性 11) ビオチン要求性:有り 12) 1.5%グルタミン酸を含む培地で粘性物質の生
成:有り 13) シチジンの培地への排出・有り なお、このバチルス・ナットウC−1は、平成元年10
月19日付で、通商産業省工業技術院微生物工業技術研究
所に、微工研菌寄第11055号(FERM P−11055)の寄託番
号で寄託してある。
(A) Morphological shape 1) Cell shape and size: short rod, 0.7-1.0 × 2
8μ 2) Polymorphs: Single rarely in duplicate 3) Motility: None 4) Spores: Endogenous spores of oval form are formed near the center of vegetative cells 5) Gram stain: positive 6) Acid-fast: negative ( b) Growth conditions 1) Gravy agar culture: Produces a flat colony with a grayish-white, dehiscence-like periphery. 2) Gravy liquid culture: Creates a film on the surface but is otherwise transparent. (c) Physiological properties 1) Nitrate reduction : Yes 2) Use of citric acid: Yes 3) Use of propionic acid: No 4) VP test: Positive 5) Starch hydrolysis: Yes 6) Hydrolysis of casein: Yes 7) Oxidase: Weak 8) Catalase: Yes 9) Production of indole: none 10) Attitude to enzyme: aerobic 11) Requirement of biotin: yes 12) Production of viscous substance in medium containing 1.5% glutamic acid: yes 13) Excretion / existence of cytidine to the medium Bacillus Natto C-1, the first year of Heisei 10
It was deposited with the Ministry of International Trade and Industry of the Ministry of International Trade and Industry on the date of March 19, 2009 under the deposit number of FERM P-11055.

本発明のシチジンを生産する能力のある微生物よりCT
Pシンセターゼ遺伝子をクローニングする方法としては
以下の方法を用いて取得することができる。
CT from microorganisms capable of producing cytidine of the present invention
The method for cloning the P synthetase gene can be obtained by the following method.

(1) シチジン生産能を有する微生物の遺伝子を発現
させることが可能で且つCTPシンセターゼが欠損した微
生物に、シチジン生産能を有する微生物の全DNAライブ
ラリーを導入し、シチジンを生育に要求しなくなること
を目印にコロニーを選択し、そのコロニーよりDNAライ
ブラリーを回収する方法。
(1) The ability to express the gene of a microorganism capable of producing cytidine and introducing a whole DNA library of a microorganism capable of producing cytidine into a microorganism deficient in CTP synthetase, thereby eliminating the need for growth of cytidine. A method of selecting a colony using as a mark and recovering a DNA library from the colony.

(2) シチジン生産能を有する微生物のCTPシンセタ
ーゼを精製し、そのアミノ酸配列の一部より推定される
遺伝子のDNA配列をもつオリゴヌクレオチドと相補性を
示すものを、シチジン生産能を有する微生物のDNAライ
ブラリーより選択する方法。
(2) Purification of CTP synthetase of a microorganism having cytidine-producing ability, DNA that is complementary to an oligonucleotide having a DNA sequence of a gene deduced from a part of the amino acid sequence, and purified from the DNA of a microorganism having cytidine-producing ability. How to select from library.

(3) シチジン生産能を有する微生物の近縁の微生物
のCTPシンセターゼがクローニングされている場合、こ
れと相補性を示すものを、シチジン生産能を有する微生
物のDNAライブラリーより選択する方法。
(3) A method in which, when a CTP synthetase of a microorganism closely related to a cytidine-producing microorganism has been cloned, a clone exhibiting complementarity thereto is selected from a DNA library of the cytidine-producing microorganism.

このようにして得たCTPシンセターゼ遺伝子をそのま
ま、或いは改良を加えた後、シチジン生産能を有する微
生物中で高発現させる。その方法としては、以下の方法
を用いることができる。
The CTP synthetase gene thus obtained is expressed as it is or after being improved in a microorganism having cytidine-producing ability. The following method can be used as the method.

(1) 宿主−ベクター系の確立した微生物では、CTP
シンセターゼ遺伝子をこのベクターに組み込む。このと
き、このベクターが高いコピー数を持っていれば、同遺
伝子をそのまま組み込んでも良い。
(1) For microorganisms with an established host-vector system, CTP
The synthetase gene is incorporated into this vector. At this time, if the vector has a high copy number, the same gene may be directly incorporated.

(2) 染色体に目的遺伝子を組み込む方法が確立した
微生物では、染色体に直接CTPシンセターゼを組み込
む。このとき、目的遺伝子が染色体あたり複数個組み込
めれば、CTPシンセターゼ遺伝子をそのまま組み込んで
も良い。
(2) In microorganisms that have established a method for integrating a target gene into a chromosome, CTP synthetase is directly integrated into the chromosome. At this time, if a plurality of target genes can be integrated per chromosome, the CTP synthetase gene may be integrated as it is.

CTPシンセターゼ遺伝子の改良としては、同酵素は培
地中のシチジンによって抑制をうけることから、遺伝子
プロモーターを構成的な(いつも発現している)ものに
置換すること、或いは同酵素はCTPによるフィードバッ
ク阻害をうけることから同酵素のアロステック部位をコ
ードしている部分に変異、例えば第2図に示されるオー
プンリーディングフレームの一部を置換、欠失または付
加した変異を入れ、CTP非感受性の酵素を造成すること
等が挙げられる。
As an improvement of the CTP synthetase gene, the enzyme is repressed by cytidine in the culture medium, so the gene promoter must be replaced with a constitutive (always expressed) one, or the enzyme can inhibit CTP feedback inhibition. As a result, a mutation, for example, a substitution, deletion or addition of a part of the open reading frame shown in FIG. 2, is made in the portion encoding the arostec site of the enzyme to construct a CTP-insensitive enzyme. And the like.

このようにして得られた組換え体を含む微生物のう
ち、性質の安定した株を選び、通常の微生物の培養と同
様の方法で培養を行なう。即ち、培地としては、炭素
源、窒素源、菌の生育に必要な各種の無機塩類、アミノ
酸類、ビタミン類等が適宜選択の上、それぞれ単独もし
くは混合して用いられる。培地中にPHの変動が観察され
る場合、硫酸、炭酸カルシウム、水酸化ナトリウム、ア
ンモニア水等を適宜添加する。また、培地中にウラシ
ル、ウリジン、UMP等の化合物を多量に入れ、これをシ
チジンにサルベージ合成させる方法も有効である。培養
温度は、20℃〜48℃の範囲において、使用する微生物の
成育、シチジンの蓄積量、副産物の抑制を考慮に入れ、
適宜選択できる。培養時間としては、シチジンの蓄積
量、副産物の生成量によって異なるが、通常1日〜7日
である。
From the microorganisms containing the recombinant thus obtained, a strain having stable properties is selected and cultured in the same manner as in the usual culture of microorganisms. That is, as the medium, a carbon source, a nitrogen source, various inorganic salts, amino acids, vitamins, and the like necessary for the growth of the bacterium are appropriately selected and used alone or in combination. When a change in PH is observed in the medium, sulfuric acid, calcium carbonate, sodium hydroxide, aqueous ammonia, etc. are appropriately added. It is also effective to add a large amount of a compound such as uracil, uridine, UMP, or the like to a medium, and synthesize the compound with cytidine by salvage. The culture temperature is in the range of 20 ° C to 48 ° C, taking into account the growth of the microorganism used, the amount of cytidine accumulated, and the suppression of by-products.
It can be selected as appropriate. The cultivation time varies depending on the amount of cytidine accumulated and the amount of by-products produced, but is usually 1 to 7 days.

培養物からシチジンを分離採取する方法は、沈殿法、
イオン交換樹脂による処理、或いは溶媒による抽出等の
公知の方法を用いることができる〔特開昭61−135597号
公報参照〕 実施例 以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。
Methods for separating and collecting cytidine from culture include precipitation,
A known method such as treatment with an ion-exchange resin or extraction with a solvent can be used (see JP-A-61-135597). Examples The present invention will be specifically described with reference to examples.

実施例1 〔工程1〕 バチルス・ナットウC−1株〔微工研菌寄第11055
号〕からの全DNAの抽出。
Example 1 [Step 1] Bacillus natto C-1 strain [Microtechnical Laboratories No. 11055
Extraction of total DNA from

ショ糖密度勾配遠心法のかわりに10%PEG沈殿法を用
いる以外は河村らの方法〔微生物遺伝子実験法,106頁共
立出版社〕によってバチルス・ナットウC−1株の菌体
7gより3.13mgの全DNAを抽出精製した。
Except for using the 10% PEG precipitation method instead of the sucrose density gradient centrifugation method, the cells of Bacillus natto C-1 strain were obtained by the method of Kawamura et al.
3.13 mg of total DNA was extracted and purified from 7 g.

〔工程2〕 全DNAライブラリーの作製 工程1で得た全DNAに、制限酵素Pst Iを作用させ完全
分解後、1%アガロースゲル電気泳動に供し、6〜9kb
の大きさに相当するゲル部分より、電気溶出法によりDN
A断片を回収した。この回収DNA2μgと、Pst Iで完全に
開裂させた600ngのベクターPUC18を混合し、T4・DNAリ
ガーゼで15℃、12時間反応させ、両DNAを結合させた。
[Step 2] Preparation of total DNA library The total DNA obtained in step 1 was completely digested with the restriction enzyme Pst I, and then subjected to 1% agarose gel electrophoresis to obtain 6 to 9 kb.
From the gel part corresponding to the size of
The A fragment was recovered. 2 μg of the recovered DNA was mixed with 600 ng of vector PUC18 completely cleaved with PstI, and reacted with T4 DNA ligase at 15 ° C. for 12 hours to bind both DNAs.

この組換え体DNAをCaCl2を用いた形質転換法〔モレキ
ュラー・クローニング,249頁,コールド・スプリング・
ハーバー・ラボラトリー〕により、エシェリヒア・コリ
MB65〔微工研菌寄第8900号〕に導入し、アンピシリン50
μg/mlを含むL−ブロス寒天培地〔バクトトリプトン
(ディフコ社製)1%、酵母エキス0.5%、NaCl0.5%、
寒天1.5%〕上で生育してきた6800コロニーを4等分し
集め、バーンボイムらの方法〔Nucleicacid Reserch,
、1513(1979)〕によりプラスミドDNAを調製し、バ
チルス・ナットウC−1の染色体ライブラリーとした。
Transformation of this recombinant DNA using CaCl 2 [Molecular Cloning, page 249, Cold Spring
Harbor Laboratory], Escherichia coli
Introduced into MB65 [Microtechnical Laboratories No. 8900], ampicillin 50
L-broth agar medium containing 1 μg / ml [Bactotripton (manufactured by Difco) 1%, yeast extract 0.5%, NaCl 0.5%,
6800 colonies grown on 1.5% agar were divided into four equal parts, collected, and analyzed by the method of Bernboim et al. [Nucleicacid Research,
7 , 1513 (1979)] to prepare a chromosome library of Bacillus natto C-1.

〔工程3〕 DNAライブラリーからCTPシンセターゼ・クローンの選択
・分離 工程2で得た染色体ライブラリーDNAをCaCl2を用いた
形質転換法により、CTPシンセターゼを欠損したエシェ
リヒア・コリJF618〔CGSC5566株:米国イエール大学、
E.Coli genetic stock center〕に導入し、アンピシリ
ン80μg/mlを含み、シチジンを含まないM9培地〔Na2HPO
4 6g/,KH2PO4 3g/,NaCl 0.5g/,NH4Cl 1g/,1mM
MgSO4,0.1mM CaCl2 200μg/mlのスレオニン、30μg/ml
ロイシン、50μg/mlプロリン、20μg/mlヒスチジン、20
μg/mlアルギニン、2μg/mlチアミン、20μg/mlウラシ
ル〕で生育する株を選択し、前出のバーンボイムらの方
法により7.6kbのバチルス・ナットウ由来のDNA断片を含
むプラスミドDNAを回収した。このプラスミドをBamH I
及びPvu IIで切断することにより得られるバチルス・ナ
ットウC−1由来の3.0kbの断片をアガロースゲル電気
泳動後1μg回収し、バチルス・ズブチリス及びエシェ
リヒア・コリ用シャトルベクターPHY300PLK(タカラ酒
造製)をBamH I及びSma Iで切断した4.9kbのDNA断片200
ngと混合し、T4DNAリガーゼで15℃、12時間反応させ、
両DNAを結合させた。この組換え体DNAをCaCl2を用いた
形質転換法によりエシェリヒア・コリJF618に導入し、
アンピシン80μg/mlを含み、シチジンを含まないM9培地
で選択することにより、目的の7.9kbを有するプラスミ
ドを得た。
[Step 3] Selection and separation of CTP synthetase clone from DNA library The CTP synthetase-deficient Escherichia coli JF618 [CGSC5566 strain: USA] was transformed from the chromosome library DNA obtained in step 2 by a transformation method using CaCl 2. Yale University,
E.Coli genetic stock center), containing 80 μg / ml of ampicillin and cytidine-free M9 medium (Na 2 HPO
4 6g /, KH 2 PO 4 3g /, NaCl 0.5g /, NH 4 Cl 1g /, 1mM
MgSO 4 , 0.1 mM CaCl 2 200 μg / ml threonine, 30 μg / ml
Leucine, 50 μg / ml proline, 20 μg / ml histidine, 20
A strain growing on [μg / ml arginine, 2 μg / ml thiamine, 20 μg / ml uracil] was selected, and a 7.6 kb plasmid DNA containing a Bacillus natto-derived DNA fragment was recovered by the method of Barnboim et al. This plasmid is called BamHI
And a 3.0 kb fragment derived from Bacillus natto C-1 obtained by digestion with Pvu II was recovered by agarose gel electrophoresis, and 1 μg was recovered. 4.9 kb DNA fragment 200 cut with I and Sma I
ng was mixed, 15 ° C. at T 4 DNA ligase, reacted for 12 hours,
Both DNAs were ligated. The recombinant DNA was introduced into Escherichia coli JF618 by transformation method using CaCl 2,
The target plasmid having 7.9 kb was obtained by selecting in M9 medium containing 80 μg / ml of ampicin and no cytidine.

このプラスミドpFS037は、JF618のCTPシンセターゼ欠
損を安定に相補することにより、バチルス・ナットウC
−1由来のこの3.0kb断片にCTPシンセターゼ遺伝子は含
まれていると判明した。
This plasmid, pFS037, stably complements the CTP synthetase deficiency of JF618, resulting in a Bacillus natto C.
The CTP synthetase gene was found to be contained in this 3.0 kb fragment derived from -1.

〔工程4〕 バチルス・ナットウC−1由来のCTPシンセターゼ遺伝
子の塩基配列決定 同3.0kbのDNA断片の配列をサンガーらの方法〔Proc N
atl.Acad.Sci.U.S.A.74,5463(1977)〕により決定した
(第2図)。その結果、バチルス・ズブチリスのCTPシ
ンセターゼと同一のアミノ酸をコードする部分が存在し
た。しかし、その塩基配列はバチルス・ズブチリスのそ
れとは異なりその遺伝子暗号の使用頻度は第1表に示す
通りバチルス・ナットウC−1固有のものであった。ま
た、プロモーター領域、ターミネーター領域もこの株に
固有のものであった。
[Step 4] Determination of base sequence of CTP synthetase gene derived from Bacillus natto C-1 The sequence of the 3.0 kb DNA fragment was determined by the method of Sanger et al.
atl. Acad. Sci. USA 74,5463 (1977)] (FIG. 2). As a result, there was a portion encoding the same amino acid as Bacillus subtilis CTP synthetase. However, its base sequence was different from that of Bacillus subtilis, and the frequency of use of its genetic code was unique to Bacillus natto C-1 as shown in Table 1. The promoter region and the terminator region were also unique to this strain.

〔工程5〕 バチルス・ナットウC−1由来のCTPシンセターゼ遺伝
子をプローブとした染色体DNAとのサザンハイブリダイ
ゼーション 制限酵素Dra I及びAcc Iで切り出したバチルス・ナッ
トウCTPシンセターゼをコードする全域を含む1.8kbのDN
A断片(第2図参照)をプローブ(プローブI)とし
て、バチルス・ナットウC−1の染色体をPst I、Hind
IIIで切断したDNAとサザンハイブリダイゼーションを行
なった。その結果、Pst I切断の7.6kb、Hind III切断の
0.5kbの予想された位置にバンドを生じた。また、終上
コドンの40bp下流のAcc I認識部位より下流の840bpのDN
A断片(第2図参照)をプローブ(プローブII)とした
場合にはPst I断片の7.6kbの予想された位置にバンドを
生じた。このことから今回のクローニングした3.0kbの
断片がバチルス・ナットウC−1由来であることが確か
められた。一方、同実験をバチルス・ズブチリス168株
(米国オハイオ大学、Bacillus Genetic stock center
IAI株)の染色体を用いて行なった。プローブIを用い
たところ、Hind III切断の0.5kbの予想された位置にバ
ンドを生じたがプローブIIでは、Pst I、Hind III、Eco
R Iのいずれかで切断したDNAにも、バンドが検出されな
かった。
[Step 5] Southern hybridization with chromosomal DNA using CTP synthetase gene derived from Bacillus natto C-1 as a probe 1.8 kb including the entire region encoding Bacillus natto CTP synthetase cut out with restriction enzymes Dra I and Acc I DN
Using the A fragment (see FIG. 2) as a probe (probe I), the chromosome of Bacillus natto C-1 was Pst I, Hind
Southern hybridization was performed with the DNA cut in III. As a result, 7.6 kb of Pst I digest and Hind III digest
A band was generated at the expected position of 0.5 kb. Also, a 840 bp DN downstream of the AccI recognition site 40 bp downstream of the terminal codon
When the A fragment (see FIG. 2) was used as the probe (probe II), a band was generated at the expected position of 7.6 kb in the Pst I fragment. This confirmed that the 3.0 kb fragment thus cloned was derived from Bacillus natto C-1. Meanwhile, Bacillus subtilis 168 strains (Bacillus Genetic stock center, Ohio University, USA)
IAI strain). Using Probe I, a band was generated at the expected position of 0.5 kb after Hind III cleavage, but with Probe II, Pst I, Hind III, Eco
No band was detected in DNA cut with any of the RIs.

〔工程6〕 プラスミドpFS037のバチルス・ナットウC−1への導入 エシェリヒア・コリpFS037/JF618よりバーンボイムら
の方法により抽出した15μgのpFS037を山根らのプロト
プラストを用いる方法〔遺伝子工学、P173、共立出版、
1987年〕でバチルス・ナットウC−1株に導入し、20μ
g/mlのテトラサイクリン耐性となったコロニーを43得
た。バーンボイムらの方法で、5コロニーのプラスミド
を抽出し、BamH IおよびEcoR Iで切断し、アガロースゲ
ルで泳動パターンを見たが、いずれもpFS037と同一のパ
ターンであった。
[Step 6] Introduction of plasmid pFS037 into Bacillus natto C-1 15 μg of pFS037 extracted from Escherichia coli pFS037 / JF618 by the method of Burnboim et al. Using a protoplast of Yamane et al. [Gene Engineering, P173, Kyoritsu Shuppan,
1987] and introduced into Bacillus natto C-1 strain,
43 g / ml tetracycline resistant colonies were obtained. Plasmids of 5 colonies were extracted by the method of Barnboim et al., Digested with BamHI and EcoRI, and the electrophoresis pattern was observed on an agarose gel. All the patterns were the same as those of pFS037.

これら5コロニーのうちの1つを、バチルス・ナット
ウC−1(pFS037)として、平成2年1月29日付で、通
商産業省工業技術院微生物工業技術研究所に、微工研菌
寄第11211号(FERM P−11211)の寄託番号で寄託してあ
る。
One of these five colonies was designated as Bacillus natto C-1 (pFS037) on January 29, 1990 by the Ministry of International Trade and Industry at the National Institute of Microbial Industry and Technology. No. (FERM P-11211).

〔工程7〕 pFS037を持つバチルス・ナットウC−1のCTPシンセ
ターゼ活性 pFS037を持つバチルス・ナットウC−1をテトラサイ
クリン20μg/mlを含むSEED液体培地〔グルコース2%、
NaCl 0.25%、ポリペプトン(和光純薬)1%、イース
ト・エキスD3(和光純薬)1%、ビオチン100μg/ml、
ウラシル100μg/ml、PH7.3〕50mlに1白金耳植菌し、37
℃18時間培養する。この培養液5mlより集菌し、2mlのホ
モジネートバッファー〔トリス−塩酸20mM(PH8.0)EDT
A1mM、ATP1mM、メルカプトエタノール20mM、グルタミン
2mM〕に懸濁後、氷中、超音波処理を施し、菌体ホモジ
ネートを得る。これを等量の2×反応バッファー〔トリ
ス−塩酸50mM(PH8.0)、MgC l225mM、UTP10mM、ATP8m
M、GTP1mM、グルタミン20mM、EDTA1mM〕と混合し、37℃
5分間加温後、3分間煮沸して反応を停止させる。この
反応液をHPLC分析〔ワットマンSAX−10−25カラム、0.4
Mリン酸−2.5%アセトニトリルバッファー(PH3.3)、
流速毎分1.5ml、波長921mmで検出〕し、生成したCTPを
定量し、1分間に1μモルのCTPを生成する活性を1unit
と定義する。
[Step 7] CTP synthetase activity of Bacillus natto C-1 having pFS037 Bacillus natto C-1 having pFS037 was SEED liquid medium containing 20 μg / ml tetracycline [glucose 2%,
NaCl 0.25%, Polypeptone (Wako Pure Chemical) 1%, Yeast Extract D3 (Wako Pure Chemical) 1%, Biotin 100μg / ml,
Inoculate one platinum loop into 50 ml of uracil 100 µg / ml, PH7.3]
Incubate at 18 ° C for 18 hours. Bacteria were collected from 5 ml of this culture, and 2 ml of a homogenate buffer [Tris-HCl 20 mM (PH8.0) EDT
A1mM, ATP1mM, mercaptoethanol 20mM, glutamine
2mM], and subjected to sonication in ice to obtain a cell homogenate. This was added to an equal volume of 2 × reaction buffer [Tris-HCl 50 mM (PH8.0), MgCl 2 25 mM, UTP 10 mM, ATP 8 mM
M, GTP1mM, glutamine 20mM, EDTA1mM), 37 ° C
After heating for 5 minutes, the reaction is stopped by boiling for 3 minutes. The reaction solution was analyzed by HPLC (Whatman SAX-10-25 column, 0.4
M phosphoric acid-2.5% acetonitrile buffer (PH3.3),
Flow rate of 1.5 ml per minute at a wavelength of 921 mm], the amount of CTP produced is quantified, and the activity to produce 1 μmol CTP per minute is 1 unit.
Is defined.

その結果、pFS037を持つバチルス・ナットウC−1は
ホモジネートタンパク1mg当たり118.6×10-3unitsであ
るのに対し、ベクターであるpHY300PLKのみを持つバチ
ルス・ナットウC−1は、10.5×10-3unitsであった。
As a result, Bacillus natto C-1 having pFS037 was 118.6 × 10 −3 units per 1 mg of the homogenate protein, whereas Bacillus natto C-1 having only the vector pHY300PLK was 10.5 × 10 −3 units. Met.

このようにして、約30コピーのプラスミドpHY300PLK
上にCTPシンセターゼ遺伝子の組込み、バチルス・ナッ
トウC−1に導入することにより、10倍以上のCTPシン
セターゼ活性の上昇が確認された。
Thus, about 30 copies of plasmid pHY300PLK
By incorporating the CTP synthetase gene above and introducing it into Bacillus natto C-1, an increase in CTP synthetase activity of 10-fold or more was confirmed.

〔工程8〕 pFS037を持ったバチルス・ナットウC−1を用いたシチ
ジン生産 pFS037を持つバチルス・ナットウC−1をテトラサイ
クリン20μg/mlを含むSEED液体培地で、37℃18時間培養
後、テトラサイクリン20μg/mlを含むシチジン生産培地
〔グルコース10%、CaCO31%、イーストエキスD3(和光
純薬)0.5%、KH2PO4 0.8%、(NH42SO4 0.4%、(NH
22CO 0.4%、ビオチン100ng/ml、(pH7.2)〕50mlに
2%接種し、500ml容フラスコ中、37℃3日間培養した
ところ、0.24mg/mlのシチジンが蓄積されていることが
確認された。
[Step 8] Production of cytidine using Bacillus natto C-1 having pFS037 Bacillus natto C-1 having pFS037 was cultured at 37 ° C. for 18 hours in a SEED liquid medium containing 20 μg / ml of tetracycline, and then 20 μg of tetracycline / ml of cytidine production medium [glucose 10%, CaCO 3 1%, yeast extract D3 (Wako Pure Chemical) 0.5%, KH 2 PO 4 0.8%, (NH 4 ) 2 SO 4 0.4%, (NH
2 ) 0.4% 2 CO, biotin 100 ng / ml, (pH 7.2)] 2% inoculation in 50 ml and cultivation in a 500 ml flask at 37 ° C. for 3 days; 0.24 mg / ml cytidine accumulated Was confirmed.

なお、対照として工程Iに記載のバチルス・ナットウ
C−1をテトラサイクリンを含まない以外は同じ条件で
培養したところ、シチジンの蓄積量は0.10mg/mlであっ
た。
As a control, when Bacillus natto C-1 described in Step I was cultured under the same conditions except that tetracycline was not contained, the accumulated amount of cytidine was 0.10 mg / ml.

実施例2 実施例1で得られたpFS037を持つバチルス・ナットウ
C−1を、培養液にウラシル2mg/mlを含む以外は実施例
1の条件で培養したところ、培地中のシチジン蓄積量は
0.4mg/mlであった。
Example 2 Bacillus natto C-1 having pFS037 obtained in Example 1 was cultured under the conditions of Example 1 except that uracil 2 mg / ml was contained in the culture solution.
It was 0.4 mg / ml.

対照としてバチルス・ナットウC−1をテトラサイク
リンを含まないこと以外は上記と同じ条件で培養したと
ころ、培地中のシチジン蓄積量は0.12mg/mlであった。
As a control, Bacillus natto C-1 was cultured under the same conditions as above except that tetracycline was not contained, and the amount of cytidine accumulated in the medium was 0.12 mg / ml.

参考例1 pFS037を持つエシェリヒア・コリJF618のCTPシンセター
ゼ活性 実施例1で得たpFS037を持つエシェリヒア・コリJF61
8をアンピシリン50μg/mlを含むL−ブロス液体培地100
mlに1白金耳植菌し、37℃、18時間培養する。この培養
液100mlより集菌し、あとはバチルス・ナットウC−1
の例と同様にCTPシンセターゼ活性を測定する。その結
果、pFS037/JF618はホモジネートタンパク1mg当たり103
×10-3unitsであるのに対し、pHY300pLKのみを持つエシ
ェリヒア・コリJF618は、9.7×10-3unitsであった。こ
のようにバチルス・ナットウC−1CTPシンセターゼ遺伝
子は、異種生物中での高発現も可能である。
Reference Example 1 CTP synthetase activity of Escherichia coli JF618 having pFS037 Escherichia coli JF61 having pFS037 obtained in Example 1
8 in L-broth liquid medium 100 containing 50 μg / ml of ampicillin
Inoculate one platinum loop per ml and incubate at 37 ° C for 18 hours. Bacteria are collected from 100 ml of this culture, and Bacillus natto C-1
The CTP synthetase activity is measured in the same manner as in Example. As a result, pFS037 / JF618 contained 103 mg / mg of the homogenate protein.
× to 10 -3 of the units, Escherichia coli JF618 with pHY300pLK alone was 9.7 × 10 -3 units. Thus, the Bacillus natto C-1 CTP synthetase gene can be highly expressed in heterologous organisms.

〔発明の効果の概要〕 本発明によると、CTPシンセターゼ遺伝子を含む組換
え体DNAで形質転換された微生物を用いることによっ
て、シチジンの生産性が顕著に上昇する。また、培養液
中にウラシル系化合物を入れた場合、ピリミジンサルベ
ージ系路により、シチジン系化合物の蓄積量がさらに増
加する。
[Summary of Effects of the Invention] According to the present invention, the productivity of cytidine is significantly increased by using a microorganism transformed with a recombinant DNA containing a CTP synthetase gene. When a uracil-based compound is added to a culture solution, the amount of accumulated cytidine-based compound is further increased by a pyrimidine salvage route.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、バチルス・ナットウC−1由来のCTPシンセ
ターゼ遺伝子を含むプラスミドpFS037構築の概略図であ
る。 第2図は、バチルス・ナットウC−1由来のCTPシンセ
ターゼ遺伝子の塩基配列を示す。
FIG. 1 is a schematic diagram showing construction of a plasmid pFS037 containing a CTP synthetase gene derived from Bacillus natto C-1. FIG. 2 shows the nucleotide sequence of the CTP synthetase gene derived from Bacillus natto C-1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12N 15/00 - 15/90 BIOSIS(DIALOG) WPI(DIALOG)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C12N 15/00-15/90 BIOSIS (DIALOG) WPI (DIALOG)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】バチルス属に属するシチジン生産能を有す
る微生物をバチルス属に属するCTPシンセターゼ遺伝子
を含む組換体DNAで形質転換し、得られる形質転換体を
培養して培養物中にシチジンを生成蓄積させ、該培養物
からシチジンを採取することを特徴とするシチジンの製
造方法。
1. A microorganism having the ability to produce cytidine belonging to the genus Bacillus is transformed with a recombinant DNA containing the CTP synthetase gene belonging to the genus Bacillus, and the resulting transformant is cultured to produce and accumulate cytidine in the culture. And collecting cytidine from the culture.
【請求項2】前記バチルス属に属するCTPシンセターゼ
遺伝子が、下記の図Aに示す塩基配列のオープンリーデ
ィングフレームまたはその一部を置換、欠失または付加
したCTPシンセターゼ遺伝子である請求項1に記載のシ
チジン製造方法。
2. The CTP synthetase gene according to claim 1, wherein the CTP synthetase gene belonging to the genus Bacillus is a CTP synthetase gene in which the open reading frame of the base sequence shown in FIG. Cytidine production method.
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Journal of Biological Chemistry,261[12](1986)p.5568−5574

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