JP2992010B2 - 微生物株、遺伝子、プラスミド、及びl−システイン、l−シスチン、n−アセチルセリン又はチアゾリジン誘導体の製法ならびに流出遺伝子の使用 - Google Patents
微生物株、遺伝子、プラスミド、及びl−システイン、l−シスチン、n−アセチルセリン又はチアゾリジン誘導体の製法ならびに流出遺伝子の使用Info
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Description
テイン、L−シスチン、N−アセチルセリン又はチアゾ
リジン誘導体の発酵的製法に関する。
アミノ酸にとって公知の方法になった。しかしながら、
L−システインの製造に関して経済的な発酵法は従来存
在しない。
合において、一般にチアゾリジン誘導体及び相応するヘ
ミチオケタールが生じる。システインと種々異なるケト
ン又はアルデヒド、特にα−ケト酸との化学的縮合はす
でに長期にわたって公知である。この縮合は、アルデヒ
ド基又はケト基のプラスになった炭素原子への硫黄の遊
離電子対の親核性の攻撃により生じる、中間工程物質と
してのヘミチオケタールを介して行なわれる。水の脱離
下での閉環は次いで相応するチアゾリジン誘導体に導
く。
の形成を一般的に示す:
介して、チオアゾリジン誘導体と平衡に達する。従っ
て、水溶液中ではチアゾリジン誘導体の他に、一般にヘ
ミチオケタールも存在する。
体”とは、この物質のこれに属するヘミチオケタールと
の平衡をも意味する。
代謝物質として記載されていなかった。細胞によるチア
ゾリジン形成に関する全ての報告は、出発物質の1つ、
多くの場合L−システインの過剰の外からの添加、次い
でこのL−システインの脱スルフヒドリル化及び脱アミ
ノ化によるピルベートへの変換、このピルベートの再び
添加したシステインとの反応、に基づく(Ronald C. Si
mpson等, Biochimicaet Biophusic Acta,496(1977),12-
19)。しかしながら、クレディッヒ(Kredich)等は文
献中で(J. of Biol.Chem.248,17:6187-6196、L−シス
テインの酵素的脱スルフヒドリル化による2−メチル−
2.4−チアゾリジンジカルボン酸の試験管内形成)、
この物質の生体内形成はほとんど考えられないことであ
る、としている。
ためのラセミ前駆物質としてチアゾリジンを使用するこ
とは公知である(EP−A 0101052、Ok Hee Ry
u 等、Biotechnology Letters 17 No3,275-280(1995,Ma
r.))。L−システインの製造のためにラセミ体を使用
する場合、酵素により又は全細胞によりこれをL−シス
テインに変換しなければならない。引き続き、残ったジ
アステレオマーを再びラセミ化する必要がある。このよ
うな理由から、この生体内変化は非常に高価である。
アルデヒドからのチアゾリジンの化学的合成は4種の異
なるジアステレオマーに導く。エナンチオマー純粋なL
−システインからの化学的合成は高価であり、引き続く
L−システインの獲得の目的のためには無意味である。
従って、C4−原子でR−配置を有するチアゾリジンジ
アステレオマーの製法は出発物質が高価である。
ン、L−シスチン、N−アセチルセリン及び/又はチア
ゾリジン誘導体の発酵的製造に好適である、微生物に関
する。
は、抗生物質又は他の有機体に毒性の物質を細胞から直
接放出するために好適である蛋白質をコードする少なく
とも1つの遺伝子を過剰発現することを特徴とする。
は、有機体の成長にマイナスの影響を与える化合物を優
先的に意味する。そのような化合物は、例えば細胞内高
濃度のカルボン酸又はカルボン酸誘導体である。
接放出するために好適である蛋白質をコードする遺伝子
を、以降流出遺伝子(Efflux-Gene)と呼ぶ。
形成されたアミノ酸誘導体の強化された発現のための流
出遺伝子の、発酵における使用にも関する。
出遺伝子として、mar−座(S.P,Cohen等,Journal of
Bacteriology,Mar.1993,175:5,1484-1492)、emr−
座、acr−座、cmr−座(P.F.Miller 及びM.C.Sul
avik,Molecular Microbiology(1996)21(3)441-448参
照)、mex−遺伝子(T.Koehler等,Molecular Microb
iology(1997) 23(2),345-354)、bmr−遺伝子(A.A
Neyfakh等,Proc. Natl. Acad.Sci. USA 88:4781-4785(1
991))、qacA−遺伝子(J.M.Tennent等,J.Gen.Micr
obiol.135:1-10(1989))の群から選択された少なくとも
1つの遺伝子が過剰発現される。
子としてmar−座の遺伝子が過剰発現される。
中で、配列:
る配列相同を有する配列を包含する蛋白質をコードする
遺伝子が過剰発現される。
える、特に有利にSEQ.ID.NO:1に90%を越え
る配列相同である。
る配列相同を有する配列を包含する蛋白質をコードする
遺伝子にも関する。
る配列相同を有する配列を包含する蛋白質にも関する。
越える、特に有利にSEQ.ID.NO:1に90%を越
える配列相同である。
有していてよい:
を有する蛋白質をコードするオープンリーディングフレ
ームを以降ORF306とも呼ぶ。
の配列を示す。
2又はSEQ.ID.NO:3によるアミノ酸配列に50
%を越えるアミノ酸レベルでの配列相同を有するアミノ
酸配列を有する蛋白質でもある。
O:3によるアミノ酸配列に75%を越える配列相同が
有利であり、SEQ.ID.NO:2又はSEQ.ID.N
O:3によるアミノ酸配列に90%を越える配列相同が
特に有利である。
ID.NO:2又はSEQ.ID.NO:3によるアミノ
酸配列を有する蛋白質、SEQ.ID.NO:2又はSE
Q.ID.NO:3によるアミノ酸配列に50%、有利に
75%、特に有利に90%を越えるアミノ酸レベルでの
配列相同を有するアミノ酸配列を有する蛋白質をコード
する遺伝子でもある。
は、コンピュータプログラム:“Wisconsin Package Ver
sion 9.0,Genetics Computer Group(GCG),Madison,Wisc
onsin”で得られる結果に関する。相同性決定はアンダ
ープログラム:“fasta”及び予めセットした値(word s
ize 2)でデータバンク中を調査することにより達せら
れる。次いで、類似の配列をアンダープログラム:“ga
p”を用いて類似性に関して調査した。この際予めセッ
トしたパラメータ“gap creation penalty 12”及び“g
ap extension penalty 4”を使用する。
る遺伝子の過剰発現に関する更なる例は5.5kbの長
さのDNA−フラグメントの過剰発現であり、これは同
様にmar座をコードする。記号100−1−1を有す
るこのプラスミドはDSMZ(Deutschen Sammlung von
Mikroorganismen und Zellkuluturen GmbH,D-38124Bra
unschweig)においてE.コリK12 W3110中、寄
託番号DSM11545で寄託されている。図1はこの
プラスミドのプラスミド地図を示す。このプラスミドは
PCRを用いる、本発明による遺伝子の増殖のために使
用することができる。
術により、この配列のそれぞれ所望の位置でこの遺伝子
を更に一定の修飾をすることは専門家にとってしばしば
実施されることである。この種の修飾遺伝子を含有する
微生物も、この種の修飾遺伝子がL−システイン、L−
シスチン、N−アセチルセリン及び/又はチアゾリジン
誘導体の製造のために寄与する限り本発明のものであ
る。
現が本発明による微生物中で、この蛋白質が由来する野
生型におけるより少なくとも2倍強いことを意味する。
は、この蛋白質が由来する野生型におけるより少なくと
も5倍強いのが有利であり、少なくとも10倍強いのが
特に有利である。
転写による前記遺伝子の過剰発現なしに、又は例えば多
くのコピーでMarAをコードする遺伝子のプラスミド
上の存在なしには、出発株に対してL−システイン又は
チアゾリジン誘導体の明らかな収率上昇は観察されな
い。
献中に記載されたオープンリーディングフレームORF
266の遺伝子生成物(その配列がSEQ ID NO:
2中の41位のメチオニンからSEQ ID NO:4に
相当する)が、その過剰発現においてL−システインの
収率上昇に導かないことから、更に意外であった。
配列中にORF266の開始メチオニンを太字で記載
し、かつ下線を引く。
方法は専門家にとって公知である。1つの可能性は例え
ば細胞中に高められたコピー数で存在する、プラスミド
上の遺伝子の発現である。そのようなプラスミドは公知
である。例えば、pACYC177、pACYC18
4、pACYC184の誘導体、pBR322、他のp
BR−誘導体、pBlueskript、pUC18、
pUC19ならびに他の大腸菌中に慣用のプラスミドを
挙げることができる。
スミドはpACYC177、pACYC184、pAC
YC184の誘導体、pBR322、他のpBR−誘導
体である。
その誘導体、例えばpACYC184−LHである(D
MSZ:Deutschen Sammlung von Mikrooruganismen un
d Zellkulturen GmbH,D-38124 Braunschweig、に寄託番
号DSM10172で寄託)。
含有するプラスミドにも関する。
中の遺伝子切片部分の増殖、又は流出遺伝子のより良好
な転写のための強力なプロモータの使用による、流出遺
伝子のコピー数の上昇である。
DH−プロモータ、tacプロモータ(Ptac)、La
c−プロモータ(Plac)、trp−プロモータ(Ptr
p)、ラムダPL又はラムダPRが好適である。
ータ(Ptac)は有利に好適である。
である。
伝子の発現を抑制する、リプレッサー遺伝子の不活性化
である。mar−遺伝子部位に関しては、これは例えば
mar R−遺伝子の不活性化であろう。
の過剰発現に寄与する。そのような要素は例えば良好な
リボソーム結合部位(例えば、シャイン−ダルガノ配
列)又は下流ボックスである。
APDH−遺伝子の良好なリボソーム結合部位である。
システインを生産する微生物中に形質転換する。
例えばB.ズブチリス(B.subtilis)、コリネバクテリ
ウム(Corynebacterum)属、例えばC.グルタミクム
(C.glutamicum)、ストレプトマイセス及びE.コリの
群から選択された微生物中に形質転換するのが有利であ
る。
システインの高められた量の形成及び場合により引き続
くL−システインの又はN−アセチルセリンのとアゾリ
ジン誘導体の形成に導くように脱制御されている、有機
体中に流出遺伝子を形質転換する。
微生物の例は、フィードバック耐性CysE対立遺伝子
を有する微生物である。
L−システインとケトン又はアルデヒド、特にピルベー
トとの縮合により、チアゾリジン誘導体を形成する微生
物を形質転換する。
微生物の例は、特許出願DE 19539952中に記
載されている。(DE 19539952 is incorporated by ref
erence)。
書から専門家には公知である。全ての公知法を本発明に
よる微生物の製造に適用することができる。
体、例えばL−システイン、L−シスチン、N−アセチ
ルセリン又はこれらからのチアゾリジン誘導体を生産す
る微生物中での流出遺伝子の強化された発現により、意
外にも、細胞からのアミノ酸又は細胞内で生じたアミノ
酸誘導体、例えばL−システイン、L−シスチン、N−
アセチルセリン又はこれらからのチアゾリジン誘導体の
増強された放出が達せられた。これにより発酵における
これらの生成物の明らかに上昇した収率が達せられる。
スチン、N−アセチルセリン又はこれらからのチアゾリ
ジン誘導体を生産する方法にも関し、この方法では発酵
において公知法で流出遺伝子を過剰発現する微生物を使
用する。
チルセリン又はチアゾリジン誘導体を発酵的に製造する
ための本発明による方法は多くの利点を有する:C4−
炭素原子でR−配置のみを有するチアゾリジンジアステ
レオマーのみが生じる、それというのも細胞の酵素配置
により立体選択的L−システインが生じ、次いでこれが
その都度供給可能なケトン又はアルデヒドと専ら反応し
て前記チアゾリジンジアステレオマーになることができ
るためである。
リジンからは従来の化学的及び生物学的方法及び技術の
使用下に、単に出発物質の方向への平衡移動によっての
みL−システインを得ることができる。
生じたチアゾリジン誘導体からL−システインを製造す
ることが有利であることが示された。この意外な事実の
詳細な調査は、細胞に対するチアゾリジンの毒性がL−
システインの毒性より低いという認識に導いた。
るための方法にも関し、この方法は微生物により細胞内
で形成されたL−システインと、該微生物中の細胞内に
存在するケトン又はアルデヒドとを該微生物中で細胞内
で反応させチアゾリジン誘導体とし、このチアゾリジン
誘導体を、抗生物質又は他の微生物に毒性の物質を細胞
から直接放出するために好適である蛋白質を用いて微生
物から放出させ、かつ場合によりチアゾリジン誘導体を
分離した後、L−システイン及びチアゾリジン誘導体の
間の反応平衡をL−システインの方向に平衡移動するこ
とによりL−システインを獲得することを特徴とする。
可能性はL−システインとその都度細胞内に存在するケ
トン又はアルデヒドとの反応である。
トン及びアルデヒドは有機体の物質代謝経路において公
知である。バクテリアの物質代謝経路におけるこれらは
特に、例えばピルベート、オキザルアセテート、α−ケ
トグルタレート又はグリオキシレートである。
グリオキシレートと反応する。
において生じたチアゾリジン誘導体において、基R1又
はR2の少なくとも1つはカルボキシル基であるのが有
利であり、特に有利であるのはR1がCOOHを表わ
し、R2がCH3を表わす。
物質は、両者ともに微生物によって生成されたものであ
っても、又は単に1つの出発物質のみが微生物により生
成され、第2の出発物質を発酵の間に添加してもよい。
リジン誘導体に縮合するための両方の出発物質が微生物
により形成されているのが有利である。
ルベートを誘導体化するための誘導体化剤としては特に
ヒドロキシアミン又は2,4−ジニトロフェニルヒドラ
ジンを使用する。
(及び相応するヘミチオケタール)が簡単でかつ安価な
C−及びN−及びS−源から製造されうるのが有利であ
る。
ース、ラクトース、デンプン等、N−源、例えばアンモ
ニウム又は蛋白質加水分解物等、及びS−源、例えばス
ルフィド、サルファイト、スルフェート、チオスルフェ
ート又はジチオナイトを本発明においては発酵に使用す
ることができる。
システインを獲得するためにのみ使用することができる
のではない。発酵的に製造された、C4−炭素原子でR
−配置を有するチアゾリジン誘導体を更なる合成(buil
ding block)のための出発物質として使用することがで
きる、多くの使用可能性は公知である。
ために使用する。
定量的測定は、間接的にのみ可能である。この測定は実
施例においては、ガイトンデ(Gaitonde,M.K.(1967),Bi
ochem.J.104,627-633)によるシステイン測定により実
施した。ニンヒドリンでの強力な酸中でのシステインの
誘導体化により、これを平衡から取り出す。こうしてヘ
ミチオケタール及び引き続きチアゾリジン誘導体も後反
応する。100℃で約10分後には、全チアゾリジン誘
導体及びこれに属するヘミチオケタールはシステイン−
ニンヒドリン誘導体に変換し、次いでこれを560nm
で定量測定することができる。遊離のシステインは、こ
の際一緒に把握される。
ン単独の量はザン・ハン・リー等(Sang-Han Lee、Bioc
hemical and Biophysical Research Communications,Vo
l.213,No.3(1995),p837以降)により記載されたテスト
により5,5′−ジチオビス−2−ニトロ安息香酸(D
TNB)を用いて測定した。
間に導入した空気酸素によりこの遊離L−システインは
L−シスチンに酸化される。シスチンは水性媒体中に、
pH7で難溶性であり、白色ペレットとして析出する。
不溶性シスチンペレットの形成の際に、これを半濃縮H
Cl中に溶かし、かつ同様に還元性の条件下にジチオト
レイト(DTT)で前記テストで測定する。
によるテストで測定した上澄液中の“総システイン”の
量を示している。この際、これは特に2−メチル−チア
ゾリジン−2,4−ジカルボン酸、これに属するヘミチ
オケタール、遊離L−システイン及び溶解システインで
ある。析出したシステインは別に定量して記載した。
−チアゾリジン−2,4−ジカルボン酸の2価の金属イ
オンによる容易な沈殿性は、この誘導体の生成に関する
検出の際に利用することができる。従来は酢酸亜鉛での
沈殿性のみが記載されている(Schubert等、前記文献位
置を参照)。しかしながら、他の2価の金属イオン、例
えばマグネシウム、鉄、銅、亜鉛、マンガン、コバルト
等での沈殿も同様に可能である。生じたチアゾリジン生
成物の沈殿及び引き続く同定は実施例4に記載されてい
る。ここでも、24時間の発酵時間の後、主生成物は2
−メチル−チアゾリジン−2,4−ジカルボン酸である
ことを示した。容易な沈殿性は発酵生成物の分析におい
て有用であるだけでなく、生成物の精製においても有用
である。
cysEXはDE 19539952の実施例2/10
に記載されている。そこに記載されている突然変異の製
造は部位特異性突然変異誘発物質の使用により可能であ
る。突然誘発を実施するためのキットは例えば、ストラ
タゲン社(Stratagene GmbH,Postfach 105466,D-69044
Heidelberg)から商品名ExSite又はChamel
eonとして市販されている。
れた対立遺伝子を複製連鎖反応(PCR)により(Saik
i等,1988,Science 239:487-491)それぞれのDNAから
次のプライマーにより増殖した。
ン酸(dATP、dCTP、dGTP、dTTP)20
0μM、相応するオリゴヌクレオチド各1μM、それぞ
れのcysE−対立遺伝子を有する鋳型−DNA100
ng、1/10 10倍反応緩衝液(KCl 100m
M、(NH4)2SO4 100mM、トリス−HCl(pH
8.8)200mM、MgSO4 20mM、トリトン(Tr
iton)X−100 1%及びBSA1000μg/m
l)及び熱安定性、組換えPfu−DNA−ポリメラー
ゼ(Stratagene)2.5単位の存在下に、サーモサイク
ラー(Gene-ATAQ-Controler,Pharmacia)中で次の条件
下に30サイクル実施した:94℃で1分間、60℃で
1分間及び72℃で3分間。
とも、Boehringer Mannheim GmbHからのもの)で製造者
が指示した条件下に加水分解し、1%アガロースゲルを
介して分離し、ゲンクリーン法(Geneclean Kit BIO101
P.O.Box 2284 La Jolla,California,92038-2284)を用
いて製造者の指示に従って、アガロースゲルから約1.
0kbの大きさのフラグメントを単離した。次に使用す
るまで、このフラグメントを−20℃で貯蔵した。
物の獲得法は、実施例1のA.項に記載されていると同
様に行なった。鋳型−DNAとしては大腸菌 W311
0からの染色体DNA(ATCC 27325)を使用
した。鋳型DNAとしてはプラスミド100−1−1
(DSM 11545)も同様に好適である。細胞の溶
菌及び染色体DNAの精製はアウスベル等により記載さ
れた記録書(Ausubel et al.,1987,2.4.1-2.4.2,Curren
t Protocols in Molecular Biology,Greene Publishing
Associates and Wiley-Interscience)に従って実施し
た。次のプライマーをmar−座の増殖に関して使用し
た:
ラグメントに導いた。このフラグメントを実施例1の
A.項に記載されているように精製した。引き続く制限
消化を酵素AscI及びPacI(両者ともNew Englan
d Biolabs GmbH,Postfach 2750,D-65820 Schwalbach/Ta
unusからのもの)で、製造者の指示及び緩衝剤で実施し
た。アガロースゲル電気泳動によるフラグメントの精製
の後、これを−20℃で貯蔵した。
記載されていると同様にして、PCRを介して増殖し
た。鋳型−DNAとして、実施例1中のB.項で単離し
た大腸菌W3110からの染色体DNA(ATCC 2
7325)を使用した。鋳型−DNAとしてはプラスミ
ド100−1−1(DSM 11545)も同様に好適
である。使用したプライマーは次のものを表わす:
5kbの大きさであり、かつ前記のようにアガロースゲ
ル電気泳動により精製した。引き続くAsnI(Boehri
ngerMannheim)及びPacI(New England Biolabs)
を用いての制限消化は、酵素の除去後、所望のDNA−
フラグメントに導いた。これを使用まで−20℃で貯蔵
した。
るDNA−フラグメントの増殖 ORF306の効果的な転写のために、グリセリンアル
デヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼのプロモータを使
用した。この所望のDNA−フラグメントを同様にPC
Rで獲得した。
の染色体DNA(ATCC 27325)を再び使用し
た。鋳型−DNAとしては同様にプラスミド100−1
−1が好適である。次のプライマーを使用した:
グメントを、実施例1のA.項に記載されているように
単離し、かつ精製した。引き続く、酵素MluI及びP
acIでの制限消化は所望のDNA−フラグメントに導
いた。制限酵素を除去した後、このDNAを−20℃で
貯蔵した。
としてプラスミドpACYC184を使用した。このプ
ラスミドをDE 19539952に記載されているよ
うに修飾し、かつプラスミドpACYC184−LHと
して寄託番号DSM 10172で寄託した(Deutschen
Sammlung fuer Mikroorganismen in Braunschweig)。
−及び機能地図を図2に示した。プラスミドpACYC
184−LHはポリリンカーを有する。このポリリンカ
ーは次の制限切断位を有する:
より及び引き続き制限消化により獲得したDNA−フラ
グメントを連結した。
cysEIV及びpACYC184/cysEXの構成 プラスミドpACYC184/cysEIV及びpAC
YC184/cysEXの製造はDE 1939952
の実施例3中に記載されており、次に簡単に記載する:
プラスミドpACYC184−LH(DSM 1017
2)約1μgを制限酵素SacI及びNsiIで製造者
(Boehringer Mannheim)の記載に従って消化した。引
き続き、消化したDNAを酵素の除去のためにアガロー
スゲル電気泳動により、前記のように精製した。実施例
1のA.項により得られた、それぞれのcysE−対立
遺伝子をコードするDNA−フラグメントを、次いでS
acI及びNsiIで消化したプラスミドpACYC1
84−LHと当モル量で混合し、T4 DNAリガーゼ
1μl及び10倍リガーゼ緩衝液(両者ともBoehringer
Mannheim)2μlと混合し、滅菌、二回蒸留H2Oで全
量20μlに満たした。この混合物を4℃で一夜インキ
ュベートし、大腸菌W3110(ATCC 2732
5)の形質転換のために使用した。次に記載した形質転
換法は実施例に記載した形質転換全てにおいて使用し
た。
ロポレーションにより実施した。このためには1 lエ
ルレンマイヤーフラスコ中のLB−培地500ml
(トリプトン10g、酵母抽出物5g、NaCl 5
g)に同じ培地中の一夜培地1%(v/v)で接種し
た。600nmで光学密度0.5〜0.6まで37℃で円
形振盪器中でインキュベーションした後、細胞を滅菌ビ
ーカー中で4℃で遠心分離することにより収穫した。全
てのこれ以降の工程を氷上で、かつ滅菌状態を保持下に
実施した。この細胞ペレットを氷冷、滅菌、二回蒸留H
2O500mlで2回洗浄し、引き続き10%(v/
v)滅菌グリセリン30ml中に再懸濁した。更に遠心
分離した後、細胞ペレットを10%(v/v)グリセリ
ン500μl中に取り込み、アリコート200μlで−
80℃で貯蔵した。形質転換のためにはこの細胞を氷上
で解凍し、DNA約10〜100ngと混合し、滅菌エ
レクトロポレーションキュベット(BioRad)中に入れ
た。このキュベットをジーンパルサー(Gene Pulser:Bi
oRad)中に配置し、電圧2500ボルト、平行抵抗20
0オーム及びキャパシティー25μFでエレクトロポレ
ーションを行なった。引き続きこの細胞をSOC培地
(カゼインペプトン20.0g/l、酵母抽出物5.0g
/l、NaCl0.58g/l、KCl 0.19g/
l、MgCl2 2.03g/l、MgSO4 2.46g/
l、グルコース3.60g/l、pH=7.0)1ml中
に再懸濁させ、37℃で1時間振盪した。その後、この
細胞を相応して希釈し、LB−寒天培地(トリプトン1
0g/l、酵母抽出物5g/l、NaCl 5g/l、
寒天15g/l、pH=7.2)上に塗布し、個々のコ
ロニーが可視となるまで、37℃で一夜インキュベート
した。
ン・プラスミド・キッド(Spin Plasmid Kit:Qiagen Gm
bH,Max-Volmer-Strasse 4,D-40724 Hilden)を用いるプ
ラスミド単離の後、制限分析により同定した。これを実
施例3中でコントロールとして発酵中に使用した。
V及びpACYC184/cysEXを図3中に示し
た。
sEIV−mar及びpACYC184/cysEX−
marの構成 実施例2のA.項中で構成されたプラスミドpACYC
184/cysEIV及びpACYC184/cysE
X各1μgを順次、制限酵素MluI(Boehringer)及
びPacI(New England Biolabs)を用いて製造者の
指示に従って消化した。この制限消化の後、実施例1の
A.項に記載されているように、このDNAをアガロー
スゲル電気泳動で単離し、かつ精製した。MluI−P
acI消化ベクターpACYC184/cysEIVも
しくはpACYC184/cysEX約20ngを実施
例1のA.項中で製造されたDNAフラグメント200
ng、T4 DNAリガーゼ(Boehringer Mannheim)1
μl及び10倍リガーゼ緩衝剤(Boehringer Mannhei
m)2μl及び必要量の滅菌、二回蒸留H2Oを最終容量
20μlとなるように混合した。4℃で一夜インキュベ
ーションした後に、この2つのDNA−混合物を大腸菌
W3110(ATCC 27325)の形質転換に使用
した。QIAprep スピン・プラスミド・キッド(S
pin Plasmid Kit:Qiagen GmbH)によるプラスミドの単
離及び制限分析により、所望の形質転換体が単離され、
これを実施例3に記載されているように発酵に使用し
た。プラスミドpACYC184/cysEIV−ma
rもしくはpACYC184/cysEX−marの制
限−及び機能地図は図4中に示されている。
sEIV−GAPDH及びpACYC184/cysE
X−GAPDHの構成 実施例2のA.項中で構成されたプラスミドpACYC
184/cysEIV及びpACYC184/cysE
Xをそれぞれ制限酵素MluI(Boehringer Mannhei
m)及びPacI(New England Biolabs)を用いて製造
者の指示に従って消化した。
後、実施例2のB.項に記載されているように、それぞ
れ実施例1のD.項で製造したDNAフラグメントと2
つの連結を実施した。
の連結配合物で大腸菌W3110を形質転換した。正し
い形質転換体はプラスミドDNAの単離の後、好適な制
限酵素による分析により同定した。
V−GAPDH及びpACYC184/cysEX−G
APDHを出発物質としてプラスミドpACYC184
/cysEIV−GAPDH−ORF306及びpAC
YC184/cysEX−GAPDH−ORF306の
構成のために使用した。これに関しては次のD.項に記
載されている。
sEIV−GAPDH−ORF306及びpACYC1
84/cysEX−GAPDH−ORF306の構成 C.項中で製造されたプラスミドをNdeI(Boehringe
r Mannheim)及びPacI(New England Biolabs)を
用いて製造者の指示に従って消化した。プラスミドDN
Aの精製の後、ORFをコードする、実施例1のC.項
からのAsnI−PacIで切断したDNAフラグメン
トと2つの連結を実施した。
のDNA混合物をそれぞれ大腸菌W3110中に形質転
換し、LB−プレート上に塗布した。個々のコロニーが
生じた後に、これをプラスミド単離及び制限消化により
その正確さに関して調べた。
V−GAPDH−ORF306及びpACYC184/
cysEX−GAPDH−ORF306の制限及び機能
地図は5図に示されている。
の比較 発酵において比較する全てのプラスミドを大腸菌W31
10中で発酵した。それぞれ観察された収率上昇は本発
明による遺伝子の使用からのみ生じた。
中のテトラサイクリン15mg/lを含有するLB−培
地20mlをそれぞれ大腸菌構成体で接種した。振盪イ
ンキュベーター中で7時間インキュベートした後(15
0r.p.m、30℃)、それぞれの予培養をグルコース
5g/l、ビタミンB15g/l及びテトラサイクリン
15mg/lを補足した、SM1−培地100ml(K
2HPO4 12g/l、KH2PO4 3g/l、(NH4)2
SO45g/l、MgSO4×7H2O 0.3g/l、C
aCl2×2H2O 0.015g/l、FeSO4×7H2
O 0.002g/l、Na3クエン酸塩1g/l、Na
Cl 0.1g/l、微量元素溶液(Na2MoO4×2H
2O 0.15g/l、H3BO32.5g/l、CoCl2
×6H2O0.7g/l、CuSO4×5H2O 0.25g
/l、MnCl2×4H2O 1.6g/l、ZnSO4×
7H2O 0.3g/lからなる)1ml/l)中に移入
した。この培養をエルレンマイヤーフラスコ(1l)中
で30℃、150r.p.mで17時間振盪した。このイ
ンキュベーションの後600nmでの光学密度(OD60
0)は3〜5の間であった。
lsungen)中で実施した。総容量2lの培養容器を使用
した。発酵培地はグルコース15g/l、トリプトン
(Difco)10g/l、酵母抽出物(Difco)5.0g/
l、(NH4)2SO45g/l、KH2PO4 1.5g/
l、NaCl 0.5g/l、MgSO4×7H2O 0.3
g/l、 CaCl2×2H2O 0.015g/l、Fe
SO4×7H2O 0.075g/l、Na3クエン酸塩×
2H2O 1g/l 、及び微量元素溶液(前記)1m
l、ビタミンB10.005g/l及びテトラサイクリン
15mg/lを含有する。発酵器中のpH値は開始時に
25% NH4OH−溶液をポンプで供給するすることに
より7.0に調節した。発酵の間、自動調節装置によ
り、25%NH4OH−溶液でpH値7.0に保持した。
接種のために、予培養100mlを発酵容器中にポンプ
で供給した。開始容量は約1lであった。この培養を最
初に200r.p.mで撹拌し、かつ滅菌フィルターを介
して除菌した圧縮空気1.5vvmで通気した。発酵の
間、空気酸素飽和を50%に調節した。制御は自動的に
撹拌速度を介して行なった。発酵を温度30℃で実施し
た。発酵時間2時間後に、30%Na−チオスルフェー
ト×5H2O−基本溶液からなる飼料供給を1時間あた
り3mlの速度で実施した。OD600が10に達した
後、滅菌56%グルコース基礎溶液を1時間あたり約8
〜14mlの速度で供給した。グルコース含量の測定を
YSI社のグルコース分析装置用いて酵素的に実施し
た。発酵の間グルコース濃度を連続的な飼料供給により
10〜20g/lの間に調節した。培地のシステインの
総含量は試料の細胞不含上澄みからガイトンデによる比
色定量法により測定した(Gaitonde,M.K. (1967),Bioch
em.J.104,627-633)。この際、発酵の間溶液中に残るシ
ステインは特にチアゾリジン誘導体として存在するが、
それにもかかわらずこのテストにより把握されたという
ことは注目すべきことである。生じたシステインのチア
ゾリジン誘導体への変換のために必要なケトン又はアル
デヒド(この場合はピルベートである)がもはや十分な
量で供給されない場合、遊離L−システインが生じ、こ
れもテストにおいて同様に一緒に把握される。遊離L−
システインの形成の際に、これは供給された空気酸素に
より発酵の間にゆっくりとL−シスチンに酸化される。
シスチンは水性媒体中にpH7.0で難溶性であり、白
色ペレットとして析出する。不溶性のシスチンペレット
の形成の際に、これを遠心分離により遠心した試料の上
澄みを分離した後、これを半濃縮HCl中に溶かし、か
つ同様に還元性条件下に(DDT)前記のテストで測定
した。
48時間の後、第1表及び第2表中に示した収量が達せ
られた。ここでは、本発明により使用した遺伝子、即ち
大腸菌のmar−座及び特にORF306をコードする
部分の遺伝子が、システイン及び/又はチアゾリジン誘
導体(総システイン)の収量を明らかに高めたことが明
らかである。シスチン沈殿が生じた場合、これを表中に
特に記載した。
成に関する証明 実施例3において記載した発酵の主生成物として、2−
メチル−チアゾリジン−2,4−ジカルボン酸の形成の
証明に関して、構成体大腸菌W3110×pACYC1
84/cysEX−GAPDH−ORF306を実施例
3に記載されているように発酵した。
り細胞から分離した。記載されたシステイン測定は上澄
み中の総システイン12.8gを示した。次いで、発酵
上澄みにMgSO4を最終濃度0.3Mで混合した。この
上澄みを4℃で一夜撹拌下にインキュベーションした
後、白色沈殿が生じた。この沈殿は2−メチル−チアゾ
リジン−2,4−ジカルボン酸の難溶性マグネシウム塩
であった。
澄み中に僅かにシステインの残留量2.5g/lが測定
された。
同様にシステインテストを行なった。ここではシステイ
ン9.5g/lの濃度が見いだされた。D2O+HCl中
に溶かした沈殿の、1H及び13C−NMR検査により、
このものが参照物質(M.P. Schubert,J.Biol.Chem.121,
539-548(1937))に対して、2−メチル−チアゾリジン
−2,4−ジカルボン酸であることが同定された。
(R)−ジカルボン酸の異なる毒性 この実験に関しては、2−メチル−チアゾリジン−2,
4(R)−ジカルボン酸をシューベルトの方法により
(M.P. Schubert,J.Biol.Chem.121,539-548(1937))、
L−システイン及びピルベートから合成した。LB−培
地中の大腸菌W3110の一夜培地を、グルコース10
g/l、LB−培地10%、ビタミンB15mg/l、
テトラサイクリン15mg/l及びそれぞれ相応する量
のL−システイン又は2−メチル−チアゾリジン−2,
4(R)−ジカルボン酸を補充した、SM1−培地(実
施例3参照)20ml中に接種した。37℃で7時間イ
ンキュベーションした後、L−システインを加えた培地
中では1mMからもはや全く成長を示さず、一方2−メ
チル−チアゾリジン−2,4(R)−ジカルボン酸を添
加した培地中では成長は50mMまで観察された。より
長いインキュベーション時間はシステインの容易な酸化
性により不可能であった。こうして、L−システインは
2−メチル−チアゾリジン−2,4(R)−ジカルボン
酸におけるより大腸菌に関して明らかに高い毒性を示
す。
学的工程が更に必要であるとしても、2−メチル−チア
ゾリジン−2,4(R)−ジカルボン酸は発酵的方法に
よりL−システインを獲得するためにより好適である。
セリンから自発的な転移により生じる。このO−アセチ
ル−L−セリンはバクテリアによる生合成経路において
L−システインの直前の前駆物質である。O−アセチル
−L−セリン中への不十分な又は欠けた硫黄組み込みに
おいて、そのような発酵の最終生成物は、こうしてN−
アセチル−L−セリンである。本発明による遺伝子は、
硫黄供給の欠失においてもこの発酵生成物の収量も高め
る。
ート供給なしに実施することができた。本発明の遺伝
子、特にORFの有効性を示すために使用した構成体は
pACYC184/cysEX及びpACYC184/
cysEX−GAPDH−ORF306である。
る遺伝子、特にORF306は、明らかに発酵における
N−アセチル−L−セリンの収量を上昇させた。
対立遺伝子(例えば、DE 19539952からのc
ysEXIV、 cysEXI、cysEXXII)の
使用において、本発明による遺伝子との組合せにおい
て、30g/lを越えるN−アセチル−L−セリンの収
量が達せられる。
ある: (1) 一般的情報: (i)出願人: (A)名称:コンゾルテイウム フユール エレクトロ
ケミツシエ インヅストリー ゲゼルシャフト ミット
ベシュレンクテル ハフツング (B)町:ツイールシユタツト ストラーセ 20 (C)市:ミュンヘン (D)州:バイエルン (E)国:ドイツ連邦共和国 (F)郵便コード:81379 (G)電話:089−74844−0 (H)テレファックス:089−74844−350 (ii)発明の名称:微生物株、遺伝子、蛋白質、プラ
スミド、及びL−システイン、L−シスチン、N−アセ
チルセリン又はチアゾリジン誘導体の製法ならびに流出
遺伝子の使用。
S−DOS (D)ソフトウエア:パテント イン リリース ♯
1.0,バージョン♯1.30(EPA)。
情報: (i)配列特徴: (A)長さ:306アミノ酸 (B)型:アミノ酸 (C)鎖の数: (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:蛋白質 (iii)ハイポセテイカル:No (iv)アンチセンス:No (vi)起源: (A)生物名:大腸菌 (B)株名:K12 (xi)配列:SEQ ID NO:2:
情報: (i)配列特徴: (A)長さ:299アミノ酸 (B)型:アミノ酸 (C)鎖の数: (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:蛋白質 (iii)ハイポセテイカル:No (iv)アンチセンス:No (vi)起源: (A)生物名:大腸菌 (B)株名:K12 (xi)配列:SEQ ID NO:3:
情報: (i)配列特徴: (A)長さ:266アミノ酸 (B)型:アミノ酸 (C)鎖の数: (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:蛋白質 (iii)ハイポセテイカル:No (iv)アンチセンス:No (vi)起源: (A)生物名:大腸菌 (B)株名:K12 (xi)配列:SEQ ID NO:4:
情報: (i)配列特徴: (A)長さ:38塩基対 (B)型:ヌクレオチド (C)鎖の数:1本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:他の核酸 (A)記載:/desc=“synthetic” (iii)ハイポセテイカル:No (iv)アンチセンス:No (xi)配列:SEQ ID NO:5:
情報: (i)配列特徴: (A)長さ:38塩基対 (B)型:ヌクレオチド (C)鎖の数:1本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:他の核酸 (A)記載:/desc=“synthetic” (iii)ハイポセテイカル:No (iv)アンチセンス:No (xi)配列:SEQ ID NO:6:
情報: (i)配列特徴: (A)長さ:35塩基対 (B)型:ヌクレオチド (C)鎖の数:1本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:他の核酸 (A)記載:/desc=“synthetic” (iii)ハイポセテイカル:No (iv)アンチセンス:No (xi)配列:SEQ ID NO:7:
情報: (i)配列特徴: (A)長さ:38塩基対 (B)型:ヌクレオチド (C)鎖の数:1本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:他の核酸 (A)記載:/desc=“synthetic” (iii)ハイポセテイカル:No (iv)アンチセンス:No (xi)配列:SEQ ID NO:8:
情報: (i)配列特徴: (A)長さ:35塩基対 (B)型:ヌクレオチド (C)鎖の数:1本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:他の核酸 (A)記載:/desc=“synthetic” (iii)ハイポセテイカル:No (iv)アンチセンス:No (xi)配列:SEQ ID NO:9:
る情報: (i)配列特徴: (A)長さ:36塩基対 (B)型:ヌクレオチド (C)鎖の数:1本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:他の核酸 (A)記載:/desc=“synthetic” (iii)ハイポセテイカル:No (iv)アンチセンス:No (xi)配列:SEQ ID NO:10:
る情報: (i)配列特徴: (A)長さ:33塩基対 (B)型:ヌクレオチド (C)鎖の数:1本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:他の核酸 (A)記載:/desc=“synthetic” (iii)ハイポセテイカル:No (iv)アンチセンス:No (xi)配列:SEQ ID NO:11:
る情報: (i)配列特徴: (A)長さ:43塩基対 (B)型:ヌクレオチド (C)鎖の数:1本鎖 (D)トポロジー:直鎖状 (ii)配列の種類:他の核酸 (A)記載:/desc=“synthetic” (iii)ハイポセテイカル:No (iv)アンチセンス:No (xi)配列:SEQ ID NO:12:
Xの制限地図を示す。
cysEX−marの制限地図を示す。
−ORF306又はcysEX−GADPH−ORF3
06の制限地図を示す。
Claims (6)
- 【請求項1】 L−システイン、L−シスチン、N−ア
セチルセリン及び/又はチアゾリジン誘導体の強化され
た発酵的製造のために好適である微生物株において、抗
生物質又は他の微生物に毒性の物質を細胞から直接放出
するために好適である蛋白質をコードする少なくとも1
つの遺伝子を過剰発現すること、その際この遺伝子が配
列:SEQ.ID.NO:2 【化1】 又はSEQ.ID.NO:3 【化2】 又は前記配列の1つに対して90%を越える配列相同性
を有する配列を包含するタンパク質をコードする遺伝子
の群から選択されていること、を特徴とする微生物株。 - 【請求項2】 配列:SEQ.ID.NO:2又はSE
Q.ID.NO:2に90%を越える配列相同性を有する
配列を包含する蛋白質をコードする遺伝子。 - 【請求項3】 請求項2記載の遺伝子を少なくとも1つ
含有するプラスミド。 - 【請求項4】 L−システイン、L−シスチン、N−ア
セチルセリン又はそのチアゾリジン誘導体を発酵的に製
造するために、請求項1記載の微生物株を公知の方法で
発酵に使用することを特徴とするL−システイン、L−
シスチン、N−アセチルセリン又はそのチアゾリジン誘
導体の発酵的製法。 - 【請求項5】 アミノ酸又は細胞内で形成されたアミノ
酸誘導体の発現を強化するために、配列:SEQ.ID.
NO:2又はSEQ.ID.NO:3又は前記配列の1つ
に対して90%を越える配列相同性を有する配列を包含
するタンパク質をコードする遺伝子である流出遺伝子の
発酵中への使用。 - 【請求項6】 L−システインを製造する方法におい
て、微生物により細胞内で形成されたL−システイン
と、該微生物中の細胞内に存在するケトン又はアルデヒ
ドとを該微生物中で細胞内で反応させチアゾリジン誘導
体とし、このチアゾリジン誘導体を、抗生物質又は他の
微生物に毒性の物質を細胞から直接放出するために好適
である蛋白質を用いて微生物から放出させ、かつ場合に
よりチアゾリジン誘導体を分離した後、L−システイン
及びチアゾリジン誘導体の間の反応平衡をL−システイ
ンの方向に平衡移動することによりL−システインを獲
得すること、その際抗生物質又は他の微生物に毒性の物
質を細胞から直接放出するために好適である蛋白質とし
て、配列:SEQ.ID.NO:2又はSEQ.ID.N
O:3又は前記配列の1つに対して90%を越える配列
相同性を有する配列を包含するタンパク質が存在するこ
とを特徴とするL−システインの製法。
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