JP3169928B2 - Isolation of a Rhodobacter sphaeroides RV uptake hydrogenase (Hup) deficient strain with improved hydrogen light production efficiency - Google Patents

Isolation of a Rhodobacter sphaeroides RV uptake hydrogenase (Hup) deficient strain with improved hydrogen light production efficiency

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JP3169928B2 JP03147699A JP3147699A JP3169928B2 JP 3169928 B2 JP3169928 B2 JP 3169928B2 JP 03147699 A JP03147699 A JP 03147699A JP 3147699 A JP3147699 A JP 3147699A JP 3169928 B2 JP3169928 B2 JP 3169928B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水素の消費を担当
する取り込み型ヒドロゲナーゼ酵素を合成することがで
きない突然変異株のロドバクター スフェロイデス(Rh
odobacter Sphaeroides)RV CBS 10080
5、および前記突然変異株を用いて水素を産生する方法
に関する。
The present invention relates to a mutant strain of Rhodobacter spheroides (Rh) which is unable to synthesize an uptake hydrogenase enzyme responsible for hydrogen consumption.
odobacter Sphaeroides) RV CBS 10080
5, and a method for producing hydrogen using the mutant strain.

【0002】[0002]

【発明の背景】水素は、太陽に含まれる最も豊富な元素
であり、エネルギーの発生に重要な役割を果たしてい
る。しかし、地球上における水素は、酸素と共に生物学
的エネルギーサイクルのための基本的な化合物である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Hydrogen is the most abundant element in the sun and plays an important role in generating energy. However, hydrogen on earth, along with oxygen, is a fundamental compound for the biological energy cycle.

【0003】大気の最下層に含まれる水素の量は、約
2.2×109 トンであると算定することができ、空気
の体積当たり約0.55ppmに等しい。これをO2
含有量である1.1×1015トンと比較すると、水素は
確かに、地球上では希薄な気体と考えられる。しかし、
水素は希ガスとは異なり、好気条件および嫌気条件下の
何れにおいても、光の存在下または非存在下で、広範な
微生物により絶えず産生され使用されている。
[0003] The amount of hydrogen contained in the lowest layer of the atmosphere can be calculated to be about 2.2 × 10 9 tons equal to about per volume of air 0.55 ppm. Comparing this with the O 2 content of 1.1 × 10 15 tons, hydrogen is indeed considered a rare gas on earth. But,
Hydrogen, unlike noble gases, is constantly produced and used by a wide range of microorganisms, both in aerobic and anaerobic conditions, in the presence or absence of light.

【0004】エネルギーの観点からみれば、水素は熱量
が他の何よりも高いので、理想的な供給源である。加え
て、水素は容易に保存することができ、汚染性がなく、
その最終酸化産物である水は、無毒であるだけでなく、
地球上の生命を保証するために不可欠な化合物である。
[0004] From an energy point of view, hydrogen is an ideal source because it has a higher calorific value than anything else. In addition, hydrogen can be easily stored, is non-polluting,
The final oxidation product, water, is not only non-toxic,
It is an essential compound to guarantee life on earth.

【0005】微生物が水素を発生する能力は、伝統的な
エネルギー源の漸進的な枯渇およびこれに伴う重大な環
境問題と共に、長年に亘って、このエネルギー源を生物
学的に得るための多大な研究努力を刺激してきた。
[0005] The ability of microorganisms to generate hydrogen, along with the gradual depletion of traditional energy sources and the significant environmental problems associated therewith, has been tremendous for many years to obtain this energy source biologically. Has stimulated research efforts.

【0006】自発的に水素を産生することができる多数
の生物が自然環境に生息している。
[0006] Many organisms capable of spontaneously producing hydrogen live in the natural environment.

【0007】これら生物の中で、非酸素発生型の光合成
細菌、例えば紅色非硫黄細菌(とりわけロドシュードモ
ナス(Rhodopseudomonas)属、ロドバクター(Rhodobac
ter)属およびロドスピリルム(Rhodospirillum)属を
含む)は、水素を産生するのに特に適している。実際
に、これらは、コストがゼロのエネルギー源である光を
使用できるだけでなく、増殖のための基質として廃棄物
質を使用できるので、重大な環境問題である廃物処理と
エネルギーの産生とを組み合わせることができる。
Among these organisms, non-oxygen generating photosynthetic bacteria, such as purple non-sulfur bacteria (particularly Rhodopseudomonas sp., Rhodobacterium)
ter) and Rhodospirillum (including the genus Rhodospirillum) are particularly suitable for producing hydrogen. In fact, they combine the production of energy with the waste management, which is a significant environmental problem, because they can not only use light, a zero cost energy source, but also use waste material as a substrate for growth. Can be.

【0008】しかし、これら細菌は、水素の産生量が低
いことから派生する欠点を有している。その結果、これ
ら微生物を使用することが、実施の観点および経済的観
点の両方から利益をもたらし得る水素の生物的産生(bi
oproduction)方法の開発を困難にしている。
[0008] However, these bacteria have drawbacks derived from their low hydrogen production. As a result, the use of these microorganisms may result in the biological production of hydrogen (bi
oproduction) makes it difficult to develop methods.

【0009】多くの紅色非硫黄細菌、なかでも特に、ロ
ドスピリルム ルブルム(Rhodospirillum rubrum)お
よびロドバクター カプスラタス(Rhodobacter capsul
atus)において、二種の異なる酵素が水素の代謝に関与
していることが、実際に文献で知られている。即ち、水
素の産生を担当するニトロゲナーゼ複合体、および水素
の消費を触媒する、取り込み型ヒドロゲナーゼと呼ばれ
る膜ヒドロゲナーゼである。
[0009] A number of red non-sulfur bacteria, especially Rhodospirillum rubrum and Rhodobacter capsulata, are among others.
Atus), it is actually known in the literature that two different enzymes are involved in the metabolism of hydrogen. That is, a nitrogenase complex that is responsible for producing hydrogen, and a membrane hydrogenase called uptake hydrogenase that catalyzes the consumption of hydrogen.

【0010】取り込み型ヒドロゲナーゼの生理学的役割
は、ニトロゲナーゼにより産生された細胞増殖のエネル
ギー源として使用される水素を酸化することであり、こ
れは、水素の光産生速度および光産生量を減少させる結
果となる。
[0010] The physiological role of the uptake hydrogenase is to oxidize the hydrogen produced by the nitrogenase, which is used as an energy source for cell growth, which results in a decrease in the rate and amount of hydrogen produced. Becomes

【0011】[0011]

【発明の概要】速度および効率の点から、ロドバクター
スフェロイデス RVの水素産生能力を改良するため
に、本発明は今回、水素の消費に関与する取り込み型ヒ
ドロゲナーゼ酵素を合成できない突然変異株を創製し
た。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to improve the hydrogen-producing ability of Rhodobacter sphaeroides RV in terms of speed and efficiency, the present invention has now created a mutant strain that is unable to synthesize an uptake hydrogenase enzyme involved in hydrogen consumption.

【0012】SMV089と称するこの突然変異株を、
特許手続上の微生物の寄託の国際的承認に関するブタペ
スト条約の規定に従って、1998年4月27日に寄託番号C
BS100805で、オランダ国真菌培養中央局(Cent
raalbureau Voor Schimmelcultures)に寄託した。
This mutant, designated SMV089,
In accordance with the provisions of the Budapest Treaty on the International Recognition of the Deposit of Microorganisms for Patent Procedure, on April 27, 1998, the deposit number C
In BS100805, the Central Bureau of Fungal Culture of the Netherlands (Cent
raalbureau Voor Schimmelcultures).

【0013】従って、本発明は、水素の消費に関与する
取り込み型ヒドロゲナーゼ酵素を合成することができな
い突然変異株のロドバクター スフェロイデス RV
CBS 100805に関する。
[0013] Accordingly, the present invention provides a mutant strain of Rhodobacter sphaeroides RV which cannot synthesize an uptake hydrogenase enzyme involved in hydrogen consumption.
CBS 100805.

【0014】本発明のさらなる目的は、突然変異株であ
るロドバクター スフェロイデスRV CBS 100
805を使用した水素の産生方法に関する。
It is a further object of the present invention that the mutant strain Rhodobacter sphaeroides RV CBS 100 is provided.
805 using 805.

【0015】[0015]

【好ましい実施例の詳細な説明】[Ni−Fe]取り込
み型ヒドロゲナーゼは、大サブユニット(hupL)お
よび小サブユニット(hupS)から成るヘテロダイマ
ー酵素である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Ni-Fe] uptake hydrogenase is a heterodimeric enzyme consisting of a large subunit (hupL) and a small subunit (hupS).

【0016】これら酵素は好気性細菌および嫌気性細菌
の両方から単離され、その構造サブユニットの一次配列
に関して高度な相同性を有するため、これら両細菌は共
通の祖先から派生したものと推定される。
Since these enzymes have been isolated from both aerobic and anaerobic bacteria and have a high degree of homology with respect to the primary sequence of their structural subunits, it is presumed that both bacteria are derived from a common ancestor. You.

【0017】種々の微生物から単離された取り込み型ヒ
ドロゲナーゼの遺伝的解析により、そのコード遺伝子は
複数の機能的ユニットで構成されており、それらの相対
的な順序は異なったとしてもゲノム上では体系的に配列
されていることが示された。
Genetic analysis of incorporation-type hydrogenases isolated from various microorganisms reveals that the coding gene is composed of a plurality of functional units, and that their relative order is different, even if their relative order is different. It was shown that they were arranged regularly.

【0018】生化学的な観点からみると、大サブユニッ
トは触媒機能を有し、小サブユニットは特定のキャリア
への電子の転移に関与している。
From a biochemical point of view, the large subunit has a catalytic function and the small subunit is involved in the transfer of electrons to specific carriers.

【0019】本発明は、ニトロゲナーゼにより産生され
た水素を再利用できない突然変異株を得るためには、大
サブユニットを不活性化することの方が、構造的レベル
での損傷がより大きいという考え方に基づいている。
The present invention is based on the concept that in order to obtain a mutant strain in which hydrogen produced by nitrogenase cannot be reused, inactivating the large subunit results in greater damage at the structural level. Based on

【0020】従って我々は、水素を過剰産生するロドバ
クター スフェロイデス RVのゲノムにこの酵素が存
在することを遺伝的に確認した後、取り込み型ヒドロゲ
ナーゼ酵素の大サブユニットをコードする遺伝子(hu
pL)を不活性化することにより、水素の消費能力を除
去することを考えた。
Therefore, after genetically confirming the presence of this enzyme in the genome of Rhodobacter spheroides RV, which overproduces hydrogen, we proceeded with the gene encoding the large subunit of the uptake hydrogenase enzyme (hu
It was considered that the ability to consume hydrogen was eliminated by inactivating pL).

【0021】この不活性化のために、例えばトランスポ
ゾンの利用に基づくランダムな突然変異誘発、またはイ
ンターポゾンを利用する特異的突然変異誘発などの慣用
的方法を使用することができる。これら構成要素は、ゲ
ノムに挿入された後、遺伝子の配列に分断を引き起こす
(これは表現型の変異によって明らかになる)ととも
に、特定の抗生物質に対する耐性を宿主に付与する。
For this inactivation, conventional methods such as random mutagenesis based on the use of transposons or specific mutagenesis using interposons can be used. These components, after insertion into the genome, cause a disruption in the sequence of the gene (as revealed by phenotypic variation) and confer resistance to the particular antibiotic to the host.

【0022】本発明の好ましい態様に従って、抗生物質
トリメトプリム(Trimetoprim)に対する耐性をコードす
る遺伝的カセット(インターポゾン)を取り込み型ヒド
ロゲナーゼ酵素の大サブユニットをコードする遺伝子内
に挿入することにより、ロドバクター スフェロイデス
RVの野生型シンターゼ遺伝子hupLの不活性化を
おこない、その後、この抗生物質を添加した培地上で突
然変異を起こした株を選択した。
According to a preferred embodiment of the present invention, a Rhodocobacter sphaeroides RV is inserted by inserting a genetic cassette (interposon) encoding resistance to the antibiotic Trimetoprim into a gene encoding the large subunit of an uptake hydrogenase enzyme. Of the wild-type synthase gene hupL, and a mutant strain was selected on a medium supplemented with the antibiotic.

【0023】実際、理論的には、菌株のゲノムDNAに
インターポゾンが組み込まれたクローンだけが、この選
択培地上で増殖することができる。
In fact, theoretically, only clones in which the interposon has been integrated into the genomic DNA of the strain can grow on this selective medium.

【0024】インターポゾンの構築は、野生型株のロド
バクター スフェロイデス RVからクローニングされ
たhupS遺伝子の3’領域およびhupL遺伝子の
5’領域に相当する、約2100bpの断片(配列番
号:1)を単離することにより行われた。
The construction of the interposon involves isolating a fragment of about 2100 bp (SEQ ID NO: 1) corresponding to the 3 'region of the hupS gene and the 5' region of the hupL gene cloned from the wild-type strain Rhodobacter sphaeroides RV. It was done by

【0025】この断片を、複数の(multiple)クローニ
ング部位からPstI部位を削除するように予め改変さ
れたプラスミドpUC18(Boheringer)にクローニン
グした。
This fragment was cloned into the plasmid pUC18 (Boheringer) which had been previously modified to delete the PstI site from the multiple cloning sites.

【0026】その後、抗生物質トリメトプリムに対する
耐性をコードする遺伝子を含むプラスミドp34E−T
p(D.De Shaezer and D.E.Woods(1996)BioTechniqui
es、20:762-764)を、制限酵素PstIで処理した。
Thereafter, plasmid p34E-T containing a gene encoding resistance to the antibiotic trimethoprim
p (D. De Shaezer and DEWoods (1996) BioTechniqui
es, 20: 762-764) was treated with the restriction enzyme PstI.

【0027】次いで、トリメトプリムに対する耐性をコ
ードする構造遺伝子および該遺伝子の上流のプロモータ
ー領域を含む約650bpのPstI−PstI断片
を、ロドバクター スフェロイデスの野生型から単離し
た2100bpの断片を含むプラスミドpUC18にラ
イゲーションし、得られたリガーゼ混合物をE.col
i XL1−Blue細胞を形質転換するのに使用し
た。
Next, a PstI-PstI fragment of about 650 bp containing a structural gene encoding resistance to trimethoprim and a promoter region upstream of the gene was ligated to a plasmid pUC18 containing a 2100 bp fragment isolated from the wild type of Rhodobacter sphaeroides. And the resulting ligase mixture was subjected to E. coli. col
i used to transform XL1-Blue cells.

【0028】形質転換後に得られたコロニーの制限解析
により、遺伝子hupLに挿入された、トリメトプリム
に対する耐性遺伝子(E.coliのジヒドロ葉酸レダ
クターゼをコードする遺伝子dhfrIIb )を含む陽性クロ
ーンの単離が確認された。このクローンのヌクレオチド
配列によって、インターポゾンは、取り込み型ヒドロゲ
ナーゼ酵素の大サブユニットをコードする遺伝子の転写
方向に対して逆配向で挿入されたことが明らかになっ
た。
The restriction analysis of the colonies obtained after the transformation confirmed the isolation of a positive clone containing the trimethoprim resistance gene (gene dhfrIIb encoding dihydrofolate reductase of E. coli) inserted into the gene hupL. Was. The nucleotide sequence of this clone revealed that the interposon was inserted in the reverse orientation with respect to the transcription direction of the gene encoding the large subunit of the uptake hydrogenase enzyme.

【0029】その後、分断された遺伝子hupLを自滅
ベクター(suicide vector)、即ちロドバクター スフ
ェロイデス中で自己複製できないベクターにクローニン
グした。その最終構築物を、E.coli S17−1
株と、抗生物質リファンピシンに対する耐性を備えたロ
ドバクター スフェロイデス RVの野生型株との接合
により導入した。
Subsequently, the disrupted gene hupL was cloned into a suicide vector, that is, a vector that could not self-replicate in Rhodobacter spheroides. The final construct is called E. coli. coli S17-1
The strain was introduced by conjugation with a wild-type strain of Rhodocobacter spheroides RV that was resistant to the antibiotic rifampicin.

【0030】ロドバクター スフェロイデス RVの突
然変異株の選択をトリメトプリム上で行うことにより、
遺伝子hupLの突然変異型コピー(自滅ベクターが担
持しているもの)とゲノムDNA上の機能的コピーとの
間の組み換えが成功したことを確認した。
The selection of mutant strains of Rhodobacter sphaeroides RV on trimethoprim allows
Successful recombination between the mutated copy of the gene hupL (carried by the suicide vector) and the functional copy on the genomic DNA was confirmed.

【0031】そのクローンを、突然変異型断片の遺伝的
増幅により特性決定した。ある場合に、DNAの断片は
陰性コントロールに対して大きなサイズで得られ、これ
は内部にインターポゾンが存在することを示していた。
この陽性クローンに関してサザンブロット解析を行い、
その突然変異誘発の特性および部位が確認された。その
ゲノムDNAを抽出し、制限酵素MscIまたはBst
XIで処理し、遺伝子hupLに対して特異的な合成オ
リゴヌクレチドとハイブリダイズさせた。同じ条件下で
調製した野生型ゲノムDNAを陰性コントロールとして
使用した。
The clone was characterized by genetic amplification of the mutated fragment. In some cases, fragments of DNA were obtained in large sizes relative to the negative control, indicating the presence of the interposon internally.
Southern blot analysis was performed on this positive clone,
The nature and site of the mutagenesis were confirmed. The genomic DNA is extracted and the restriction enzymes MscI or Bst
XI and hybridized with a synthetic oligonucleotide specific for the gene hupL. Wild-type genomic DNA prepared under the same conditions was used as a negative control.

【0032】この場合にも、期待した大きさのハイブリ
ダイゼーションバンドが観察された。SMV089と称
されるこの陽性クローンは、異なる培地での増殖により
生理学的に特性決定された。
In this case, too, a hybridization band having the expected size was observed. This positive clone, designated SMV089, was characterized physiologically by growth on different media.

【0033】野生型株と同様に、このクローンは、完全
培地(例えばaSy(J.Miyake、X.Y.Mao and
S.Kawamura、J.Ferment.Technol.、62:531-535 、
1984))および水素産生のための特異的培地(E.Naka
da、Y.Kaji、K.Aoyama、S.Nishikata 、Y.Asad
a and J.Miyake)の両方で、同じ増殖能を示した。
As with the wild-type strain, this clone was prepared in a complete medium (eg, aSy (J. Miyake, XY Mao and
S. Kawamura, J.A. Ferment.Technol., 62: 531-535,
1984)) and a specific medium for hydrogen production (E. Naka
da, Y. Kaji, K .; Aoyama, S.M. Nishikata, Y. Asad
a and J. Miyake) showed the same proliferation ability.

【0034】クローンSMV089について、分光光度
計解析により行われた取り込み型ヒドロゲナーゼ酵素の
活性測定はマイナスであることが証明されたので、この
突然変異株には、産生された水素を消費する能力がない
ことが確認された。
For clone SMV089, the determination of the activity of the uptake hydrogenase enzyme performed by spectrophotometric analysis proved to be negative, so that this mutant has no capacity to consume the produced hydrogen. It was confirmed that.

【0035】さらに、H2 の産生を担当するニトロゲナ
ーゼ活性が驚くべき活性で観察され、野生型株の活性よ
り高かった(平均46%活性が高かった)。
In addition, the activity of the nitrogenase responsible for the production of H 2 was observed with surprising activity and was higher than that of the wild-type strain (46% higher on average).

【0036】また、ポリヒドロキシ酪酸塩の解析(Bran
dlら(1988)、Appl.Environ .Microbiol .54、1977
−1982の方法に従って)により、突然変異株におけるβ
−ヒドロキシ酪酸メチルエステルの濃度は、野生型の濃
度より低いことが示された。
Analysis of polyhydroxybutyrate (Bran
dl et al. (1988), Appl. Environ. Microbiol. 54, 1977
Β in the mutant strain
-The concentration of hydroxybutyric acid methyl ester was shown to be lower than that of the wild type.

【0037】従って、本発明のロドバクター スフェロ
イデス RVの突然変異株は、水素産生のための発酵方
法の開発に特に適している。
Thus, the mutant strains of Rhodobacter sphaeroides RV of the present invention are particularly suitable for the development of fermentation processes for hydrogen production.

【0038】発酵は、炭素および窒素の同化源、並びに
種々の陽イオン、陰イオン、および任意に、微量のビタ
ミンまたはアミノ酸を含む水性培地で行うことができ
る。
The fermentation can be carried out in an aqueous medium containing assimilable sources of carbon and nitrogen and various cations, anions and, optionally, trace amounts of vitamins or amino acids.

【0039】炭素の同化源には、ピルビン酸塩、リンゴ
酸塩、乳酸塩、コハク酸またはその他の慣用的炭素源の
ような有機酸が含まれる。窒素源は、例えば、無機アン
モニウム塩(例えば、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニ
ウム、塩化アンモニウムまたは炭酸アンモニウム)およ
び尿素、または有機窒素若しくは無機窒素を含む原料
(例えばペプトン、酵母エキスまたは肉エキス)から選
択することができる。
Sources of carbon assimilation include organic acids such as pyruvate, malate, lactate, succinic acid or other conventional carbon sources. The nitrogen source can be selected, for example, from inorganic ammonium salts (eg, ammonium nitrate, ammonium sulfate, ammonium chloride or ammonium carbonate) and urea, or raw materials containing organic or inorganic nitrogen (eg, peptone, yeast extract or meat extract). .

【0040】陽イオンおよび陰イオンの非限定的な例
は、カリウム、ナトリウム、マグネシウム、鉄、カルシ
ウム、酸性リン酸塩、硫酸塩、塩化物、マンガンおよび
硝酸塩から選択することができる。
Non-limiting examples of cations and anions can be selected from potassium, sodium, magnesium, iron, calcium, acid phosphates, sulfates, chlorides, manganese and nitrates.

【0041】本発明の方法の好ましい態様に従えば、都
市の固形廃棄物の制御された酸発性発酵に由来する原料
が、例9で示した組成を有する基質(E.D’Addario
ら(1992)、Wat.Sci.Tech.27、183-192 )として使
用される。
According to a preferred embodiment of the process according to the invention, the raw material derived from the controlled acidogenic fermentation of municipal solid waste is a substrate having the composition shown in Example 9 (ED'Addario
(1992), Wat. Sci. Tech. 27, 183-192).

【0042】発酵は、アルゴンの連続的な流れにより保
証される嫌気条件、6,000から20,000ルクス
までの範囲の光度の光をあてて、25℃から40℃まで
の範囲の温度、好ましくは30℃から37℃で行う。
The fermentation is carried out under anaerobic conditions guaranteed by a continuous flow of argon, with light intensities ranging from 6,000 to 20,000 lux and temperatures ranging from 25 ° C. to 40 ° C., preferably Is performed at 30 ° C. to 37 ° C.

【0043】発酵培地のpHは、6.50から8.0ま
での値の範囲内、好ましくは6.8から7.3の間に保
持する。pHの調節は、例えば、アンモニア、水酸化カ
リウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムまたは炭酸
カリウムの水溶液のような塩基性水溶液の添加により行
うことができる。好ましくは、1〜5Mの水酸化ナトリ
ウムの溶液が使用される。
The pH of the fermentation medium is kept in the range from 6.50 to 8.0, preferably between 6.8 and 7.3. Adjustment of the pH can be performed, for example, by adding a basic aqueous solution such as an aqueous solution of ammonia, potassium hydroxide, sodium hydroxide, sodium carbonate or potassium carbonate. Preferably, a solution of 1-5 M sodium hydroxide is used.

【0044】発酵の間を通じて、水素は慣用的技術をつ
かって回収される。
Throughout the fermentation, hydrogen is recovered using conventional techniques.

【0045】その工程は、図6に図解されたタイプの装
置で連続的に行うことができる。
The process can be performed continuously with an apparatus of the type illustrated in FIG.

【0046】好ましい条件下で操作すると、突然変異株
SMV089におけるH2 の産生速度は、全実験を通し
て野生型株の産生速度より高い値を維持することが観察
され、同じ期間の発酵で、光産生される水素の全量にお
いて、リアクタの1リットル当たり47%、およびバイ
オマスの乾燥重量1ミリグラム当たり66%の増加が測
定された。
[0046] When operating under the preferred conditions, production rate of H 2 is in the mutant strain SMV089, it was observed to maintain a value higher than the rate of production of the wild-type strain throughout the entire experiment, the fermentation of the same period, the light-producing A total increase in hydrogen of 47% per liter of reactor and a 66% increase per milligram of dry weight of biomass was measured.

【0047】突然変異株において観察される優れた生産
性は、ニトロゲナーゼ酵素の高い活性および取り込み型
ヒドロゲナーゼの不活性化の双方に関連している。
The excellent productivity observed in the mutant strain is associated with both the high activity of the nitrogenase enzyme and the inactivation of the uptake hydrogenase.

【0048】これらの結果は、、異なるロットの廃棄原
料を基質に使用して、好ましい条件下で突然変異株に発
酵を行わせた別の実験において確認された。別の培地ロ
ットにおける構成成分の異なる濃度に関する変化にも関
わらず、H2 の光産生という観点から、突然変異株の優
れた能力が比較により再度示された。
These results were confirmed in another experiment in which the mutants were fermented under favorable conditions using different lots of waste material as substrate. Despite the changes for different concentrations of components in different media lot, from the viewpoint of light production H 2, superior ability of the mutant lines was demonstrated once again by comparison.

【0049】以下の例は、単に本発明をさらに詳細に説
明する目的で提示するものであり、発明の範囲を限定す
るものと考えてはならない。
The following examples are presented merely for purposes of illustrating the invention in more detail and should not be considered as limiting the scope of the invention.

【0050】[0050]

【実施例】例1: ロドバクター スフェロイデス R
VからのゲノムDNAの抽出 100mLのLB培地(10g/L トリプトン、5g
/L 酵母エキス、10g/L NaCl)を含む50
0mLフラスコに、(国立生科学人間工学研究所(NI
BH)、筑波、日本より提供された)ロドバクター ス
フェロイデスRV株を接種し、得られた混合液を、好気
条件/暗所の条件下において、30℃で48時間、攪拌
(220rpm)しながら維持した。
EXAMPLES Example 1: Rhodobacter spheroides R
Extraction of Genomic DNA from V 100 mL of LB medium (10 g / L tryptone, 5 g
/ L yeast extract, 10 g / L NaCl)
In a 0 mL flask, (National Institute of Bioscience and Human Engineering (NI
BH) (provided by Tsukuba, Japan) and inoculated with Rhodocobacter sphaeroides RV strain, and maintained the resulting mixture under aerobic / dark conditions at 30 ° C. for 48 hours with stirring (220 rpm). did.

【0051】その後、SS34ローターモデルSorvall
RC−5Bで、培養液を遠心(4℃で5000rp
m、10分間)することにより細胞を回収し、次いでT
E緩衝液(1mM EDTA、10mM トリス−塩
酸、pH7.4)で洗った(2×120mL)。得られ
た懸濁液を上記の通りに再度遠心し、細胞を回収し、
9.5mLのTE緩衝液に再懸濁した。0.5mLの1
0%SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)および50μL
のプロテイナーゼK溶液(20mg/mL)の添加後、
その懸濁液を37℃で1時間インキュベートした。
Thereafter, SS34 rotor model Sorvall
Centrifuge the culture with RC-5B (5000 rpm at 4 ° C).
m, 10 minutes) and collect the cells.
Washed with E buffer (1 mM EDTA, 10 mM Tris-HCl, pH 7.4) (2 × 120 mL). The resulting suspension is centrifuged again as above to collect the cells,
Resuspended in 9.5 mL TE buffer. 0.5 mL of 1
0% SDS (sodium dodecyl sulfate) and 50 μL
After addition of Proteinase K solution (20 mg / mL)
The suspension was incubated at 37 ° C. for 1 hour.

【0052】次いで、1.8mLの5M NaClおよ
び1.5mLの10%臭化ヘキサデシルトリメチルアン
モニウム(CTAB)から成る0.7M NaCl溶液
を加え、得られた溶液を65℃で20分間インキュベー
トした。
Next, a 0.7 M NaCl solution consisting of 1.8 mL of 5 M NaCl and 1.5 mL of 10% hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) was added, and the resulting solution was incubated at 65 ° C. for 20 minutes.

【0053】その後その溶液を、同体積のクロロホル
ム:イソアミルアルコール(24:1、v/v)でタン
パク除去し、DNAを0.6倍体積のイソプロパノール
で沈殿させた。
The solution was then deproteinized with an equal volume of chloroform: isoamyl alcohol (24: 1, v / v) and the DNA precipitated with 0.6 volumes of isopropanol.

【0054】DNAを1mLのエタノール(70%)で
洗い、ガラス棒をつかって回収した。最後に、回収した
DNAを4mLのTE緩衝液に溶解し、その濃度を26
0nmにおける分光光度計の読み取りにより測定した。
The DNA was washed with 1 mL of ethanol (70%) and collected using a glass rod. Finally, the recovered DNA was dissolved in 4 mL of TE buffer, and the concentration was adjusted to 26.
It was measured by a spectrophotometer reading at 0 nm.

【0055】ゲノムDNAを、0.1mg/mLのエチ
ジウムブロマイドを含むCsCl勾配で遠心することに
より、再度精製した(Beckman V65Ti ローターで16時
間、55,000rpm)。
The genomic DNA was purified again by centrifugation on a CsCl gradient containing 0.1 mg / mL ethidium bromide (Beckman V65Ti rotor for 16 hours at 55,000 rpm).

【0056】DNAバンドをUV光の下で可視化し、水
中飽和のブタノールでの抽出によりエチジウムブロマイ
ドを除去した。TE緩衝液に対して透析後、DNAをエ
タノールで沈殿させ、所望の体積に再懸濁した。
The DNA bands were visualized under UV light and the ethidium bromide was removed by extraction with butanol saturated in water. After dialysis against TE buffer, the DNA was precipitated with ethanol and resuspended to the desired volume.

【0057】例2: 遺伝子hupSの3’末端部分お
よび遺伝子hupLの5’末端部分を含むDNA断片の
単離 Leung らにより提供された説明(Leung D.W.、Chen E.
、Goeddel D.V.、Technique −a journal of methods
in cell and molecular biology、1、Nr.1(198
9):ページ11−15)に従って、遺伝子hupSおよび
hupLの保存されたヌクレオチド配列に基づいて合成
され、ロドバクター スフェロイデス DSM158の
ゲノムDNAを用いてIPCR(逆PCR)技術により
得られた以下の一対のオリゴヌクレオチドをプライマー
として使用して、例1の記載に従って得られたゲノムD
NAを、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)技術により増
幅した。
Example 2: Isolation of a DNA fragment containing the 3 'end of the gene hupS and the 5' end of the gene hupL The description provided by Leung et al. (Leung DW, Chen E.
, Goeddel DV, Technique −a journal of methods
in cell and molecular biology, 1, Nr. 1 (198
9): The following pair of oligos synthesized according to the conserved nucleotide sequences of the genes hupS and hupL according to pages 11-15) and obtained by the IPCR (inverse PCR) technique using the genomic DNA of Rhodobacter sphaeroides DSM158. Genome D obtained as described in Example 1 using nucleotides as primers
NA was amplified by the polymerase chain reaction (PCR) technique.

【0058】(1)5’AATACAAGGG CAA
CTACATT C 3’(フォーワード) (2)5’GCCCTCGACC TGGTTCTTG
A TGTCCT 3’(リバース) 増幅は、DNAサーマルサイクラー480装置(Perkin
−Elmer Cetus )で、以下のものを含む反応混合液
(100μL)を用いて行った。
(1) 5 'AATACAAGGG CAA
CTACATT C 3 '(forward) (2) 5' GCCCTCACC TGGTTCTTG
A TGTCCT 3 '(reverse) amplification was performed using a DNA thermal cycler 480 device (Perkin
-Elmer Cetus) using a reaction mixture (100 μL) containing:

【0059】500ngのゲノムDNA 10mM トリス塩酸(pH8.3) 2mM MgSO4 25mM KCl 5mM (NH42 SO4 100ピコモルの前記2つのプライマー 200μMのdNTPs(dATP、dGTP、dCT
P、dTTP) 2.5ユニットのPwo DNAポリメラーゼ(Boehri
nger Mannheim) 98℃で2分間の変性後、サイクルプログラムが開始さ
れた。このサイクルプログラムは、 98℃で1分(変性) 60℃で1分(アニーリング) 72℃で2分(伸長) の全部で25サイクルと、これに続く72℃で8分(最
後の伸長)とを含む。
500 ng of genomic DNA 10 mM Tris-HCl (pH 8.3) 2 mM MgSO 4 25 mM KCl 5 mM (NH 4 ) 2 SO 4 100 pmol of the two primers 200 μM dNTPs (dATP, dGTP, dCT
P, dTTP) 2.5 units of Pwo DNA polymerase (Boehri
The cycle program was started after denaturation at 98 ° C. for 2 minutes. This cycle program consists of a total of 25 cycles of 98 ° C. for 1 minute (denaturation) 60 ° C. for 1 minute (annealing) 72 ° C. for 2 minutes (extension), followed by 8 minutes at 72 ° C. (final extension). including.

【0060】このようにして得られた増幅産物を、フェ
ノール−クロロホルム(1:1)で処理し、NaCl
(1/10 vol/vol)およびEtOH(2vo
l)で沈殿させ、20μLのH2Oに再懸濁した。その
後、約2100bpの断片を、TAE(トリス酢酸塩E
DTA)中0.8%の低融解ゲル(SeaPlaque 、FMC
BioProducts )で精製した。ゲルからの溶出後、この断
片を、マルチクローニング部位からPstI部位を除去
するように予め改変されたプラスミドpUC18(Bohe
ringer)にクローニングした。実際には、このプラスミ
ドpUC18を、ポリリンカー中においてPstI部位
の両側にある、制限酵素HindIIおよびSphIで処
理し;その末端を、DNAポリメラーゼのクレノウ酵素
と30℃で15分間インキュベートすることにより平滑
化し、T4 DNAリガーゼをつかって再度ライゲート
させた。
The thus obtained amplification product is treated with phenol-chloroform (1: 1) to give NaCl
(1/10 vol / vol) and EtOH (2 vol
Precipitated in 1) and resuspended in 20 μL H 2 O. Thereafter, a fragment of about 2100 bp was ligated to TAE (Tris acetate E
0.8% low melting gel in DTA) (SeaPlaque, FMC)
BioProducts). After elution from the gel, this fragment was converted to plasmid pUC18 (Bohe) which had been previously modified to remove the PstI site from the multiple cloning site.
ringer). In practice, this plasmid pUC18 is treated with the restriction enzymes HindII and SphI, flanking the PstI site in the polylinker; its ends are blunt-ended by incubating with the Klenow enzyme of DNA polymerase for 15 minutes at 30 ° C. Ligated again using T4 DNA ligase.

【0061】このようにして得られたプラスミドを、再
度制限酵素SmaIで処理し、30μLの反応混合液中
のDNA断片(DNA 5μL/mL)の存在下でライ
ゲートさせた。この混合液2μLを、エレクトロコンピ
テントにしたE.coliXL1−Blueの細胞を形
質転換するのに使用した(Dower W.J.ら、Nucleicacid
Research 、16、6127−6145、1988)。この形質転換体
を、100μg/mLのアンピシリンを含むLB寒天培
地のプレート上で選別した。
The plasmid thus obtained was treated again with the restriction enzyme SmaI, and ligated in the presence of a DNA fragment (5 μL / mL of DNA) in 30 μL of the reaction mixture. 2 μL of this mixture was electrocompetent. coli XL1-Blue cells (Dower WJ et al., Nucleicacid).
Research, 16, 6127-6145, 1988). This transformant was selected on a plate of LB agar medium containing 100 μg / mL ampicillin.

【0062】陽性クローンから抽出されたプラスミドD
NAの解析により、期待された大きさに相当する約21
00bp断片の存在が示された。陽性クローンに含まれ
るプラスミドを、pSM824と名付けた(図1)。
Plasmid D extracted from positive clone
According to the analysis of NA, about 21 corresponding to the expected size was obtained.
The presence of a 00 bp fragment was indicated. The plasmid contained in the positive clone was named pSM824 (FIG. 1).

【0063】その後、このプラスミドを、DNAシーク
エンサー ABI373(PerkinElmer )を用いて配列
決定をした。その配列により、2100bpの断片は、
遺伝子hupSの約650塩基対(bp)および遺伝子
hupLの約1450bpを含むDNA領域に相当する
ことが確認された。
Thereafter, the plasmid was sequenced using a DNA sequencer ABI373 (PerkinElmer). Due to its sequence, a 2100 bp fragment
It was confirmed that the gene corresponds to a DNA region containing about 650 base pairs (bp) of the gene hupS and about 1450 bp of the gene hupL.

【0064】例3: 遺伝子hupLの不活性化 抗生物質トリメトプリムに対する耐性をコードする遺伝
子(dhfrIIb )を含み、 E.coliの強力プロモー
ターP1が上流にあるプラスミドp34E−Tp(D.Sh
aezer and D.E.Woods (1996)BioTechniques 、20:76
2 −764 )(5μg)を、5ユニットの制限酵素Pst
I(Boehringer)を用いて、37℃で1時間処理した。
その処理混合液を、0.6%の低溶融アガロースゲル
(Seaplaque )に充填し、70ボルトで4時間泳動し
た。
Example 3: Inactivation of the gene hupL. It contains the gene (dhfrIIb) which codes for resistance to the antibiotic trimethoprim; plasmid p34E-Tp (D.Sh
aezer and DEWoods (1996) BioTechniques, 20:76
2-764) (5 μg) with 5 units of restriction enzyme Pst
It processed at 37 degreeC for 1 hour using I (Boehringer).
The treated mixture was loaded on a 0.6% low melting agarose gel (Seaplaque) and run at 70 volts for 4 hours.

【0065】その後、トリメトプリムに対する耐性をコ
ードする構造遺伝子およびこの遺伝子の上流のプロモー
ター領域を含む、約650bpの断片PstI−Pst
Iをゲルから溶出した。
Thereafter, a fragment PstI-Pst of about 650 bp containing a structural gene encoding resistance to trimethoprim and a promoter region upstream of this gene.
I was eluted from the gel.

【0066】プラスミドpSM824(2μg)を、酵
素PstIで同様に処理した。その後、処理されたプラ
スミドpSM824および断片PstI−PstIを、
プラスミド:断片の比率=1:5を用いて、1ユニット
のT4 DNAリガーゼの存在下において、20μLの
リガーゼ緩衝液中でライゲートさせた。リガーゼ反応
は、16℃で約16時間行った。
The plasmid pSM824 (2 μg) was similarly treated with the enzyme PstI. Thereafter, the treated plasmid pSM824 and fragments PstI-PstI were
Ligated in 20 μL ligase buffer in the presence of 1 unit of T4 DNA ligase using a plasmid: fragment ratio of 1: 5. The ligase reaction was performed at 16 ° C. for about 16 hours.

【0067】その後、このリガーゼ混合液を、E.co
li XL1−blueのエレクトロコンピテント細胞
を形質転換するのに使用した。形質転換体の選別は、
1.5mg/mLのトリメトプリムおよび100μg/
mLのアンピシリンを含むLB寒天培地のプレート上で
行った。
Thereafter, the ligase mixture was added to E. coli. co
li XL1-blue was used to transform electrocompetent cells. Selection of transformants
1.5 mg / mL trimethoprim and 100 μg /
The test was performed on a plate of LB agar medium containing mL of ampicillin.

【0068】陽性クローンの解析により、トリメトプリ
ムに対する耐性遺伝子が遺伝子hupLの中に期待どお
り挿入されたクローンの存在が示された。制限解析およ
びヌクレオチド配列の解析により、遺伝子dhfrIIは、遺
伝子hupLに対して逆配向に挿入されることが示され
た。
Analysis of positive clones indicated the presence of a clone in which the resistance gene to trimethoprim was inserted as expected into the gene hupL. Restriction analysis and nucleotide sequence analysis indicated that the gene dhfrII was inserted in the reverse orientation with respect to the gene hupL.

【0069】例4: 遺伝子hupSおよびhupLの
二つの部位を含み、かつhupLの内部にインターポゾ
ンが既に存在する領域から成るDNAの全断片を回収す
るため、上記のフォーワードおよびリバースプライマー
の存在下で、Pwo DNAポリメラーゼを用いて、陽
性クローンに遺伝子増幅を行った。
Example 4: To recover the entire fragment of DNA containing the two sites of the genes hupS and hupL and consisting of the region where the interposon is already present inside hupL, in the presence of the forward and reverse primers described above Gene amplification was performed on positive clones using Pwo DNA polymerase.

【0070】同時に、自滅プラスミドpWKR102A
を、制限酵素HindIIIで処理し、dNTPsの存在
下において、25℃で30分間、クレノウポリメラーゼ
で処理して、適合性末端を形成した。
At the same time, the suicide plasmid pWKR102A
Was treated with the restriction enzyme HindIII and treated with Klenow polymerase at 25 ° C. for 30 minutes in the presence of dNTPs to form compatible ends.

【0071】その後、この増幅産物を、上記どおり調製
されたベクターと混合し、その混合物を、5ユニットの
T4 DNAリガーゼを含むリガーゼ緩衝液中でインキ
ュベートした。反応は、23℃で16時間行った。
Thereafter, the amplification product was mixed with the vector prepared as described above, and the mixture was incubated in a ligase buffer containing 5 units of T4 DNA ligase. The reaction was performed at 23 ° C. for 16 hours.

【0072】そのリガーゼ混合液を、電気穿孔法により
E.coli S17−1のコンピテント細胞を形質転
換するのに使用した。形質転換体の選別は、20μg/
mLのクロラムフェニコールおよび1.5mg/mLの
トリメトプリムを含む寒天LBプレート上で行った。陽
性クローンの中から、上記増幅産物が正しく挿入された
プラスミド(pSM825と表示(図2))を含むクロ
ーンを単離した。
The ligase mixture was subjected to E. coli by electroporation. E. coli S17-1 were used to transform competent cells. Transformants were selected at 20 μg /
Performed on agar LB plates containing mL chloramphenicol and 1.5 mg / mL trimethoprim. From the positive clones, clones containing a plasmid (pSM825 (FIG. 2)) into which the above amplification product was correctly inserted were isolated.

【0073】pSM825を含むクローンは、SMC5
08と呼ばれる。
The clone containing pSM825 was SMC5
08.

【0074】例5: E.coliとロドバクター ス
フェロイデス RVとの接合 E.coli SMC508株を、20μg/mLのク
ロラムフェニコールを含む5mLのLB培地に接種し、
37℃で一晩培養した。
Example 5: E. coli and Rhodobacter sphaeroides RV E. coli SMC508 strain was inoculated into 5 mL of LB medium containing 20 μg / mL of chloramphenicol,
The cells were cultured overnight at 37 ° C.

【0075】ロドバクター スフェロイデス RVの野
生型株を、最大限150μg/mLまでの抗生物質の選
択圧により、抗生物質リファンピシン(Rif)耐性に
した。
The wild-type strain of Rhodobacter sphaeroides RV was rendered resistant to the antibiotic rifampicin (Rif) by selective pressure of the antibiotic up to a maximum of 150 μg / mL.

【0076】ロドバクター スフェロイデス RV(R
ifR )株を、以下の構成物質を有する40mLのaS
y培地に接種し、30℃、暗所、好気条件下で2日間培
養した:(NH42 SO4 1.25g/L;Na−
コハク酸 9.8g/L;酵母エキス 1g/L;K2
HPO4 0.75g/L;KH2 PO4 0.85g
/L;EDTA 2mg/L;H3 BO3 2.8mg
/L;Na2 MoO4 ・2H2 O 0.75mg/L;
ZnSO4 ・7H2 O 0.24mg/L;MnSO4
・4H2 O 1.6mg/L;CuSO4 ・5H2
0.041mg/L;CaCl2 ・2H2 O 0.75
mg/L;MgSO4 ・7H2 O 0.2mg/L;F
eSO4 ・7H2 O 10mg/L、pH7.0。
[0076] Rhodobacter spheroides RV (R
The an if R) strain, aS of 40mL having the following constituents
Y medium was inoculated and cultured at 30 ° C. in the dark under aerobic conditions for 2 days: (NH 4 ) 2 SO 4 1.25 g / L;
Succinic acid 9.8 g / L; yeast extract 1 g / L; K 2
0.75 g / L of HPO 4 ; 0.85 g of KH 2 PO 4
/ L; EDTA 2 mg / L; H 3 BO 3 2.8 mg
/ L; Na 2 MoO 4 · 2H 2 O 0.75mg / L;
ZnSO 4 · 7H 2 O 0.24mg / L; MnSO 4
・ 4H 2 O 1.6mg / L; CuSO 4・ 5H 2 O
0.041 mg / L; CaCl 2 .2H 2 O 0.75
mg / L; MgSO 4 .7H 2 O 0.2 mg / L; F
eSO 4 · 7H 2 O 10mg / L, pH7.0.

【0077】その後、ロドバクター スフェロイデス
RV(RifR )の培養液3mLを、ロドバクター ス
フェロイデス RV培養液の光学密度の1/10に相当
する量のSMC508と共にファルコン(登録商標)チ
ューブ内で混合した。
Then, Rhodobacter spheroides
3 mL of the RV (Rif R ) culture was mixed in a Falcon® tube with SMC508 in an amount corresponding to 1/10 of the optical density of the Rhodobacter sphaeroides RV culture.

【0078】この細菌を、室温で10分間の遠心(30
00rpm)により回収し、100μLのaSy培地に
再懸濁し、この懸濁液の一部を、同じ寒天培地のプレー
ト上に播いた。
The bacteria were centrifuged at room temperature for 10 minutes (30 minutes).
00 rpm) and resuspended in 100 μL of aSy medium, and a portion of this suspension was plated on the same agar plate.

【0079】そのプレートを35℃で6時間インキュベ
ートすると、2つのタイプの細胞間で遺伝的材料の交換
が認められた。その後、細胞をプレートから回収し、4
00μLのaSy培地に再懸濁し、リファンピシン(1
50μg/mL)およびトリメトプリム(25μg/m
L)を含むaSy培地のプレート上にまいた。
When the plate was incubated at 35 ° C. for 6 hours, an exchange of genetic material between the two types of cells was observed. The cells were then harvested from the plate and
Resuspend in 00 μL aSy medium and add rifampicin (1
50 μg / mL) and trimethoprim (25 μg / m
L) on a plate of aSy medium containing

【0080】暗所において好気条件下で10日間増殖さ
せた後、多数のトリメトプリム耐性(TpR )で且つリ
ファンピシン耐性(RifR )のコロニーを、各プレー
ト上で得た。
After 10 days of growth under aerobic conditions in the dark, a number of trimethoprim-resistant (Tp R ) and rifampicin-resistant (Rif R ) colonies were obtained on each plate.

【0081】10のコロニーが、詳細な特性決定のため
に選別された。これらクローンからゲノムDNAを抽出
し、このDNA産物について、以下のオリゴヌクレオチ
ドプライマーをつかってPCR実験を行った: (3)5’AACGTGGACG ATCAGGGCA
T CAT 3’(フォーワード) (4)5’CCATAGGCAT ACCAGGAGT
G ATCGA 3’(リバース)。
[0081] Ten colonies were selected for detailed characterization. Genomic DNA was extracted from these clones and a PCR experiment was performed on the DNA product using the following oligonucleotide primers: (3) 5 'AACGTGGGACG ATCAGGGCCA
T CAT 3 '(forward) (4) 5' CCATAGGCCAT ACCAGGAGT
G ATCGA 3 '(reverse).

【0082】期待される増幅産物は遺伝子hupLの断
片であり、この断片におけるインターポゾンの存在は、
約650bpの産物における大きさの増大により明らか
にされる(図3)。
The expected amplification product is a fragment of the gene hupL, the presence of an interposon in this fragment
Revealed by an increase in size in the approximately 650 bp product (FIG. 3).

【0083】10クローンのうち1つは、期待される大
きさ(1600bp)の断片を生成し、これは、ゲノム
DNA上での二重交差プロセスに由来するものである。
別のクローンは、ゲノムDNA上で遺伝子重複を起こす
一回交差による組み換え、即ち、野生型遺伝子に隣接し
た突然変異型遺伝子の存在に起因して、二つの断片(1
600bpおよび950bp、野生型断片に相当)を生
成した。残り8クローンは、もっぱら野生型断片を生成
したので、抗生物質トリメトプリムに対する耐性を自然
に備えていたことが確認された。
One of the 10 clones produced a fragment of the expected size (1600 bp), which results from a double crossover process on genomic DNA.
Another clone is a recombination by a single crossover that causes gene duplication on genomic DNA, ie, due to the presence of the mutant gene adjacent to the wild-type gene, two fragments (1
600 bp and 950 bp, corresponding to the wild-type fragment). The remaining eight clones produced wild-type fragments exclusively, confirming that they naturally had resistance to the antibiotic trimethoprim.

【0084】突然変異誘発部位を確認するため、唯一の
陽性クローンから単離したゲノムDNAを用いてサザン
ブロット解析により、実験を行った。
To confirm the site of mutagenesis, an experiment was performed by Southern blot analysis using genomic DNA isolated from only one positive clone.

【0085】ロドバクター スフェロイデス RV野生
型(RifR )株およびその突然変異株を20μg/m
Lのカナマイシンを含む5mLのLBに接種し、30℃
で2日間、暗所、好気条件下でインキュベートした。
The Rhodobacter sphaeroides RV wild-type (Rif R ) strain and its mutant were isolated at 20 μg / m 2.
Inoculate 5 mL of LB containing Kanamycin L
For 2 days in the dark under aerobic conditions.

【0086】その後、ゲノムDNAを抽出し、制限酵素
MscIまたはBstXIで処理した。
Thereafter, genomic DNA was extracted and treated with restriction enzymes MscI or BstXI.

【0087】その処理産物を、アガロースゲルで電気泳
動により解析した。電気泳動による分離後、標準手法に
従ってサザンブロットを行い、DNAを固定したメンブ
レンを、遺伝子hupLに特異的なプローブとハイブリ
ダイズさせた。
The processed product was analyzed on an agarose gel by electrophoresis. After separation by electrophoresis, Southern blot was performed according to a standard method, and the membrane on which the DNA was immobilized was hybridized with a probe specific to the gene hupL.

【0088】オートラジオグラフィーの現像により、B
stXIで処理された突然変異株のゲノムDNAにおい
て、野生型株よりも大きい約700bpのシングルバン
ドが存在することが示された(図4)。このバンドの存
在により、二重交差が起こったため、ゲノムDNA上に
存在する遺伝子hupLがインターポゾン突然変異誘発
により不活性化されたことが確証された。
By autoradiographic development, B
In the genomic DNA of the mutant strain treated with stXI, it was shown that there was a single band of about 700 bp which was larger than that of the wild type strain (FIG. 4). The presence of this band confirmed that the gene hupL present on the genomic DNA was inactivated by interposon mutagenesis, since a double crossover occurred.

【0089】この突然変異株は、略語SMV089で示
される。
This mutant is indicated by the abbreviation SMV089.

【0090】例6: 突然変異株SMV089の増殖 突然変異株SMV089を種々の培地で培養し、その増
殖を野生型株の増殖と比較した。
Example 6 Growth of Mutant SMV089 Mutant SMV089 was cultured in various media and its growth was compared to that of a wild-type strain.

【0091】使用した培地は、以下の組成を有してい
た: (A):(NH42 SO4 1.25g/L;Na−
コハク酸 9.8g/L;酵母エキス 1g/L;K2
HPO4 0.75g/L;KH2 PO4 0.85g
/L;EDTA 2mg/L;H3 BO3 2.8mg
/L;Na2 MoO4 ・2H2 O 0.75mg/L;
ZnSO4 ・7H2 O 0.24mg/L;MnSO4
・4H2 O 1.6mg/L;CuSO4 ・5H2
0.041mg/L;CaCl2 ・2H2 O 0.75
mg/L;MgSO4 ・7H2 O0.2mg/L;Fe
SO4 ・7H2 O 10mg/L、pH7.0。
The medium used had the following composition: (A): (NH 4 ) 2 SO 4 1.25 g / L;
Succinic acid 9.8 g / L; yeast extract 1 g / L; K 2
0.75 g / L of HPO 4 ; 0.85 g of KH 2 PO 4
/ L; EDTA 2 mg / L; H 3 BO 3 2.8 mg
/ L; Na 2 MoO 4 · 2H 2 O 0.75mg / L;
ZnSO 4 · 7H 2 O 0.24mg / L; MnSO 4
・ 4H 2 O 1.6mg / L; CuSO 4・ 5H 2 O
0.041 mg / L; CaCl 2 .2H 2 O 0.75
mg / L; MgSO 4 .7H 2 O 0.2 mg / L; Fe
SO 4 · 7H 2 O 10mg / L, pH7.0.

【0092】(B):Na−乳酸 98% 7.4m
L;Na L−グルタミン酸 1.88g/L;NaH
CO3 1.5g/L;K2 HPO4 0.75g/
L;KH2PO4 0.85g/L;EDTA 2mg
/L;H3 BO3 2.8mg/L;Na2 MoO4
2H2 O 0.75mg/L;ZnSO4 ・7H2
0.24mg/L;MnSO4 ・4H2 O 1.6mg
/L;CuSO4 ・5H2 O0.041mg/L;Ca
Cl2 ・2H2 O 0.75mg/L;MgSO4・7
2 O 0.2mg/L;FeSO4 ・7H2 O 10
mg/L。
(B): Na-lactic acid 98% 7.4m
L; Na L-glutamic acid 1.88 g / L; NaH
CO 3 1.5 g / L; K 2 HPO 4 0.75 g /
L; KH 2 PO 4 0.85 g / L; EDTA 2 mg
/ L; H 3 BO 3 2.8 mg / L; Na 2 MoO 4.
2H 2 O 0.75mg / L; ZnSO 4 · 7H 2 O
0.24 mg / L; MnSO 4 .4H 2 O 1.6 mg
/ L; CuSO 4 .5H 2 O 0.041 mg / L; Ca
Cl 2 · 2H 2 O 0.75mg / L; MgSO 4 · 7
H 2 O 0.2mg / L; FeSO 4 · 7H 2 O 10
mg / L.

【0093】この培地を0.2μのNalgene フィルター
を用いた濾過により滅菌し、30分間アルゴンをバブリ
ングすることで微量の酸素を全て除去した。
The medium was sterilized by filtration using a 0.2 μl Nalgene filter, and all traces of oxygen were removed by bubbling argon for 30 minutes.

【0094】その培養液を、タングステンランプを用い
た光強度9,500ルクスの光照射下において、30℃
で3日間、24mLの培地を含む嫌気条件の試験管内で
インキュベートした。増殖の終了時に、光学密度を60
0nmで測定した。その結果を表1に示す。
The culture solution was heated at 30 ° C. under a light intensity of 9,500 lux using a tungsten lamp.
For 3 days in an anaerobic test tube containing 24 mL of medium. At the end of the growth, the optical density is 60
It was measured at 0 nm. Table 1 shows the results.

【0095】[0095]

【表1】 [Table 1]

【0096】表1に示した値から、遺伝子hupLにお
ける突然変異は、水素の産生を刺激する合成培地(B)
中においても、突然変異株の増殖能に負の影響を及ぼさ
ないことが観察できる。
From the values shown in Table 1, the mutation in the gene hupL indicates that the mutation in the synthetic medium (B) stimulates the production of hydrogen.
Even within, it can be observed that the growth ability of the mutant strain is not negatively affected.

【0097】例7: ヒドロゲナーゼ取り込みテスト 取り込み型ヒドロゲナーゼ酵素の触媒活性を実証するた
め、インビトロにおける比色テストを、メチレンブルー
溶液の脱色に基づいて準備した。
Example 7: Hydrogenase uptake test To demonstrate the catalytic activity of the uptake hydrogenase enzyme, an in vitro colorimetric test was set up based on the decolorization of the methylene blue solution.

【0098】水素を活性取り込み型ヒドロゲナーゼ酵素
の存在下で酸化し、電子を人工的受容体(我々の場合、
還元されると色が変化するメチレンブルー)に転移し
た。
The hydrogen is oxidized in the presence of the active uptake hydrogenase enzyme, and the electrons are converted to an artificial acceptor (in our case,
(Methylene blue) which changes color when reduced.

【0099】人工的電子受容体の還元で起こる青色の消
失を、適切な波長で、分光光度計により追跡することが
可能である。
The disappearance of the blue color resulting from the reduction of the artificial electron acceptor can be tracked at the appropriate wavelength with a spectrophotometer.

【0100】テストは以下のように行われた:トリス塩
酸20mM、pH8およびメチレンブルー120μMの
溶液1mLを、貫通可能な隔膜付きブラインドニップル
を備えたねじ付きガラスキュベットに充填した。そのキ
ュベットを密封し、ゴム隔壁に穴を開けるニードルを用
いて、5分間、その溶液に水素分子をバブリングした。
その後、50μLの突然変異株の嫌気性培養液(または
ロドバクター スフェロイデス RV、正のコントロー
ルとして使用)を、マイクロシリンジで注入し、キュベ
ットをすぐに分光光度計に設置して、この溶液の脱色カ
イネティクス解析を570nmで行った。得られた曲線
の傾きは、取り込み型ヒドロゲナーゼ酵素の活性に正比
例している。
The test was carried out as follows: 1 ml of a solution of 20 mM Tris-HCl, pH 8 and 120 μM methylene blue was filled into a threaded glass cuvette equipped with a blind nipple with a pierceable diaphragm. The cuvette was sealed and a hydrogen molecule was bubbled through the solution for 5 minutes using a needle that pierces the rubber septum.
Thereafter, 50 μL of the anaerobic culture of the mutant strain (or Rhodobacter spheroides RV, used as a positive control) was injected with a microsyringe, the cuvette was immediately placed in the spectrophotometer and the decolorization kinetics of this solution Analysis was performed at 570 nm. The slope of the resulting curve is directly proportional to the activity of the uptake hydrogenase enzyme.

【0101】例8: ニトロゲナーゼテスト ニトロゲナーゼ酵素の触媒活性を実証するため、インビ
トロにおけるガスクロマトグラフィーテストを、アセチ
レンの還元に基づいて準備した。アセチレンは活性ニト
ロゲナーゼの存在下でエチレンに還元される。他の酵素
システムはアセチレンを還元できないので、この反応は
非常に特異的である。アセチレンの消失および相対的な
エチレンの出現を、ガスクロマトグラフィー分析により
追跡することが可能である。
Example 8: Nitrogenase test To demonstrate the catalytic activity of the nitrogenase enzyme, an in vitro gas chromatography test was set up based on the reduction of acetylene. Acetylene is reduced to ethylene in the presence of active nitrogenase. This reaction is very specific because other enzyme systems cannot reduce acetylene. The loss of acetylene and the relative appearance of ethylene can be followed by gas chromatography analysis.

【0102】テストは以下のように行われた:6mLの
培養液をフォトバイオリアクターから取り出し、アルゴ
ン大気下で維持し、封印プラグを備えた20mLの試験
管に移した。そのサンプルを30℃で5分間、攪拌しな
がら、200ワットランプにより供給される光の下でイ
ンキュベートした。その後、2mLのアセチレンを加
え、50μLのヘッドスペースを設定時間(0,5,1
5および20分)で取り除き、GCで分析した。使用し
たカラムは、2mの長さで1mmの直径のHayeSe
p(登録商標)Sであり、その分析は45℃、6mL/
分のHe(キャリアー)流で、分析時間5分で行った
(J.Meyer ら(1978)、J.of Bact.136 、201 −2
08 )。
The test was performed as follows: 6 mL of culture was removed from the photobioreactor, maintained under an argon atmosphere, and transferred to a 20 mL tube equipped with a sealing plug. The samples were incubated at 30 ° C. for 5 minutes with stirring and under light supplied by a 200 watt lamp. Thereafter, 2 mL of acetylene was added, and 50 μL of head space was set for the set time (0, 5, 1).
5 and 20 minutes) and analyzed by GC. The column used was a HaySe with a length of 2 m and a diameter of 1 mm.
p (R) S, the analysis of which was performed at 45 ° C, 6 mL /
The analysis was performed with a He (carrier) flow of 5 minutes and an analysis time of 5 minutes (J. Meyer et al. (1978), J. of Bact. 136, 201-2).
08).

【0103】得られた結果は、突然変異株SMV089
のニトロゲナーゼ活性が野生型株よりも高いことを示し
ている。この高い活性は、約46%以上と算定できる
(図7)。
The results obtained show that the mutant SMV089
Shows that the nitrogenase activity is higher than that of the wild-type strain. This high activity can be estimated at about 46% or more (FIG. 7).

【0104】例9: 水素の光産生 突然変異株SMV089に関する水素の光産生は、同ロ
ットの培地(ロット1)を使用して、野生型株のロドバ
クター スフェロイデス RVと並行して行った発酵実
験で評価され、さらに、二種類のロットの培地(ロット
1および2)を使用して、突然変異株SMV089につ
いて得られた結果を比較した。
Example 9: Hydrogen photoproduction Hydrogen photoproduction for mutant SMV089 was determined in a fermentation experiment performed in parallel with the wild-type strain Rhodocobacter sphaeroides RV using the same lot of medium (Lot 1). In addition, two lots of media (Lot 1 and 2) were used to compare the results obtained for mutant SMV089.

【0105】上記の突然変異株を、マグネチックスター
ラー、pHを制御するためのモジュール、培養液の照明
を保証するために内部に設置した2100ワットのハロ
ゲンランプ、および温度を30℃に維持するための冷却
システムを備えた1リットルのケモスタット内で培養し
た(図5)。
The above mutant strain was subjected to a magnetic stirrer, a module for controlling pH, a 2100 watt halogen lamp installed inside to ensure illumination of the culture solution, and a temperature of 30 ° C. (See FIG. 5) in a 1 liter chemostat with a cooling system.

【0106】発酵のための前接種は、下記の2つの連続
経過で調製された: 1.25mLのaSy培地中で50μLのグリセリン酸
塩を、30℃、好気条件/暗所で、2日間インキュベー
トした; 2.先の培養液の1:10稀釈液を、ケモスタットでの
増殖のために用いた60mLの同培地を含む嫌気状態の
試験管へのこれ以降の接種のために使用した。その試験
管を、30℃、嫌気条件、光照明下(タングステンラン
プ、9,500ルクス)において2日間インキュベート
した。
Pre-inoculations for fermentation were prepared in two sequential courses: 1.25 mL of glycerate in 1.25 mL of aSy medium at 30 ° C., aerobic / dark for 2 days. 1. Incubated; A 1:10 dilution of the previous culture was used for subsequent inoculation into anaerobic test tubes containing 60 mL of the same medium used for growth on the chemostat. The tubes were incubated at 30 ° C. under anaerobic conditions, under light illumination (tungsten lamp, 9,500 lux) for 2 days.

【0107】2回目の接種原を、600nmにおける最
初の光学密度を0.2に計算して稀釈し、2つのケモス
タットに接種した。
The second inoculum was diluted by calculating the initial optical density at 600 nm to 0.2 and inoculated into two chemostats.

【0108】使用した培地は、都市の固形廃棄物の制御
された酸発性発酵に由来する(E.D’Addario ら(19
92)、Wat .Sci .Tech.27、183 −192 )。このタイ
プの培地の平均的組成は、以下のとおりである: 全固形物 3.7% 揮発性固形物 72.0% 乳酸 36g/L 酢酸 2.2g/L 全窒素 594mg/L アンモニア窒素 260mg/L 全炭素 15.80g/L TOC(全有機物炭素) 14.90g/L COD(化学的酸素要求量) 5.90g/L カルシウム 5.90g/L ナトリウム 0.25g/L 硫酸塩 0.25g/L リン酸塩 23.00mg/L 当該菌株の発酵のために、先ず、この培地を蒸留水で
1:10に稀釈して乳酸濃度を3.6g/Lにし、次い
で以下の構成要素を加えた:KH2 PO4 0.4g/
L;H3 BO3 2.8mg/L;Na2 MoO4 ・2
2 O 0.75mg/L;ZnSO4 ・7H2
0.24mg/L;MnSO4 ・4H2 O 2.1mg
/L;Cu(NO3 )2 ・3H2 O 0.04mg/L;
CaCl2 ・2H2 O 0.75mg/L;MgSO4
・7H2 O 0.1mg/L;FeSO4 ・7H2
10mg/L、pH7.0。
The medium used is derived from a controlled acidogenic fermentation of municipal solid waste (ED'Addario et al. (19).
92), Wat. Sci. Tech. 27, 183-192). The average composition of this type of medium is as follows: total solids 3.7% volatile solids 72.0% lactic acid 36 g / L acetic acid 2.2 g / L total nitrogen 594 mg / L ammonia nitrogen 260 mg / L Total carbon 15.80 g / L TOC (total organic carbon) 14.90 g / L COD (chemical oxygen demand) 5.90 g / L Calcium 5.90 g / L Sodium 0.25 g / L Sulfate 0.25 g / L phosphate 23.00 mg / L For fermentation of the strain, the medium was first diluted 1:10 with distilled water to a lactic acid concentration of 3.6 g / L and then the following components were added: : 0.4 g of KH 2 PO 4 /
L; H 3 BO 3 2.8mg / L; Na 2 MoO 4 · 2
H 2 O 0.75mg / L; ZnSO 4 · 7H 2 O
0.24 mg / L; MnSO 4 .4H 2 O 2.1 mg
/ L; Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O 0.04 mg / L;
CaCl 2 .2H 2 O 0.75 mg / L; MgSO 4
・ 7H 2 O 0.1mg / L; FeSO 4・ 7H 2 O
10 mg / L, pH 7.0.

【0109】嫌気条件を連続アルゴン流で維持した。使
用した光強度を6,000ルクスに調節し、2つの発酵
をバッチ式で開始した。
The anaerobic conditions were maintained with a continuous argon flow. The light intensity used was adjusted to 6,000 lux and the two fermentations were started batchwise.

【0110】約24時間後、水素の産生が始まると、発
酵は継続して行われた。
After about 24 hours, when the production of hydrogen began, the fermentation continued.

【0111】ケモスタット中の培地の流速(F)を31
mL/時の値に固定し、またリアクタの体積(V)は9
30mLであったから、等式D=F/V(Dは稀釈率)
に従えば、HRT(水硬性滞留時間)(1/D)の値は
30であった。即ち、理論的には30時間ごとに、フォ
トバイオリアクタは培地の全ターンオーバーを受けた。
The flow rate (F) of the medium in the chemostat was 31
mL / h and the reactor volume (V) was 9
Since it was 30 mL, the equation D = F / V (D is the dilution rate)
According to this, the value of HRT (hydraulic residence time) (1 / D) was 30. That is, theoretically every 30 hours, the photobioreactor underwent a full turnover of the medium.

【0112】発酵は以下の解析パラメーターを評価する
ことより追跡した: 1.細菌の増殖を追跡するために600nmで測定され
た光学密度; 2.1MのNaOHを加えることで7.0の値に自動的
に維持されたpH; 3.産生された全バイオガス。これは、ケモスタットの
排出口の一つに接続したデジタルメーターにより測定さ
れた; 4.バイオガス中に含まれる水素のパーセンテージ(図
4)。これは、Carbosieve IIカラム80−100 メッシュ
Supelco 200 ×3mmを具備したVARIAN 3400ガスクロ
マトグラフィーで測定された; 5.細胞が蓄積したポリヒドロキシ酪酸塩の量(ガスク
ロマトグラフィー分析による)。
The fermentation was followed by evaluating the following analytical parameters: 2. Optical density measured at 600 nm to track bacterial growth; 2.1 pH automatically maintained at a value of 7.0 by adding NaOH; Total biogas produced. This was measured by a digital meter connected to one of the outlets of the chemostat; Percentage of hydrogen contained in biogas (FIG. 4). This is a Carbosieve II column 80-100 mesh
4. Measured on a VARIAN 3400 gas chromatograph equipped with a Supelco 200 x 3 mm; The amount of polyhydroxybutyrate accumulated by the cells (by gas chromatography analysis).

【0113】LSIルクスメーターを用いて、リアクタ
の外表面に接種する前に光強度を測定した。
The light intensity was measured using an LSI lux meter before inoculation on the outer surface of the reactor.

【0114】産生されたバイオガスの値および存在する
水素のパーセンテージから、一日当たりの水素の発生量
を、リアクタの1リットルあたり(mL H2 /L リ
アクタ/日)および乾燥重量1mgあたり(mL H2
/mg 乾燥重量/日)の両方で計算した。
From the value of biogas produced and the percentage of hydrogen present, the amount of hydrogen generated per day was determined per liter of reactor (mL H 2 / L reactor / day) and per mg dry weight (mL H Two
/ Mg dry weight / day).

【0115】以下の表は、二種類の別々の実験のデータ
を示している。ここでは、まず、突然変異株SMV08
9の産生能力を、同じ発酵条件下(同じロットの培地
1)での野生型の産生能力と比較した。その後、異なる
発酵条件下(即ちロットが異なる二種類の培地1および
2を使用)での突然変異株の能力を確認した。
The following table shows data from two separate experiments. Here, first, the mutant SMV08
9 was compared to that of wild type under the same fermentation conditions (medium 1 of the same lot). Thereafter, the ability of the mutant strain under different fermentation conditions (ie using two different media 1 and 2 in different lots) was confirmed.

【0116】とりわけ、表2は、ガスクロマトグラフィ
ーで測定した全バイオガスの値および水素のパーセンテ
ージに基づいて計算された、リアクタの1リットルあた
りの水素の産生値を示している。この値は、突然変異株
SMV089において野生型株よりも高いことが分かっ
た。
In particular, Table 2 shows the hydrogen production values per liter of reactor calculated based on the values of total biogas measured by gas chromatography and the percentage of hydrogen. This value was found to be higher in the mutant SMV089 than in the wild type strain.

【0117】[0117]

【表2】 [Table 2]

【0118】表3は、上記と同じ手法で計算された乾燥
重量1ミリグラムあたりの水素の産生値を示している。
Table 3 shows the hydrogen production values per milligram dry weight calculated by the same procedure as described above.

【0119】[0119]

【表3】 [Table 3]

【0120】当該菌株の発酵は、水素の産生が有意でな
いレベルに到達したときに停止された。持続期間につい
ては、突然変異株SMV089の水素の光産生は、野生
型株で得られたものに匹敵する。他方、1日あたりの速
度に関する限り、突然変異株は全実験に亘って野生型よ
りも高い値を維持し、同じ発酵の時間内に光産生される
水素の全量は、リアクタ1リットルあたり47%、およ
び乾燥重量1ミリグラムあたり66%増加することが測
定された。
The fermentation of the strain was stopped when the production of hydrogen reached insignificant levels. In terms of duration, the photoproduction of hydrogen in the mutant SMV089 is comparable to that obtained in the wild type strain. On the other hand, as far as the rate per day is concerned, the mutant strain remains higher than the wild type throughout the entire experiment, and the total amount of hydrogen photo-produced in the same fermentation time is 47% per liter of reactor. , And a 66% increase per milligram of dry weight.

【0121】異なるロットの基質から着手して評価した
突然変異株の能力もまた、光産生された高い全水素量お
よび0.3%〜7%で測定されたガス値の可変範囲を示
しているので、異なるロットの培地における種々の構成
成分の濃度にの可変性とは無関係の優れた産生能力が確
証された。
The ability of the mutant strains to be evaluated starting from different lots of substrate also shows a high total amount of hydrogen produced and a variable range of gas values measured between 0.3% and 7%. Thus, excellent production capacity was established independent of the variability in the concentration of the various components in the media of the different lots.

【0122】ポリヒドロキシ酪酸塩のガスクロマトグラ
フィー分析(Brandlら(1988)、Appl.Eviron.Microb
iol .54、1977−1982の方法に従って)により、両方の
菌株において、β−ヒドロキシ酪酸メチルエステルに特
徴的なピークの存在が示された。PHBは、突然変異株
および野生型株の両方において、発酵の最終日に乾燥重
量あたり約5%の最大蓄積値に達しているが、突然変異
株におけるその濃度は、全実験に亘って野生型株よりも
低い値を維持している。
Gas Chromatographic Analysis of Polyhydroxybutyrate (Brandl et al. (1988) Appl. Eviron. Microb
iol. 54, 1977-1982) showed the presence of peaks characteristic of β-hydroxybutyric acid methyl ester in both strains. PHB has reached a maximum accumulation of about 5% per dry weight on the last day of fermentation in both mutant and wild-type strains, but its concentration in the mutant strains has been increased over all experiments by wild-type It is lower than stocks.

【0123】[0123]

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> Eni Technologie <120> Mutant of Rhodobacter Sphaeroides RV and Its Use in the Production of Hydrogen <130> B0098P0670 <140> <141> <150> IT/MI98A001224 <151> 1998-06-03 <160> 5 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 21 <212> DNA <213> Rhodobacter sphaeroides <400> 1 aatacaaggg caactacatt c 21 <210> 2 <211> 26 <212> DNA <213> Rhodobacter sphaeroides <400> 2 gccctcgacc tggttcttga tgtcct 26 <210> 3 <211> 23 <212> DNA <213> Rhodobacter sphaeroides <400> 3 aacgtggacg atcagggcat cat 23 <210> 4 <211> 25 <212> DNA <213> Rhodobacter sphaeroides <400> 4 ccataggcat accaggagtg atcga 25 <210> 5 <211> 2076 <212> DNA <213> Rhodobacter sphaeroides <400> 5 tacaagggca actacattct tgccgtcgag ggcaacccgc cgctgaacga ggacgggatg 60 tattgcatca tcggcggcaa gcccttcgtg gaacagctga agatggcggc cgaacatgcc 120 aaggccatca tcagctgggg ggcctgcgcc tcctacggct gcgtgcaggc ggcggcaccc 180 aacccgacgc gggcgacgcc ggtgcacaag gtcatcctcg acaagccgat catcaaggtg 240 ccgggctgcc cgcccatcgc cgaggtgatg accggcgtca tcacctacat gctgaccttc 300 gaccggctgc ccgagctcga ccgtcagggc cgcccggcga tgttctacag ccagcgcatt 360 cacgacaaat gctaccgccg cccgcatttc gacgcgggcc agttcgtcga ggcctgggac 420 gacgactacg ccaagaaggg ctactgcctc tacaagatgg gctgcaaggg gccgaccacc 480 tacaacgcct gctcgaccgt gcgctggaac gagggcgtaa gcttcccgat ccagtccggc 540 cacggctgca tcggctgctc ggaggacggc ttctgggatc aggggtcctt ctacgaccgg 600 ctgacgacga tcaagcagtt cggcgtcgag gccaatgccg acacgatcgg cctcacggcc 660 gtgggcgccc tcggcgcggg cgtggcggcg catatcgcgg ccaccgccct caagagcgcg 720 cagaagaaat cgcaggcggc gaatgccgcg aagaccgacg aaaagacgga ggcctgagcc 780 atggtcgcga caccgaacgg tttcaacctg gacaattcgg gccgccgcat cgtggtggac 840 cccgtgaccc ggatcgaggg tcacatgcgc tgcgaagtga acgtggacga tcagggcatc 900 atccgcaacg ccgtctcgac ggggaccatg tggcgggggc ttgaagtgat cctgaagggc 960 cgcgatccgc gcgacgcctg ggccttcacc gagcggatct ggggggtctg caccggcacc 1020 catgcgctca cctccgtccg cgcggtcgag gatgcgctgg ggatctcgat ccccgacaat 1080 gcgaactcga tccgcaacat gatgcagctg aacctgcaga tccacgacca cgtcgtccat 1140 ttctaccatc tgcatgcgct ggactgggtg aaccctgtca atgcgctgcg cgccgatccc 1200 aaggccacgt ccgagctgca gcagaaggtc tcgccctcgc atccgctctc gtcgccgggc 1260 tatttccgcg acgtgcagaa ccggctgaag aagttcgtgg aatcgggcca gctcggcctg 1320 ttcaagaacg gctactggga caatgcggcc tatctgctgc cgcccgaggc ggacctgatg 1380 gccacgacgc attacctcga ggcgctcgac ctccagaagg agatcgtcaa ggtccacacg 1440 atcttcggcg gcaagaaccc gcatccgaac tggctggtgg ggggcgtgcc ctgcccgatc 1500 aacatcgacg gcgtgggcgc ggtcggcgcg atcaacatgg agcggctgaa cctcgtctcc 1560 tcgatcatcg accagtgcat ccagttcacc aacaacgtct atctgcccga cgtggtggcc 1620 atcggcggct tctaccgcaa ctggctctat ggcggcgggc tctcgtcgaa gtcggtgatg 1680 gcctatggcg acatccccga gcatccgaac gatttctcgc ccggacagct gcacctgccg 1740 cgcggcgcga tcatcaacgg caatctcgag gaggtgcatg acgtcgaccc gcgccacccc 1800 gagcaggtgc aggaattcgt cgatcactcc tggtatgcct atggcgagcc ggggcgcggc 1860 ctgcacccct gggacggcgt gaccgagccg cgctacgagc tcggccccaa tgccaagggc 1920 acgcggacga acatcctcga gctcgacgag gcggcgaaat attcctggat caaggcgccg 1980 cgctggaagg ggcacgcgat ggaggtgggc ccgctcgccc gctacatcgt gggctatgcc 2040 aagggccacg aggacatcaa gaaccaggtc gagggc 2076[Sequence List] SEQUENCE LISTING <110> Eni Technologie <120> Mutant of Rhodobacter Sphaeroides RV and Its Use in the Production of Hydrogen <130> B0098P0670 <140> <141> <150> IT / MI98A001224 <151> 1998-06- 03 <160> 5 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 21 <212> DNA <213> Rhodobacter sphaeroides <400> 1 aatacaaggg caactacatt c 21 <210> 2 <211> 26 <212> DNA < 213> Rhodobacter sphaeroides <400> 2 gccctcgacc tggttcttga tgtcct 26 <210> 3 <211> 23 <212> DNA <213> Rhodobacter sphaeroides <400> 3 aacgtggacg atcagggcat cat 23 <210> 4 <211> 25 <212> DNA < 213> Rhodobacter sphaeroides <400> 4 ccataggcat accaggagtg atcga 25 <210> 5 <211> 2076 <212> DNA <213> Rhodobacter sphaeroides <400> 5 tacaagggca actacattct tgccgtcgag ggcaacccgc cgctgaacga ggacgggatg 60 tattgcatca tcggcggcaa gcccttcgtg gaacagctga agatggcggc cgaacatgcc 120 aaggccatca tcagctgggg ggcctgcgcc tcctacggct gcgtgcaggc ggcggcaccc 180 aacccgacgc gggcgacgcc ggtgcacaag gtcatcctcg acaagccgat catcaaggtg 240 ccgggctgcc cgcccatcgc cgaggtgatg acc ggcgtca tcacctacat gctgaccttc 300 gaccggctgc ccgagctcga ccgtcagggc cgcccggcga tgttctacag ccagcgcatt 360 cacgacaaat gctaccgccg cccgcatttc gacgcgggcc agttcgtcga ggcctgggac 420 gacgactacg ccaagaaggg ctactgcctc tacaagatgg gctgcaaggg gccgaccacc 480 tacaacgcct gctcgaccgt gcgctggaac gagggcgtaa gcttcccgat ccagtccggc 540 cacggctgca tcggctgctc ggaggacggc ttctgggatc aggggtcctt ctacgaccgg 600 ctgacgacga tcaagcagtt cggcgtcgag gccaatgccg acacgatcgg cctcacggcc 660 gtgggcgccc tcggcgcggg cgtggcggcg catatcgcgg ccaccgccct caagagcgcg 720 cagaagaaat cgcaggcggc gaatgccgcg aagaccgacg aaaagacgga ggcctgagcc 780 atggtcgcga caccgaacgg tttcaacctg gacaattcgg gccgccgcat cgtggtggac 840 cccgtgaccc ggatcgaggg tcacatgcgc tgcgaagtga acgtggacga tcagggcatc 900 atccgcaacg ccgtctcgac ggggaccatg tggcgggggc ttgaagtgat cctgaagggc 960 cgcgatccgc gcgacgcctg ggccttcacc gagcggatct ggggggtctg caccggcacc 1020 catgcgctca cctccgtccg cgcggtcgag gatgcgctgg ggatctcgat ccccgacaat 1080 gcgaactcga tccgcaacat gatgcagctg aacctgcaga tccacgacca cgtcgtccat 1140 ttctaccatc tgcatgcgct ggactgggtg aaccctgtca atgcgctgcg cgccgatccc 1200 aaggccacgt ccgagctgca gcagaaggtc tcgccctcgc atccgctctc gtcgccgggc 1260 tatttccgcg acgtgcagaa ccggctgaag aagttcgtgg aatcgggcca gctcggcctg 1320 ttcaagaacg gctactggga caatgcggcc tatctgctgc cgcccgaggc ggacctgatg 1380 gccacgacgc attacctcga ggcgctcgac ctccagaagg agatcgtcaa ggtccacacg 1440 atcttcggcg gcaagaaccc gcatccgaac tggctggtgg ggggcgtgcc ctgcccgatc 1500 aacatcgacg gcgtgggcgc ggtcggcgcg atcaacatgg agcggctgaa cctcgtctcc 1560 tcgatcatcg accagtgcat ccagttcacc aacaacgtct atctgcccga cgtggtggcc 1620 atcggcggct tctaccgcaa ctggctctat ggcggcgggc tctcgtcgaa gtcggtgatg 1680 gcctatggcg acatccccga gcatccgaac gatttctcgc ccggacagct gcacctgccg 1740 cgcggcgcga tcatcaacgg caatctcgag gaggtgcatg acgtcgaccc gcgccacccc 1800 gagcaggtgc aggaattcgt cgatcactcc tggtatgcct atggcgagcc ggggcgcggc 1860 ctgcacccct gggacggcgt gaccgagccg cgctacgagc tcggccccaa tgccaagggc 1920 acgcggacga acatcctcga gctcgacgag gcggcgaaat attcctggat caag gcgccg 1980 cgctggaagg ggcacgcgat ggaggtgggc ccgctcgccc gctacatcgt gggctatgcc 2040 aagggccacg aggacatcaa gaaccaggtc gagggc 2076

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

【図1】 プラスミドpSM824の制限マップの模式
図。
FIG. 1 is a schematic diagram of a restriction map of plasmid pSM824.

【図2】 プラスミドpSM825の制限マップの模式
図。
FIG. 2 is a schematic diagram of a restriction map of plasmid pSM825.

【図3】 テンプレートとして9つの突然変異株のゲノ
ムDNAを用いて得られたPCR産物のアガロースゲル
での解析結果を示す図。
FIG. 3 is a view showing the results of analysis on agarose gel of PCR products obtained using genomic DNAs of nine mutant strains as a template.

【図4】 制限酵素MscIおよびBstXIで処理
し、遺伝子hupLに特異的なプローブとハイブリダイ
ズさせた突然変異株クローンSMV089およびロドバ
クター スフェロイデス RV株および野生型DSMの
ゲノムDNAについてのサザンブロット解析の結果を示
す図。
FIG. 4 shows the results of Southern blot analysis of genomic DNAs of mutant clone SMV089 and Rhodobacter sphaeroides RV strain and wild-type DSM treated with restriction enzymes MscI and BstXI and hybridized with a probe specific to gene hupL. FIG.

【図5】 (カイネティクス直線の傾きにより表され
る)取り込み型ヒドロゲナーゼ酵素の活性の存在および
非存在を各々示す、ロドバクター スフェロイデス R
Vの野生型株および突然変異株SMV089の分光光度
計による分析結果を示す図。
FIG. 5. Rhodocobacter sphaeroides R showing the presence and absence of the activity of the uptake hydrogenase enzyme (represented by the slope of the kinetic line), respectively.
The figure which shows the analysis result by the spectrophotometer of the wild type strain of V and the mutant strain SMV089.

【図6】 バイオリアクタを示す説明図。FIG. 6 is an explanatory view showing a bioreactor.

【図7】 野生型株および突然変異株SMV089にお
ける、水素の光産生実験の間の(乾燥重量ミリグラムあ
たりの基質の消失速度として表示した)ニトロゲナーゼ
活性の傾向を示す図。
FIG. 7 shows the trends in nitrogenase activity (expressed as rate of substrate disappearance per milligram dry weight) in wild-type and mutant SMV089 during hydrogen photoproduction experiments.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基質タンク 2…嫌気条件を維持するために流すアルゴンガス 3…フォトバイオリアクタの入り口を調節するペリスタ
ルポンプ 4…フォトバイオリアクタ 5…フォトリアクタの内部を攪拌し続けるための磁気プ
レート 6…フォトバイオリアクタの内部に設置したハロゲンラ
ンプのための電気的接続 7…使用済みの培地、バイオマスおよびバイオガスの共
通の出口 8…トラップ 9…生成されたバイオガスのデジタルメーター 10…バイオガスの排出 11…使用済みの培地およびバイオマスを排出するため
のペリスタルポンプ 12…培地およびバイオマスの排出および衛生化
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate tank 2 ... Argon gas which flows to maintain anaerobic conditions 3 ... Peristaltic pump which adjusts the entrance of a photobioreactor 4 ... Photobioreactor 5 ... Magnetic plate to keep stirring the inside of a photoreactor 6 ... Photo Electrical connection for halogen lamps installed inside the bioreactor 7 ... Common outlet for spent medium, biomass and biogas 8 ... Trap 9 ... Digital meter of generated biogas 10 ... Emission of biogas 11 ... Peristaltic pump for discharging spent medium and biomass 12 ... Discharge and sanitation of medium and biomass

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI (C12N 1/21 C12R 1:01) (C12N 15/09 ZNA C12R 1:01) (C12P 3/00 C12R 1:01) (72)発明者 エリサベッタ・フランキ 東京都港区西新橋2丁目8番11号 第7 東洋海事ビル8階 財団法人 地球環境 産業技術研究機構 CO2 固定化等プ ロジェクト室内 (72)発明者 クラウディオ・トージ 東京都港区西新橋2丁目8番11号 第7 東洋海事ビル8階 財団法人 地球環境 産業技術研究機構 CO2 固定化等プ ロジェクト室内 (72)発明者 ジュゼッペ・スコッラ 東京都港区西新橋2丁目8番11号 第7 東洋海事ビル8階 財団法人 地球環境 産業技術研究機構 CO2 固定化等プ ロジェクト室内 (72)発明者 フランチェスコ・ロドリゲツ 東京都港区西新橋2丁目8番11号 第7 東洋海事ビル8階 財団法人 地球環境 産業技術研究機構 CO2 固定化等プ ロジェクト室内 (72)発明者 パオラ・ペドローニ 東京都港区西新橋2丁目8番11号 第7 東洋海事ビル8階 財団法人 地球環境 産業技術研究機構 CO2 固定化等プ ロジェクト室内 (72)発明者 ジーノ・デラ・ペンナ 東京都港区西新橋2丁目8番11号 第7 東洋海事ビル8階 財団法人 地球環境 産業技術研究機構 CO2 固定化等プ ロジェクト室内 (56)参考文献 Appl.Microbiol.Bi otechnol.,40(5),687− 690(1994) Appl.Microbiol.Bi otechnol.,37(4),496− 500(1992) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 1/20 - 1/21 BIOSIS(DIALOG) WPI(DIALOG)──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI (C12N 1/21 C12R 1:01) (C12N 15/09 ZNA C12R 1:01) (C12P 3/00 C12R 1:01) ( 72) Inventor Elisabetta Franchi 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo 7th Oriental Maritime Building 8th Floor Global Environment Institute of Industrial Science and Technology (CO2) Project Room, etc. (72) Inventor Claudio Toge Tokyo 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo 7th Toyo Maritime Building 8th Floor, Institute for Global Environment, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (CO2) Project Room (72) Inventor Giuseppe Scolla 2--8 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo No.11 7th Oriental Maritime Building 8th Floor Global Environment Institute of Advanced Industrial Science and Technology Project Chamber (72) Inventor Francesco Rodriguez 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo 7th Oriental Maritime Building 8th Floor Global Environment Institute of Industrial Science and Technology CO2 Fixed Project Room (72) Inventor Paola・ Pedroni 7-8 Toyo Maritime Building 8th Floor, 2-8-11 Nishi-Shimbashi, Minato-ku, Tokyo Project for the Interior of the Project for Fixing CO2, etc. (72) Gino Della Penna, Minato-ku, Tokyo 2-8-11 Nishishinbashi 8th floor of the 7th Oriental Maritime Building The Institute for Global Environment, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (CO2) Project Room (56) References Appl. Microbiol. Biotechnol. , 40 (5), 687-690 (1994) Appl. Microbiol. Biotechnol. , 37 (4), 496-500 (1992) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C12N 1/20-1/21 BIOSIS (DIALOG) WPI (DIALOG)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 取り込み型ヒドロゲナーゼ活性を発現す
ることができない、寄託番号 CBS 100805を
付与されたロドバクター スフェロイデスRVの突然変
異株。
1. A mutant strain of Rhodobacter spheroides RV, which is not capable of expressing incorporation-type hydrogenase activity and has been assigned the deposit number CBS 100805.
【請求項2】 野生型株よりも高いニトロゲナーゼ活性
を発現する請求項1記載のロドバクター スフェロイデ
ス RVの突然変異株。
2. The mutant strain of Rhodobacter spheroides RV according to claim 1, which expresses a higher nitrogenase activity than the wild-type strain.
【請求項3】 水素を光産生する方法であって: a)突然変異株ロドバクター スフェロイデス RV
CBS 100805を、同化可能な炭素源および窒素
源、並びに種々の陽イオン、陰イオンを含む水性培地中
において、嫌気条件下で、25℃から40℃の温度範
囲、6.5から8.0のpH範囲、6,000から2
0,000ルクスの光度範囲の下で培養することと、 b)産生された水素を分離および回収することとを具備
する方法。
3. A method for photoproducing hydrogen comprising: a) a mutant Rhodocobacter sphaeroides RV.
CBS 100805 was prepared in an aqueous medium containing assimilable carbon and nitrogen sources and various cations and anions under anaerobic conditions at a temperature range of 25 ° C to 40 ° C, 6.5 to 8.0 ° C. pH range, 6,000 to 2
A method comprising culturing under a light intensity range of 000 lux, and b) separating and recovering the hydrogen produced.
【請求項4】 前記同化可能な炭素源を、ピルビン酸
塩、リンゴ酸塩、乳酸塩、およびコハク酸塩から成る有
機酸から選択する請求項3記載の方法。
4. The method of claim 3, wherein said assimilable carbon source is selected from organic acids consisting of pyruvate, malate, lactate, and succinate.
【請求項5】 前記窒素源を、硝酸アンモニウム、硫酸
アンモニウム、塩化アンモニウム、および炭酸アンモニ
ウムから成る無機アンモニウム塩、尿素、並びにペプト
ン、酵母エキスおよび肉エキスから成る有機窒素もしく
は無機窒素を含む原料から選択する請求項3記載の方
法。
5. The nitrogen source is selected from inorganic ammonium salts consisting of ammonium nitrate, ammonium sulfate, ammonium chloride, and ammonium carbonate, urea, and a raw material containing organic nitrogen or inorganic nitrogen consisting of peptone, yeast extract and meat extract. Item 3. The method according to Item 3.
【請求項6】 前記陽イオンおよび陰イオンを、カリウ
ム、ナトリウム、マグネシウム、鉄、カルシウム、酸性
リン酸塩、硫酸塩、塩化物、マンガンおよび硝酸塩から
選択する請求項3記載の方法。
6. The method of claim 3, wherein said cations and anions are selected from potassium, sodium, magnesium, iron, calcium, acid phosphates, sulfates, chlorides, manganese and nitrates.
【請求項7】 前記発酵培地が都市の固形廃棄物の制御
された酸発性発酵に由来する原料である請求項3記載の
方法。
7. The method of claim 3, wherein said fermentation medium is a feedstock derived from controlled acidogenic fermentation of municipal solid waste.
【請求項8】 前記水性培地がビタミンまたはアミノ酸
を含む請求項3記載の方法。
8. The method according to claim 3, wherein said aqueous medium contains vitamins or amino acids.
【請求項9】 前記pHが6.8から7.3の間から選
択される請求項3記載の方法。
9. The method of claim 3, wherein said pH is selected from between 6.8 and 7.3.
【請求項10】 前記温度が30℃から37℃の間から
選択される請求項3記載の方法。
10. The method of claim 3, wherein said temperature is selected from between 30 ° C. and 37 ° C.
【請求項11】 連続的に行われる請求項3記載の方
法。
11. The method of claim 3, wherein the method is performed continuously.
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