JP3433295B2 - Recombinant method and host for xylitol production - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
関連出願の相互参照
本件出願は1992年11月5日付で提出された米国出願第
07/973,325号の一部継続出願である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is filed on November 5, 1992
It is a partial continuation application of 07 / 973,325.
発明の背景
1.発明の分野
本願発明は一般に、有用な化合物を製造するために遺
伝子的に修飾された微生物を使用する方法(代謝工学)
に関するものであり、そして更に詳細には、容易に入手
可能な炭素源、例えばD−グルコースを一層価値のある
産生物、例えばキシリトールに変換し得る微生物株を遺
伝子操作によって構築することに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to methods of using genetically modified microorganisms to produce useful compounds (metabolic engineering).
And, more particularly, to genetically constructing microbial strains capable of converting readily available carbon sources such as D-glucose into more valuable products such as xylitol. .
2.関連技術
キシリトールは特別の甘味料としてかなり価値のある
化合物である。これはスクロースとほぼ同じくらい甘
く、非毒性でありそして非発癌性である。2. Related Technology Xylitol is a compound of considerable value as a special sweetener. It is almost as sweet as sucrose, non-toxic and non-carcinogenic.
現在、キシリトールはD−キシロースの化学的水素添
加によって製造されている。D−キシロースは、他のペ
ントースやヘキソースと共に混合して存在している種々
の植物材料の加水分解物から得られる。それ故、キシロ
ースの精製そして更にはキシリトールの精製も重要な課
題を提供する。多数のこのタイプの方法が知られてい
る。米国特許3,784,408、4,066,711、4,075,406および
4,008,285を例として述べることができる。Currently, xylitol is produced by the chemical hydrogenation of D-xylose. D-xylose is obtained from hydrolysates of various plant materials that are present in admixture with other pentoses and hexoses. Therefore, the purification of xylose and even xylitol offers important challenges. Many methods of this type are known. U.S. Patents 3,784,408, 4,066,711, 4,075,406 and
4,008,285 can be mentioned as an example.
D−キシロースからキシリトールへの還元はまた、自
然界から単離された株(Barbosa,M.F.S.等、J.Industri
al Microbiol.3:241〜251(1988年))かまたは遺伝子
的に処理した株(Hallborn,J.等、Biotechnology 9:109
0〜1095(1991年))のいずれかを使用する微生物学的
方法で達成することもできる。しかし乍ら、パルプや紙
の処理から得られる亜硫酸塩溶液のような安価なキシロ
ース源は酵母増殖を阻止する不純物を含有しているの
で、基質、即ちD−キシロースを酵母発酵に適する形態
で得ることも重要な課題である。Reduction of D-xylose to xylitol is also a strain isolated from nature (Barbosa, MFS et al., J. Industri).
al Microbiol. 3: 241-251 (1988)) or a genetically treated strain (Hallborn, J. et al., Biotechnology 9: 109).
It can also be achieved by microbiological methods using any of 0 to 1095 (1991)). However, since cheap xylose sources such as sulfite solutions obtained from pulp and paper processing contain impurities that inhibit yeast growth, the substrate, D-xylose, is obtained in a form suitable for yeast fermentation. That is also an important issue.
キシリトールの別の興味ある製造方法は、安価であり
且つ容易に入手可能な基質、例えばD−グルコースの発
酵によってキシリトールを得ることであろう。しかし乍
ら、共にキシリトールに構造的に非常に密接な関係があ
るD−キシロースおよびD−キシルロース以外の通常の
炭素源の1段階発酵中に、かなりの量のキシリトールを
産生する微生物は知られていない。Another interesting method of producing xylitol would be to obtain xylitol by fermentation of inexpensive and readily available substrates such as D-glucose. However, it is known that microorganisms that produce a considerable amount of xylitol during one-step fermentation of ordinary carbon sources other than D-xylose and D-xylulose, both of which are structurally very closely related to xylitol. Absent.
他方、多数の微生物、特に高浸透圧親和性酵母、例え
ばジゴサッカロミセス ルキシイ(Zygosaccharomyces
rouxii)、カンジダ ポリモルファ(Candida polymorp
ha)およびトルロプシス カンジダ(Torulopsis candi
da)はかなりの量の密接に関係のあるペンチトール、D
−アラビトールをD−グルコースから産生する(Lewis
D.H.およびSmith D.C.、New Phytol.66:143〜184(1967
年))。この高浸透圧親和性酵母を使用して、H.オーニ
シ(Onishi)およびT.スズキ(Suzuki)は3つの連続し
た発酵によってD−グルコースをキシリトールに変換す
る方法を開発した(Appl.Microbiol.18:1031〜1035(19
69年))。この方法においては、高浸透圧親和性酵母株
による発酵でD−グルコースを先ずD−アラビトールに
変換した。次に、アセトバクター サブオキシダンス
(Acetobacter suboxydans)による発酵でD−アラビト
ールを酸化してD−キシルロースにした。最後に、D−
キシルロースをキシリトールに還元できる多数の酵母株
のうちの1つを使用して3番目の発酵でD−キシルロー
スをキシリトールに還元した。On the other hand, many microorganisms, especially hyperosmophilic yeasts such as Zygosaccharomyces.
rouxii), Candida polymorp
ha) and Torulopsis candi
da) is a significant amount of closely related pentitol, D
-Arabitol is produced from D-glucose (Lewis
DH and Smith DC, New Phytol. 66: 143-184 (1967
Year)). Using this hyperosmophilic yeast, H. Onishi and T. Suzuki developed a method for converting D-glucose to xylitol by three successive fermentations (Appl. Microbiol. 18). : 1031 ~ 1035 (19
69 years))). In this method, D-glucose was first converted to D-arabitol by fermentation with a hyperosmophilic yeast strain. Next, D-arabitol was oxidized to D-xylulose by fermentation with Acetobacter suboxydans. Finally, D-
D-xylulose was reduced to xylitol in a third fermentation using one of the many yeast strains capable of reducing xylulose to xylitol.
この方法の明白な欠点は、それぞれ2乃至5日間を要
する3つの異なる発酵段階に係わっていることであり、
そして滅菌および細胞除去のような更に追加的な段階も
必要になるので処理費用が増加することである。この段
階的発酵方法の収量は低くそして副産性物量が多い。そ
れ故、容易に入手可能な基質から、微生物系でキシリト
ールを経済的に産生する方法の需要が依然として存在し
ている。The obvious drawback of this method is that it involves three different fermentation stages, each of which takes 2-5 days.
And additional processing steps, such as sterilization and cell removal, are required, thus increasing processing costs. The yield of this stepwise fermentation process is low and the amount of by-products is high. Therefore, there is still a need for a method of economically producing xylitol in microbial systems from readily available substrates.
発明の要約
本願発明は組換え体宿主を構築する方法および該方法
によって構築された組換え体宿主を提供する。このよう
な宿主はD−キシルロースまたはD−キシロース以外
の、そしてポリマー若しくはオリゴマーまたはそれらの
混合物以外の炭素源で増殖させたとき、キシリトールを
産生することができる。本発明の宿主によって使用され
る炭素源は安価で且つ容易に入手可能である。本発明の
微生物はまた、合成されたキシリトールを培養培地中に
分泌することもできる。この目的は、所望の異種遺伝子
を導入しそして発現させることによって、所望の微生
物、好ましくは天然に発生する酵母微生物の代謝を修飾
することによって達成される。この目的はまた、天然状
態の上記の所望の微生物に同種の或る遺伝子の活性また
は発現を過剰発現させおよび/または不活性化させるよ
うに、上記微生物の代謝を更に修飾することによっても
達成される。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of constructing a recombinant host and a recombinant host constructed by the method. Such hosts are capable of producing xylitol when grown on carbon sources other than D-xylulose or D-xylose, and other than polymers or oligomers or mixtures thereof. The carbon source used by the host of the present invention is inexpensive and readily available. The microorganism of the present invention can also secrete the synthesized xylitol into the culture medium. This object is achieved by modifying the metabolism of the desired microorganism, preferably the naturally occurring yeast microorganism, by introducing and expressing the desired heterologous gene. This object is also achieved by further modifying the metabolism of the microorganism so as to overexpress and / or inactivate the activity or expression of a gene of the same species in the desired microorganism in its native state. It
それ故、本発明の1つの目的は、新規微生物株、即ち
本願明細書で遺伝子処理微生物とも称する新規の組換え
体宿主を上記キシリトールの産生体として利用するキシ
リトールの産生方法を提供することであり、その際上記
遺伝子処理微生物は、天然の処理していない微生物と比
べたとき、新規(de novo)にかまたは増加した量かの
どちらかで上記キシリトールを産生する。Therefore, one object of the present invention is to provide a method for producing xylitol, which utilizes a novel microbial strain, that is, a novel recombinant host, also referred to herein as a gene-treated microorganism, as the xylitol producer. The genetically treated microorganisms then produce the xylitol either de novo or in increased amounts when compared to naturally untreated microorganisms.
本発明の更にもう1つの目的は、微生物中に処理され
ている新規な代謝経路を利用するキシリトールの産生方
法を提供することであり、そして該方法はこのような微
生物によってキシリトールの新規産生または産生増加を
もたらす。Yet another object of the present invention is to provide a method for the production of xylitol which utilizes a novel metabolic pathway that has been processed in the microorganism, said method being the novel production or production of xylitol by such a microorganism. Bring an increase.
本発明の更にもう1つの目的は、上記したような新規
代謝経路を使用しそしてD−アラビトール生合成および
/または代謝経路を修飾しているキシリトールの産生方
法を提供することであり、その際上記経路は、非修飾宿
主がD−アラビトールの生合成に利用する炭素源を発酵
させることによって微生物がキシリトールを産生するよ
うに修飾されている。本発明の更にもう1つの目的は、
D−アラビトール生合成用の以前から存在する経路(D
−アラビトールを利用する追加的な段階を有する)を拡
張するかまたはD−アラビトール経路の1つ若しくはそ
れより多い段階をキシリトールを形成する同様な段階で
置換することによって改変されている上記の改変D−ア
ラビトール経路を利用するキシリトールの産生方法を提
供することである。Yet another object of the present invention is to provide a method of producing xylitol which uses a novel metabolic pathway as described above and which modifies D-arabitol biosynthesis and / or metabolic pathway, wherein said The pathway is modified so that the microorganism produces xylitol by fermenting the carbon source that the unmodified host utilizes for the biosynthesis of D-arabitol. Yet another object of the present invention is to
A pre-existing pathway for D-arabitol biosynthesis (D
-With an additional step of utilizing arabitol), or modified D above by modifying one or more steps of the D-arabitol pathway with a similar step of forming xylitol -To provide a method of producing xylitol utilizing the arabitol pathway.
本発明の更にもう1つの目的は、D−キシロースを形
成するD−アラビトールデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.1
1)およびキシリトールデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.
9)をコードする遺伝子をD−アラビトール産生微生物
中に導入しそして過剰発現させることによって以前から
存在するD−アラビトール経路を拡張することによって
改変されている上記の改変D−アラビトール生合成経路
を利用するキシリトールの産生方法を提供することであ
る。Yet another object of the present invention is D-arabitol dehydrogenase (EC 1.1.1.1) which forms D-xylose.
1) and xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.
Utilizing the modified D-arabitol biosynthetic pathway described above, which has been modified by extending the preexisting D-arabitol pathway by introducing and overexpressing the gene encoding 9) into a D-arabitol producing microorganism. To provide a method for producing xylitol.
本発明の更にもう1つの目的は、上記のような新規微
生物を使用し、そしてこのような微生物中のトランスケ
トラーゼ(EC 2.2.1.1)をコードする遺伝子またはD−
キシルロキナーゼ(EC 2.7.1.17)をコードする遺伝子
を、化学的誘発突然変異または遺伝子破壊を使用して不
活性化することによって更に改変されている上記の改変
D−アラビトール生合成経路を利用するキシリトールの
産生方法を提供することである。Yet another object of the present invention is to use the novel microorganisms as described above and to encode the transketolase (EC 2.2.1.1) gene or D- in such microorganisms.
Utilizes the modified D-arabitol biosynthetic pathway described above which is further modified by inactivating the gene encoding xylulokinase (EC 2.7.1.17) using chemically induced mutations or gene disruption It is to provide a method for producing xylitol.
本発明の更にもう1つの目的は、上記のような新規微
生物を使用し、このような微生物中のペントース−ホス
フェート経路の酸化部分の酵素、特にD−グルコース−
6−ホスフェートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.49)お
よび/または6−ホスホ−D−グルコネートデヒドロゲ
ナーゼ(EC 1.1.1.44)をコードする遺伝子の、遺伝子
的に処理して改変された過剰発現を利用するキシリトー
ルの産生方法を提供することである。Yet another object of the present invention is to use the novel microorganisms as described above, wherein the enzymes of the oxidative part of the pentose-phosphate pathway in such microorganisms, especially D-glucose-.
Of xylitol utilizing genetically engineered and modified overexpression of the gene encoding 6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49) and / or 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.44) It is to provide a production method.
本発明の更にもう1つの目的は、上記のような新規微
生物を使用し、ペントース−ホスフェート経路の酸化部
分の酵素をコードする遺伝子並びにD−リブロース−5
−ホスフェートエピメラーゼ(EC 5.1.3.1)遺伝子の、
遺伝子的に処理して改変された過剰発現を利用するキシ
リトールの産生方法を提供することである。Still another object of the present invention is to use the novel microorganism as described above, and to encode a gene encoding an enzyme of an oxidized portion of the pentose-phosphate pathway and D-ribulose-5.
-Of the phosphate epimerase (EC 5.1.3.1) gene,
It is to provide a method for producing xylitol that utilizes genetically engineered and modified overexpression.
図面の簡単な説明
図1は、プラスミドpARL2中の挿入物の制限マップで
ある。この挿入物はクレブシエラ テリゲナ(Klebsiel
la terrigena)Php1染色体遺伝子座のものであり、そし
てK.テリゲナ D−アラビトールデヒドロゲナーゼ遺伝
子を含有している。白箱部分はK.テリゲナ染色体DNAを
表わす。矢印はこのDNA中のD−アラビトールデヒドロ
ゲナーゼ(EC 1.1.1.11)遺伝子の位置および方向を示
す。BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a restriction map of the insert in plasmid pARL2. This insert is from Klebsiel
la terrigena) Php1 chromosomal locus and contains the K. terrigena D-arabitol dehydrogenase gene. The white box represents K. terigena chromosomal DNA. Arrows indicate the position and orientation of the D-arabitol dehydrogenase (EC 1.1.1.11) gene in this DNA.
図2は、pADHおよびpAAH5から得られるpYARDの構築を
示す。プラスミド略図において、1本線(−)は細菌の
配列を示し、波線はS.セレビシエ(cerevisiae)2μm
DNAを示し、白矢印()はADC Iプロモーター(ADC I
遺伝子はS.セレビシエ アルコールデヒドロゲナーゼま
たはADC Iをコードし、正式にはADH Iと呼ばれる)を示
し、白ダイヤモンド印(◇)はADC I転写ターミネータ
ーを示し、長方形ブロックはLEU2遺伝子を示し、そして
網掛け矢印はD−アラビトールデヒドロゲナーゼ遺伝子
を示す。Figure 2 shows the construction of pYARD obtained from pADH and pAAH5. In the plasmid diagram, the single line (-) indicates the bacterial sequence and the wavy line indicates S. cerevisiae 2 μm.
DNA, the white arrow () indicates the ADC I promoter (ADC I
The gene represents S. cerevisiae alcohol dehydrogenase or ADC I, formally referred to as ADH I), the white diamonds (◇) represent the ADC I transcription terminator, the rectangular block represents the LEU2 gene, and the shaded area. The arrow indicates the D-arabitol dehydrogenase gene.
図3は、プラスミドpJDB(AX)−16の構築を示す。XY
L2はピチア スチピチス(Pichia stipitis)から得ら
れるキシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子である。da1
DはD−アラビトールデヒドロゲナーゼ遺伝子である。A
DC IはADC I遺伝子の転写調節領域(プロモーター)で
あり、これはda1 Dコード化配列に先行しそして該配列
に作用し得るように結合される。記号は図4と同一では
ない。プラスミド略図において、1本線(−)は細菌配
列でありそして2μm DNAと記されている場所ではそれ
を示し、黒矢印はADC1プロモーターを示し、斜線ダイヤ
モンド印
はADC I転写ターミネーターを示し、長方形ブロックはL
EU2マーカー遺伝子を示し、網掛け矢印はXYL2遺伝子を
示し、そして斜線長方形はdal D遺伝子を示す。Figure 3 shows the construction of plasmid pJDB (AX) -16. XY
L2 is a xylitol dehydrogenase gene obtained from Pichia stipitis. da1
D is the D-arabitol dehydrogenase gene. A
DC I is the transcriptional regulatory region (promoter) of the ADC I gene, which precedes and is operably linked to the dal D coding sequence. The symbols are not the same as in FIG. In the plasmid schematic, the single line (-) is the bacterial sequence and is indicated where 2 μm DNA is noted, the black arrow indicates the ADC1 promoter, and the cross-hatched diamond symbol. Indicates ADC I transcription terminator, rectangular block is L
The EU2 marker gene is indicated, the shaded arrow indicates the XYL2 gene, and the hatched rectangle indicates the dal D gene.
図4は、大腸菌−Z.ルキシイ シャトルベクターpSRT
(AX)−9の構築を示す。記号は図3と同じである。Figure 4 shows E. coli-Z. Lucii shuttle vector pSRT.
3 shows the construction of (AX) -9. The symbols are the same as in FIG.
図5は、クローン化したT.カンジダrDNAフラグメント
の転写マップを示す。Figure 5 shows the transcription map of the cloned T. candida rDNA fragment.
図6はプラスミドpTC(AX)の構築を示す。 Figure 6 shows the construction of plasmid pTC (AX).
図7はクローン化したT.カンジダrDNAフラグメントの
転写マップを示す。FIG. 7 shows the transcription map of the cloned T. candida rDNA fragment.
図7aはプラスミドpCPU(AX)の構築を示す。 Figure 7a shows the construction of plasmid pCPU (AX).
図8はZWF1およびgnd遺伝子のクローニングを示す。 FIG. 8 shows cloning of ZWF1 and gnd genes.
図8aはPAAH(gnd)プラスミドの構築を示す。 Figure 8a shows the construction of PAAH (gnd) plasmid.
図9はプラスミドpSRT(ZG)の構築を示す。 Figure 9 shows the construction of plasmid pSRT (ZG).
図10は、発酵器中でのZ.ルキシイ株ATCC13356[pSRT
(AX)−09]の培養を示す。Figure 10 shows Z. ruxii strain ATCC13356 [pSRT in a fermentor.
(AX) -09].
図11は、発酵器中でのZ.ルキシイ株ATCC13356[pSRT
(AX)−9]から誘導した変異株の培養を示す。Figure 11 shows Z. ruxii strain ATCC13356 [pSRT in a fermentor.
(AX) -9] shows the culture of the mutant strain derived from.
好ましい実施態様の詳細な説明
I.定義
以下の説明では、組換えDNA技術で使用される多数の
用語を広範囲に使用する。本願明細書および請求の範囲
を明確に一貫して理解するために、上記用語で示される
範囲を含めて、以下の定義を提供する。Detailed Description of the Preferred Embodiments I. Definitions In the following description, a number of terms used in recombinant DNA technology are used extensively. For a clear and consistent understanding of the specification and claims, including the scope indicated by the above terms, the following definitions are provided.
キシロースまたはキシルロース以外の炭素源。本願明
細書で使用するとき、「D−キシロースおよびD−キシ
ロース以外の炭素源」はD−キシロースおよびD−キシ
ルロース或いはそれらのポリマ−若しくはオリゴマーま
たは混合物(例えば、キシランおよびヘミセルロース)
以外のキシリトール産生用の炭素基質を意味する。炭素
源は好ましくは、本発明の遺伝子的に処理した微生物宿
主の増殖および酵母宿主中の発酵を支持する。本願発明
の微生物宿主でキシリトールを産生するための炭素源と
して多数の安価で容易に入手できる化合物を使用するこ
とができ、これらにはD−グルコースおよび種々のD−
グルコース含有シロップ並びにD−グルコースと他の糖
との混合物が含まれる。酵母や真菌を含む本発明の宿主
が同化できる他の糖、例えば種々のアルドヘキソースお
よびケトヘキソース(例えば、D−フルクトース、D−
ガラクトースおよびD−マンノース)並びにそれらのオ
リゴマーおよびポリマー(例えば、スクロース、ラクト
ース、澱粉、インスリンおよびマルトース)はこの用語
に含めるように意図されている。キシロースやキシルロ
ース以外のペトース並びにグリセロール、エタノール、
種々の植物油または炭化水素(好ましくは、14〜16個の
炭素原子を有するn−アルカン)のような非炭水化物炭
素源もこの用語に含めるように意図されている。本願発
明の宿主によるキシリトール産生用基質として有用な炭
素源の範囲は微生物宿主に従って変動する。例えば、グ
ルコースおよびグルコース含有シロップは本発明の遺伝
子操作したジゴサッカロミセス ルキシイによるキシリ
トール産生用の好ましい炭素源であり、一方、好ましく
は14〜16個の炭素原子を有するn−アルカンは修飾され
たカンジダ トロピカリス(tropicalis)株用の好まし
い炭素源である。Carbon sources other than xylose or xylulose. As used herein, "D-xylose and carbon sources other than D-xylose" means D-xylose and D-xylulose or polymers or oligomers or mixtures thereof (eg, xylan and hemicellulose).
Means a carbon substrate for the production of xylitol other than. The carbon source preferably supports growth of the genetically treated microbial host of the present invention and fermentation in a yeast host. A number of cheap and readily available compounds can be used as carbon sources for the production of xylitol in the microbial host of the present invention, including D-glucose and various D- glucose.
Included are glucose-containing syrups as well as mixtures of D-glucose with other sugars. Other sugars that can be assimilated by the hosts of the invention, including yeasts and fungi, such as various aldohexoses and ketohexoses (eg D-fructose, D-
Galactose and D-mannose) and their oligomers and polymers (eg sucrose, lactose, starch, insulin and maltose) are intended to be included in this term. Xylose and petose other than xylulose, glycerol, ethanol,
Non-carbohydrate carbon sources such as various vegetable oils or hydrocarbons, preferably n-alkanes having 14 to 16 carbon atoms, are also intended to be included in the term. The range of carbon sources useful as substrates for xylitol production by the host of the present invention will vary according to the microbial host. For example, glucose and glucose-containing syrups are preferred carbon sources for the production of xylitol by the genetically engineered Digosaccharomyces ruxii of the present invention, while n-alkanes, preferably having 14 to 16 carbon atoms, are modified Candida tropica. It is the preferred carbon source for tropicalis strains.
遺伝子。RNAポリメラーゼ用鋳型を含有するDNA配列。
遺伝子から転写されたRNAはタンパク質をコードするこ
とができるか、またはコードすることができない。タン
パク質をコードするRNAはメッセンジャーRNA(mRNA)と
呼称され、そして真核生物においては、RNAポリメラー
ゼIIによって転写される。特異的なmRNAの配列と相補的
であるが通常は翻訳されない配列を有するRNA配列が転
写されているRNAポリメラーゼII鋳型(RNAポリメラーゼ
IIプロモーターの結果として)を含有する遺伝子も構築
することができる。このような遺伝子構築物は本願明細
書では「アンチセンスRNA遺伝子」と呼称し、そしてこ
のようなRNA転写物は「アンチセンスRNA」と呼称する。
アンチセンスRNAは、アンチセンスRNA配列中に翻訳停止
コドンが存在するため通常翻訳されることはない。gene. A DNA sequence containing a template for RNA polymerase.
RNA transcribed from a gene may or may not encode a protein. The RNA encoding the protein is called messenger RNA (mRNA), and in eukaryotes it is transcribed by RNA polymerase II. RNA polymerase II template (RNA polymerase II template in which an RNA sequence having a sequence which is complementary to a specific mRNA sequence but not normally translated is transcribed (RNA polymerase
(As a result of the II promoter) can also be constructed. Such genetic constructs are referred to herein as "antisense RNA genes," and such RNA transcripts are referred to as "antisense RNA."
Antisense RNA is usually not translated due to the presence of a translation stop codon in the antisense RNA sequence.
「相補的DNA」または「cDNA」遺伝子は、例えばmRNA
の逆転写によって合成される組換え遺伝子を含有してい
るので、介在配列(イントロン)を欠いている。A "complementary DNA" or "cDNA" gene is, for example, an mRNA
It lacks intervening sequences (introns) because it contains a recombinant gene that is synthesized by reverse transcription.
クローニングビヒクル。遺伝情報、特にDNAを宿主細
胞内に運ぶことができるプラスミド若しくはファージDN
Aまたは他のDNA配列。クローニングビヒクルはしばしば
1つまたは少数のエンドヌクレアーゼ認識部位を特徴と
しており、そしてこのようなDNA配列は上記部位でビヒ
クルの本質的な生物学的機能を損失させないで測定可能
な態様で切断でき、そして宿主細胞中へのクローニング
を生起させるために上記部位に所望のDNAをスプライシ
ングすることができる。クローニングビヒクルは更に、
クローニングビヒクルで転写された細胞の同定に使用す
るのに適当なマーカーおよび1つまたはそれより多い原
核または真核宿主中でのビヒクルの維持および複製を可
能にする複製起点を含有している。例えば、マーカーは
テトラサイクリン耐性またはアンピシリン耐性である。
用語「ベクター」はときには「クローニングビヒクル」
に使用される。「プラスミド」はクローニングビヒクル
であり、一般的には、少なくとも1つの宿主細胞中で維
持されそして自動的に複製する環状DNAである。Cloning vehicle. A plasmid or phage DN that can carry genetic information, especially DNA into the host cell
A or other DNA sequence. Cloning vehicles are often characterized by one or a few endonuclease recognition sites, and such DNA sequences are cleavable in a measurable manner without loss of the vehicle's essential biological function at said sites, and The desired DNA may be spliced into the site to effect cloning into the host cell. The cloning vehicle also
It contains markers suitable for use in identifying cells transcribed in the cloning vehicle and one or more origins of replication that allow the vehicle to be maintained and replicated in a prokaryotic or eukaryotic host. For example, the marker is tetracycline resistance or ampicillin resistance.
The term "vector" is sometimes "cloning vehicle"
Used for. A "plasmid" is a cloning vehicle, generally circular DNA, that is maintained in at least one host cell and replicates automatically.
発現ビヒクル。クローニングビヒクルに類似している
が宿主中への形質転換後にその中にクローン化されてい
る遺伝子の発現を支持するビヒクルまたはベクター。ク
ローン化した遺伝子は通常、ビヒクルまたはクローン化
した遺伝子の組換え体構築物が提供し得るプロモーター
配列のような或る種の制御配列の(即ち、該配列と作用
し得るように結合した)制御下に置かれる。発現制御配
列は、ベクターが原核または真核生物宿主中で作用し得
るように結合された遺伝子を発現するように設計されて
いるかどうか、そしてエンハンサーエレメント(上流の
活性化配列)および終結配列、および/または転写開始
および終結部位のような転写エレメントを追加的に含有
しているかどうかによって変動する。Expression vehicle. A vehicle or vector that is similar to a cloning vehicle but supports the expression of a gene cloned therein after transformation into a host. The cloned gene is usually under the control of (ie, operably linked to) some regulatory sequence, such as a promoter sequence which may be provided by the vehicle or a recombinant construct of the cloned gene. Placed in. Expression control sequences include whether the vector is designed to express a gene operably linked in a prokaryotic or eukaryotic host, and enhancer elements (upstream activating sequences) and termination sequences, and And / or whether it additionally contains transcriptional elements such as transcription initiation and termination sites.
宿主。宿主は組換え体材料の受容体および担体として
使用される原核または真核細胞である。Host. A host is a prokaryotic or eukaryotic cell used as a recipient and carrier for recombinant material.
本発明の宿主。「本発明の宿主」は、D−キシロース
若しくはD−キシルロース或いはそれらのポリマー若し
くはオリゴマーまたは混合物以外の通常の炭素源から発
酵中にキシリトールを天然にはそれほど産生しないが本
発明の方法によってかなりの量のキシリトールを産生す
るように処理されている微生物宿主である。「かなりの
量」によって、純粋な形態のキシリトールを単離するの
に適当な量または微生物発酵ブイヨン中で炭水化物の分
析に通常使用される分析方法で信頼度をもって測定する
ことができる量を意味する。The host of the present invention. A "host of the invention" is one that naturally produces less xylitol during fermentation from conventional carbon sources other than D-xylose or D-xylulose or polymers or oligomers or mixtures thereof, but in significant amounts by the method of the invention. Is a microbial host that has been treated to produce xylitol. By "substantial amount" is meant an amount that is suitable for isolating pure form of xylitol or that can be reliably determined by analytical methods commonly used for carbohydrate analysis in microbial fermentation broths. .
アラビトールデヒドロゲナーゼ。2つのタイプのD−
アラビトールデヒドロゲナーゼが存在する:D−キシルロ
ース形成(EC 1.1.11)およびD−リブロース形成。D
−リブロース形成デヒドロゲナーゼは野生タイプの酵母
および真菌中に見られる。D−キシルロース形成アラビ
トールデヒドロゲナーゼは細菌中にしか知られていな
い。他に記載しない限り、本願明細書で意図されそして
アラビトールデヒドロゲナーゼとして本願明細書で称さ
れるのはD−キシルロース形成アラビトールデヒドロゲ
ナーゼである。Arabitol dehydrogenase. Two types of D-
There is arabitol dehydrogenase: D-xylulose formation (EC 1.1.11) and D-ribulose formation. D
Ribulose-forming dehydrogenase is found in wild-type yeasts and fungi. The D-xylulose-forming arabitol dehydrogenase is known only in bacteria. Unless otherwise stated, what is intended herein and referred to herein as arabitol dehydrogenase is D-xylulose-forming arabitol dehydrogenase.
ペントース−ホスフェート経路の酸化的部分。「ペン
トース−ホスフェート経路の酸化的部分」によって、酸
化反応、例えばD−グルコース−6−ホスフェート デ
ヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.49)および6−ホスホ−6
−グルコネート デヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.44)で
触媒される反応を触媒しそしてヘキソース基質を利用し
てペントースホスフェートを形成するペントース−ホス
フェート分路の部分を含めるように意味する。ペントー
スホスフェート経路の「非酸化的」部分(これはD−グ
ルコースからリボースの正味形成も触媒する)は、リボ
ース−5−ホスフェート イソメラーゼ、D−リブロー
ス−5−ホスフェート−3−エピメラーゼおよびトラン
スアルドラーゼによって触媒される反応のような非酸化
的異性化を特徴とする。バイオロジカル ケミストリー
(Biological Chemistry)、H.R.マーラー(Mahler)お
よびE.H.コーデス(Cordes)、発行者、ハーパー アン
ド ロウ(Harper & Row)、ニューヨーク、1966年、4
48〜454頁参照。Oxidative part of the pentose-phosphate pathway. By "oxidative part of the pentose-phosphate pathway", oxidation reactions such as D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49) and 6-phospho-6.
-It is meant to include a part of the pentose-phosphate shunt that catalyzes a reaction catalyzed by gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.44) and utilizes a hexose substrate to form pentose phosphate. The "non-oxidative" part of the pentose phosphate pathway, which also catalyzes the net formation of ribose from D-glucose, is catalyzed by ribose-5-phosphate isomerase, D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase and transaldolase. The reaction is characterized by non-oxidative isomerization. Biological Chemistry, HR Mahler and EH Cordes, Publisher, Harper & Row, New York, 1966, 4
See pages 48-454.
機能的誘導体。タンパク質または核酸の「機能的誘導
体」は、上記タンパク質または核酸から化学的または生
化学的に誘導され(から得られ)そして上記天然タンパ
ク質または核酸の特徴である生化学的活性(機能的かま
たは構造的のどちらかの)を保持している分子である。
用語「機能的誘導体」は、天然分子の所望の活性を保持
している分子の「フラグメント」、「変異体」、「類似
体」または「化学的誘導体」を含むように意図されてい
る。Functional derivative. A "functional derivative" of a protein or nucleic acid is chemically or biochemically derived from (obtained from) said protein or nucleic acid and is a biochemical activity (functional or structural) characteristic of said native protein or nucleic acid. It is a molecule that holds either
The term "functional derivative" is intended to include "fragments", "variants", "analogs" or "chemical derivatives" of a molecule that retain the desired activity of the natural molecule.
本願明細書で使用するとき、分子が通常は該分子の部
分ではない追加的な化学的部分を含有しているとき、分
子は別の分子の「化学的誘導体」であると言われる。こ
のような部分は、分子の溶解度、吸収、生物学的半減期
などを改善することができる。これらの部分は分子の毒
性を低下させることができるか、或いは分子の所望しな
い副作用などを消失させるかまたは弱めることができ
る。このような効果を介在し得る部分はレミントンズ
ファーマシューチカル サイエンシズ(Remington's Ph
armaceutical Sciences)(1980年)に開示されてい
る。このような部分を分子と結合させる方法は当該技術
分野で良く知られている。As used herein, a molecule is said to be a "chemical derivative" of another molecule when the molecule contains additional chemical moieties that are not normally a part of that molecule. Such moieties can improve the solubility, absorption, biological half-life, etc. of the molecule. These moieties can reduce the toxicity of the molecule, or can eliminate or reduce unwanted side effects of the molecule. The part that may mediate such effects is Remingtons
Pharmaceutical Sciences (Remington's Ph
armaceutical Sciences) (1980). Methods for attaching such moieties to molecules are well known in the art.
フラグメント。タンパク質または核酸のような分子の
「フラグメント」は天然のアミノ酸またはヌクレオチド
遺伝子配列の部分、そして特に本発明の機能的誘導体を
称するように意味する。Fragment. A "fragment" of a molecule such as a protein or nucleic acid is meant to refer to a portion of a naturally occurring amino acid or nucleotide gene sequence, and particularly the functional derivatives of the invention.
変異体または類似体。タンパク質または核酸の「変異
体」または「類似体」は、機能的対立形質遺伝子によっ
てコードされる分子のような天然分子のいずれかと構造
および生物学的活性が実質的に類似している分子を称す
るように意味する。Variant or analog. A “variant” or “analog” of a protein or nucleic acid refers to a molecule that is substantially similar in structure and biological activity to any naturally occurring molecule, such as a molecule encoded by a functional allele. Means like.
II.キシリトール生合成用代謝経路の構築
本発明に従って、キシリトール産生以外の目的での炭
素利用を減少させるかまたは排除させるように微生物宿
主の天然の代謝経路が操作される。本発明の宿主は全
て、1つの発酵段階でキシリトールを産生する。1つの
実施態様では、本発明の宿主はキシリトールを産生する
のに十分なキシリトールデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.
9)活性を保有することができる。しかし乍ら、以下に
記載するように、キシリトールデヒドロゲナーゼ活性を
過剰産生することが望ましい宿主では、キシリトールデ
ヒドロゲナーゼをコードする組換え体遺伝子を宿主細胞
中に形質転換することができる。II. Construction of metabolic pathways for xylitol biosynthesis According to the present invention, the natural metabolic pathways of microbial hosts are engineered to reduce or eliminate carbon utilization for purposes other than xylitol production. The hosts of the present invention all produce xylitol in one fermentation stage. In one embodiment, the host of the invention has sufficient xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.
9) Can retain activity. However, as described below, in hosts in which it is desirable to overproduce xylitol dehydrogenase activity, recombinant genes encoding xylitol dehydrogenase can be transformed into host cells.
本発明の具体的な実現においては、本発明の宿主は全
て、D−グルコースのような構造的に関係のない炭素源
からであり、そして正にD−キシロースおよび/または
D−キシルロースからではなく、キシリトールを合成し
得ることを特徴としている。In a particular realization of the invention, the hosts of the invention are all from a structurally unrelated carbon source such as D-glucose, and not exactly from D-xylose and / or D-xylulose. , Xylitol can be synthesized.
詳細には、例示され且つ好ましい実施態様では、本発
明の宿主は2つの経路のうちの1つを特徴とする。第1
には、アラビトールがキシリトール形成の中間体である
経路、そして第2には、脱リン酸化および還元反応によ
ってキシルロース−5−ホスフェートがキシリトール形
成に向けられている経路。従って、本発明の宿主は下記
遺伝子改変のうちの少なくとも1つを特徴としている:
(1)D−キシルロース形成D−アラビトール デヒド
ロゲナーゼ(EC 1.1.1.11)活性を有するタンパク質を
コードする遺伝子が宿主中にクローン化されており、こ
れによってD−アラビトールからD−キシルロースへの
変換がもたらされる(経路Iの特徴);および/または
(2)トランスケトラーゼ活性をコードする天然の宿主
遺伝子が不活性化されている(経路IIの特徴)。In particular, in the illustrated and preferred embodiment, the host of the present invention features one of two pathways. First
For, the pathway in which arabitol is an intermediate in xylitol formation, and second, the pathway in which xylulose-5-phosphate is directed to xylitol formation by dephosphorylation and reduction reactions. Therefore, the host of the present invention is characterized by at least one of the following genetic modifications: (1) A gene encoding a protein having D-xylulose-forming D-arabitol dehydrogenase (EC 1.1.1.11) activity is present in the host. Has been cloned, which results in the conversion of D-arabitol to D-xylulose (feature of pathway I); and / or (2) inactivation of the native host gene encoding transketolase activity. (Feature of Pathway II).
加えて、宿主のキシリトール産生能力を高めるように
宿主に種々の更なる修飾を実施することができる。例え
ば、(1)および(2)に記載した宿主は下記のように
更に修復されていることができる:
(3)キシリトールデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.9)活
性を有するタンパク質をコードする遺伝子が宿主中にク
ローン化されている;
(3)D−キシルロキナーゼ(EC 2.7.1.17)をコード
する天然の宿主遺伝子が不活性化されている;
(4)D−グルコース−6−ホスフェート デヒドロゲ
ナーゼ(EC 1.1.1.49)活性を有するタンパク質をコー
ドする遺伝子が宿主中にクローン化されている;
(4)6−ホスホ−D−グルコネート デヒドロゲナー
ゼ(EC 1.1.1.44)活性を有するタンパク質をコードす
る遺伝子が宿主中にクローン化されている;
(5)D−リボース−5−ホスフェート−3−エピメラ
ーゼ(EC 5.1.3.1)活性を有するタンパク質をコードす
る遺伝子が宿主中にクローン化されている。In addition, various further modifications can be made to the host to increase the host's ability to produce xylitol. For example, the host described in (1) and (2) can be further repaired as follows: (3) A gene encoding a protein having xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) activity is present in the host. Cloned; (3) the natural host gene encoding D-xylulokinase (EC 2.7.1.17) is inactivated; (4) D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1. 1.49) A gene encoding a protein having activity has been cloned into the host; (4) A gene encoding a protein having 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.44) activity has been cloned into the host. (5) A residue encoding a protein having D-ribose-5-phosphate-3-epimerase (EC 5.1.3.1) activity Child has been cloned into the host.
好ましい実施態様では、本発明の宿主は1つより多い
上記遺伝子改変を有している。例えば、好まいしい実施
態様では、炭素はD−アラビトールからD−キシルロー
ス「に直接」(即ち、1段階で)、そしてD−キシルロ
ースからキシリトール「に直接」流れる。従って、この
ような実施態様では、本発明の宿主は、D−キシルロー
ス形成D−アラビトールデヒドロゲナーゼ活性を有する
タンパク質をコードする遺伝子およびキシリトールデヒ
ドロゲナーゼ(EC 1.1.1.9)をコードする遺伝子が宿主
中にクローン化されているように改変されている。多数
の実施態様では、D−アラビトールは本発明の宿主によ
って他の炭素源から内部的に合成されるが、D−アラビ
トールは外部から培地に直接添加することもできること
に注意しなければならない。In a preferred embodiment, the host of the invention has more than one of the above genetic modifications. For example, in a preferred embodiment, carbon flows from D-arabitol "directly" to D-xylulose (ie, in one step) and from D-xylulose "directly" to xylitol. Thus, in such an embodiment, the host of the invention comprises a gene encoding a protein having D-xylulose-forming D-arabitol dehydrogenase activity and a gene encoding xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) cloned into the host. Have been modified as It should be noted that in many embodiments D-arabitol is synthesized internally by the host of the present invention from other carbon sources, but D-arabitol can also be added externally directly to the medium.
もう1つの好ましい実施態様では、キシリトールの生
合成経路は中間体としてアラビトールを導入しない。む
しろ、炭素は、D−キシルロース−5−ホスフェートか
らD−キシルロース、更にキシリトールに進む。D−グ
ルコースを炭素源として使用するとき、炭素は、ペント
ースホスフェート経路の酸化部分によって、D−グルコ
ースからD−グルコース−6−ホスフェート、6−ホス
ホ−D−グルコネート、D−リブロース−5−ホスフェ
ートに進むであろう。D−リブロース−5−ホスフェー
トは更にD−キシルロース−5−ホスフェートにエピマ
ー化され、D−キシルロースに脱ホスホリル化され、そ
してキシリトールに還元されるであろう。従って、この
実施態様で使用される本発明の宿主には下記の宿主が含
まれるであろう:
(a1)D−グルコース−6−ホスフェートデヒドロゲナ
ーゼ(EC 1.1.1.49)活性を有するタンパク質をコード
する遺伝子が宿主中にクローン化されているかまたは宿
主の天然遺伝子が過剰発現される;および/または
(a2)6−ホスホ−D−グルコネートデヒドロゲナーゼ
(EC 1.1.1.44)活性を有するタンパク質をコードする
遺伝子が宿主中にクローン化されているかまたは宿主の
天然遺伝子が過剰発現される;および/または
(a3)D−リブロース−5−ホスフェート−3−エピメ
ラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子が宿
主中にクローン化されているかまたは宿主の天然遺伝子
が過剰発現される;および/または
(a4)キシリトールデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.9)活
性を有するタンパク質をコードする遺伝子が宿主中にク
ローン化されているかまたは宿主の天然遺伝子が過剰発
現される;および/または
(b) 天然のトランスケトラーゼ遺伝子が不活性化さ
れている;および/または
(c) キシルロキナーゼ(EC 2.7.1.17)活性をコー
ドする天然の宿主遺伝子が不活性化されている。In another preferred embodiment, the xylitol biosynthetic pathway does not introduce arabitol as an intermediate. Rather, the carbon goes from D-xylulose-5-phosphate to D-xylulose and then to xylitol. When D-glucose is used as the carbon source, carbon is converted from D-glucose to D-glucose-6-phosphate, 6-phospho-D-gluconate, D-ribulose-5-phosphate by the oxidizing moiety of the pentose phosphate pathway. Will proceed. D-ribulose-5-phosphate will be further epimerized to D-xylulose-5-phosphate, dephosphorylated to D-xylulose and reduced to xylitol. Thus, the hosts of the invention used in this embodiment would include the following hosts: (a1) a gene encoding a protein having D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49) activity. Is cloned into the host or the host's native gene is overexpressed; and / or (a2) a gene encoding a protein having 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.44) activity. Cloned into the host or the host native gene is overexpressed; and / or (a3) a gene encoding a protein having D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase activity is cloned into the host Native or host natural gene is overexpressed; and / or (a4) xylitol dehydrogena A gene encoding a protein having nuclease (EC 1.1.1.9) activity has been cloned into the host or the host's native gene is overexpressed; and / or (b) the native transketolase gene is absent. Activated; and / or (c) the native host gene encoding xylulokinase (EC 2.7.1.17) activity is inactivated.
脱リン酸化段階(D−キシルロースホスフェートから
D−キシルロースへの変換)は、純粋な形態では特徴付
けられたことがない酵素によって触媒される唯一の段階
である。しかし乍ら、高浸透圧親和性酵母の天然のD−
アラビトール形成経路で同様な段階(D−リブロース−
5−ホスフェートからD−リブロースへ)に関与する酵
素活性は、非特異性でありそしてキシルロース−5−ホ
スフェートの脱リン酸化も触媒し得ることが以前に知ら
れていた(Ingram,J.M.およびW.A.Wood、J.Bacteriol.8
9:1186〜1194(1965年))。トランスケトラーゼの突然
変異および酸化的ペントースホスフェート経路の2つの
デヒドロゲナーゼの過剰発現は二重の目的に役立つ。第
1に、それらは細胞中のリブロース−5−ホスフェート
量を増加させ、そしてその結果アラビトールおよびキシ
リトールの産生を増加させて経路Iの効率を高める。第
2に、同じ修飾の組合せから、経路IIの操作に必要なキ
シルロース−5−ホスフェートの過剰蓄積も生じる。The dephosphorylation step (conversion of D-xylulose phosphate to D-xylulose) is the only step catalyzed by an enzyme that has not been characterized in its pure form. However, the natural D- of high osmotic affinity yeast
Similar steps in the arabitol formation pathway (D-ribulose-
It was previously known that the enzymatic activity involved in 5-phosphate to D-ribulose is non-specific and can also catalyze the dephosphorylation of xylulose-5-phosphate (Ingram, JM and WA Wood, J. Bacteriol. 8
9: 1186-1194 (1965)). Mutation of transketolase and overexpression of two dehydrogenases of the oxidative pentose phosphate pathway serves a dual purpose. First, they increase the amount of ribulose-5-phosphate in cells and, consequently, the production of arabitol and xylitol, increasing pathway I efficiency. Second, the same combination of modifications also results in the excessive accumulation of xylulose-5-phosphate required for pathway II engineering.
それ故に、種々の炭素源からD−アラビトールを形成
させる天然生起の経路を使用し、そしてこの経路を更に
2つの反応で延長させてD−アラビトールをキシリトー
ルに変換する方法が本発明内の唯一の考えられる経路で
はない。最終代謝産生物としてキシリトールに導きそし
て中間体としてD−アラビトールに係わっていない他の
経路を構築することができる。従って、D−リブロース
−5−ホスフェートからキシリトールへの経路は1つよ
り多い反応鎖で達成することができる。D−リブロース
−5−ホスフェートは、D−リブロース−5−ホスフェ
ート−3−エピメラーゼによってD−キシルロース−5
−ホスフェートに効率良く変換させることができ、そし
てD−キシルロース−5−ホスフェートの更なる変換が
トランスケトラーゼ遺伝子の突然変異によって阻止され
る場合、蓄積したD−キシルロース−5−ホスフェート
はD−リブロース−5−ホスフェートと同じ非特異的ホ
スファターゼによって脱リン酸化することができる(In
gram,J.M.等、J.Bacteriol.89:1186〜1194(1965
年))、そしてキシリトールデヒドロゲナーゼによって
キシリトールに還元することができる。この経路を実現
するには更に、無用な循環:D−キシルロース−5−ホス
フェート→D−キシルロース→D−キシルロース−5−
ホスフェートによるエネルギー損失を最小にするために
D−キシルロキナーゼ遺伝子の不活性化が必要である。
追加的な遺伝子改変−−−D−リブロキナーゼ(EC 2.
7.1.47)遺伝子の導入および(過剰)発現−−−は、非
特異的ホスフェートで産生されたD−リブロースを捕捉
することによって、上記株によるD−アラビトールの同
時産生を最小にすることができよう。D−リブロースは
元のD−リブロース−5−ホスフェート、そして更には
D−キシルロース−5−ホスフェートに変換される。Therefore, the only method within the invention is to use the naturally occurring pathway to form D-arabitol from various carbon sources and extend this pathway in two further reactions to convert D-arabitol to xylitol. Not a possible route. Other pathways can be constructed that lead to xylitol as the final metabolite and do not involve D-arabitol as an intermediate. Thus, the D-ribulose-5-phosphate to xylitol pathway can be achieved with more than one reaction chain. D-ribulose-5-phosphate is D-xylulose-5 by D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase.
The accumulated D-xylulose-5-phosphate can be efficiently converted to phosphate and if further conversion of D-xylulose-5-phosphate is blocked by mutation of the transketolase gene. It can be dephosphorylated by the same non-specific phosphatase as -5-phosphate (In
gram, JM, etc., J. Bacteriol. 89: 1186 ~ 1194 (1965
)), And can be reduced to xylitol by xylitol dehydrogenase. To realize this pathway, further useless circulation: D-xylulose-5-phosphate → D-xylulose → D-xylulose-5-
Inactivation of the D-xylulokinase gene is required to minimize energy loss by phosphate.
Additional genetic modification --- D-librokinase (EC 2.
7.1.47) Gene transfer and (over) expression --- can minimize co-production of D-arabitol by the strain by capturing non-specific phosphate produced D-ribulose. See. D-ribulose is converted to the original D-ribulose-5-phosphate, and even D-xylulose-5-phosphate.
III.本発明の宿主の構築
本発明によれば、本発明の宿主を遺伝子的に処置する
方法は、当該酵素をコードする純粋なタンパク質の単離
および部分的配列決定または、上記タンパク質をコード
し得る遺伝子配列のポリメラーゼ鎖反応技術によるクロ
ーニング、並びに上記遺伝子配列の発現によって促進さ
れる。本願明細書で使用するとき、用語「遺伝子配列」
は核酸分子(好ましくはDNA)を呼称するように意図さ
れている。タンパク質をコードし得る遺伝子配列は多様
な供給源から誘導される。これらの供給源にはゲノムDN
A、cDNA、合成DNAおよびそれらの組合せが含まれる。ゲ
ノムDNAの好ましい供給源は酵母ゲノムライブラリーで
ある。cDNAの好ましい供給源は、所望のmRNAまたはタン
パク質の発現を誘導することが知られている条件下で増
殖させた酵母mRNAから調製したcDNAライブラリーであ
る。III. Construction of the host of the invention According to the invention, a method of genetically treating a host of the invention comprises the isolation and partial sequencing of a pure protein encoding the enzyme or encoding the above protein. It is facilitated by cloning the resulting gene sequence by the polymerase chain reaction technique, as well as expressing the gene sequence. As used herein, the term "gene sequence"
Is intended to refer to a nucleic acid molecule, preferably DNA. Gene sequences capable of encoding proteins are derived from a variety of sources. These sources include genomic DN
A, cDNA, synthetic DNA and combinations thereof are included. A preferred source of genomic DNA is the yeast genomic library. A preferred source of cDNA is a cDNA library prepared from yeast mRNA grown under conditions known to induce expression of the desired mRNA or protein.
本発明のcDNAが成熟mRNAを鋳型として使用して作成さ
れた場合、該cDNAは天然生起のイントロンを含有してい
ない。本発明のゲノムDNAは天然生起のイントロンを含
有していることができるかまたは含有していないことが
できる。更に、このようなゲノムDNAは遺伝子配列の5'
プロモーター領域および/または3'転写終結領域と連結
して得ることができる。更に、このようなゲノムDNA
は、mRNAの5'非翻訳領域をコードする遺伝子配列および
/または3'非翻訳領域をコードする遺伝子配列と連結し
て得ることができる。宿主細胞がmRNAおよびタンパク質
の発現に関連した転写および/または翻訳調節シグナル
を認識することができる程度にまで、それ故、天然遺伝
子の5'および/または3'非転写領域、および/または、
mRNAの5'および/または3'非翻訳領域は転写および翻訳
調節を保持しそして転写および翻訳調節のために使用す
ることができる。ゲノムDNAは、当該技術分野で周知の
手段によって所望のタンパク質を天然に発現する任意の
宿主細胞、特に真菌宿主から抽出しそして精製すること
ができる(例えば、分子クローニング技術の手引き(Gu
ide to Molecular Cloning Techniques)、S.L.Berger
等編集、Academic Press(1987年)参照)。好ましく
は、使用されるmRNA調製物は、大量のタンパク質を産生
する細胞から単離することによって天然にか若しくは、
インビトロで特別の配列用のmRNA調製物を豊富化するた
めに通常使用される技術、例えばスクロース傾斜遠心に
よって、またはそれらの両方によって所望のタンパク質
をコードするmRNAで豊富化されよう。When the cDNA of the present invention is made using mature mRNA as a template, it does not contain naturally occurring introns. The genomic DNA of the present invention may or may not contain naturally occurring introns. Furthermore, such genomic DNA is 5'of the gene sequence.
It can be obtained by linking with a promoter region and / or a 3 ′ transcription termination region. Furthermore, such genomic DNA
Can be obtained by linking the gene sequence encoding the 5'untranslated region and / or the gene sequence encoding the 3'untranslated region of mRNA. To the extent that the host cell is able to recognize transcriptional and / or translational regulatory signals associated with the expression of mRNA and protein, therefore, the 5'and / or 3'untranscribed regions of the native gene, and / or
The 5'and / or 3'untranslated regions of the mRNA retain transcription and translation regulation and can be used for transcription and translation regulation. Genomic DNA can be extracted and purified from any host cell that naturally expresses the desired protein, particularly a fungal host, by means well known in the art (eg, guidance for molecular cloning techniques (Gu.
ide to Molecular Cloning Techniques), SLBerger
Editing, etc., Academic Press (1987)). Preferably, the mRNA preparation used is either naturally isolated by isolation from cells producing large amounts of protein or
It will be enriched with mRNA encoding the desired protein by techniques commonly used to enrich mRNA preparations for a particular sequence in vitro, such as by sucrose gradient centrifugation, or both.
ベクター中にクローニングするために、上記の適当な
DNA調製物(ゲノムDNAまたはcDNAのいずれか)はそれぞ
れ任意に切断するかまたは酵素開裂し、そして適当なベ
クター中に連結して組換え体遺伝子(ゲノムまたはcDNA
のいずれか)ライブラリーを形成する。For cloning into a vector,
Each DNA preparation (either genomic DNA or cDNA) is optionally cleaved or enzymatically cleaved, and ligated into an appropriate vector for recombinant gene (genomic or cDNA)
Either) form a library.
所望のタンパク質またはその機能的誘導体をコードす
るDNA配列は慣用の技術に従ってDNAベクター中に挿入す
ることができる。これら技術には、連結用末端の平滑末
端化または付着末端化、適当な末端を提供するための制
限酵素消化、適当な場合付着末端の加入、所望しない結
合を回避するためのアルカリホスファターゼ処理、およ
び適当なリガーゼによる連結が含まれる。このような操
作技術はマニアチス(Maniatis)T.によって開示されて
おり(Maniatis,T.等、分子クローニング(実験室マニ
ュアル)、Cold Spring Harbor Laboratory、第2版、1
988年)、そして当該技術分野で良く知られている。The DNA sequence encoding the desired protein or functional derivative thereof can be inserted into a DNA vector according to conventional techniques. These techniques include blunting or sticky ends of the ligating ends, restriction enzyme digestion to provide suitable ends, joining of sticky ends where appropriate, alkaline phosphatase treatment to avoid unwanted ligation, and Ligation with a suitable ligase is included. Such an operation technique is disclosed by Maniatis T. (Maniatis, T. et al., Molecular Cloning (Laboratory Manual), Cold Spring Harbor Laboratory, 2nd Edition, 1).
988), and are well known in the art.
所望の遺伝子をコードする配列を含有するライブラリ
ーは、そのような遺伝子またはタンパク質をコードする
配列を特異的に選択する任意の手段、例えば、a)この
タンパク質のDNAに特異的な配列を含有する適当な核酸
プローブとのハイブリッド形成によって、またはb)問
題のクローンとハイブリッド形成する天然mRNAをインビ
トロで翻訳させそして翻訳産生物を更に特徴付ける、ハ
イブリッド形成が選択される翻訳分析によって、または
c)クローン化された遺伝子配列自体でmRNAを発現する
ことができる場合、該クローンを含有する宿主によって
産生された翻訳タンパク質産生物の免疫沈降法によっ
て、スクリーニングしそして所望の遺伝子配列を同定す
ることができる。A library containing sequences encoding the desired gene contains any means for specifically selecting sequences encoding such genes or proteins, eg, a) containing DNA-specific sequences of this protein. By hybridization with a suitable nucleic acid probe, or b) by translation analysis in which hybridization is selected, in which the native mRNA hybridizing to the clone in question is translated in vitro and the translation product is further characterized, or c) cloning If the expressed gene sequence itself can express the mRNA, it can be screened and the desired gene sequence identified by immunoprecipitation of the translated protein product produced by the host containing the clone.
或る種のタンパク質のクローンを同定するために使用
できる該タンパク質に特異的なオリゴヌクレオチドプロ
ーブはタンパク質のアミノ酸配列に関する知識からかま
たはこのようなタンパク質若しくは関連タンパク質をコ
ードするDNAの核酸配列に関する知識から設計すること
ができる。或いは、タンパク質の精製形態に対して抗体
を生じさせることができ、そして該抗体を使用して所望
のクローン化したタンパク質を発現する形質転換体中の
特有のタンパク質決定因子の存在を確認することができ
る。本願明細書ではペプチド中のアミノ酸残基の配列
は、通常使用される3文字名称を使用するかまたは1文
字名称によって呼称する。これらの3文字および1文字
名称の表は、バイオケミストリー(Biochemistry)、レ
ーニンガー(Lehninger)A.、ワースパブリッシャーズ
(Worth Publishers)、ニューヨーク州ニューヨーク
(1970年)のような教科書中に見ることができる。他に
記載しない限り、アミノ酸配列を水平方向に表示したと
き、アミノ末端は左端にあるように意図しそしてカルボ
キシ末端は右端にあるように意図している。同様に、他
に記載しないかまたは本文から明白でない限り、核酸配
列は5'末端を左側に示す。Oligonucleotide probes specific to a protein that can be used to identify clones of a protein are from knowledge of the amino acid sequence of a protein or from the knowledge of the nucleic acid sequence of DNA encoding such a protein or related proteins. Can be designed. Alternatively, an antibody can be raised against a purified form of the protein and used to confirm the presence of a unique protein determinant in transformants expressing the desired cloned protein. it can. The sequences of amino acid residues in peptides herein are referred to by their commonly used three letter names or by one letter names. These three-letter and one-letter name tables can be found in textbooks such as Biochemistry, Lehninger A., Worth Publishers, New York, NY (1970). it can. Unless otherwise stated, when amino acid sequences are displayed horizontally, the amino terminus is intended to be at the left end and the carboxy terminus is intended to be at the right end. Similarly, nucleic acid sequences are shown at the 5'end on the left unless otherwise noted or apparent from the text.
遺伝暗号は縮重しているので、1つより多いコドンを
使用して特別のアミノ酸をコードすることができる(Wa
tson,J.D.、遺伝子の分子生物学、第3版、W.A.Benjami
n,Inc.、カリフォルニア州メンロパーク(1977年)、35
6〜357頁)。ペプチドフラグメントを分析して、最も低
い縮重度を有するオリゴヌクレオチドがコードし得るア
ミノ酸配列を同定する。これは好ましくは、1つのコド
ンだけによってコードされるアミノ酸を含有する配列を
同定することによって達成される。Due to the degeneracy of the genetic code, more than one codon can be used to code for a particular amino acid (Wa
tson, JD, Molecular biology of genes, 3rd edition, WABenjami
n, Inc., Menlo Park, California (1977), 35.
6-357). The peptide fragments are analyzed to identify the amino acid sequence that can be encoded by the oligonucleotide with the lowest degree of degeneracy. This is preferably accomplished by identifying sequences containing amino acids encoded by only one codon.
時々1つのアミノ酸配列は1つのオリゴヌクレオチド
配列しかコードできないが、このアミノ酸配列はしばし
ば類似する1組のオリゴヌクレオチドのいずれかでコー
ドすることができる。重要なことは、この組のメンバー
は全て同じペプチドフラグメンドをコードし得るオリゴ
ヌクレオチド配列を含有しており、それ故ペプチドフラ
グメンドをコードする遺伝子と同じオリゴヌクレオチド
配列を潜在的に含有しているが、この組の1つのメンバ
ーしか上記遺伝子の配列をコードするエキソンと同一の
ヌクレオチド配列を含有していないということである。
このメンバーは上記組内に存在しており、そしてこの組
の他のメンバーの存在下であってもDNAとハイブリッド
形成できるので、1つのオリゴヌクレオチドを使用して
ペプチドをコードする遺伝子をクローン化するのと同じ
方法で、分別していないオリゴヌクレオチドの組を使用
することができる。Sometimes an amino acid sequence can only encode one oligonucleotide sequence, but this amino acid sequence can often be encoded by any of a similar set of oligonucleotides. Importantly, all members of this set contain an oligonucleotide sequence that can encode the same peptide fragment, and thus potentially the same oligonucleotide sequence as the gene that encodes the peptide fragment. However, only one member of this set contains the same nucleotide sequence as the exon encoding the sequence of the above gene.
This member is present in the set and can hybridize to DNA in the presence of other members of the set, so that one oligonucleotide is used to clone the gene encoding the peptide. An unfractionated set of oligonucleotides can be used in the same manner as in.
遺伝暗号を使用して、1つまたはそれより多い種々の
オリゴヌクレオチドは、それぞれが所望のタンパク質を
コードし得るアミノ酸配列から同定することができる。
特別のオリゴヌクレオチドが実際のタンパク質コード化
配列を実際に構成する可能性は、異常な塩基の対合関係
および特別のコドンが真核細胞中で実際に使用され(特
別のアミノ酸をコードする)頻度を考慮して推計するこ
とができる。「コドン使用法則(codon usage rule)」
を使用して、タンパク質配列をコードし得る理論上「最
も可能な」ヌクレオチド配列を含有する1つのオリゴヌ
クレオチド配列または1組のオリゴヌクレオチド配列が
同定される。Using the genetic code, one or more different oligonucleotides can be identified from amino acid sequences each of which can encode the desired protein.
The possibility that a particular oligonucleotide actually constitutes the actual protein-encoding sequence depends on the unusual base pairing relationships and the frequency with which the particular codon is actually used (encoding a particular amino acid) in eukaryotic cells. Can be taken into consideration for the estimation. "Codon usage rule"
Is used to identify an oligonucleotide sequence or set of oligonucleotide sequences that contains the theoretical "most likely" nucleotide sequence that can encode a protein sequence.
或る遺伝子のフラグメントをコードし得る(または、
オリゴヌクレオチド若しくはオリゴヌクレオチドの組に
相補的である)適当なオリゴヌクレオチドまたはオリゴ
ヌクレオチドの組は当該技術分野で周知の手段によって
合成することができ(例えば、DNAおよびRNAの合成およ
び適用、S.A.Narang編集、1987年、Academic Press、カ
リフォルニア州サンジエゴ、参照)、そしてこれをプロ
ーブとして使用して当該技術分野で知られている技術に
よって上記遺伝子のクローンを同定しそして単離するこ
とができる。核酸のハイブリッド形成およびクローン同
定に関する技術はマニアチスT.等、分子クローニング、
実験室マニュアル、コールドスプリングハーバーラボラ
トリーズ(Cold Spring Harbor Laboratories)、ニュ
ーヨーク州コールドスプリングハーバー(1982年)およ
びハーメス(Hames)B.D.等、核酸ハイブリッド形成(N
ucleic Acid Hybridization)、実用的な方法、IRL Pre
ss、ワシントンDC(1985年)によって開示されている。
次に、このようなハイブリッド形成を行い得ることが見
い出されている上記の遺伝子ライブラリーのメンバーを
分析して、これらメンバーが含有しているコード化配列
の程度および性質を決定する。May encode a fragment of a gene (or
A suitable oligonucleotide or set of oligonucleotides (which is complementary to the oligonucleotide or set of oligonucleotides) can be synthesized by means well known in the art (eg, DNA and RNA synthesis and application, SANarang editing, 1987, Academic Press, San Diego, Calif.), And can be used as a probe to identify and isolate clones of the above genes by techniques known in the art. Techniques for nucleic acid hybridization and clone identification are described by Maniatis T. et al., Molecular Cloning,
Laboratory manuals, Cold Spring Harbor Laboratories, Cold Spring Harbor, NY (1982) and Hames BD etc. Nucleic Acid Hybridization (N
Nucleic Acid Hybridization), practical method, IRL Pre
ss, Washington, DC (1985).
The members of the above gene libraries that have been found to be capable of such hybridization are then analyzed to determine the extent and nature of the coding sequences they contain.
所望のDNAコード化配列の検出を促進するために、上
記DNAプローブは検出可能な基で標識する。このような
検出可能な基は検出可能な物理的または化学的特性を有
する任意の材料であることができる。このような材料
は、核酸ハイブリッド形成の領域で良好に開発されてお
り、そして一般に、このような方法に有用な大部分の任
意の標識を本願発明に適用することができる。32P、3
H、14C、35S、125I等のような放射性標識が特に有用で
ある。適当なシグナルを提供し且つ十分な半減期を有す
る任意の放射性標識を使用することができる。1本鎖で
ある場合、オリゴヌクレオチドはキナーゼ反応を使用し
て放射標識することができる。或いは、ビオチン、酵素
または蛍光性の基のような非放射性マーカーで標識する
とき、ポリヌクレチドも核酸ハイブリッド形成プローブ
として有用である。The DNA probe is labeled with a detectable group to facilitate detection of the desired DNA coding sequence. Such detectable groups can be any material that has detectable physical or chemical properties. Such materials have been well-developed in the area of nucleic acid hybridization, and, in general, most any label useful in such methods can be applied to the present invention. 32P, 3
Radiolabels such as H, 14C, 35S, 125I and the like are particularly useful. Any radiolabel that provides a suitable signal and has a sufficient half-life can be used. When single stranded, the oligonucleotide can be radiolabeled using the kinase reaction. Alternatively, polynucleotides are also useful as nucleic acid hybridization probes when labeled with a non-radioactive marker such as biotin, an enzyme or a fluorescent group.
かくして、要約すると、部分的タンパク質配列を解明
することによって、このようなペプチドをコードし得る
理論上「最も可能な」DNA配列またはこのような配列の
組の同定が可能になる。この理論上の配列と相補的なオ
リゴヌクレオチドを構築することによって(または、
「最も可能な」オリゴヌクレオチドの組と相補的なオリ
ゴヌクレオチドの組を構築することによって)、遺伝子
を含有するクローンの同定および単離用のプローブとし
て機能し得るDNA分子が得られる。Thus, in summary, the elucidation of partial protein sequences allows the identification of theoretical "most likely" DNA sequences or sets of such sequences that could encode such peptides. By constructing an oligonucleotide complementary to this theoretical sequence (or,
By constructing a set of oligonucleotides complementary to the "most possible" set of oligonucleotides) a DNA molecule is obtained which can serve as a probe for the identification and isolation of clones containing the gene.
遺伝子をクローニングする別の方法では、ライブラリ
ーは、タンパク質を発現ベクター中に発現できる細胞か
ら調製したDNAまたは一層好ましくはcDNAをクローニン
グすることによって、発現ベクターを使用して作製され
る。次に、ライブラリーは、例えばタンパク質の抗体で
ライブラリーをスクリーニングすることによって、所望
のタンパク質を発現するメンバーについてスクリーニン
グされる。In another method of cloning genes, libraries are produced using expression vectors by cloning DNA or more preferably cDNA prepared from cells capable of expressing the protein in the expression vector. The library is then screened for members that express the desired protein, for example by screening the library with antibodies to the protein.
それ故、上記した方法は、タンパク質または該タンパ
ク質の生物学的活性若しくは抗原性のフラグメントをコ
ードし得る遺伝子配列を同定することができる。このよ
うな遺伝子配列を更に特徴付けるため、そして組換え体
タンパク質を産生させるためには、これらの配列がコー
ドするタンパク質を発現することが望ましい。このよう
な発現によって、所望のタンパク質の特徴を有するタン
パク質を発現するクローンが同定される。このような特
徴には、特に、抗体と特異的に結合する能力、天然の非
組換え体タンパク質と結合し得る抗体の産生を誘発する
能力、タンパク質の特性である酵素活性を細胞に提供す
る能力および受容体細胞に非酵素的(しかし、特異的
な)機能を提供する能力が含まれる。Therefore, the method described above is able to identify a gene sequence capable of encoding a protein or a biologically active or antigenic fragment of said protein. To further characterize such gene sequences, and to produce recombinant proteins, it is desirable to express the proteins encoded by these sequences. Such expression identifies clones expressing a protein having the desired protein characteristics. Such characteristics include, inter alia, the ability to specifically bind to the antibody, the ability to induce the production of antibodies capable of binding the naturally occurring non-recombinant protein, the ability to provide the cell with the enzymatic activity characteristic of the protein. And the ability to provide non-enzymatic (but specific) function to the recipient cell.
DNA配列は当該技術分野で知られている手段によって
短縮して、所望の遺伝子を本発明の宿主中で利用するの
に必要なものより多い情報を含有している染色体領域か
ら所望の遺伝子を単離することができる。例えば、制限
消化を使用して全長の配列を所望の位置で開裂すること
ができる。別法として、または上記に加えて、DNA分子
の3'末端から開裂するヌクレアーゼを使用して或る配列
を短縮形態に消化することができ、次に、所望の長さを
ゲル電気泳動およびDNA配列決定によって同定しそして
精製する。このようなヌクレアーゼには、例えばエキソ
ヌクレアーゼIIIおよびBal31が含まれる。他のヌクレア
ーゼは当該技術分野で周知である。The DNA sequence is shortened by means known in the art to isolate the desired gene from a chromosomal region containing more information than is needed to utilize the desired gene in the host of the invention. Can be separated. For example, restriction digests can be used to cleave the full length sequence at the desired position. Alternatively, or in addition to the above, a sequence can be digested into a truncated form using a nuclease that cleaves from the 3'end of the DNA molecule, and then the desired length is subjected to gel electrophoresis and DNA Identified and purified by sequencing. Such nucleases include, for example, exonuclease III and Bal31. Other nucleases are well known in the art.
本発明の実用的な実現においては、高浸透圧親和性酵
母Z.ルキシイを1つのモデルとして使用している。Z.ル
キシイは醤油を製造するために日本で伝統的に使用され
ているので、これは食品製造に適合可能である。この酵
母は例えば:酵母、分類学的研究(The Yeasts,A Taxon
omic Study)、クリーガー−ファン リー(Kreger−va
n Rij)(編集)、エルセビア サイエンス パブリッ
シャーズ(Elsevier Science publishers)B.V.、3984
アムステルダム中に記載されており、そしてこの酵母は
462〜465頁に記載されている。カンジダ ポリモルフ
ァ、トルロプシス カンジダ、カンジダ トロピカリ
ス、ピチア ファリノーサ(farinosa)、トルラスポラ
ハンセニィ(Torulaspora hansenii)等のような他の
D−アラビトール産生酵母、並びにデンドリフィエラ
サリナ(Dendryphiella salina)またはシゾフィラム
コミューン(Schizophyllum commune)のようなD−ア
ラビトール産生真菌も、本願発明の目的の宿主生物とし
て使用することができる。In the practical realization of the present invention, the hyperosmophilic yeast Z. ruxii is used as one model. This is amenable to food production as Z. ruxii is traditionally used in Japan to produce soy sauce. This yeast is, for example: yeast, taxonomic study (The Yeasts, A Taxon
omic Study, Kreger-va
n Rij) (Editor), Elsevier Science publishers BV, 3984
Described in Amsterdam, and this yeast
Pp. 462-465. Other D-arabitol producing yeasts such as Candida polymorpha, Torrlopsis candida, Candida tropicalis, Pichia farinosa, Torulaspora hansenii, etc., and Dendrifiera
Salina (Dendryphiella salina) or Schizophyllum
D-arabitol-producing fungi, such as commune, can also be used as host organisms for the purposes of the present invention.
D−アラビトールをD−キシルロースに酸化する酵素
(EC 1.1.1.11)は細菌中には存在するが酵母または真
菌中には存在しないことが知られている。本願発明の目
的では、クレブシエラ テリゲナは非病原性の土壌細菌
でありそして高誘発性のD−アラビトールデヒドロゲナ
ーゼ活性を有しているので、D−アラビトールデヒドロ
ゲナーゼ(D−キシルロース形成)遺伝子の好ましい供
給源である。実施例で使用されたクレブシエラ テリゲ
ナ株Php1はヘルシンキ大学のK.ハーテラ(Haahtela)か
ら得た。この株の単離はハーテラ等のAppl.Env.Microbi
ol.45:563〜570(1983年)に記載されている。D−アラ
ビトールデヒドロゲナーゼ遺伝子のクローニングはK.テ
リゲナ染色体DNAの遺伝子ライブラリーを適当なベクタ
ー、例えば良く知られておりそして市販で入手可能なプ
ラスミドpUC19中で構築することによって好都合に達成
することができる。このライブラリーは、単一の炭素源
としてD−キシルロースは使用できるがD−アラビトー
ルは使用できない多数の大腸菌株の1つに形質転換され
る。ストラタジーン(Stratagene)から入手可能な大腸
菌株SCS1は好適な株の1例である。次に、唯一の炭素源
としてD−アラビトールを含有する培地に上記形質転換
体を播種し、そしてこの培地で増殖し得るクローンを単
離する。K.テリゲナのD−アラビトールデヒドロゲナー
ゼのコード化領域は好都合に1.38kbのBCl I−Cla Iフラ
グメントの形態で単離しそして適当なプロモーターおよ
び転写ターミネーター配列と融合させることができる。
酵母Z.ルキシイを宿主生物として使用するとき、サッカ
ロミセスセレビシエのADC Iプロモーターおよび転写タ
ーミネーターは本願発明の目的に好適な転写調節エレメ
ントの例である。ADC Iの配列はジーンバンク(GenBan
k)から入手可能である。It is known that the enzyme that oxidizes D-arabitol to D-xylulose (EC 1.1.1.11) is present in bacteria but not in yeast or fungi. For the purposes of the present invention, Klebsiella teriligena is a non-pathogenic soil bacterium and has a highly inducible D-arabitol dehydrogenase activity, thus providing a preferred supply of the D-arabitol dehydrogenase (D-xylulose forming) gene. Is the source. The Klebsiella terrigena strain Php1 used in the examples was obtained from K. Haahtela, University of Helsinki. Isolation of this strain was carried out by App.
45: 563-570 (1983). Cloning of the D-arabitol dehydrogenase gene can be conveniently accomplished by constructing a gene library of K. terigena chromosomal DNA in a suitable vector, such as the well known and commercially available plasmid pUC19. . This library is transformed into one of many E. coli strains that can use D-xylulose but not D-arabitol as the sole carbon source. The E. coli strain SCS1 available from Stratagene is one example of a suitable strain. Next, the above transformant is inoculated into a medium containing D-arabitol as the sole carbon source, and a clone capable of growing in this medium is isolated. The coding region of the K. terigena D-arabitol dehydrogenase can conveniently be isolated in the form of a 1.38 kb BCl I-Cla I fragment and fused to a suitable promoter and transcription terminator sequences.
The Saccharomyces cerevisiae ADCI promoter and transcription terminator are examples of suitable transcriptional regulatory elements for the purposes of the present invention when yeast Z. ruxii is used as the host organism. The sequence of ADC I is GenBank
k).
大部分の酵母や真菌はキシリトールデヒドロゲナーゼ
(EC 1.1.1.9)遺伝子を有しているが、本願発明の実施
には上記遺伝子の過剰発現が典型的に必要である。キシ
リトールデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.9)をコードする
ピチア スチピチス XYL2遺伝子のクローニングは、XY
L2遺伝子のヌクレオチド配列に関して発表された情報を
使用してポリメラーゼ鎖反応技術で好都合に達成するこ
とができる(K tter等、Curr.Genet.18:493〜500(1990
年))。遺伝子は何も修飾しないで他の酵母種に導入し
そしてそれ自身のプロモーターの制御下で発現すること
ができ、そしてプロモーターは別の強力な酵母プロモー
ターと交換することができる。Although most yeasts and fungi carry the xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) gene, overexpression of the gene is typically required for the practice of the invention. Cloning of the Pichia stipitis XYL2 gene encoding xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) is described in XY
The published information on the nucleotide sequence of the L2 gene can be used to conveniently achieve the polymerase chain reaction technique (Ktter et al., Curr. Genet. 18: 493-500 (1990).
Year)). The gene can be introduced into other yeast species without any modification and expressed under the control of its own promoter, and the promoter can be replaced with another strong yeast promoter.
遺伝子的に安定な形質転換体はベクター系または形質
転換系を用いて構築することができ、そしてそれによっ
て所望のDNAは宿主染色体中に組込まれる。このような
組込みは細胞内で新規に生じさせるかまたは宿主染色体
中に自体を機能的に挿入するベクター、例えば、ファー
ジ、レトロウイルスベクター、トランスポゾン若しくは
DNA配列の染色体への組込みを促進する他のDNAエレメン
トでの形質転換によって組込みを助長することができ
る。Genetically stable transformants can be constructed using vector systems or transformation systems, and thereby integrate the desired DNA into the host chromosome. Such integration can be either de novo in the cell or a vector that functionally inserts itself into the host chromosome, such as a phage, retroviral vector, transposon or
Integration can be facilitated by transformation with other DNA elements that promote integration of the DNA sequence into the chromosome.
適当なプロモーター制御下でD−アラビトールデヒド
ロゲナーゼおよびキシリトールデヒドロゲナーゼ(EC
1.1.1.9)をコードする遺伝子を1つのプラスミド構築
物中で組み合わせ、そして形質転換によってD−アラビ
トール産生生物の宿主細胞中に導入することができる。
プラスミドベクターの性質は宿主生物に依存する。それ
故、pSR1のDNAを導入しているZ.ルキシイベクターで
は、隠れた(cryptic)プラスミド(Ushio,K.等、J.Fer
ment.Technol.66:481〜488(1988年))を本願発明の好
ましい実施態様で使用する。プラスミドを自動的に複製
することが知られていない他の酵母または真菌種では、
キシリトールデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.9)およびD
−アラビトールデヒドロゲナーゼ遺伝子の宿主染色体中
への組込みを使用することができる。宿主のリボソーム
DNA(リボソームRNAをコードするDNA)遺伝子座への組
込みを標的化することは高コピー数組込みを得る好まし
い方法であり、そして上記のように標的化する2つのデ
ヒドロゲナーゼ遺伝子の高レベル発現はこの遺伝子座に
直接組込むのに十分な組換えDNA配列を組換え体構築物
に提供することによって達成することができる。D−ア
ラビトール産生微生物の形質転換に使用される遺伝子マ
ーカーは好ましくは、ゲンタマイシン若しくはフルオマ
イシンのような種々の抗生物質または銅のような重金属
等に耐性を与える優性マーカーである。選択性マーカー
遺伝子は、発現すべきDNA遺伝子配列に直接結合させる
かまたは共形質転換によって同じ細胞中に導入すること
ができる。D-arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase (EC
The gene encoding 1.1.1.9) can be combined in one plasmid construct and introduced by transformation into the host cell of the D-arabitol producing organism.
The nature of the plasmid vector depends on the host organism. Therefore, in the Z. ruxii vector into which the DNA of pSR1 was introduced, a cryptic plasmid (Ushio, K. et al., J. Fer
ment.Technol. 66: 481-488 (1988)) is used in a preferred embodiment of the present invention. In other yeast or fungal species that are not known to replicate plasmids automatically,
Xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) and D
-Integration of the arabitol dehydrogenase gene into the host chromosome can be used. Host ribosome
Targeting integration at the DNA (DNA encoding ribosomal RNA) locus is the preferred method of obtaining high copy number integration, and high level expression of the two dehydrogenase genes targeting as described above This can be accomplished by providing the recombinant construct with sufficient recombinant DNA sequence to integrate directly into the locus. The genetic marker used for transformation of the D-arabitol-producing microorganism is preferably a dominant marker that confers resistance to various antibiotics such as gentamicin or fluomycin or heavy metals such as copper. The selectable marker gene can be directly linked to the DNA gene sequence to be expressed or introduced into the same cell by cotransformation.
D−アラビトールデヒドロゲナーゼおよびキシリトー
ルデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.9)遺伝子の導入に加え
て、新規なキシリトール産生株を構築するために他の遺
伝子修飾を使用することができる。かくして、酸化的ペ
ントースホスフェート経路の酵素をコードする遺伝子
は、D−アラビトールプリカーサー D−リブロース−
5−ホスフェートの合成度を高めるために過剰に発現さ
せることができる。更に、トランスケトラーゼ−−−ペ
ンツロース−5−ホスフェートまたはペントース−5−
ホスフェートの異化作用を触媒する酵素−−−をコード
する遺伝子は、5炭素糖リン酸の蓄積を増加させる慣用
の突然変異誘発または遺伝子分裂技術によって不活性化
することができる。D−キシルロキナーゼ遺伝子の不活
性化はリン酸化によるD−キシルロースの損失をなくす
ことによってキシリトール収量を高めることができる。
中間体としてD−アラビトールが使用されないキシリト
ール産生経路の別のタイプを創製するために、トランス
ケトラーゼ不活性化突然変異とD−リブロース−5−エ
ピメラーゼの過剰発現との組合せを使用することができ
る。In addition to introducing the D-arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) genes, other genetic modifications can be used to construct novel xylitol producing strains. Thus, the gene encoding the enzyme of the oxidative pentose phosphate pathway is D-arabitol precursor D-ribulose-
It can be overexpressed to increase the degree of synthesis of 5-phosphate. Further, transketolase-pentulose-5-phosphate or pentose-5-
The gene encoding the enzyme catalyzing the catabolism of phosphate --- can be inactivated by conventional mutagenesis or gene disruption techniques that increase the accumulation of 5-carbon sugar phosphates. Inactivation of the D-xylulokinase gene can increase xylitol yield by eliminating the loss of D-xylulose due to phosphorylation.
A combination of transketolase inactivating mutations and overexpression of D-ribulose-5-epimerase can be used to create another type of xylitol production pathway in which D-arabitol is not used as an intermediate. .
所望のタンパク質および/またはその活性誘導体を発
現させるためには、適当な宿主が認識し得る転写および
翻訳シグナルが必要である。上記した方法で、そして好
ましくは2本鎖形態で得られるクローン化したコード化
配列は、発現ベクター内の転写発現を制御する配列に作
用し得るように結合させそして原核生物かまたは真核生
物の宿主細胞中に導入して組換え体タンパク質またはそ
の機能的誘導体を産生させることができる。転写発現を
制御する配列にコード化配列のどのストランドが結合す
るかに依存して、アンチセンスRNAまたはその機能的誘
導体を発現させることも可能である。In order to express the desired protein and / or its active derivative, transcriptional and translational signals recognizable by an appropriate host are required. The cloned coding sequence obtained in the manner described above, and preferably in double-stranded form, is operably linked to a sequence controlling transcriptional expression in an expression vector and is of prokaryotic or eukaryotic origin. It can be introduced into host cells to produce recombinant proteins or functional derivatives thereof. It is also possible to express the antisense RNA or a functional derivative thereof, depending on which strand of the coding sequence binds to the sequence that controls transcriptional expression.
種々の宿主でのタンパク質の発現は、タンパク質の特
性を変えることができる種々の転写後修飾を生じさせる
ことができる。好ましくは、本願発明は真核細胞中、そ
して特に酵母中でのタンパク質またはその機能的誘導体
の発現を包含する。Expression of proteins in different hosts can result in different post-transcriptional modifications that can alter the properties of the protein. Preferably, the invention comprises the expression of the protein or its functional derivatives in eukaryotic cells, and especially in yeast.
DNAのような核酸分子が転写調節情報を有する発現制
御配列を含有しており、そしてこのような配列がポリペ
プチドをコードするヌクレオチド配列と「作用し得るよ
うに結合され」ている場合、該分子は「発現可能」であ
ると言う。A nucleic acid molecule, such as DNA, contains an expression control sequence having transcriptional regulatory information, and if such sequence is "operably linked" to a nucleotide sequence encoding a polypeptide, the molecule is Is "expressible".
作用し得る結合は、配列の発現を調節配列の影響下ま
たは制御下に置くような方法で1つ(または複数)の調
節配列と連結している結合である。プロモーター機能の
導入により所望のタンパク質をコードするmRNAの転写が
生じる場合そして2つのDNA配列(例えば、コード化配
列およびコード化配列の5'末端に結合したプロモーター
領域配列)が(1)コード化配列の読み取り枠を変えな
いか、(2)発現調節配列がタンパク質、アンチセンス
RNAの発現を指令する能力を妨害しないか、または
(3)DNA鋳型を転写させる能力を妨害しない場合、2
つのDNA配列は作用し得るように結合されていると言
う。かくして、プロモーターがDNA配列の転写を行うこ
とができた場合、プロモーター領域はDNA配列と作用し
得るように結合されているであろう。An operable linkage is a linkage that is linked to one (or more) regulatory sequences in such a way that the expression of the sequences is under the influence or control of the regulatory sequences. When the transcription of the mRNA encoding the desired protein occurs due to the introduction of the promoter function, and the two DNA sequences (for example, the coding sequence and the promoter region sequence linked to the 5'end of the coding sequence) are (1) the coding sequence Does not change the open reading frame of (2) the expression control sequence is a protein or antisense
2 if it does not interfere with the ability to direct the expression of RNA or (3) the ability to transcribe a DNA template
Two DNA sequences are said to be operably linked. Thus, a promoter region will be operably linked to a DNA sequence if the promoter is capable of directing the transcription of the DNA sequence.
遺伝子発現に必要な調節領域の正確な性質は種間また
は細胞タイプ間で変動することがあるが、一般には必要
な場合、それぞれ転写および翻訳の開始に係わる5'非転
写および5'非翻訳(非コード化)配列、例えばTATAボッ
クス、キャッピング配列、CAAT配列等を有していなけれ
ばならない。特に、このような5'非転写制御配列は、作
用し得るように結合した遺伝子の転写制御用プロモータ
ーを有する領域を含有している。このような転写制御配
列は、所望の場合、エンハンサー配列または上流のアク
チベーター配列も有していることができる。The precise nature of the regulatory regions required for gene expression may vary between species or cell types, but generally it is necessary to have 5'non-transcribed and 5'untranslated (5'non-translated and 5'untranslated, respectively) that initiate transcription and translation, respectively. It must have (non-coding) sequences, such as TATA boxes, capping sequences, CAAT sequences, etc. In particular, such a 5'non-transcriptional control sequence contains a region having a promoter for transcriptional control of an operably linked gene. Such transcription control sequences can also have enhancer sequences or upstream activator sequences, if desired.
酵母のような真核生物宿主におけるタンパク質の発現
にはこのような宿主で機能的な調節領域、そして好まし
くは酵母調節系を使用することが必要である。宿主の性
質に依存して、多様な転写および翻訳調節配列を使用す
ることができる。好ましくは、これらの調節シグナルは
それらの天然の状態では、宿主細胞中で高レベルの発現
が可能である特別の遺伝子と結合している。Expression of proteins in eukaryotic hosts such as yeast requires the use of regulatory regions functional in such hosts, and preferably yeast regulatory systems. A wide variety of transcriptional and translational regulatory sequences may be used, depending on the nature of the host. Preferably, these regulatory signals are associated in their native state with specific genes that allow high levels of expression in the host cell.
転写が翻訳と連結していない真核生物では、このよう
な制御領域は、クローン化した配列がイニシエーター
メチオニン(AUG)を含有しているかどうかに依存し
て、該メチオニンコドンを提供することができるかまた
は提供できない。このような領域は、一般に、宿主細胞
中でのRNA合成の開始を指令するのに十分なプロモータ
ー領域を含有している。翻訳可能なmRNA産生物をコード
する酵母遺伝子から得られるプロモーターが好ましく、
そして特に、強力なプロモーターが宿主細胞でプロモー
ターとして機能する場合、強力なプロモーターを使用す
ることができる。好ましい強力な酵母プロモーターには
GAL1遺伝子プロモーター、解糖作用遺伝子プロモータ
ー、例えばホスホグリセロキナーゼ(PGK)用のもの、
または構成アルコールデヒドロゲナーゼ(ADC1)プロモ
ーターが含まれる(Ammerer,G.Meth.Enzymol.101C:192
〜201(1983年);Aho、FEBS Lett.291:45〜49(1991
年))。In eukaryotes where transcription is not linked to translation, such regulatory regions may be cloned sequence initiators.
The methionine codon may or may not be provided, depending on whether it contains methionine (AUG). Such regions generally contain sufficient promoter region to direct the initiation of RNA synthesis in the host cell. A promoter obtained from a yeast gene encoding a translatable mRNA product is preferable,
And in particular, strong promoters can be used if they act as promoters in the host cell. Preferred strong yeast promoters
GAL1 gene promoters, glycolytic gene promoters such as those for phosphoglycerokinase (PGK),
Or the constitutive alcohol dehydrogenase (ADC1) promoter is included (Ammerer, G.Meth.Enzymol.101C: 192
~ 201 (1983); Aho, FEBS Lett. 291: 45 ~ 49 (1991
Year)).
広く知られているように、真核生物mRNAの翻訳は最初
のメチオニンをコードするコドンで開始される。この理
由により、真核生物プロモーターと所望のタンパク質を
コードするDNA配列またはその機能的誘導体間の結合が
メチオニンをコードし得る介在コドンを確実に含有して
いないようにすることが好ましい。このようなコドンが
存在すると、融合タンパク質(AUGコドンがタンパク質
コード化DNA配列と同じ読み取り枠内にある場合)かま
たは枠シフト突然変異(AUGコドンがタンパク質コード
化配列と同じ枠内にない場合)のどちらかが生じる。As is widely known, translation of eukaryotic mRNA is initiated at the first methionine-encoding codon. For this reason, it is preferred to ensure that the linkage between the eukaryotic promoter and the DNA sequence encoding the desired protein or a functional derivative thereof does not contain an intervening codon that may encode methionine. If such a codon is present, a fusion protein (if the AUG codon is in the same reading frame as the protein-encoding DNA sequence) or a frameshift mutation (if the AUG codon is not in the same frame as the protein-encoding sequence). Either occurs.
作用し得るように結合した遺伝子の発現を調整できる
ように、抑圧または活性化を可能にする転写開始調節シ
グナルを選択することができる。温度を変化させること
によって発現を抑圧するか若しくは開始できるように温
度感受性であるかまたは化学的調節、例えば代謝中間体
に左右される調節シグナルが重要である。アンチセンス
RNA配列の発現を所望する場合、翻訳シグナルは必要で
ない。Transcription initiation regulatory signals may be selected that allow repression or activation, so that expression of the operably linked gene can be regulated. Regulatory signals that are temperature-sensitive or chemically regulated, such as dependent on metabolic intermediates, so that expression can be suppressed or initiated by changing temperature are important. Antisense
No translation signal is required if expression of the RNA sequence is desired.
所望の場合、所望のタンパク質をコードする配列の非
転写および/または非翻訳領域3'は上記したクローニン
グ方法で得ることができる。3'−非転写領域はその転写
終結調節配列エレメントを保持することができ、3−非
翻訳領域はその翻訳終結調節配列エレメントまたは真核
細胞でポリアデニル化を指令するこれらのエレメントを
保持することができる。天然の発現制御配列シグナルが
宿主細胞中で十分機能しない場合には、宿主細胞中の機
能的な配列で代用することができる。If desired, the non-transcribed and / or untranslated region 3'of the sequence encoding the desired protein can be obtained by the cloning methods described above. The 3'-untranscribed region may carry its transcription termination regulatory sequence elements, and the 3-untranslated region may carry its translation termination regulatory sequence elements or those elements that direct polyadenylation in eukaryotic cells. it can. If the native expression control sequence signals do not function well in the host cell, functional sequences in the host cell may be substituted.
本発明のベクターは更に、抗生物質耐性を与えるDNA
エレメントのような他の作用し得るように結合した調節
エレメント、または1つ若しくはそれより多い宿主細胞
中でベクターを維持するための複製起点を含むことがで
きる。The vector of the present invention further comprises a DNA conferring antibiotic resistance.
Other operably linked regulatory elements, such as elements, or origins of replication for maintaining the vector in one or more host cells can be included.
特にZ.ルキシイに関するもう1つの好ましい実施態様
では、導入される配列は、受容体宿主中で自動複製し得
るプラスミドベクター中に組み入れられる。任意の多様
なベクターをこの目的に使用することができる。In another preferred embodiment, especially with respect to Z. ruxii, the introduced sequences are incorporated into a plasmid vector capable of autonomous replication in the recipient host. Any variety of vectors can be used for this purpose.
特別のプラスミドまたはウイルスベクターを選択する
際に重要なファクターには次のものがある:ベクターを
含有する受容体細胞を認識しそしてベクターを含有しな
い受容体細胞から選択できる容易さ;特別の宿主内で所
望されるベクターのコピー数;および種々の種の宿主細
胞間でベクターを「運び」得ることが望ましいかどう
か。Factors that are important in selecting a particular plasmid or viral vector include: ease of recognition of receptor cells containing vector and selection from receptor cells containing no vector; within a particular host. The desired copy number of the vector; and whether it is desirable to be able to "carry" the vector between host cells of various species.
好ましい酵母プラスミドは宿主に依存する。Z.ルキシ
イでは、天然の隠れたプラスミドpSR1(Toh,E.等、J.Ba
cteriol.151:1380〜1390(1982年))、pSB1、pSB2、pS
B3またはpSB4(Toh,E.等、J.Gen.Microbiol.130:2527〜
2534(1984年))に基づくベクターが好ましい。プラス
ミドpSRT303D(Jearnpipatkul,A.等、Mol.Gen.Genet.20
6:88〜84(1987年))はジゴサッカロミセス酵母の有効
なプラスミドベクターの1例である。The preferred yeast plasmid depends on the host. In Z. ruxii, the natural hidden plasmid pSR1 (Toh, E. et al., J. Ba.
cteriol.151: 1380 to 1390 (1982)), pSB1, pSB2, pS
B3 or pSB4 (Toh, E. et al., J. Gen. Microbiol. 130: 2527 ~
2534 (1984)) is preferred. Plasmid pSRT303D (Jearnpipatkul, A. et al., Mol.Gen.Genet.20)
6: 88-84 (1987)) is an example of an effective plasmid vector for Digosaccharomyces yeast.
構築物を含有するベクターまたはDNA配列は発現用に
調製するとすぐに、DNA構築物は多種の適当な手段のど
れかによって適当な宿主細胞中に導入される。ベクター
を導入した後、受容体細胞はベクター含有細胞の増殖を
選択する選択培地中で増殖させる。クローン化した遺伝
子配列を発現させると所望のタンパク質の産生が生じる
かまたはこのタンパク質のフラグメントの産生が生じ
る。この発現は形質転換細胞中で連続的な態様で生じる
か、または例えば発現を誘発することによって制御され
た態様で生じることができる。Once the vector or DNA sequence containing the construct is prepared for expression, the DNA construct is introduced into a suitable host cell by any of a variety of suitable means. After introducing the vector, the recipient cells are grown in a selective medium that selects for growth of the vector-containing cells. Expression of the cloned gene sequence results in production of the desired protein or production of fragments of this protein. This expression can occur in a continuous manner in transformed cells, or in a controlled manner, for example by inducing expression.
ある種の遺伝子産生物をもはや発現できないように改
変されている本発明の宿主を構築するために、遺伝子分
裂のような当該技術分野で知られている技術を使用し
て、部位指向突然変異を実施することができる(Rothst
ein,R.S.、Meth.Enzymol.101C:202〜211(1983年))。Site-directed mutagenesis was performed using techniques known in the art, such as gene disruption, to construct a host of the invention that has been modified so that it is no longer able to express certain gene products. Can be carried out (Rothst
ein, RS, Meth. Enzymol. 101C: 202-211 (1983)).
IV.キシリトールの産生
組換え体アラビトール産生酵母、好ましくはその高浸
透圧親和性酵母を本発明の宿主として使用するとき、そ
れら酵母は高浸透圧培地、例えば、10〜60%のD−グル
コース、そして好ましくは25%のD−グルコースを含有
する培地中で増殖させることができる。(「普通の」培
地は通常2〜3%のグルコースしか含有していない。)
高浸透圧培地は、Z. ルキシイのような高浸透圧親和性
酵母の野生タイプ株でD−アラビトール形成を誘発す
る。組換え体および対照(野生タイプ)株の培養培地
は、キシリトールの存在について種々の培養時間で当該
技術分野で知られている方法に従って分析する。D−ア
ラビトール最大収量用に最適化されていない培養条件で
は、実験株Z.ルキシイATCC13356[pSRT(AX)−9]は
キシリトールとD−アラビトールの両方を産生しそして
培養培地中に分泌した。対照株の培養培地ではD−アラ
ビトールしか検出されなかった。第1回の試験のキシリ
トールの収量[実施例4の表4参照]は培養48時間後に
概ね7.7g/lであった。IV. Production of xylitol When recombinant arabitol-producing yeast, preferably its hyperosmophilic yeast, is used as the host of the invention, they are hyperosmolar medium, for example 10-60% D-glucose, And preferably it can be grown in a medium containing 25% D-glucose. ("Normal" medium usually contains only 2-3% glucose.)
Hyperosmolar medium induces D-arabitol formation in wild-type strains of hyperosmophilic yeast such as Z. ruxii. Culture media of recombinant and control (wild type) strains are analyzed for the presence of xylitol at various incubation times according to methods known in the art. Under culture conditions that were not optimized for maximum D-arabitol yield, the experimental strain Z. ruxii ATCC 13356 [pSRT (AX) -9] produced both xylitol and D-arabitol and secreted into the culture medium. Only D-arabitol was detected in the culture medium of the control strain. The xylitol yield of the first test [see Table 4 of Example 4] was approximately 7.7 g / l after 48 hours of culture.
キシリトールは、当該技術分野で既知の任意の技術に
従って本発明の宿主の培地から精製することができる。
例えば、本願明細書に参照として組み入れた米国特許5,
081,026は酵母培養物からキシリトールのクロマトグラ
フィー分離を記載していた。それ故、発酵段階から、キ
シリトールは米国特許5,081,026に記載されたようなク
ロマトグラフィー段階、続いて結晶化を使用して培養培
地から精製することができる。Xylitol can be purified from the culture medium of the host of the present invention according to any technique known in the art.
For example, US Pat.
081,026 described the chromatographic separation of xylitol from yeast cultures. Therefore, from the fermentation step, xylitol can be purified from the culture medium using a chromatographic step as described in US Pat. No. 5,081,026, followed by crystallization.
本発明は一般的に記載したが、これは或る特定の実施
例を参照して更に良く理解されることになろう。これら
実施例は単に説明の目的だけで本願明細書に含まれ、他
に明示しない限り、限定するように意図するものではな
い。Although the present invention has been generally described, it will be better understood with reference to certain specific embodiments. These examples are included herein for purposes of illustration only and are not intended to be limiting unless explicitly stated otherwise.
実施例
実施例1
細菌性D−アラビトール脱水素酵素遺伝子のクローン化
クレブシエラ・テリゲナ(Klebsiella terrigena)Ph
pl(K.ハーテラ(Haahtela)、ヘルシンキ大学から得ら
れた、ハーテラ他、Appl.Env.Microbiol.、45:563−570
(1983)参照)を1リットルのLB培地(1%トリプト
ン、0.5%酵母抽出物、1%NaCl)の中で30℃において
一夜成長させた。細菌細胞(約5g)を遠心により集め、
TE(10mMトリス−HCl、1mM EDTA、pH7.5)の中で1回
洗浄し、そして1%のドデシル硫酸ナトリウムおよび20
0μg/mlのプロテイナーゼKを含有するTE中に再懸濁さ
せた。懸濁液を37℃において30分間培養し、そして次に
等容量のフェノールを用いて1回そしてクロロホルムを
用いて2回抽出した。3M酢酸ナトリウム(1/10容量)お
よびエタノール(3容量)を加え、そして沈澱した核酸
を遠心により集めそして5mlのTE中に再溶解させた。RNA
をベックマンTi50.2ローターの中で25mlの1M NaClを通
す一夜にわたる30,000rpmにおける溶液の遠心により除
去した。上記方法により得られたK.テリゲナ染色体DNA
は50,000個以上の塩基対(bp)の平均フラグメント寸法
を有していた。DNAを次に制限エンドヌクレアーゼSau3A
の供給業者(ベーリンガー社)の緩衝液中で5U/mgの酵
素:DNA比で、平均DNAフラグメント寸法が約5−10kb
(アガロースゲル電気泳動)に減少するまで、消化させ
た。消化物をTBE緩衝液(0.09Mトリス−ホウ酸、1mM E
DTA、pH8.3)中の5V/cmにおける一夜にわたる20×10×
0.6cmの0.6%アガロースゲルを通す電気泳動により分画
し、ウェルをアガローススラブ中で約5kbのフラグメン
ト寸法に相当する位置で切断し、透析膜の片をウェルに
沿って固定しそして5kbより大きいDNAフラグメントの本
質的に全てが膜上に吸着されるまで電気泳動を続けた。
pUC19のプラスミドDNA(ファーマシアから購入)を供給
業者の緩衝液および反応条件を使用して制限エンドヌク
レアーゼBamH Iおよび細菌性アルカリ性ホスファターゼ
で消化させた。pUC19の線状形を調整用ゲル電気泳動に
より上記の膜電気溶出法を使用して精製し、そしてクレ
ブシエラ・テリゲナ染色体DNAの5−15kbフラクション
と連結反応させた。連結反応混合物を使用して大腸菌SC
S1のコンピテント細胞(ストラタジーンから購入)をア
ンピリシン抵抗性に転換させた。この実験で、約10,000
個の組み換え体クローンが得られた。転換板から得られ
たプールされた細胞をD−ラビトール(1%)を単一炭
素源として含有する最小培地板上のに塗り付けた。37℃
における2日間の培養後に、数個のコロニーが得られ
た。プラスミドDNAをこれらのクローンの中の2個(最
も速い成長)から単離しそしてD−アラビトールを異化
させられないがD−キシルロースを使用することができ
る大腸菌の菌株HB101を再転換させるために使用した。
全ての被転換体はマッコンケイ(ジフコから得られる)
の寒天−D−アラビトール板上でD−アラビトール−利
用陽性であることが証明されたが、全ての対照クローン
(pUC19で転換された同一の菌株)は陰性であった。制
限分析は、2個の単離されたクローンが同一のプラスミ
ドを含有していたことを示した。2個の単離されたプラ
スミドの中の1個(pARL2と称される)をその後の同定
用に使用した。D−アラビトール脱水素酵素遺伝子を担
持するpARL2中のK.テリゲナDNAのクローン化された9.5k
b(概略)フラグメントの制限酵素地図が図1に示され
ている。Examples Example 1 Cloning of the bacterial D-arabitol dehydrogenase gene Klebsiella terrigena Ph
pl (K. Haahtela, obtained from University of Helsinki, Hertera et al., Appl. Env. Microbiol., 45: 563-570.
(1983)) was grown overnight in 1 liter LB medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract, 1% NaCl) at 30 ° C. Collect the bacterial cells (about 5g) by centrifugation,
Washed once in TE (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 7.5) and 1% sodium dodecyl sulfate and 20
Resuspended in TE containing 0 μg / ml proteinase K. The suspension was incubated at 37 ° C for 30 minutes and then extracted once with an equal volume of phenol and twice with chloroform. 3M sodium acetate (1/10 vol) and ethanol (3 vol) were added and the precipitated nucleic acid was collected by centrifugation and redissolved in 5 ml TE. RNA
Was removed by centrifugation of the solution at 30,000 rpm overnight through 25 ml of 1M NaCl in a Beckman Ti50.2 rotor. K. terigena chromosomal DNA obtained by the above method
Had an average fragment size of over 50,000 base pairs (bp). DNA then restriction endonuclease Sau3A
With an enzyme: DNA ratio of 5 U / mg in the buffer of a supplier (Boehringer) with an average DNA fragment size of about 5-10 kb
It was digested until it was reduced to (agarose gel electrophoresis). The digest was digested with TBE buffer (0.09M Tris-borate, 1mM E
20 x 10 x overnight at 5 V / cm in DTA, pH 8.3)
Fractionated by electrophoresis through a 0.6 cm 0.6% agarose gel, cutting the wells in the agarose slab at a position corresponding to a fragment size of approximately 5 kb, fixing a piece of dialysis membrane along the well and larger than 5 kb. Electrophoresis was continued until essentially all of the DNA fragments were adsorbed on the membrane.
Plasmid DNA of pUC19 (purchased from Pharmacia) was digested with the restriction endonucleases BamHI and bacterial alkaline phosphatase using the supplier's buffer and reaction conditions. The linear form of pUC19 was purified by preparative gel electrophoresis using the membrane electroelution method described above and ligated with the 5-15 kb fraction of Klebsiella terrigena chromosomal DNA. E. coli SC using ligation mixture
S1 competent cells (purchased from Stratagene) were converted to ampicillin resistance. In this experiment, about 10,000
Recombinant clones were obtained. Pooled cells obtained from the conversion plates were plated on minimal medium plates containing D-rabitol (1%) as the sole carbon source. 37 ° C
Several colonies were obtained after 2 days of culture in. Plasmid DNA was isolated from two of these clones (fastest growing) and used to retransform E. coli strain HB101 which is not able to catabolize D-arabitol but can use D-xylulose. .
All transformants are MacConkei (obtained from Zifco)
Was demonstrated to be positive for D-arabitol-utilization on the agar-D-arabitol plates of, while all control clones (the same strain transformed with pUC19) were negative. Restriction analysis showed that the two isolated clones contained the same plasmid. One of the two isolated plasmids (designated pARL2) was used for subsequent identification. Cloned 9.5 k of K. terigena DNA in pARL2 carrying the D-arabitol dehydrogenase gene.
The restriction map of the b (outline) fragment is shown in FIG.
実施例2
酵母中の細菌性D−アラビトール脱水素酵素遺伝子の発
現
D−アラビトール脱水素酵素遺伝子を含有する原K.テ
リゲナ9.5kbDNAクローンから、約1.8kb Sac I−Hind I
IIフラグメントを一般的な組み換え体DNA技術を使用し
て継代クローン化し、そしてD−アラビトール脱水素酵
素遺伝子を含有していることが見いだされた。pUC19ベ
クター中にこのDNAフラグメントを含有するプラスミド
(pADH、ここでADHはD−アラビトール脱水素酵素を意
味する)を大腸菌の菌株JM110から単離し、Bcl Iおよび
Cla I制限エンドヌクレアーゼで消化させ、そして1.38k
b DNAフラグメントを調整用アガロースゲル電気泳動に
より単離した。このDNAフラグメントを全部で4種の三
燐酸デオキシヌクレチドの存在下でDNA−ポリメラーゼ
Iのクレノウフラグメントで処理し、そして予めHind I
IIを用いて切断され且つクレノウフラグメントで処理さ
れた酵母発現ベクターpAAH5(アンメラー(Ammerer)、
Meth.Enzymol.、101:192−203(1983))と連結反応さ
せた(図2)。生じた発現プラスミドであるpYARDは、
複製およびアンピリシン抵抗遺伝子の細菌(大腸菌)
源、2μm DNAからの複製の酵母(S.セレヴィシエ)
源、および酵母中での選択用の酵母(S.セレヴィシエ)
LEU2遺伝子を含有するシャトル大腸菌−サッカロミセス
・セレヴィシエベクターである。発現カセットは酵母ア
ルコール脱水素酵素I(ADC I)プロモーターおよび(A
DC I)転写ターミネーターフランキングを含んでおりそ
してK.テリゲナD−アラビトール脱水素酵素遺伝子と操
作可能式に結合されている。Example 2 Expression of the bacterial D-arabitol dehydrogenase gene in yeast About 1.8 kb Sac I-Hind I from the original K. terigena 9.5 kb DNA clone containing the D-arabitol dehydrogenase gene.
The II fragment was subcloned using common recombinant DNA technology and was found to contain the D-arabitol dehydrogenase gene. A plasmid containing this DNA fragment in the pUC19 vector (pADH, where ADH stands for D-arabitol dehydrogenase) was isolated from E. coli strain JM110, Bcl I and
Digested with Cla I restriction endonuclease and 1.38k
b DNA fragments were isolated by preparative agarose gel electrophoresis. This DNA fragment was treated with the Klenow fragment of DNA-Polymerase I in the presence of a total of four triphosphate deoxynucleotides and previously prepared with Hind I.
The yeast expression vector pAAH5 (Ammerer, cleaved with II and treated with Klenow fragment,
Meth. Enzymol., 101: 192-203 (1983)) was ligated (Fig. 2). The resulting expression plasmid, pYARD, is
Replication and ampicillin resistance gene bacteria (E. coli)
Source, yeast of replication from 2 μm DNA (S. cerevisiae)
Source and yeast for selection in yeast (S. cerevisiae)
A shuttle E. coli-Saccharomyces cerevisiae vector containing the LEU2 gene. The expression cassette contains the yeast alcohol dehydrogenase I (ADC I) promoter and (A
DC I) contains the transcription terminator flanking and is operably linked to the K. terigena D-arabitol dehydrogenase gene.
サッカロミセス・セレヴィシエ菌株GRF18(MATα、le
u2−3,112、his3−11,15)およびS.セレヴィシエ菌株DB
Y746(ATCC44773;MATα、leu2−3,112 his3−Al ura3
−52 trp1−289)が両者とも上記のD−アラビトール
脱水素酵素発現ベクターpYARDを用いる転換用の宿主と
して使用され、同じ結果を与える。転換は標準的塩化リ
チウム方法(イトウ(Ito)他、Bacteriol.、153:163−
160(1983))により被転換体選択用のpYARDのLEU2マー
カーを使用して行われた。被転換体を液体培養物中で最
小培地:0.67%酵母窒素基質(「ジフコ」)、2%D−
グルコース、100mg/lのヒスチジンおよびトリプトファ
ン:の中で30℃において一夜にわたり振盪しながら成長
させた。細胞を遠心により集め、1mM NAD+を含有する
最少量の0.1M燐酸カリウム緩衝液、pH6.8の中に懸濁さ
せ、そしてビードビーター装置(「バイオスペック製
品」)の中で氷冷しながら6分間にわたり破壊した。D
−アラビトール−成長K.テリゲナ細胞抽出物をこれらの
実験で陽性対照として使用し、そしてpAAH5で転換させ
たDBY746を陰性対照として使用した。表2に表されてい
る結果はK.テリゲナから単離されたD−アラビトール脱
水素酵素遺伝子が酵母中で効果的に発現されたことを示
す。Saccharomyces cerevisiae strain GRF18 (MATα, le
u2-3,112, his3-11,15) and S. cerevisiae strain DB
Y746 (ATCC44773; MATα, leu2−3,112 his3−Al ura3
-52 trp1-289) are both used as hosts for the conversion with the D-arabitol dehydrogenase expression vector pYARD described above, giving the same results. The conversion is standard lithium chloride method (Ito et al., Bacteriol., 153: 163-
160 (1983)) using the pEUD LEU2 marker for transformant selection. Minimal medium for transformants in liquid culture: 0.67% yeast nitrogen substrate (“Difco”), 2% D-
Glucose, 100 mg / l histidine and tryptophan: were grown overnight at 30 ° C. with shaking. Cells were harvested by centrifugation, suspended in a minimum volume of 0.1 M potassium phosphate buffer containing 1 mM NAD +, pH 6.8, and ice-cooled in a bead beater device ("Biospec product"). Destroyed for a minute. D
-Arabitol-grown K. terigena cell extract was used as a positive control in these experiments and pAAH5-converted DBY746 was used as a negative control. The results presented in Table 2 show that the D-arabitol dehydrogenase gene isolated from K. terigena was effectively expressed in yeast.
実施例3
キシリトール脱水素酵素およびD−アラビトール脱水素
酵素遺伝子の過剰発現用酵母ベクターの構造
キシリトール脱水素酵素をコードづけする酵母(ピチ
ア・スチピチス(Pichia stipitis)遺伝子であるXYL2
の既知のヌクレオチド配列(ケッター(K tter)他、Cu
rr.Genet.、18:493−500(1990))を使用してポリメラ
ーゼ鎖反応によりこの遺伝子のクローン化用のオリゴヌ
クレオチドを合成した。2種のオリゴヌクレオチド類:
CGAATTCTAGACCACCCTAAGTCGTCCC(5′−オリゴヌクレオ
チド)[配列番号:1]
および
TTCAAGAATTCAAGAAACTCACGTGATGC(3′−オリゴヌクレ
オチド)[配列番号:2]を設計してPCR生成物の5′−
および3′末端における一般的制限部位Xba IおよびEco
R Iを加えた。ケッター他、Curr.Genet.、18:493−500
(1990)で使用された番号づけに従い、5′−オリゴヌ
クレオチドをXYL2の位置1−24においてアニーリング
し、そして3′−ヌクレオチドを位置1531−1560におい
てアニーリングする。 Example 3 Structure of yeast vector for overexpression of xylitol dehydrogenase and D-arabitol dehydrogenase genes Yeast (Pichia stipitis gene XYL2 which encodes xylitol dehydrogenase)
Known nucleotide sequence of (Ktter, etc., Cu
rr. Genet., 18: 493-500 (1990), was used to synthesize an oligonucleotide for cloning of this gene by polymerase chain reaction. Two kinds of oligonucleotides: CGAATTCTAGACCACCCTAAGTCGTCCC (5'-oligonucleotide) [SEQ ID NO: 1] and TTCAAGAATTCAAGAAACTCACGTGATGC (3'-oligonucleotide) [SEQ ID NO: 2] were designed to be 5'-of the PCR product.
And common restriction sites at the 3'end Xba I and Eco
RI was added. Ketter et al., Curr. Genet., 18: 493-500.
According to the numbering used in (1990), 5'-oligonucleotides are annealed at positions 1-24 of XYL2 and 3'-nucleotides are annealed at positions 1531-1560.
ピチア・スチピチスCBS6054(セントラルビューロー
・フール・シンメルカルッチャーズ、オーステルストラ
ート1、POボックス273、3740AGバーン、オランダ)をY
EPD培地(1%酵母抽出物、2%ペプトン、2%D−グ
ルコース)の中で一夜成長させ、細胞を遠心により集
め、1mM EDTAを含有する1Mソルビトール溶液、pH7.5で
1回洗浄し、同じ溶液中に再懸濁させそしてリチケーゼ
(シグマ)を用いて消化させた。光学的密度を600nmの
細胞懸濁液の1%SDS中1:100希釈度で監視することによ
り消化を調節した。この値が初期値の約1/7に低下した
時に、消化を終了させた。スフェロプラスト懸濁液を1
%SDS中に溶解させそして200μg/mlのプロテイナーゼK
で37℃において30分間処理した。1回のフェノールおよ
び2回のクロロホルム抽出後に、核酸をエタノール沈澱
させそして少量のTE緩衝液中に再溶解させた。染色体DN
Aの組み込みをアガロースゲル電気泳動により検査し
た。平均DNAフラグメント寸法は50kbより大きかった。P
CRは供給業者の緩衝液中でTag DNAポリメラーゼ(ベー
リンガー)を使用して行われた。熱サイクルは93℃−30
秒間、55℃−30秒間、72℃−60秒間であった。PCR生成
物をクロロホルム抽出し、エタノール沈澱させ、そして
EcoR IおよびXba Iを用いて標準条件下で消化させた。
アガロースゲル精製後に、DNAフラグメントをXba Iおよ
びEcoR I切断pUC18(プラスミドpUC(XYL2))にクロー
ン化した。その後の制限分析は、クローン化されたフラ
グメントの制限地図がP.スチピチスXYL2遺伝子のヌクレ
オチド配列に相当することを確認した。Y Pichia Stipichis CBS6054 (Central Bureau Fool Simmel Kutchers, Oosterstraat 1, PO Box 273, 3740AG Bahn, The Netherlands)
Grow overnight in EPD medium (1% yeast extract, 2% peptone, 2% D-glucose), collect cells by centrifugation and wash once with 1M sorbitol solution containing 1 mM EDTA, pH 7.5, Resuspended in the same solution and digested with lithicase (Sigma). Digestion was controlled by monitoring the optical density at a 1: 100 dilution of 600 nm cell suspension in 1% SDS. The digestion was terminated when this value dropped to about 1/7 of the initial value. 1 spheroplast suspension
Dissolved in SDS and 200 μg / ml proteinase K
At 37 ° C. for 30 minutes. After one phenol and two chloroform extractions, the nucleic acids were ethanol precipitated and redissolved in a small amount of TE buffer. Chromosome DN
The incorporation of A was checked by agarose gel electrophoresis. The average DNA fragment size was larger than 50 kb. P
CR was performed using Tag DNA Polymerase (Boehringer) in the supplier's buffer. Thermal cycle is 93 ℃ -30
Seconds were 55 ° C for 30 seconds and 72 ° C for 60 seconds. The PCR product is chloroform extracted, ethanol precipitated, and
Digested with EcoR I and Xba I under standard conditions.
After agarose gel purification, the DNA fragment was cloned into Xba I and EcoR I cut pUC18 (plasmid pUC (XYL2)). Subsequent restriction analysis confirmed that the restriction map of the cloned fragment corresponded to the nucleotide sequence of the P. stipitis XYL2 gene.
D−アラビトール脱水素酵素およびキシリトール脱水
素酵素を過剰発現させるための酵母プラスミドは図3お
よび図4により示されているように構成されていた。プ
ラスミドpYARDのD−アラビトール脱水素酵素発現カセ
ットのフランキング制限部位を変更するために、カセッ
ト全体をBamH I消化により削除しそしてBamH I分裂pUC1
8にクローン化した。生じたプラスミドpUC(YARD)をSa
l IおよびEcoR Iを用いて消化させ、そして1個だけの
2.0kb DNAフラグメントを調整用ゲル電気泳動により単
離した。このフラグメントをプラスミドpUC(XYL2)か
ら単離された1.6kb Hind III−EcoR I DNAフラグメン
トと連結反応させ、そして大腸菌酵母シャトルベクター
pJDB207の6.6kbフラグメント(ベッグス(Beggs),J.
D.、Nature、275:104−109(1978))をHind IIIおよび
Sal Iを用いて消化させた。プラスミドpJDB(AX)−16
を上記連結反応混合物を用いる大腸菌の転換後に単離し
た。このプラスミドは大腸菌およびサッカロミセス・セ
レヴィシエの両者において複製可能である。S.セレヴィ
シエ中では、それはD−アラビトール脱水素酵素および
キシリトール脱水素酵素の両者の高水準合成に向いてい
る。プラスミドpJDB(AX)−9からの4.7kbSal Iフラグ
メントとSal Iを用いる部分的加水分解により得られる
線状形のプラスミドpSRT303D(ジアーンピパツクル(Je
arnpipatkul)他、Mol.Gen.Genet.、206:88−94(198
7))の連結反応により、プラスミドpSRT(AX)−9が
合成された。The yeast plasmid for overexpressing D-arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase was constructed as shown by FIGS. 3 and 4. To alter the flanking restriction sites of the D-arabitol dehydrogenase expression cassette of plasmid pYARD, the entire cassette was deleted by BamHI digestion and BamHI split pUC1.
Cloned to 8. The resulting plasmid pUC (YARD) is Sa
digested with l I and EcoR I, and only one
The 2.0 kb DNA fragment was isolated by preparative gel electrophoresis. This fragment was ligated with the 1.6 kb Hind III-EcoR I DNA fragment isolated from plasmid pUC (XYL2) and the E. coli yeast shuttle vector
A 6.6 kb fragment of pJDB207 (Beggs, J.
D., Nature, 275: 104-109 (1978)) with Hind III and
Digested with Sal I. Plasmid pJDB (AX) -16
Was isolated after conversion of E. coli using the above ligation mixture. This plasmid is replicable in both E. coli and Saccharomyces cerevisiae. In S. cerevisiae it lends itself to high level synthesis of both D-arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase. A linear form of plasmid pSRT303D (Jean Pipepack (Je
arnpipatkul), Mol. Gen. Genet., 206: 88-94 (198).
By the ligation reaction of 7)), the plasmid pSRT (AX) -9 was synthesized.
実施例4
キシリトールを分泌する酵母菌株の構造
ジゴサッカロミセス・ロウキシイ(Zygosaccharomyce
s rouxii)ATCC13356をこれまでに記載されている方法
のわずかな変更によりプラスミドpSRT(AX)−9を用い
て転換させた(ウシオ(Ushio),K.他、J.Ferment.Tech
nol.、66:481−488(1988))。簡単に述べると、Z.ロ
ウキシイ細胞をYEPD培地(3−5の600nmにおける光学
的密度を有する培養物を与える)の中で一夜成長させ、
低速遠心により集め、1Mソルビトール,1mM EDTA溶液、
pH7.5の中で2回洗浄し、1%2−メルカプトエタノー
ルを含有する初期培養容量の1/5の同一溶液中に再懸濁
させ、そして室温においてリチケーゼ(シグマ)を用い
て消化させた。消化後に、細胞懸濁液の適当な部分試料
を1%SDS溶液の中で希釈しそして希釈された試料の光
学的密度を600nmにおいて測定した。この値が初期値の1
/7に低下した時に、懸濁液を氷上で冷却しそしてメルカ
プトエタノール臭がもはや検出できなくなるまで洗浄
(10分間、1000rpm遠心、0℃)することにより消化を
停止させた。スフェロプラストを冷たい1Mソルビトール
中の0.3M塩化カルシウム溶液で1回洗浄し、そして初期
培養容量の1/4の同一溶液中に再懸濁させた。この懸濁
液の200μl部分試料および10−20μgのプラスミドDNA
を混合しそして0℃において40分間培養した。0.3M塩化
カルシウムを含有する0.8mlの氷冷50%PEG−6000溶液を
スフェロプラスト懸濁液に加え、そして冷時培養を1時
間続けた。スフェロプラストをテーブル−トップ遠心機
の中で400rpmにおける10分間にわたる遠心により濃縮
し、1Mソルビトールを含有する2mlのYEPD中に再懸濁さ
せ、そして再生のために室温において一夜放置した。再
生された細胞を50−100μg/mlのゲンタマイシンを含有
するYEPD板の上で板培養しそして30℃において4−6日
間培養した。Example 4 Structure of yeast strain secreting xylitol Zygosaccharomyce
s rouxii) ATCC 13356 was transformed with the plasmid pSRT (AX) -9 by a slight modification of the method previously described (Ushio, K. et al., J. Ferment. Tech.
nol., 66: 481-488 (1988)). Briefly, Z. rouxii cells were grown overnight in YEPD medium (giving a culture with an optical density of 3-5 at 600 nm),
Collected by low speed centrifugation, 1M sorbitol, 1mM EDTA solution,
Washed twice in pH 7.5, resuspended in 1/5 initial culture volume of the same solution containing 1% 2-mercaptoethanol, and digested with lithicase (Sigma) at room temperature. . After digestion, an appropriate aliquot of the cell suspension was diluted in 1% SDS solution and the optical density of the diluted sample was measured at 600 nm. This value is the initial value 1
When it fell to / 7, the digestion was stopped by cooling the suspension on ice and washing (10 min, 1000 rpm centrifugation, 0 ° C.) until the mercaptoethanol odor was no longer detectable. Spheroplasts were washed once with cold 0.3M calcium chloride solution in 1M sorbitol and resuspended in 1/4 of the initial culture volume of the same solution. 200 μl aliquot of this suspension and 10-20 μg of plasmid DNA
Were mixed and incubated at 0 ° C. for 40 minutes. 0.8 ml ice-cold 50% PEG-6000 solution containing 0.3M calcium chloride was added to the spheroplast suspension and the cold culture was continued for 1 hour. Spheroplasts were concentrated by centrifugation in a table-top centrifuge at 400 rpm for 10 minutes, resuspended in 2 ml YEPD containing 1M sorbitol and left overnight at room temperature for regeneration. The regenerated cells were plated on YEPD plates containing 50-100 μg / ml gentamicin and incubated at 30 ° C for 4-6 days.
被転換体を液体YEPD培地中で成長させ、細胞抽出物を
S.セレヴィシエ(実施例2)に関して記載されている通
りに製造し、そしてD−ラビトール脱水素酵素およびキ
シリトール脱水素酵素の活性を測定した。これらの測定
結果を表3中で他の有機体中で行われた同様な測定と比
較した。それらは両者の遺伝子がZ.ロウキシイ中で効果
的に発現されたことを示している。Transformants were grown in liquid YEPD medium and cell extracts were added.
Prepared as described for S. cerevisiae (Example 2), and the activity of D-rabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase was measured. The results of these measurements were compared in Table 3 with similar measurements made in other organisms. They show that both genes were effectively expressed in Z. rouxii.
pSRT(AX)−9で転換されたZ.ロウキシイATCC13356
の細胞を50μg/mlのゲンタマイシンを含有する50mlのYE
PD中で2日間成長させ、遠心により集め、そして25重量
%D−グルコースおよび50μg/mlのゲンタマイシンを含
有する100mlのYEPDに接種した。この培養物を1000mlフ
ラスコ中で回転振盪機(200rpm)上で30℃において成長
させた。他の実験(実験2)では、酵母抽出物なしの同
一培地(低ホスフェート培地)を使用した。培養ブロス
中のキシリトール含有量を標準HPLCおよびガスクロマト
グラフィーにより分析した。結果は表4に示されてい
る。同一培地(ゲンタマイシンなし)中で転換されなか
ったZ.ロウキシイの培養培地中ではキシリトールは検出
されなかった。Z. rouxii ATCC 13356 transformed with pSRT (AX) -9
Cells in 50 ml YE containing 50 μg / ml gentamicin
It was grown in PD for 2 days, collected by centrifugation and inoculated into 100 ml YEPD containing 25 wt% D-glucose and 50 μg / ml gentamicin. This culture was grown at 1000C on a rotary shaker (200 rpm) in a 1000 ml flask. In another experiment (Experiment 2), the same medium without yeast extract (low phosphate medium) was used. The xylitol content in the culture broth was analyzed by standard HPLC and gas chromatography. The results are shown in Table 4. No xylitol was detected in the culture medium of Z. rouxii which was not converted in the same medium (without gentamicin).
同様な方式を使用して、他の炭素源からのキシリトー
ル生成性菌株を構成することができる。例えば、カンジ
ダ・トロピカリス(Candida tropicalis)はn−アルカ
ン類を良好な収率でD−アラビトールに転化させうる
(ハットリ(Hattori),K.およびスズキ(Suzuki)T.、
Agric.Biol.Chem.、38:1875−1881(1974))。プラス
ミドpJDB(AX)−9からの4.7kb Sal Iフラスコをプラ
スミドpCU1中に挿入することができ(ハース(Haas),
L.他、J.Bacteriol.、172:4571−4577(1990))、そし
てC.トロピカリス菌株SU−2(ura3)を転換させるため
に使用できる。或いは、同一発現カセットを優性選択マ
ーカーを担持するプラスミドベクター上で原栄養性C.ト
ロピカリス菌株に転換させることもできる。 A similar scheme can be used to construct xylitol-producing strains from other carbon sources. For example, Candida tropicalis can convert n-alkanes to D-arabitol in good yields (Hattori, K. and Suzuki T.,
Agric. Biol. Chem., 38: 1875-1881 (1974)). A 4.7 kb Sal I flask from plasmid pJDB (AX) -9 can be inserted into plasmid pCU1 (Haas,
L. et al., J. Bacteriol., 172: 4571-4577 (1990)), and C. tropicalis strain SU-2 (ura3). Alternatively, the same expression cassette can be transformed into the prototrophic C. tropicalis strain on a plasmid vector carrying a dominant selectable marker.
実施例5
アラビトール脱水素酵素およびキシリトール脱水素酵素
の発現並びにトルロプシス・カンジダ(Tolulopsis can
dida)の転換用の組み込み優性選択ベクターの構造
染色体DNAをT.カンジダ(ATCC20214)からS.セレヴィ
シア用に使用された標準方法と同様な方法により単離し
た。しかしながら、T.カンジダスフェロプラストの製造
は有効な細胞壁溶解を得るには10gの細胞当たり約50,00
0Uという高濃度のリチケーゼ(シグマ)および室温にお
ける5、6時間から一夜の培養という長い培養時間を必
要とする。スフェロプラスト製造用の緩衝液は1Mソルビ
トールおよび1%メルカプトエタノールを含有する1mM
EDTA、pH8であった。スフェロプラストを同一緩衝液
(メルカプトエタノールなし)で3回洗浄し、そして15
mlの1%SDS中で溶解させた。2回のフェノール抽出を
細胞溶解直後に行い、そして2容量のエタノールの添加
および遠心(10,000rpmにおいて5分間)によりDNAを沈
澱させた。DNAを70%エタノールで2回洗浄しそして真
空下で乾燥した。DNAを1mM EDTAを含有する5mlの10mM
トリス−HCl緩衝液中に溶解させ、RNAse Aを10μg/ml
濃度となるまで加え、そして溶液を37℃において1時間
培養した。DNAの組み込みは分子量対照として未切断ラ
ムダDNAを使用するアガロースゲル電気泳動により確認
された。Example 5 Expression of arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase and Tolulopsis candida
The structure of the integrated dominant selection vector for the transformation of dida) Chromosomal DNA was isolated from T. candida (ATCC 20214) by a method similar to the standard method used for S. cerevisiae. However, the production of T. candidas ferroplasts requires about 50,00 per 10 g of cells to obtain effective cell wall lysis.
It requires a high concentration of 0 U of lithicase (Sigma) and a long culture time of 5 to 6 hours to overnight culture at room temperature. Buffer for spheroplast production is 1 mM containing 1M sorbitol and 1% mercaptoethanol.
It was EDTA, pH 8. The spheroplasts were washed 3 times with the same buffer (without mercaptoethanol) and 15
Dissolved in ml 1% SDS. Two phenol extractions were performed immediately after cell lysis and the DNA was precipitated by addition of 2 volumes of ethanol and centrifugation (10,000 rpm for 5 minutes). The DNA was washed twice with 70% ethanol and dried under vacuum. 5 ml of 10 mM DNA containing 1 mM EDTA
Dissolve in Tris-HCl buffer and add RNAse A at 10 μg / ml
The concentration was added and the solution was incubated for 1 hour at 37 ° C. DNA incorporation was confirmed by agarose gel electrophoresis using uncleaved lambda DNA as a molecular weight control.
200μgのT.カンジダの染色体DNAをHind IIIおよびEc
oR Iを用いて切断し、消化物を0.7%(8×15×0.8cm)
調整用アガロースゲル上で6cm幅のウェルの中に適用し
そして電気泳動により分離した。ゲルの1cm幅の片をゲ
ルから切断しそして正に荷電されたナイロン膜(ベーリ
ンガー1209 299)上ににじませた。にじみ点をプラス
ミドpAT68(.Kスギハラ(Sugihara)他、Agric.Biol.Ch
em.、50(6):1503−151(1986))からSal Iを用いて
削除されたジゴサッカロミセス・バイリイ(Zygosaccha
romyces bailii)rDNAの10kb DNAフラグメントを用い
て検査した。プローブに標識づけしそしてにじみ点を製
造業者の指示に従いDIG DNA標識づけおよび検出キット
(ベーリンガー1093 657)を使用して塗り付けた。約
4.5、2.7および1.1kbのDNAフラグメントに相当する3つ
のハイブリッド形成帯が観察された。対照としてにじみ
点を使用して、最大(4.5kb)ハイブリッド形成性DNAフ
ラグメントに相当する帯を調整用ゲルの残存部分から切
断し、DNAを電気溶離しそしてEcoR IおよびHind IIIに
より切断されたpUC19と連結反応させた。200 μg of T. candida chromosomal DNA was added to Hind III and Ec
Cleaved with oR I and digested product 0.7% (8 × 15 × 0.8cm)
Applied on a preparative agarose gel into 6 cm wide wells and separated by electrophoresis. A 1 cm wide piece of gel was cut from the gel and blotted onto a positively charged nylon membrane (Boehringer 1209 299). The bleeding point is the plasmid pAT68 (.K Sugihara, etc., Agric.Biol.Ch
em., 50 (6): 1503-151 (1986)), deleted with Sal I from Zygosaccha.
romyces bailii) rDNA was examined using a 10 kb DNA fragment. The probe was labeled and smeared in using the DIG DNA labeling and detection kit (Boehringer 1093 657) according to the manufacturer's instructions. about
Three hybridization bands were observed corresponding to DNA fragments of 4.5, 2.7 and 1.1 kb. Using the blot point as a control, the band corresponding to the largest (4.5 kb) hybridizing DNA fragment was cut from the rest of the preparative gel, the DNA was electroeluted and pUC19 cut with EcoR I and Hind III. And ligated.
連結反応混合物を使用して大腸菌を転換させた。転換
させた細菌をアンピシリンと共にLB培地を含有する板の
寒天表面上に置かれた荷電されたナイロン膜(Bio−Rad
162−0164)の上に置いた。37℃における24時間の培養
後に、膜を持ち上げそしてその場で製造業者の指示に従
い細菌コロニーの溶解を行った。大腸菌はこの型の膜を
浸透しそしてフィルターを持ち上げた後に寒天表面上の
全ての細菌コロニーの可視痕跡があるため、レプリカ板
は必要なかった。膜を上記と同じDIG検出キットを使用
して同じZ.バイリイrDNAフラグメントを用いて検査し
た。多数の陽性クローンが同定された(全クローンの約
2−5%)。8つのハイブリッド形成陽性クローンおよ
び4つのハイブリッド形成陰性クローンからのプラスミ
ド微小調合物の制限分析をEcoR I、Hind IIIおよびEcoR
Vの混合物を使用して行った。全てのハイブリッド陽性
クローンは同一の制限フラグメントパターン(0.55およ
び1.5kbの特徴フラグメントを有する)を生成したが、
ハイブリッド形成陰性クローンの同じパターンは全て異
なっていた。ハイブリッド形成陽性クローンの1つから
のプラスミドDNAを調整用秤の上で単離し、そしてpTCrD
NAと名付けた。クローン化された片はT.カンジダrDNAの
フラグメントであると結論づけられ、その理由は1)そ
れがZ.バイリイのrDNAと強くハイブリッド形成しそして
2)それが高頻度で部分的に富んだT.カンジダ染色体DN
A消化物からクローン化されたからである(rDNAは酵母
中で約100個のコピーにより発現されることが知られて
いる)。クローン化されたDNAフラグメントの部分的制
限地図は図5に示されている。The ligation mixture was used to transform E. coli. The transformed bacteria were charged with a charged nylon membrane (Bio-Rad) placed on the agar surface of a plate containing LB medium with ampicillin.
162-0164). After 24 hours of incubation at 37 ° C., the membranes were lifted and in situ lysis of bacterial colonies was performed according to the manufacturer's instructions. A replica plate was not needed because E. coli permeates this type of membrane and there is a visible trace of all bacterial colonies on the agar surface after lifting the filter. Membranes were probed with the same Z. vailli rDNA fragment using the same DIG detection kit as above. A large number of positive clones were identified (about 2-5% of all clones). Restriction analysis of plasmid microformulations from 8 hybridization positive clones and 4 hybridization negative clones was performed with EcoR I, Hind III and EcoR.
Performed using a mixture of V. All hybrid positive clones produced the same restriction fragment pattern (with characteristic fragments of 0.55 and 1.5 kb),
The same pattern of hybridization negative clones were all different. Plasmid DNA from one of the hybridization positive clones was isolated on a preparative balance and pTCrD
I named it NA. It was concluded that the cloned piece was a fragment of T. candida rDNA because 1) it hybridized strongly with Z. bailli rDNA and 2) it was frequently and partially enriched in T. candida. Candida chromosome DN
Because it was cloned from the A digest (rDNA is known to be expressed in yeast in about 100 copies). A partial restriction map of the cloned DNA fragment is shown in FIG.
T.カンジダのrDNAフラグメントを陽性選択マーカーと
組み合わせているプラスミドは下記の如くして構成され
た。プラスミドpUT332(ガチグノール(Gatignol),A.
他、Gene、91:35−41(1990))をHind IIIおよびKpn I
を用いて切断し、1.3kb DNAフラグメントをアガロース
電気泳動により単離し、そしてEcoR IおよびKpn Iで消
化させたpTCrDNAおよびpUC19からの4.5kb Hind III−E
coRiフラグメントと連結反応させた(図6)。連結反応
混合物を大腸菌に転換させ、そしてプラスミドpTC(PHL
E)を担持するクローンを制限分析により同定した。A plasmid combining the T. candida rDNA fragment with a positive selection marker was constructed as follows. Plasmid pUT332 (Gatignol, A.
Et al., Gene, 91: 35-41 (1990)) by Hind III and Kpn I.
4.5 kb Hind III-E from pTCrDNA and pUC19 which had been digested with E. coli, the 1.3 kb DNA fragment was isolated by agarose gel electrophoresis and digested with EcoR I and Kpn I.
Ligation reaction was performed with the coRi fragment (Fig. 6). The ligation mixture was transformed into E. coli and the plasmid pTC (PHL
Clones carrying E) were identified by restriction analysis.
PTC(PHLE)をSal Iを用いて部分的に消化させそして
線状形のプラスミドをアガロースゲル電気泳動により精
製した。それをpJDB(AX)−16から単離された5kbSal I
フラグメントと連結反応させた(実施例2)。この連結
反応混合物から大腸菌への転換後に得られたクローンの
中でプラスミドpTC(AX)を同定した(図6)。このプ
ラスミドは下記の機能要素を含んでいる:
a)このプラスミドにより転換させた酵母細胞の直接的
選択を可能にする酵母プロモーターおよび転写ターミネ
ーターの調節下における細菌性フレオマイシン−抵抗性
遺伝子、b)T.カンジダ染色体との同種組み換え用の目
標を与えそして転換効率を改良するT.カンジダrDNAの
片、
c)アラビトール−キシリトール転化工程の2種の酵素
の合成のためのアラビトール−脱水素酵素およびキシリ
トール脱水素酵素用の発現カセット。PTC (PHLE) was partially digested with Sal I and the linear plasmid was purified by agarose gel electrophoresis. 5 kb Sal I isolated from pJDB (AX) -16
The fragment was ligated (Example 2). The plasmid pTC (AX) was identified in the clones obtained after conversion of this ligation reaction mixture into E. coli (Fig. 6). This plasmid contains the following functional elements: a) a bacterial phleomycin-resistance gene under the control of yeast promoters and transcription terminators, which allows direct selection of yeast cells transformed by this plasmid, b) T A piece of T. candida rDNA that provides the target for homologous recombination with the Candida chromosome and improves conversion efficiency, c) arabitol-dehydrogenase and xylitol dehydration for the synthesis of the two enzymes of the arabitol-xylitol conversion process. Expression cassette for elementary enzyme.
実施例6
T.カンジダの転換およびキシリトール生成の分析
プラスミドpTC(AX)を使用してトルロプシス・カン
ジダ菌株ATCC20214を転換させた。T.カンジダを10%グ
ルコースを含有するYEPD培地中で36時間成長させた。細
胞を遠心(2000rpm、10分間、4℃)により集め、そし
て殺菌性1Mソルビトールで3回洗浄した。細胞ペレット
を等容量の冷たい1Mソルビトール中に懸濁させ、200μ
lの部分試料をpUT(AX)DNA(20−100μg)と混合し
そして氷冷2mm電極間隙電気穿孔キュベットの中に移し
そしてインヴィトロンゲン・エレクトロポレーター装置
を使用して以下の設定で電気穿孔した:電圧1800V、キ
ャパシタンス50μF、平行抵抗150Ω。細胞を1Mソルビ
トールを含有する2mlのYEPD中に移しそしてシェーカー
上で30℃において一夜培養した。転換させた細胞を低速
遠心により集め、そしてpH7.5に滴定されているYEPD培
地を含有し且つ30μg/mlのフレオマイシンを含有する板
の上で板培養した。板を30℃において7−10日間培養し
た。同様な数のコロニーが対照板(それは同様に処理さ
れた細胞を含有していたがDNAの添加はなかった)上で
出現したため、この時間中に成長した酵母コロニーの大
部分は背景変異体であった。自生変異体と真の被転換体
を区別するために、染色体DNAを72個の個別酵母コロニ
ーから上記のT.カンジダ染色体DNAを単離するためのス
ケールダウン方法により単離した。10μgずつのこれら
のDNAをEcoR IおよびBamH Iの混合物を用いて切断し
た。消化物を1%アガロースゲル上で分離しそして次に
実施例5に記載されている通りに正に荷電されたナイロ
ン膜の上ににじませた。にじみ点をアラビトール−脱水
素酵素配列およびpUC配列を含有するが(可能な同種酵
母配列間のハイブリッド形成を避けるため)酵母源のDN
Aフラグメントは含有していないプラスミドpADH(実施
例2)からのDNAを用いて検査した。プローブに標識づ
けしそしてにじみ点をDIG DNA標識づけおよび検出キッ
ト(ベーリンガー1093 657)を使用して塗り付けた。
転換性プラスミド(2−3kb領域中の3つの帯)の構造
に匹敵するハイブリッド形成信号を有する1個だけのク
ローン(T.カンジダ::pTC(AX))が非常に低い転換効
率を示すことが発見された。陽性ハイブリッド形成信号
がもう1つのクローンに関して検出されたが、その1つ
だけのハイブリッド形成帯の位置(約5−7kb)はpTC
(AX)のフラグメントだけが酵母染色体中に組み込まれ
たかまたは幾らかの転位が組み込み部位で起きたことを
示していた。我々はプラスミドがT.カンジダ染色体中に
組み込まれたと推定した。この推定は被−選択的培地中
での成長およびクローン化後にT.カンジダ::pTC(AX)
の全てのクローンがフレオマイシン抵抗性表現型を保有
するという観察と矛盾しない。Example 6 Transformation of T. candida and analysis of xylitol production The plasmid pTC (AX) was used to transform Tolulopsis candida strain ATCC20214. T. candida was grown for 36 hours in YEPD medium containing 10% glucose. Cells were harvested by centrifugation (2000 rpm, 10 min, 4 ° C) and washed 3 times with sterile 1M sorbitol. Suspend the cell pellet in an equal volume of cold 1M sorbitol and
1 aliquot was mixed with pUT (AX) DNA (20-100 μg) and transferred into an ice-cold 2 mm electrode gap electroporation cuvette and electroporated using the Invitrongen Electroporator apparatus at the following settings: Done: Voltage 1800V, capacitance 50μF, parallel resistance 150Ω. The cells were transferred into 2 ml YEPD containing 1M sorbitol and cultured on a shaker at 30 ° C overnight. The transformed cells were collected by low speed centrifugation and plated on plates containing YEPD medium titrated to pH 7.5 and containing 30 μg / ml phleomycin. The plates were incubated at 30 ° C for 7-10 days. Most of the yeast colonies that grew during this time were background mutants because a similar number of colonies appeared on the control plate (which contained similarly treated cells but no added DNA). there were. In order to distinguish between the spontaneous mutant and the true transformant, chromosomal DNA was isolated from 72 individual yeast colonies by the scale-down method for isolating T. candida chromosomal DNA described above. 10 μg of these DNAs were cut with a mixture of EcoR I and BamH I. The digests were separated on a 1% agarose gel and then blotted onto positively charged nylon membranes as described in Example 5. The bleed point contains the arabitol-dehydrogenase sequence and the pUC sequence (to avoid possible hybridization between homologous yeast sequences) but the DN of the yeast source.
The A fragment was examined with DNA from the plasmid pADH (Example 2) which does not contain the A fragment. The probe was labeled and the bleed spot was smeared using the DIG DNA labeling and detection kit (Boehringer 1093 657).
Only one clone (T. Candida :: pTC (AX)) with a hybridization signal comparable to the structure of the convertible plasmid (3 bands in the 2-3 kb region) showed very low conversion efficiency. It's been found. A positive hybridization signal was detected for the other clone, but only one hybridization band position (approximately 5-7 kb) was pTC.
Only the (AX) fragment was shown to integrate into the yeast chromosome or some transposition occurred at the integration site. We deduced that the plasmid had integrated into the T. candida chromosome. This presumption is that T. candida :: pTC (AX) after growth in selective media and cloning.
It is consistent with the observation that all clones of E. coli have a phleomycin resistance phenotype.
T.カンジダ::pTC(AX)被転換体を10%グルコースを
含有するYEPD培地中で36時間成長させ、そしてアラビト
ール脱水素酵素およびキシリトール脱水素酵素活性を実
施例4に記載されている通りに測定した。結果は表5に
示されている。T. candida :: pTC (AX) transformants were grown in YEPD medium containing 10% glucose for 36 hours, and arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase activities as described in Example 4. It was measured. The results are shown in Table 5.
キシリトール−脱水素酵素の活性は内因性T.カンジダ
キシリトール脱水素酵素の活性水準より意味あるほどは
増加しなかった。プラスミド−コードづけされたアラビ
トール−脱水素酵素(EC1.1.1.11)の活性を内因的に同
義であるが異なっている(リブロース−生成性、EC1.1.
1.)の活性から分離するのは困難である。この実験から
の唯一の最終的結論は、両方の酵素の発現水準がZ.ロウ
キシイよりはるかに低いことであった。T.カンジダ::pT
C(AX)を増加したフレオマイシン濃度を高めながら培
地上で培養することによりプラスミドコピー数および組
み込みプラスミドの2種の脱水素酵素の発現水準を増加
しようとする試みは成功しなかった。 The activity of xylitol-dehydrogenase was not significantly increased over the activity level of endogenous T. candidaxylitol dehydrogenase. The activities of the plasmid-encoded arabitol-dehydrogenase (EC1.1.1.11) are endogenously synonymous but different (ribulose-producing, EC1.1.
It is difficult to separate from the activity of 1.). The only final conclusion from this experiment was that the expression levels of both enzymes were much lower than Z. rouxii. T. Candida :: pT
Attempts to increase the plasmid copy number and the expression levels of the two dehydrogenases of the integrating plasmid by culturing on a medium while increasing the concentration of C (AX) with increased phleomycin were unsuccessful.
T.カンジダ::pTC(AX)によるキシリトール生成を、
それを10%グルコースを含有するYEPD中で5−7日間成
長させた後に試験した。3回の個別実験において、被転
換体は1.1、1.6、および0.9g/lのキシリトールを生成し
たが、野生型T.カンジダの培養培地中ではHPLCによりキ
シリトールは検出されなかった。我々が使用した分析方
法の検出限度は0.1g/l以下である。従って、T.カンジ
ダ::pTC(AX)によるキシリトール生成は実際にはプラ
スミドにより測定されると結論できる。Xylitol production by T. candida :: pTC (AX)
It was tested after growing in YEPD containing 10% glucose for 5-7 days. In three separate experiments, the transformants produced 1.1, 1.6, and 0.9 g / l xylitol, but no xylitol was detected by HPLC in the wild-type T. candida culture medium. The detection limit of the analytical method we used is less than 0.1 g / l. Therefore, it can be concluded that xylitol production by T. candida :: pTC (AX) is actually measured by the plasmid.
実施例7
アラビトール−脱水素酵素およびキシリトール−脱水素
酵素遺伝子を用いるカンジダ・ポリモルファ(Candida
polymorpha)の転換
アラビトール脱水素酵素およびキシリトール脱水素酵
素遺伝子をカンジダ・ポリモルファ中に加えるために
は、燐酸オロチジン脱水素酵素遺伝子中の変異体(以下
ではURA3とも称される)をボエケ(Boeke)他の方法
(ボエケ,J.D.他、Mol.Gen.Genet.、197:345−346(198
4))を使用して単離した。C.ポリモルファ菌株ATCC202
13をYEPD中で24時間成長させ、細胞を遠心(2000rpm、1
0分間)により集め、水で2回洗浄し、そして3容量の
殺菌性0.1M離散ナトリウム緩衝液、pH7.0の中に懸濁さ
せた。メタンスルホン酸エチルを1%濃度となるまで加
え、そして細胞を室温において2時間培養した。細胞を
0.1Mチオ硫酸ナトリウム溶液中に移しそしてそれらを殺
菌水で3回洗浄することにより反応を停止させた。変異
生成細胞を0.5リットルのYEPD中に移しそして30℃にお
いて振盪しながら2日間にわたり成長させた。酵母を遠
心により集め、水で2回洗浄しそして0.7%のイースト
ナイトロジェンベース(ジフコ)、2%のグルコース
(SC培地)を含有する1リットルの培地中に移し、そし
て回転振盪機中で30℃において24時間培養した。1mgの
ニスタチンを培養物に加えそして培養を4時間続けた。
ニスタチン−処理細胞を遠心により培地から分離し、水
で2回洗浄し、50mg/リットルのウラシルを含有する1
リットルのSC培地中に移した。細胞を回転振盪機中で5
日間培養しそして次に50mg/リットルのウラシルおよび1
g/リットルのフルオロオロチン酸を含有するSC培地板の
上で板培養した。板を30℃において2週間培養した後
に、約400個のフルオロオロチン酸抵抗性コロニーが得
られ、そしてそれらの全てをウラシル栄養要求に関して
試験した。5個のウラシル−依存性クローンを単離し
た。しかしながら、3個のクローンはウラシルを含まな
い培地中で成長したが、速度は減少した。明らかなウラ
シル−依存性表現型を有する2個のクローン(C.ポリモ
ルファU−2およびC.ポリモルファU−5と名付けられ
る)を転換実験用に使用した。Example 7 Candida polymorpha (Candida) using the arabitol-dehydrogenase and xylitol-dehydrogenase genes
In order to add the arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase genes into Candida polymorpha, a mutant in the orotidine phosphate dehydrogenase gene (hereinafter also referred to as URA3) was modified by Boeke et al. Method (Boeke, JD et al., Mol. Gen. Genet., 197: 345-346 (198
4)) was used to isolate. C. polymorpha strain ATCC202
Grow 13 in YEPD for 24 hours and centrifuge cells (2000 rpm, 1
(0 min), washed twice with water, and suspended in 3 volumes of sterile 0.1 M discrete sodium buffer, pH 7.0. Ethyl methanesulfonate was added to 1% concentration and cells were incubated for 2 hours at room temperature. Cells
The reactions were stopped by transferring to 0.1 M sodium thiosulfate solution and washing them 3 times with sterile water. Mutagenized cells were transferred into 0.5 liter of YEPD and grown at 30 ° C. with shaking for 2 days. The yeast were collected by centrifugation, washed twice with water and transferred into 1 liter of medium containing 0.7% yeast nitrogen base (Difco), 2% glucose (SC medium) and 30 in a rotary shaker. Incubated at ℃ for 24 hours. 1 mg of nystatin was added to the culture and the culture was continued for 4 hours.
Nystatin-treated cells were separated from the culture medium by centrifugation, washed twice with water and containing 50 mg / l uracil.
Transferred to 1 liter of SC medium. 5 cells in a rotary shaker
Incubate for days and then 50 mg / liter uracil and 1
Plates were plated on SC medium plates containing g / l fluoroorotic acid. After culturing the plates for 2 weeks at 30 ° C., approximately 400 fluoroorotic acid-resistant colonies were obtained, all of which were tested for uracil auxotrophy. Five uracil-dependent clones were isolated. However, three clones grew in medium without uracil, but at a reduced rate. Two clones with a clear uracil-dependent phenotype (designated C. polymorpha U-2 and C. polymorpha U-5) were used for conversion experiments.
C.ポリモルファURA3遺伝子のクローン化は一般的方法
により行われた。染色体DNAを実施例5に記載されてい
る方法により単離した。DNAをSau3Aを用いて部分的に切
断しそしてアガロースゲル上で分別した。5、6個の留
分を集めそしてそれらの分子寸法分布を分析ゲル電気泳
動により検査した。5〜10kb範囲の留分をクローン化実
験用に使用した。ライブラリー構成用に使用されるベク
ターであるpYEp13(ブローチ(Broach)他、Gene、8:12
1−133(1979))はS.セレヴィシエLEU2遺伝子、2μの
複製源およびBamH I用の独特な制限部位を含有する。ベ
クターをBamH Iを用いて切断し、アガロースゲル電気泳
動により精製し、そして細菌性アルカリ性ホスファター
ゼを用いて脱ホスホリル化した。ベクター対挿入部の比
および反応容量を変えて、小規模実験で数個の独立した
ベクター調合物および連結反応条件を試験して最大数の
被転換体および最高百分率の組み換えクローンを最適化
した(不規則的クローンからのプラスミド微小調合の制
限分析により分析された)。大規模連結反応は最適化条
件を使用して行われ、そして大腸菌の菌株LC1−BLEUに
転換させた。構成されたライブラリーは約15,000個の一
次被転換体を含んでおり、その約90%は挿入部−含有性
であった。Cloning of C. polymorpha URA3 gene was performed by a general method. Chromosomal DNA was isolated by the method described in Example 5. The DNA was partially cut with Sau3A and fractionated on an agarose gel. Five or six fractions were collected and their molecular size distribution was examined by analytical gel electrophoresis. Fractions in the 5-10 kb range were used for cloning experiments. The vector used for library construction, pYEp13 (Broach et al., Gene, 8:12).
1-133 (1979) contains the S. cerevisiae LEU2 gene, the 2μ origin of replication and a unique restriction site for BamHI. The vector was cut with BamHI, purified by agarose gel electrophoresis, and dephosphorylated with bacterial alkaline phosphatase. The vector to insert ratio and reaction volume were varied to test several independent vector formulations and ligation conditions in small experiments to optimize the maximum number of transformants and the highest percentage of recombinant clones ( Analyzed by restriction analysis of plasmid micropreparations from irregular clones). Large-scale ligation was performed using optimized conditions and transformed into E. coli strain LC1-BLEU. The constructed library contained about 15,000 primary transformants, about 90% of which were insert-containing.
酵母菌株DBY746(MATalpha、leu2−3,112、his3−A
1、trp1−289、ura3−52)をC.ポリモルファ遺伝子ライ
ブラリーを用いて転換させた。約20μgのプラスミドDN
Aを別個に使用しそして被転換体をウラシル、トリプト
ファンおよびヒスチジンが補充されている1つの板の上
で板培養して(すなわちロイシン選択だけを使用して)
各々のライブラリープールをS.セレヴィシエに転換させ
た。1つの板当たり3,000−10,000個の酵母被転換体が
得られた。酵母被転換体を次にトリプトファンおよびヒ
スチジンが補充されている最小培地を有する板(ウラシ
ルが除かれた板)の上でレプリカ板培養した。ヒスチジ
ン−ヒスチジン(ウラシルが除かれた板)の上の対照レ
プリカも製造された。ヒスチジンが除かれたおよびトリ
プトファンが除かれた板上の対照レプリカも製造され
た。1〜4個のウラシル−依存性クローンがほとんど全
ての板の上で出現した。ヒスチジン−依存性およびトリ
プトファン−依存性単離体も得られたが、単離体の数は
URA3単離体より2−3倍低かった。Yeast strain DBY746 (MATalpha, leu2-3,112, his3-A
1, trp1-289, ura3-52) were transformed with the C. polymorpha gene library. About 20 μg of plasmid DN
A is used separately and the transformants are plated on one plate supplemented with uracil, tryptophan and histidine (ie using only leucine selection)
Each library pool was transformed into S. cerevisiae. 3,000-10,000 yeast transformants were obtained per plate. The yeast transformants were then replica plated on plates with minimal medium supplemented with tryptophan and histidine (plates devoid of uracil). A control replica on histidine-histidine (a plate devoid of uracil) was also made. Control replicas on plates with histidine removed and tryptophan removed were also made. 1-4 uracil-dependent clones appeared on almost all plates. Histidine-dependent and tryptophan-dependent isolates were also obtained, but the number of isolates was
It was 2-3 times lower than the URA3 isolate.
ウラシル−依存性クローンのうちの6個からのプラス
ミドを大腸菌の中で救済し、製造用規模で単離し、そし
てDBY746をロイシン原栄養性に再転換するために使用し
た。各々の転換からの10−20個の不規則的コロニーを次
にウラシル依存性に関して検査した。6個の救済された
プラスミドのうちの5個がDBY746をLeu+Ura+表現型に
転換させた。名付けられた5個のプラスミドの制限分析
は非常に似ている制限パターンを表していた。これらの
パターンは非常に複雑であるためクローン化されたフラ
グメントの明確な制限地図を製造することは難しい。し
かしながら、Hind III消化により全てのクローン中でDN
A挿入部(約4.5kb)のほとんどを覆うフラグメントが発
生することが見いだされた。C.ポリモルファURA3単離体
の1個からのこのフラグメント−pCP291−をアガロース
ゲル電気泳動により精製しそしてHind IIIで部分的に消
化されたpJDB(AX)にサブクローン化した。このクロー
ン化実験の結果として単離されたプラスミドpCPU(AX)
の構造は図7A.Zに示されている。Plasmids from 6 of the uracil-dependent clones were rescued in E. coli, isolated on a production scale and used to reconvert DBY746 to leucine prototrophy. 10-20 irregular colonies from each transformation were then examined for uracil dependence. Five of the six rescued plasmids converted DBY746 to the Leu + Ura + phenotype. Restriction analysis of the five named plasmids revealed very similar restriction patterns. These patterns are so complex that it is difficult to produce clear restriction maps of cloned fragments. However, Hind III digestion caused DN in all clones.
It was found that a fragment covering most of the A insert (approximately 4.5 kb) was generated. This fragment, pCP291-, from one of the C. polymorpha URA3 isolates was purified by agarose gel electrophoresis and subcloned into HindIII partially digested pJDB (AX). Plasmid pCPU (AX) isolated as a result of this cloning experiment
The structure of is shown in Figure 7A.Z.
C.ポリモルファU−2およびC.ポリモルファU−5の
両者の転換は実施例6に記載されているのと同じ電気穿
孔条件を使用して試みられた。電気穿孔された細胞を、
1Mソルビトールを含有するYEPD中で一夜振盪した後に、
SC培地板上で2回にわたり板培養した。30℃における10
日間の培養後に、約100個のコロニーがpCPU(AX)で転
換されたC.ポリモルファU−2を含有する板の上で観察
されたが、対照板(DNAは加えられずに同様に処理され
たこの菌株の細胞を含有する)上のコロニー数は14であ
った。C.ポリモルファU−5はDNAなしの対照上の転換
実験では意義ある効果を示さなかった。C.ポリモルファ
U−2転換板からの3個の不規則的クローンを最初に新
しいSC培地上で画線培養しそしてこれらの画線を使用し
て15%のグルコースを含有する100mlのYEPD培養物に接
種した。対照培養物にはC.ポリモルファU−2を接種し
た。30℃における10日間にわたる回転振盪機上での培養
後に、培養培地中のキシリトール含有量をHPLCにより分
析した。この実験の結果を表6に示す。The conversion of both C. polymorpha U-2 and C. polymorpha U-5 was attempted using the same electroporation conditions as described in Example 6. Electroporated cells,
After shaking overnight in YEPD containing 1M sorbitol,
Plates were plated twice on SC medium plates. 10 at 30 ° C
After culturing for about 100 days, about 100 colonies were observed on plates containing C. polymorpha U-2 transformed with pCPU (AX), while control plates (treated in the same way with no added DNA). The number of colonies on the cells (containing the cells of this strain) was 14. C. polymorpha U-5 showed no significant effect in conversion experiments on controls without DNA. C. Three irregular clones from the polymorpha U-2 conversion plate were first streaked on fresh SC medium and these streaks were used to prepare 100 ml of YEPD culture containing 15% glucose. Was inoculated. Control cultures were inoculated with C. polymorpha U-2. After culturing on a rotary shaker at 30 ° C. for 10 days, the xylitol content in the culture medium was analyzed by HPLC. The results of this experiment are shown in Table 6.
異なるクローン間でキシリトール生成水準における相
当な変動が観察された。それはC.ポリモルファ染色体の
異なる位置におけるプラスミドpCPU(AX)の組み込みの
効果であるかもしれない。菌株C.ポリモルファU−2::p
CPU(AX)−2は多分復帰変異体でありそして真の被転
換体ではない。しかしながら、これらの実験はアラビト
ール−キシリトール工程もC.ポリモルファ中に加えられ
ていれるかもしれないことを明白に示していた。 Considerable variability in xylitol production levels was observed between different clones. It may be the effect of integration of the plasmid pCPU (AX) at different locations on the C. polymorpha chromosome. Strain C. polymorpha U-2 :: p
CPU (AX) -2 is probably a revertant and not a true transformant. However, these experiments clearly showed that an arabitol-xylitol step could also be incorporated into C. polymorpha.
実施例8
酸化性燐酸ペントース工程の酵母のクローン化および耐
浸透圧性酵母中でのそれらの過剰発現
酸化性燐酸ペントース工程の第一酵素であるD−グル
コース−6−ホスフェート脱水素酵素をS.セレヴィシエ
中でAZWF1遺伝子によりコードづけした。この遺伝子の
配列は既知である(ノガエ(Nogae)T.およびジョンス
トン(Johnston),M.、Gene、96:161−19(1990);ト
ーマス(Thomas)D.他、The EMBO J.、10:547−553(19
91))。完成コードづけ領域である5′−非コードづけ
領域の600bpおよび3′−非コードづけ領域の450bpを含
む遺伝子を2種のオリゴヌクレオチド類:
CAGGCCGTCGACAAGGATCTCGTCTC(5′−オリゴヌクレオチ
ド)[配列番号:3]および
AATTAGTCGACCGTTAATTGGGGCCACTGAGGC(3′−オリゴヌ
クレオチド)[配列番号:4]を使用するPCRによりクロ
ーン化した。ノガエ,T.およびジョンストン,M.、Gene、
96:161−19(1990)に記載されている通りのD−グルコ
ース−6−ホスフェート脱水素酵素の番号指定におい
て、5′−オリゴヌクレオチドを位置982−1007におい
てアニーリングし、そして3′−オリゴヌクレオチドを
位置3523−3555においてアニーリングした。染色体DNA
をS.セレヴィシエ菌株GRF18から実施例3に記載されて
いる方法により単離した。PCRパラメーターは実施例3
中と同じであった。ZWF1遺伝子を含有する増幅されたDN
AフラグメントをSal Iで消化させそして同じ制限酵素で
消化させたpUC19中でクローン化してプラスミドpUC(ZW
F)を生じた。クローン化された遺伝子の同定を制限分
析により検査した。Example 8 Cloning of Oxidative Phosphate Pentose Step Yeasts and Their Overexpression in Osmophilic Yeasts The first enzyme of the oxidative phosphate pentose step, D-glucose-6-phosphate dehydrogenase, was added to S. cerevisiae. Encoded by the AZWF1 gene. The sequence of this gene is known (Nogae T. and Johnston, M., Gene, 96: 161-19 (1990); Thomas D. et al., The EMBO J., 10: 547-553 (19
91)). Two kinds of oligonucleotides having a gene containing 600 bp of the 5'-noncoding region and 450 bp of the 3'-noncoding region which are the complete coding region: CAGGCCGTCGACAAGGATCTCGTCTC (5'-oligonucleotide) [SEQ ID NO: 3] And cloned by PCR using AATTAGTCGACCGTTAATTGGGGCCACTGAGGC (3'-oligonucleotide) [SEQ ID NO: 4]. Nogae, T. and Johnston, M., Gene,
96: 161-19 (1990), numbering the D-glucose-6-phosphate dehydrogenase, the 5'-oligonucleotide was annealed at position 982-1007, and the 3'-oligonucleotide Was annealed at positions 3523-3555. Chromosomal DNA
Was isolated from S. cerevisiae strain GRF18 by the method described in Example 3. PCR parameters are in Example 3
It was the same as the inside. Amplified DN containing the ZWF1 gene
The A fragment was digested with Sal I and cloned into pUC19 digested with the same restriction enzymes to generate plasmid pUC (ZW
F) occurred. The identity of the cloned gene was examined by restriction analysis.
燐酸ペントースの第二酵素である6−ホスホグルコン
酸脱水素酵素を大腸菌中でgnd遺伝子によりコードづけ
した。この遺伝子のオリゴヌクレオチド配列は既知であ
る(ナソフ(Nasoff),M.S.他、Gene、27:253−264(19
84))。大腸菌からのgnd遺伝子をクローン化するため
に、染色体DNAを大腸菌の菌株HB101からクレブシエラ・
テリゲナDNAの単離のために使用された方法(実施例
1)と同じ方法により単離した。gnd遺伝子のPCR増幅用
のオリゴヌクレオチド類
(GCGAAGCTTAAAAATGTCCAAGCAACAGATCGGCG[配列番号:
5]および
GCGAAGCTTAGATTAATCCAGCCATTCGGTATGG[配列番号:6]を
設計してコードづけ領域だけを増幅しそして初期化コド
ンのすぐ上流に且つ停止コドンのすぐ下流にHind III部
位を加えた。ナソフ,M.S.他、Gene、27:253−264(198
4)に記載されている通りのD−グルコース−6−ホス
フェート脱水素酵素の番号指定において、5′−オリゴ
ヌクレオチドを位置56−78においてアニーリングし、そ
して3′−オリゴヌクレオチドを位置1422−1468におい
てアニーリングした。増幅させたDNAフラグメントをHin
d IIIで消化させそしてHind III消化させたベクターpUC
19と連結反応させた。生じたプラスミドpUC(gnd)の10
個の独自の明らかに同一のクローンをプールした。これ
はPCR増幅中に加えられたかもしれない配列誤差に伴う
起こり得る問題を避けるために行われた。pUC(gnd)プ
ールからの1.4kb Hind IIIを発現ベクターpAAH5(アン
メラー(Ammerer)、Meth.Enzymol.、101:192−203(19
83))中に移すことにより、gnd遺伝子のコードづけ領
域をS.セレヴィシエADC Iプロモーターおよび転写ター
ミネーターと融合させた。生じたプラスミドpAAH(gn
d)の数個の独立クローンを塩化リチウム方法(イトウ
他、J.Bacteriol.、153:163−168(1983))によりS.セ
レヴィシエ菌株GRF18中に移し、そして6−ホスホ−D
−グルコネート脱水素酵素の活性を被転換体中で測定し
た。全ての被転換体において、6−ホスホ−D−グルコ
ネート脱水素酵素の活性は転換されていない宿主と比べ
て数倍高められ、それは細菌性6−ホスホ−D−グルコ
ネート脱水素酵素が酵母中で効果的に発現可能であるこ
とを示している。酵母中で最高活性を生じたpAAH(gn
d)のクローンをその後の構造用に選択した。ZWF1およ
びgnd遺伝子のクローン化並びにpAAH(gnd)プラスミド
の構造は図8および8aに示されている。The second enzyme of phosphate pentose, 6-phosphogluconate dehydrogenase, was encoded by the gnd gene in E. coli. The oligonucleotide sequence of this gene is known (Nasoff, MS et al., Gene, 27: 253-264 (19
84)). In order to clone the gnd gene from E. coli, chromosomal DNA was cloned from E. coli strain HB101 into Klebsiella
It was isolated by the same method used for the isolation of Terigena DNA (Example 1). Oligonucleotides for PCR amplification of gnd gene (GCGAAGCTTAAAAATGTCCAAGCAACAGATCGGCG [SEQ ID NO:
5] and GCGAAGCTTAGATTAATCCAGCCATTCGGTATGG [SEQ ID NO: 6] to amplify only the coding region and add a Hind III site immediately upstream of the reprogramming codon and immediately downstream of the stop codon. Nasov, MS et al., Gene, 27: 253-264 (198
In the D-glucose-6-phosphate dehydrogenase numbering as described in 4), the 5'-oligonucleotide was annealed at positions 56-78 and the 3'-oligonucleotide was at positions 1422-1468. Annealed. Hin the amplified DNA fragment
Vector pUC digested with dIII and digested with HindIII
It was ligated with 19. 10 of the resulting plasmid pUC (gnd)
One unique and clearly identical clone was pooled. This was done to avoid possible problems with sequence errors that may have been added during PCR amplification. The expression vector pAAH5 (Ammerer, Meth. Enzymol., 101: 192-203 (19
83)) to fuse the coding region of the gnd gene with the S. cerevisiae ADC I promoter and transcription terminator. The resulting plasmid pAAH (gn
Several independent clones of d) were transferred into the S. cerevisiae strain GRF18 by the lithium chloride method (Ito et al., J. Bacteriol., 153: 163-168 (1983)) and 6-phospho-D.
-The activity of gluconate dehydrogenase was measured in the transformants. In all of the transformants, the activity of 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase was increased several times as compared to the non-transformed host because bacterial 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase was found in yeast. It shows that it can be effectively expressed. PAAH (gn produced the highest activity in yeast)
The clone of d) was selected for subsequent construction. Cloning of the ZWF1 and gnd genes and the structure of the pAAH (gnd) plasmid are shown in Figures 8 and 8a.
耐浸透圧酵母宿主中でD−グルコース−6−ホスフェ
ート脱水素酵素および6−ホスホ−D−グルコネート脱
水素酵素遺伝子の両者を同時に過剰発現させるために、
プラスミドpSRT(ZG)を構成した。このプラスミドを構
成するための方法は図9に示されている。簡単に述べる
と、プラスミドpAAH(gnd)からの6−ホスホ−D−グ
ルコネート脱水素酵素発現カセットを3.1kb BamHIDNA
フラグメントとしてBamH I切断pUC19の中に移した。生
じたプラスミドpUC(ADHgnd)をSac IおよびXba Iを用
いる分裂させ、そして3.1kb DNAフラグメントをアガロ
ースゲル電気泳動により精製した。このフラグメントを
2個の他のDNAフラグメントであるSac Iを用いる消化お
よびPst Iを用いる部分的消化により得られたpUC(ZW
F)の2.5kbフラグメントとPst IおよびXba Iで消化され
たプラスミドpSRT(AX)−9(実施例3)のベクターフ
ラグメントに連結反応させた。生じたプラスミドpSRT
(ZG)の構造は制限分析により確認された。Z.ロウキシ
イATCC13356をpSRT(ZG)を用いて(実施例4に記載さ
れている方法により)転換させた後に、D−グルコース
−6−ホスフェート脱水素酵素および6−ホスホ−D−
グルコネート脱水素酵素の活性を転換させた菌株中で測
定した。両方の酵素は転換させた菌株中では転換させな
かった対照より約20倍ほど高い活性を有していた(表
7)。同様な方法を使用して他の酵母種中で燐酸ペント
ース工程の酸化性部分の酵素をコードづけする2種の遺
伝子の過剰発現を得ることができる。しかしながら、サ
ッカロミセスまたはジゴサッカロミセス以外のほとんど
の酵母種中に染色体外プラスミドとして保持可能なベク
ターがないため、組み込み転換がそのような宿主用の唯
一の有用な方法である。好ましい型の組み込みベクター
はリボソームDNA座における組み込み用に目標づけされ
たベクターであり、その理由はこの型のベクターは高い
コピー数組み込みを与え且つその結果としてより高い発
現水準を与えるからである(ロペス(Lopes),T.S.他、
Gene、79:199−206 1989))。To simultaneously overexpress both the D-glucose-6-phosphate dehydrogenase and 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase genes in osmotic tolerant yeast hosts,
The plasmid pSRT (ZG) was constructed. The method for constructing this plasmid is shown in FIG. Briefly, the 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase expression cassette from plasmid pAAH (gnd) was cloned into a 3.1 kb BamHI DNA
The fragment was transferred into BamHI cut pUC19. The resulting plasmid pUC (ADHgnd) was split with Sac I and Xba I and the 3.1 kb DNA fragment was purified by agarose gel electrophoresis. This fragment was obtained by digestion with two other DNA fragments, Sac I and partial digestion with Pst I, resulting in pUC (ZW
The 2.5 kb fragment of F) was ligated to the vector fragment of plasmid pSRT (AX) -9 (Example 3) digested with Pst I and Xba I. The resulting plasmid pSRT
The structure of (ZG) was confirmed by restriction analysis. After conversion of Z. rouxii ATCC 13356 with pSRT (ZG) (by the method described in Example 4), D-glucose-6-phosphate dehydrogenase and 6-phospho-D-
The activity of gluconate dehydrogenase was measured in the transformed strain. Both enzymes were about 20 times more active in the transformed strains than the unconverted controls (Table 7). Similar methods can be used to obtain overexpression of two genes encoding enzymes for the oxidative part of the phosphate pentose process in other yeast species. However, integration conversion is the only useful method for such a host because there is no vector in most yeast species other than Saccharomyces or Digosaccharomyces that can be retained as an extrachromosomal plasmid. A preferred type of integration vector is a vector targeted for integration at the ribosomal DNA locus, because this type of vector provides high copy number integration and consequently higher expression levels (Lopez). (Lopes), TS, etc.
Gene, 79: 199-206 1989)).
実施例9
酵母中のトランスケトラーゼ異性体の構成
酵母中のトランスケトラーゼ異性体は最も一般的には
部位指定遺伝子破壊方法により得られるが、一般的な化
学的変異生成も適用可能である。遺伝子破壊技術を適用
するためには変異生成が望まれる酵母種からクローン化
された同種トランスケトラーゼ遺伝子が一般的に必要で
あるが、時には非常に近い関連種からの異種クローンを
使用することもできる。S.セレヴィシエからのトランス
ケトラーゼの配列は既知である(フレッチャー(Fletch
er),T.S.およびウィー(Kwee),I.L.、EMBL DNA配列
ライブラリー、ID:SCTRANSK、受け入れ番号M63302)。
この配列を使用して、S.セレヴィシエ・トランスケトラ
ーゼ遺伝子をPCR.オリゴヌクレオチド類
AGCTCTAGAAATGACTCAATTCACTGACATTGATAAGCTAGCCG[配列
番号:8]によりクローン化し、そしてトランスケトラー
ゼ遺伝子を含有するDNAフラグメントの増幅用のS.セレ
ヴィシエからの染色体DNA(上記の如くして単離され
た)を使用した。(フレッチャー,T.S.およびウィー,I.
L.、EMBL DNA配列ライブラリー、ID:SCTRANSK、受け入
れ番号M63302)に記載されている如きトランスケトラー
ゼの番号指定において5′−オリゴヌクレオチドを位置
269−304においてアニーリングしそして3′−オリゴヌ
クレオチドを位置2271−2305においてアニーリングし
た。フラグメントをXba IおよびEcoR Iを用いて消化さ
せそして同じ酵素で分裂させたpUC19中でクローン化し
た。生じたプラスミドpUC(TKT)の制限分析は、クロー
ン化されたDNAフラグメントの同定を確認した。このプ
ラスミドをBgl IIおよびCla Iを用いて切断し、そして
大きいDNAフラグメントをアガロース電気泳動により精
製した。このフラグメントをプラスミpUT332から単離さ
れた2個のDNAフラグメント(ガチグノール(Gatigno
l),A.他、Gene、91:35−41(1990)):;URA3遺伝子お
よびブレオマイシン抵抗性遺伝子の3′−部分を担持す
るCla I−Pst Iフラグメント並びに酵母TEF1(転写伸長
ファクター1)プロモーターおよびブレオマイシン抵抗
性遺伝子コードづけ配列の5′−部分を担持するBamH I
−Pst I DNAフラグメントと連結反応させた。上記の連
結反応混合物を用いる大腸菌の転換およびプラスミドク
ローンの制限分析後に、プラスミドpTKT(BLURA)を単
離した。このプラスミドはS.セレヴィシエ・トランスケ
トラーゼ遺伝子のコードづけ配列を含有しており、その
中でCla IおよびBgl II部位間の90bpフラグメントがTEF
1プロモーターおよびCYC1転写ターミネーターの調節下
でS.セレヴィシエ中で選択可能な2つのマーカーすなわ
ちURA3遺伝子およびブレオマイシン抵抗性遺伝子のフラ
グメントで置換されている。このプラスミドを使用し
て、塩化リチウム方法(イトウ他、J.Bacterol.、153:1
63−168(1983))によりS.セレヴィシエ菌株DBY746(A
TCC44773;MATα his3A1 leu2−3,112 ura3−52 trp
l−289)をプレオマイシン抵抗性(10μg/mlのYEPD培地
中フレオマイシン)に転換させた。被転換体をウラシル
原栄養性およびD−キシルロース上での成長能力に関し
て試験した。その中の3個がD−キシルロース上では減
じられた成長を示したものであるような5個のURA3クロ
ーンを100mlの培養物中で成長させ、ガラスビーズと共
に振ることにより細胞抽出物を製造し、そしてトランス
ケトラーゼ活性を粗製抽出物中で測定した。検定は、3m
M塩化マグネシウム、0.1mMピロ燐酸チアミン、0.25mM
NADH、および0.2mg/ml牛血清アルブミンを含有する0.1M
グリシル−グリシン緩衝液、pH7.6の中で行われた。測
定直前に、0.5M D−キシロース−5−ホスフェートお
よび0.5Mリボース−5−ホスフェートを含有する3μl
の溶液を1mlの上記緩衝液に加え、その後に7.5Uのトリ
オースホスフェート・イソメラーゼおよび1.5Uのα−グ
リセロホスフェート脱水素酵素(両者ともシグマから)
を加えた。菌株DBY746の細胞抽出物を対照として使用し
た。DBY746の粗製抽出物およびD−キシロース上の非遅
延成長の2個の被転換体中のトランスケトラーゼ活性は
約0.25U/mgの蛋白質において容易に測定可能であった。
D−キシロース上での減じられた成長の3個の被転換体
は我々の方法の検出限度以下のトランスケトラーゼ活性
(野生型より少なくとも20倍低い)を有していた。D−
グルコース−6−ホスフェート脱水素酵素および6−ホ
スホ−D−グルコネート脱水素酵素の活性も細胞抽出物
の製造中に起こりうる酵素不活性化用の対照として測定
した。これらの2種の酵素の活性は全ての6種の菌株中
で非常に似ていた。従って、D−キシロース上で劣悪に
成長した3個のクローンがトランスケトラーゼ遺伝子中
で変異体を含有していたことが結論づけられた。破壊さ
れたトランスケトラーゼ遺伝子を有する菌株の成長は芳
香族アミノ酸フェニルアラニンおよびチロシンが欠けた
合成培地上では幾分遅延したが、効果はD−キシロース
利用に対するこの変異体の影響より小さかった。 Example 9 Construction of transketolase isomers in yeast Transketolase isomers in yeast are most commonly obtained by site-directed gene disruption methods, but general chemical mutagenesis is also applicable. Applying gene disruption techniques generally requires a homologous transketolase gene cloned from the yeast species for which mutagenesis is desired, although sometimes heterologous clones from closely related species can also be used. it can. The sequence of the transketolase from S. cerevisiae is known (Fletch (Fletch
er), TS and Kwee, IL, EMBL DNA sequence library, ID: SCTRANSK, accession number M63302).
This sequence is used to clone the S. cerevisiae transketolase gene by PCR. Oligonucleotides AGCTCTAGAAATGACTCAATTCACTGACATTGATAAGCTAGCCG [SEQ ID NO: 8] and from S. cerevisiae for amplification of a DNA fragment containing the transketolase gene. Chromosomal DNA of (isolated as above) was used. (Fletcher, TS and Wee, I.
L., EMBL DNA Sequence Library, ID: SCTRANSK, Accession No. M63302) to locate the 5'-oligonucleotide in the transketolase numbering as described in
Annealed at 269-304 and 3'-oligonucleotides at positions 2271-2305. The fragment was digested with Xba I and EcoR I and cloned in pUC19 which had been cleaved with the same enzymes. Restriction analysis of the resulting plasmid pUC (TKT) confirmed the identity of the cloned DNA fragment. This plasmid was cut with Bgl II and Cla I and the large DNA fragment was purified by agarose electrophoresis. This fragment was isolated from plasmid pUT332 as two DNA fragments (Gatignol (Gatigno).
l), A. et al., Gene, 91: 35-41 (1990)) ;; URA3 gene and Cla I-Pst I fragment carrying the 3'-part of the bleomycin resistance gene and yeast TEF1 (transcription elongation factor 1). BamHI carrying a promoter and the 5'-part of the bleomycin resistance gene coding sequence.
Ligated with Pst I DNA fragment. Plasmid pTKT (BLURA) was isolated after transformation of E. coli with the above ligation mixture and restriction analysis of plasmid clones. This plasmid contains the coding sequence for the S. cerevisiae transketolase gene, in which the 90 bp fragment between the Cla I and Bgl II sites is the TEF.
It is replaced by two selectable markers in S. cerevisiae under the control of the 1 promoter and the CYC1 transcription terminator, the URA3 gene and a fragment of the bleomycin resistance gene. Using this plasmid, the lithium chloride method (Ito et al., J. Bacterol., 153: 1)
63-168 (1983)) S. cerevisiae strain DBY746 (A
TCC44773; MATα his3A1 leu2−3,112 ura3−52 trp
l-289) was converted to pleomycin resistance (10 mg / ml phleomycin in YEPD medium). The transformants were tested for uracil prototrophy and ability to grow on D-xylulose. Five URA3 clones, three of which showed reduced growth on D-xylulose, were grown in 100 ml of culture and shaken with glass beads to produce a cell extract. , And transketolase activity was measured in the crude extract. The test is 3m
M magnesium chloride, 0.1 mM thiamine pyrophosphate, 0.25 mM
NADH and 0.1M containing 0.2mg / ml bovine serum albumin
Performed in glycyl-glycine buffer, pH 7.6. Immediately before measurement, 3 μl containing 0.5 M D-xylose-5-phosphate and 0.5 M ribose-5-phosphate
Was added to 1 ml of the above buffer, followed by 7.5 U of triose phosphate isomerase and 1.5 U of α-glycerophosphate dehydrogenase (both from Sigma).
Was added. A cell extract of strain DBY746 was used as a control. The transketolase activity in the crude extract of DBY746 and the two non-delayed transformants on D-xylose was readily measurable at approximately 0.25 U / mg protein.
Three transformants of reduced growth on D-xylose had transketolase activity (at least 20-fold lower than wild type) below the detection limit of our method. D-
The activities of glucose-6-phosphate dehydrogenase and 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase were also measured as controls for possible enzyme inactivation during the production of cell extracts. The activities of these two enzymes were very similar in all 6 strains. Therefore, it was concluded that three poorly growing clones on D-xylose contained a mutation in the transketolase gene. Growth of strains carrying the disrupted transketolase gene was somewhat delayed on synthetic medium lacking the aromatic amino acids phenylalanine and tyrosine, but the effect was less than the effect of this mutant on D-xylose utilization.
他の酵母種からのトランスケトラーゼ遺伝子は上記の
S.セレヴィシエ中のトランスケトラーゼ変異体の相補に
より簡単にクローン化することができる。好適には、適
当なベクター(例えば、既知のプラスミドYEp1 3)中
での非−サッカロミセス酵母菌株の遺伝子ライブラリー
を構成し、このライブラリーをトランスケトラーゼ変異
体(例えば、上記の遺伝子破壊により得られる変異体)
を担持するS.セレヴィシエ菌株に転換させそしてD−キ
シロース上での回復された成長の被転換体を選択するこ
とにより、クローン化を行うことができる。プラスミド
DNAはそのようなD−キシロース−陽性被転換体から救
済させそして同じ受容体菌株を転換させるために使用す
ることができる。この被転換体からの全てのクローンは
D−キシロース上で良好に成長しるはずである。トラン
スケトラーゼ活性は被転換体から測定することができ、
そして意義ある水準のその再出現性はクローン化された
遺伝子の同定の証明となる。追加のおよび最終的な証明
はクローン化されたDNAの短い伸長部を配列させそして
S.セレヴィシエ・トランスケトラーゼ遺伝子配列と同種
の配列の片を見いだすことによりまたはS.セレヴィシエ
からの自生トランスケトラーゼクローンを用いてクロー
ン化されたDNAフラグメントのハイブリッド生成を示す
ことにより行われる。或いは、クローン化方法は非−サ
ッカロミセス酵母の遺伝子ライブラリーからのトランス
ケトラーゼ遺伝子を含有するクローンを選択するための
主要方法としてのDNAハイブリッド生成を基にしてもよ
い。S.セレヴィシ・エトランスケトラーゼ遺伝子のフラ
グメントをコロニーまたはプラークハイブリッド生成実
験用のプローブとして使用することができ、そして最強
のハイブリッド生成信号を与えるクローンを部分的配列
化によりさらに分析することができる。Transketolase genes from other yeast species are described above.
It can be easily cloned by complementation of transketolase variants in S. cerevisiae. Suitably, a gene library of non-Saccharomyces yeast strains is constructed in a suitable vector (eg the known plasmid YEp13) and this library is obtained by transketolase mutants (eg by gene disruption as described above). Mutants)
Cloning can be performed by converting to S. cerevisiae strains carrying S. cerevisiae and selecting for transformants with restored growth on D-xylose. Plasmid
DNA can be rescued from such D-xylose-positive transformants and used to transform the same recipient strains. All clones from this transformant should grow well on D-xylose. Transketolase activity can be measured from transformants,
And a significant level of its re-emergence is proof of the identity of the cloned gene. Additional and final proof is to sequence a short stretch of cloned DNA and
This is done by finding a piece of sequence homologous to the S. cerevisiae transketolase gene sequence or by demonstrating the hybridisation of a cloned DNA fragment using an autologous transketolase clone from S. cerevisiae. Alternatively, the cloning method may be based on DNA hybridization as the primary method for selecting clones containing the transketolase gene from a non-Saccharomyces yeast gene library. Fragments of the S. cerevisiae transketolase gene can be used as probes for colony or plaque hybridization experiments, and the clones giving the strongest hybridization signals can be further analyzed by partial sequencing.
選択された酵母種からのトランスケトラーゼ遺伝子の
クローン化用にどの方法を使用しても、この酵母中の変
異体トランスケトラーゼ遺伝子を得るためのその後の段
階は同じである。クローン化されたDNAフラグメント
は、部分的制限地図を作成しそして好適にはトランスケ
トラーゼ遺伝子のコードづけ領域を局在化することによ
り、同定すべきである。次に、選択された酵母中の選択
可能マーカーとして機能しうるDNAの片をこのフラグメ
ントのいずれかの端部から数百個のbpより近くないトラ
ンスケトラーゼ遺伝子含有DNAフラグメント中に挿入し
た。プラスミドpUT332からの上記カセットの如き強い酵
母プロモーターの調節下で細菌性フレオマイシン遺伝子
を含有するカセットを、例えば、優性選択性マーカーと
して多くの酵母種用に使用することができた。トランス
ケトラーゼ遺伝子のコードづけ領域を挿入されたDNAに
より破壊するか、または好適には挿入されたDNA構造を
次にS.セレヴィシエ中でトランスケトラーゼ変異体を得
るための上記方法と同様な方法により選択された酵母中
のトランスケトラーゼ遺伝子の染色体コピーを破壊する
ために使用できるような方式で、選択性マーカーを担持
するDNAフラグメントの挿入を行うことが必須である。
いずれの適当な転換方法でも使用することができ、好適
な方法はプロトプラスト転換および電気穿孔である。破
壊されたトランスケトラーゼ遺伝子を担持するクローン
の選択はS.セレヴィシエ用の上記方法と同様にして行う
ことができる。また、サザーンハイブリッド生成による
トランスケトラーゼ染色体領域の構造分析を変法として
または他の方法に加えて使用することができる。Whatever method is used to clone the transketolase gene from the selected yeast species, the subsequent steps to obtain the mutant transketolase gene in this yeast are the same. The cloned DNA fragment should be identified by creating a partial restriction map and preferably localizing the coding region of the transketolase gene. A piece of DNA that could serve as a selectable marker in the selected yeast was then inserted into a DNA fragment containing the transketolase gene no closer than a few hundred bp from either end of this fragment. Cassettes containing the bacterial phleomycin gene under the control of a strong yeast promoter, such as the above cassette from plasmid pUT332 could be used for many yeast species, eg as a dominant selectable marker. A method similar to the above method for disrupting the coding region of the transketolase gene with the inserted DNA or, preferably, the inserted DNA structure is then obtained in S. cerevisiae with transketolase variants. It is essential to insert the DNA fragment carrying the selectable marker in such a way that it can be used to disrupt the chromosomal copy of the transketolase gene in the yeast selected by.
Any suitable conversion method can be used, the preferred methods being protoplast conversion and electroporation. Selection of clones carrying the disrupted transketolase gene can be performed in the same manner as the above method for S. cerevisiae. Also, structural analysis of transketolase chromosomal regions by Southern hybridization can be used as a modification or in addition to other methods.
実施例10
D−リブロキナーゼ遺伝子のクローン化
D−リブロキナーゼ遺伝子をクローン化するための好
適な方法はD−アラビトール脱水素酵素のクローン化に
関して実施例1に記載されている方法と同様である。例
えば大腸菌およびクレブシエラ・アエロゲネス(Klebsi
ella aerogenes)の如き数種の細菌中のD−リブロキナ
ーゼがリビトール利用オペロンの一部であることは既知
である(ロヴィニー(Loviny),T.他、Biochem.J.、23
0:579−585(1985))。大腸菌B菌株はこのオペロンを
含有せず従ってリビトールを炭素源として利用できない
ことも既知である。従って、大腸菌B菌株(例えば一般
的な研究室菌株HB101およびJM103または高い効率で転換
しうる菌株、例えばストラタゲンからのSCS1またはXL1
−Blue)をいずれかの適当なベクター、好適にはpUC19
中で構成されたリビトール−利用細菌の遺伝子ライブラ
リーを用いて転換させることができる。例えばクレブシ
エラ・テリゲナの如き非−病原性細菌種がD−リブロキ
ナーゼ遺伝子単離用の好適な原料有機体である。リビト
ールを単一炭素源として含有する最小培地上で成長可能
な大腸菌被転換体を次に選択することができる。そのよ
うなリビトール−陽性クローンからのプラスミドDNAを
単離しそして大腸菌B菌株を再転換させるために使用す
ることができる。そのような再転換からの全ての被転換
体は単一炭素源としてのリビトール上で成長させるべき
である。クローン化された挿入部の制限地図を次に作成
することができる。この地図を使用して、元のクローン
の種々の削除誘導体を製造しそして上記の機能試験によ
りリビトールオペロンの保有に関して分析することがで
きる。数個の連続的削除を行ってリビトールオペロンを
担持するDNAフラグメントの寸法を3.5−4kb(K.アエロ
ゲネス中のこのオペロンの寸法)に最少化できる。最後
に、D−リブロキナーゼ遺伝子の(部分的)ヌクレオチ
ド配列を測定しそして適当な天然産出制限部位を使用す
るかまたはそのような部位の導入用の既知のPCR技術を
使用してこの遺伝子のコードづけ領域を励起できる。D
−リブロキナーゼ遺伝子は他の宿主、好適には酵母中
で、例えばD−リブロキナーゼ遺伝子のコードづけ領域
を適当なプロモーターおよび転写ターミネーターと融合
させ、発現カセットを選択された宿主の転換用に適する
ベクターに移し、被転換体を得て、そして最後にD−リ
ブロキナーゼ発現の効果を変動させるような標準的工程
を含む方法により発現させることができる。Example 10 Cloning of the D-librokinase gene The preferred method for cloning the D-ribrokinase gene is similar to the method described in Example 1 for cloning the D-arabitol dehydrogenase. For example, E. coli and Klebsiella aerogenes (Klebsi
It is known that D-librokinase in several bacteria such as E. aerogenes) is part of the ribitol-utilizing operon (Loviny, T. et al., Biochem. J., 23.
0: 579-585 (1985)). It is also known that E. coli B strain does not contain this operon and therefore cannot utilize ribitol as a carbon source. Therefore, E. coli B strains (eg common laboratory strains HB101 and JM103 or strains which can be converted with high efficiency, eg SCS1 or XL1 from Stratagen).
-Blue) to any suitable vector, preferably pUC19
The gene library of ribitol-utilizing bacteria constructed in can be used for conversion. Non-pathogenic bacterial species, such as Klebsiella terrigena, are suitable source organisms for the isolation of the D-librokinase gene. E. coli transformants capable of growing on minimal medium containing ribitol as the sole carbon source can then be selected. Plasmid DNA from such ribitol-positive clones can be isolated and used to retransform E. coli B strains. All transformants from such reconversion should be grown on ribitol as the sole carbon source. A restriction map of the cloned insert can then be created. Using this map, various deleted derivatives of the original clone can be produced and analyzed for possession of the ribitol operon by the functional tests described above. The size of the DNA fragment carrying the ribitol operon can be minimized to 3.5-4 kb (size of this operon in K. aerogenes) by making several consecutive deletions. Finally, the (partial) nucleotide sequence of the D-librokinase gene was determined and the code for this gene was made using the appropriate naturally occurring restriction sites or using known PCR techniques for the introduction of such sites. It is possible to excite the attached region. D
A vector suitable for conversion of the expression cassette in another host, preferably yeast, for example by fusing the coding region of the D-librokinase gene with an appropriate promoter and transcription terminator, in another host, preferably yeast. , Transformants are obtained and finally expressed by methods including standard steps such as varying the effects of D-riblokinase expression.
実施例11
D−リブロース−5−ホスフェート−3−エピメラーゼ
遺伝子のクローン化および過剰発現
同種D−リブロース−5−ホスフェート−3−エピメ
ラーゼをパン酵母(工業用サッカロミセス・セレヴィシ
エ酵母)から単離する方法は既知である(ウィリアムソ
ン(Williamson),W.T.他、Meth.Enzymol.、9:605−608
(1966))。酵素を単離することができ、そしてN−末
端並びに部分的内部アミノ酸配列を一般的に既知の方法
により測定することができる。次にこのようにして得ら
れた部分的アミノ酸配列を使用して、逆翻訳として知ら
れている方法により、オリゴヌクレオチドの配列を生成
することができ、次にそれを使用してポリメラーゼ鎖反
応を準備することができる。PCRにより生成されたDNAフ
ラグメントをハイブリッド生成プローブとして使用して
D−リブロース−5−ホスフェート−3−エピメラーゼ
遺伝子の全長コピー用の酵母遺伝子ライブラリーをスク
リーニングできる。他の酵母宿主中でD−リブロース−
5−ホスフェート−3−エピメラーゼ遺伝子を過剰発現
させるための好適な方法はそれを希望する宿主中の高い
コピー数を有するベクター(例えば、Z.ロイキシイ用の
pSRT303Dベクター)中でクローン化する方法である。遺
伝子を過剰発現させるための別のそしてさらに有効な方
法は、翻訳開始コドン周辺のD−リブロース−5−ホス
フェート−3−エピメラーゼ遺伝子の少なくとも部分的
なヌクレオチド配列を決定しそしてこの情報をD−リブ
ロース−5−ホスフェート−3−エピメラーゼ遺伝子の
コードづけ配列を単離するためおよびそれを選択された
宿主中で効果的に機能することが知られているプロモー
ターと融合させるために使用する方法である。Example 11 Cloning and overexpression of the D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase gene The method for isolating the homologous D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase from baker's yeast (industrial Saccharomyces cerevisiae yeast) is as follows: Known (Williamson, WT et al., Meth. Enzymol., 9: 605-608.
(1966)). The enzyme can be isolated and the N-terminus as well as the partial internal amino acid sequence can be determined by commonly known methods. The partial amino acid sequence thus obtained can then be used to generate a sequence of oligonucleotides by a method known as back translation, which is then used to carry out the polymerase chain reaction. Can be prepared. The DNA fragment generated by PCR can be used as a hybridization probe to screen a yeast gene library for full-length copies of the D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase gene. D-ribulose-in other yeast hosts
A preferred method for overexpressing the 5-phosphate-3-epimerase gene is a vector with a high copy number in the host in which it is desired (eg, for Z. leucii).
pSRT303D vector). Another and more efficient method for overexpressing a gene is to determine at least a partial nucleotide sequence of the D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase gene around the translation initiation codon and provide this information to D-ribulose. The method used to isolate the coding sequence for the -5-phosphate-3-epimerase gene and to fuse it with a promoter known to function effectively in the host of choice.
実施例12
D−キシルロキナーゼ遺伝子のクローン化およびD−キ
シルロキナーゼ変異体の構造
D−キシルロキナーゼ(EC2.7.1.17)を異なる酵母種
からクローン化する方法は記載されている(ホー(H
o),N.W.Y.他、Enzyme Microbiol.Technol.、11:417−4
21(1989);スティーヴィス(Stevis),P.E.他、Appli
ed and Environmental Microbiol.、53:2975−2977(19
87))。また、S.セレヴィシエ中で遺伝子破壊によりD
−キシルロキナーゼ変異体を構成するための方法も記載
されている(スティーヴィス,P.E.他、Appl.Biochem.Bi
otechnol.、20:327−334(1989))。他の酵母中でD−
キシルロキナーゼ変異体を構成するために同様な方法を
使用できる。S.セレヴィシエ以外の酵母種に関しては、
D−キシルロキナーゼ遺伝子用に使用される共通マーカ
ーは好適には優性抗生物質抵抗性マーカーである(実施
例9参照)。或いは、化学的(例えば、メタンスルホン
酸エチルまたはアクリフラビンを用いる処理)または物
理的(紫外線、X線)変異生成を基にした古典的な変異
体構成方法を使用することもできる。変異体富裕化は、
変異生成細胞を単一炭素源としてのD−キシルロース上
で成長細胞だけを死滅させる抗生物質(ニスタチン)の
存在下で成長させることにより行うことができる。D−
キシルロキナーゼ変異体が成長用の単一炭素源としてD
−キシルロースを利用できないという性質をを変異体の
選択用に使用することができる。Example 12 Cloning of the D-xylulokinase gene and structure of D-xylulokinase variants Methods for cloning D-xylulokinase (EC 2.7.1.17) from different yeast species have been described (Ho. (H
o), NWY et al., Enzyme Microbiol.Technol., 11: 417-4.
21 (1989); Stevis, PE et al., Appli
ed and Environmental Microbiol., 53: 2975-2977 (19
87)). Also, due to gene disruption in S. cerevisiae, D
-Methods for constructing xylulokinase variants have also been described (Stevis, PE et al., Appl. Biochem. Bi
Otechnol., 20: 327-334 (1989)). D- in other yeast
Similar methods can be used to construct xylulokinase variants. For yeast species other than S. cerevisiae,
The consensus marker used for the D-xylulokinase gene is preferably a dominant antibiotic resistance marker (see Example 9). Alternatively, classical mutant construction methods based on chemical (eg treatment with ethyl methanesulfonate or acriflavine) or physical (ultraviolet, X-ray) mutagenesis can be used. Mutant enrichment is
Mutagenized cells can be grown on D-xylulose as the sole carbon source in the presence of an antibiotic (nystatin) that kills only the growing cells. D-
Xylulokinase mutant D as a single carbon source for growth
The property of not being able to utilize xylulose can be used for the selection of variants.
実施例13
D−アラビトールを介してキシリトールを改良された収
率で製造する菌株
実施例4は例えばD−グルコースの如き構造的に関連
のない炭素源からD−アラビトールを重要な中間生成物
として利用する工程によりキシリトールを製造しうる酵
母菌株の構成方法を記載している。この「D−アラビト
ール工程」を利用する菌株を用いる発酵におけるキシリ
トール収率を改良するためには、D−アラビトール収率
を改良しなければならない。D−アラビトール−生成性
酵母中でD−グルコースからD−アラビトールを生ずる
工程はすでに記載されている(イングラム(Ingram),
J.M.他、J.Bacteriol. 89:1186−1194(1965))。D
−アラビトールはD−リブロース−5−ホスフェートか
ら脱ホスホリル化およびNADPH−連結D−リブロースレ
ダクターゼを用いる還元を介して製造される。D−グル
コース−6−ホスフェート脱水素酵素および6−ホスホ
−D−グルコネート脱水素酵素を用いる2つの連続的な
不可逆的脱水素化工程によるD−リブロース−6−ホス
フェートからのD−リブロース−5−ホスフェートの製
造は燐酸ペントース(または一燐酸ヘキソースシャン
ト)工程としての酸化別法として知られている一般的に
起きる工程である。燐酸ペントース工程の非−酸化別法
では、D−リブロース−5−ホスフェートは可逆的にリ
ブロース−5−ホスフェートおよびD−キシルロース−
5−ホスフェートに異性化される。リブロース−5−ホ
スフェートおよびD−キシルロース−5−ホスフェート
はトランスケトラーゼによりさらに代謝される。従っ
て、トランスケトラーゼはD−アラビトール−生成性微
生物菌株中で変異可能であり、そしてD−アラビトール
中で転化されたD−リブロース−5−ホスフェートの部
分が増加するであろう。実施例9はトランスケトラーゼ
変異体を得るための方法を記載している。D−ルビロー
ス−5−ホスフェート生合成速度を上記(実施例8)の
燐酸ペントース工程の酸化別法の酵素をコードづけする
2個の遺伝子の過剰発現により最大にすると、D−アラ
ビトール収率のさらなる増加が得られる。この方法でD
−アラビトール収率に関して最適化された菌株を次にキ
シリトール脱水素酵素およびD−アラビトール脱水素酵
素遺伝子(実施例3および4)を担持する組み換えDNA
構造を用いて転換させて、改良されたキシリトール生成
効率で菌株を生成する。EXAMPLE 13 Strains Producing Xylitol via D-Arabitol in Improved Yield Example 4 utilizes D-arabitol as a key intermediate product from a structurally unrelated carbon source such as D-glucose. The method for constructing a yeast strain capable of producing xylitol by the step of In order to improve the xylitol yield in fermentations with strains utilizing this "D-arabitol process", the D-arabitol yield must be improved. The process of producing D-arabitol from D-glucose in D-arabitol-producing yeast has been described previously (Ingram,
JM et al., J. Bacteriol. 89: 1186-1194 (1965)). D
-Arabitol is produced from D-ribulose-5-phosphate via dephosphorylation and reduction with NADPH-linked D-ribulose reductase. D-ribulose-5 from D-ribulose-6-phosphate by two successive irreversible dehydrogenation steps using D-glucose-6-phosphate dehydrogenase and 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase The production of phosphate is a commonly occurring process known as the oxidative alternative as the pentose phosphate (or hexose monophosphate shunt) process. In the non-oxidative alternative of the pentose phosphate process, D-ribulose-5-phosphate was reversibly linked to ribulose-5-phosphate and D-xylulose-.
Isomerized to 5-phosphate. Ribulose-5-phosphate and D-xylulose-5-phosphate are further metabolized by transketolase. Thus, the transketolase can be mutated in the D-arabitol-producing microbial strain, and the fraction of D-ribulose-5-phosphate converted in D-arabitol will be increased. Example 9 describes a method for obtaining transketolase variants. Maximizing the rate of D-rubyrose-5-phosphate biosynthesis by overexpression of the two genes encoding the oxidative alternative enzymes of the phosphate pentose step described above (Example 8) further increased D-arabitol yield. An increase is obtained. D this way
A strain optimized for arabitol yield, then recombinant DNA carrying the xylitol dehydrogenase and D-arabitol dehydrogenase genes (Examples 3 and 4).
The construct is transformed to produce strains with improved xylitol production efficiency.
実施例14
別工程によりキシリトールを製造する菌株
実施例4および13に従う方法はD−グルコースおよび
他の炭素源をキシリトールに転換させうる微生物菌種の
構成用の最も直接的な方法である。これらの方法は天然
産出工程を利用してD−アラビトールを種々の炭素源か
ら生成しそしてこの工程をさらに二つ反応だけ延長させ
てD−アラビトールをキシリトールに転化させる。しか
しながら、この工程が唯一の可能な工程ではない。キシ
リトールを最終的代謝生成物として生成し且つ中間生成
物としてD−アラビトールを含まない他の工程を構成す
ることもできる。すなわち、同一先駆体であるD−リブ
ロース−5−ホスフェートからキシリトールへの工程を
異なる連続的反応により実現できる。D−リブロース−
5−ホスフェート−3−エピメラーゼ(実施例11)によ
りD−リブロース−5−ホスフェートをD−キシルロー
ス−5−ホスフェートに効果的に転化させることがで
き、そしてD−キシルロース−5−ホスフェートのさら
なる転化がトランスケトラーゼ遺伝子中の変異体により
防止されるなら、集めたD−キシルロース−5−ホスフ
ェートをD−リブロース−5−ホスフェートと同じ非−
特異的ホスファターゼにより脱ホスホリル化させ(イン
グラム(Ingram),J.M.他、J.Bacteriol.、89:1186−11
94(1965))、そしてキシリトール脱水素酵素によりキ
シリトールに還元することができる(実施例3)。この
工程の実現には、無益回路:D−キシルロース−5−ホス
フェート → D−キシルロース → D−キシルロー
ス−5−ホスフェートによるエネルギー損失を最少にす
るためのD−キシルロキナーゼ遺伝子(実施例12)の不
活性化をさらに必要とする。追加の遺伝子変化であるD
−リブロキナーゼ遺伝子(E.C.2.7.1.47)の導入および
(過剰)発現により、非特異的ホスファターゼにより製
造されたD−リブロースを捕獲することによるそのよう
な菌株によって同時に起きるD−アラビトール製造を最
小にすることができる。D−リブロースは逆にD−リブ
ロース−5−ホスフェートにそしてさらにD−キシルロ
ース−5−ホスフェートに転化されるであろう。Example 14 Strains that produce xylitol by an alternative process The method according to Examples 4 and 13 is the most direct method for the construction of microbial strains capable of converting D-glucose and other carbon sources to xylitol. These methods utilize a naturally occurring process to produce D-arabitol from various carbon sources and extend this process by two additional reactions to convert D-arabitol to xylitol. However, this step is not the only possible step. Other processes can be constructed that produce xylitol as the final metabolite and do not contain D-arabitol as an intermediate. That is, the steps from the same precursor D-ribulose-5-phosphate to xylitol can be realized by different continuous reactions. D-ribulose-
5-Phosphate-3-epimerase (Example 11) can effectively convert D-ribulose-5-phosphate to D-xylulose-5-phosphate, and further conversion of D-xylulose-5-phosphate is possible. The collected D-xylulose-5-phosphate is the same non-drug as D-ribulose-5-phosphate if prevented by a mutation in the transketolase gene.
Dephosphorylation with a specific phosphatase (Ingram, JM et al., J. Bacteriol., 89: 1186-11.
94 (1965)), and can be reduced to xylitol by xylitol dehydrogenase (Example 3). In order to realize this process, a futile cycle: D-xylulose-5-phosphate → D-xylulose → D-xylulose-5-phosphate of D-xylulokinase gene (Example 12) for minimizing energy loss by phosphate Requires further inactivation. An additional genetic change, D
-Minimizing concurrent D-arabitol production by such strains by capturing non-specific phosphatase produced D-ribulose by introducing and (over) expression of the ribulokinase gene (EC2.7.1.47) can do. D-ribulose will in turn be converted to D-ribulose-5-phosphate and further to D-xylulose-5-phosphate.
実施例15
発酵機培養条件下での組み換えZ.ロウキシイ菌株の安定
性およびキシリトールの生成
延長培養中のキシリトール生成の安定性を選択的条件
(選択的培地:50mg/リットルのG418および30%グルコー
スを含有するYEPDを使用する)および非−選択的条件
(G418なしの同一培地を使用する)の両者において検査
した。1個の得られたばかりのZ.ロウキシイATCC13356
の被転換体[pSRT(AX)−9)]を200ml容量のG418含
有YEPD中で成長させた。細胞を50%グリセロール溶液中
に移しそして−70℃において1mlの部分試料中で凍結さ
せた。4個の凍結されたZ.ロウキシイ[pSRT(AX)−
9)]の部分試料を使用して選択的培地中で2個の50ml
培養物にそして非−選択的培養物中で2個に接種した。
培養物が成長の静止段階に達した(30℃および200rpmに
おいて50−60時間)後に、試料をペンチトール含有量の
HPLC分析のために採取しそして1mlの培養物を使用して
他の50mlの同一培地(選択的または非−選択的)に接種
した。成長−希釈サイクルをさらに4回繰り返した。こ
の実験の条件は大規模発酵における標準的凍結接種物か
らの組み換え菌株の増殖と似ている。この実験の結果は
表8に示されている。予期できるように、組み換え菌株
の安定性は選択的培地上の方が高い。しかしながら、非
−選択的培地中でさえキシリトール収率における減少は
約20世代後にのみ検出された。選択的条件下では、キシ
リトール製造は約30世代にわたり安定であった。Example 15 Stability of recombinant Z. rouxii strain under fermenter culture conditions and production of xylitol Selective stability of xylitol production during extended culture (selective medium: Both containing YEPD) and non-selective conditions (using the same medium without G418) were tested. 1 freshly obtained Z. rouxii ATCC 13356
[PSRT (AX) -9)] was transformed in YEPD containing G418 in a volume of 200 ml. Cells were transferred into 50% glycerol solution and frozen in 1 ml aliquots at -70 ° C. Four frozen Z. rouxii [pSRT (AX)-
2) 50ml in selective medium using subsample of 9)]
Cultures and in duplicate in non-selective cultures were inoculated.
After the culture reached the quiescent phase of growth (50-60 hours at 30 ° C and 200 rpm), the sample was tested for pentitol content.
Harvested for HPLC analysis and used 1 ml of culture to inoculate another 50 ml of the same medium (selective or non-selective). The growth-dilution cycle was repeated 4 more times. The conditions of this experiment are similar to the growth of recombinant strains from standard frozen inoculum in large scale fermentation. The results of this experiment are shown in Table 8. As one might expect, the stability of the recombinant strain is higher on selective medium. However, a decrease in xylitol yield was detected only after about 20 generations, even in non-selective media. Under selective conditions, xylitol production was stable for about 30 generations.
転換されたZ.ロウキシイの凍結原料の部分試料を使用
し1リットルの下記組成(1リットル当たり)を有する
培地を含有する2リットル発酵機に接種した:0.1gのNaC
l、6.8gの燐酸カリウム、0.5gの硫酸アンモニウム、20g
の酵母抽出物および400gのグルコース、50mgのG481、pH
6.0。培養条件は、通気速度0.5v/分;撹拌400rpm;温度3
0℃であった。A partial sample of transformed Z. rouxii raw material was used to inoculate a 2 liter fermentor containing 1 liter of medium having the following composition (per liter): 0.1 g NaC
l, 6.8g potassium phosphate, 0.5g ammonium sulfate, 20g
Yeast extract and 400 g glucose, 50 mg G481, pH
6.0. Culture conditions are aeration rate 0.5 v / min; stirring 400 rpm; temperature 3
It was 0 ° C.
図10はこの発酵中のグルコース消費およびキシリトー
ル集積の時間過程を示す。酵母培養物の呼吸活性を反映
する溶解された酸素の濃度も示されている。明白な二段
階成長が観察され、第一段階ではグルコースおよびキシ
リトール濃度における平坦部分には約40時間で達し(利
用可能なグルコースがその時点で消費されるものの半分
以下)、第二段階はグルコース消費およびキシリトール
生成が再開した時に約200時間の培養後に観察された。
最終的なキシリトール濃度は15g/リットルであり、それ
はフラスコ発酵で得られる濃度の約2倍ほど高かった。
長い遅滞期間を有する二段階成長は、自発的変異体(多
分親菌株より高いアルコール耐性を有する)が選択され
たことを示していた。この仮説を検証するために、1個
のクローンを培養物から発酵機操作の終点で単離した。
この単離体を発酵機中で上記と同じ条件下で成長させ
た。この実験の結果(図1011)により、約60時間内の40
0g/リットルのグルコースの完全同化可能な変異体が実
際に単離されたことが確認された。実験は、キシリトー
ル−生成性Z.ロウキシイ菌株も培養培地中の全てのグル
コースが消費された時にキシリトールを同化可能である
ことも示している。Figure 10 shows the time course of glucose consumption and xylitol accumulation during this fermentation. The concentration of dissolved oxygen that reflects the respiratory activity of the yeast culture is also shown. Obvious two-step growth was observed, with the first step reaching a plateau in glucose and xylitol concentrations in about 40 hours (less than half of the available glucose was consumed at that time), and the second step was glucose consumption. And when xylitol production resumed after about 200 hours of culture.
The final xylitol concentration was 15 g / l, which was about twice as high as that obtained in flask fermentation.
Two-step growth with a long lag period indicated that spontaneous mutants, possibly with higher alcohol tolerance than the parental strain, were selected. To test this hypothesis, one clone was isolated from the culture at the end of fermentor operation.
This isolate was grown in a fermentor under the same conditions as above. According to the results of this experiment (Fig. 1011), 40 within about 60 hours
It was confirmed that a fully assimilable mutant of 0 g / l glucose was indeed isolated. Experiments also show that the xylitol-producing Z. rouxii strain is also able to assimilate xylitol when all the glucose in the culture medium has been consumed.
全ての対照をここでは参考として加える。本発明を今
までに十分に記載してきたが、当技術の専門家は本発明
の精神もしくは範囲またはその態様に影響を与えること
なくこの範囲を広範囲で且つ同等な濃度、パラメーター
などを用いて実施できることは理解されるであろう。 All controls are added here as a reference. Although the present invention has been fully described above, those skilled in the art can implement this range over a wide range and with equivalent concentrations, parameters, etc. without affecting the spirit or scope of the invention or its aspects. It will be appreciated that it is possible.
配列表
(1)一般的情報:
(i)出願人:ハルッキ,アヌ エム.
ミアスニコフ,アンドレイ エヌ.
アパヤラハティ,ユーハ エイチ.エ
ー.
パスチネン,オッシ エー.
(ii)発明の名称:キシリトールの製造
(iii)配列の数:8
(iv)通信用住所:
(A)受信人:
(B)通り:
(C)都市:
(D)州:
(E)国:
(F)郵便番号:
(v)コンピュータの読み取り可能な形式:
(A)媒体の形式:フロッピーディスク
(B)コンピュータ:IBM PCコンパチブル
(C)使用したOS:PC−DOS/MS−DOS
(D)ソフトウェア:PatentIn Release #1.0.Ve
rsion #1.25
(vi)現在の出願データ:
(A)出願番号:PCT/FI93/00450
(B)出願日:1993年11月5日
(C)分類:
(vi)優先権出願データ:
(A)出願番号:US 08/110672
(B)出願日:1993年8月24日
(vi)優先権出願データ:
(A)出願番号:US 07/973325
(B)出願日:1992年11月5日
(viii)代理人に関する情報:
(A)氏名:
(B)登録番号:
(C)照会/認可証番号:
(ix)遠隔通信に関する情報:
(A)電話:
(B)ファックス:
(2)配列番号:1に対する情報
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:28
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:両形態
(D)トポロジー:両形態
(xi)配列の表示:配列番号:1:
(2)配列番号:2に対する情報
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:29
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:両形態
(D)トポロジー:両形態
(xi)配列の表示:配列番号:2:
(2)配列番号:3に対する情報
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:26
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:両形態
(D)トポロジー:両形態
(xi)配列の表示:配列番号:3:
(2)配列番号:4に対する情報
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:33
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:両形態
(D)トポロジー:両形態
(xi)配列の表示:配列番号:4:
(2)配列番号:5に対する情報
(i)配列の特徴:
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(2)配列番号:6に対する情報
(i)配列の特徴:
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(2)配列番号:7に対する情報
(i)配列の特徴:
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(2)配列番号:8に対する情報
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:44
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:両形態
(D)トポロジー:両形態
(xi)配列の表示:配列番号:8:
Sequence Listing (1) General Information: (i) Applicants: Harukki, Num. Miasnikov, Andrey N. Apaya Lahti, Yuha H. A. Pastinen, Ossi. (Ii) Title of invention: Production of xylitol (iii) Number of sequences: 8 (iv) Communication address: (A) Recipient: (B) Street: (C) City: (D) State: (E) Country : (F) Zip code: (v) Computer readable format: (A) Medium format: Floppy disk (B) Computer: IBM PC compatible (C) OS used: PC-DOS / MS-DOS (D ) Software: PatentIn Release # 1.0.Ve
rsion # 1.25 (vi) Current application data: (A) Application number: PCT / FI93 / 00450 (B) Application date: November 5, 1993 (C) Classification: (vi) Priority application data: (A) Application number: US 08/110672 (B) Application date: August 24, 1993 (vi) Priority application data: (A) Application number: US 07/973325 (B) Application date: November 5, 1992 ( viii) Information on Agent: (A) Name: (B) Registration Number: (C) Inquiry / License Number: (ix) Information on Telecommunications: (A) Telephone: (B) Fax: (2) Sequence Number Information for: (i) Sequence characteristics: (A) Sequence length: 28 (B) Sequence type: Nucleic acid (C) Number of strands: Both forms (D) Topology: Both forms (xi) Sequence display : SEQ ID NO: 1: (2) Information for SEQ ID NO: 2 (i) Sequence characteristics: (A) Sequence length: 29 (B) Sequence type: Nucleic acid (C) Number of strands: Both forms (D) Topology: Both forms ( xi) Sequence listing: SEQ ID NO: 2: (2) Information for SEQ ID NO: 3 (i) Sequence characteristics: (A) Sequence length: 26 (B) Sequence type: Nucleic acid (C) Number of strands: Both forms (D) Topology: Both forms ( xi) Display of sequences: SEQ ID NO: 3: (2) Information for SEQ ID NO: 4 (i) Sequence characteristics: (A) Sequence length: 33 (B) Sequence type: Nucleic acid (C) Number of strands: Both forms (D) Topology: Both forms ( xi) Sequence listing: SEQ ID NO: 4: (2) Information for SEQ ID NO: 5 (i) Sequence characteristics: (A) Sequence length: 35 (B) Sequence type: Nucleic acid (C) Number of strands: Both forms (D) Topology: Both forms ( xi) Sequence listing: SEQ ID NO: 5: (2) Information for SEQ ID NO: 6 (i) Sequence characteristics: (A) Sequence length: 34 (B) Sequence type: Nucleic acid (C) Number of strands: Both forms (D) Topology: Both forms ( xi) Display of sequence: SEQ ID NO: 6: (2) Information for SEQ ID NO: 7 (i) Sequence characteristics: (A) Sequence length: 44 (B) Sequence type: Nucleic acid (C) Number of strands: Both forms (D) Topology: Both forms ( xi) Display of sequence: SEQ ID NO: 7: (2) Information for SEQ ID NO: 8 (i) Sequence characteristics: (A) Sequence length: 44 (B) Sequence type: Nucleic acid (C) Number of strands: Both forms (D) Topology: Both forms ( xi) Display of sequences: SEQ ID NO: 8:
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アパヤラハティ ユーハ ヘイッキ ア ンテロ フィンランド国 エフアイエヌ―00670 ヘルシンキ キテニーチンティー 24 シー(番地表示なし) (72)発明者 パスチネン オッシ アンテロ フィンランド国 エフアイエヌ―02460 カントビク ラヤカッリオ ディー (番地表示なし) (56)参考文献 特開 平6−339383(JP,A) 特表 平7−500492(JP,A) 特表 平4−503750(JP,A) 特表 平5−507843(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) BIOSIS/WPI(DIALOG) PubMed─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Apaya Lahti Yuha Heikki Antero Finland EFI-00670 Helsinki Kitteny Chinthi 24 Sea (No address) (72) Inventor Paschinen Ossi Ante Finland EFI-02-02 Kantobik Rayakalio D ( (No address display) (56) Reference Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-339383 (JP, A) Special Table 7-500492 (JP, A) Special Table 4-503750 (JP, A) Special Table 5-507843 (JP , A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) BIOSIS / WPI (DIALOG) PubMed
Claims (25)
方法であって、前記方法は; (a)アラビトール産生酵母又はアラビトール産生真菌
組換え体宿主を、D−キシルロース産生D−アラビトー
ルデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.11)コード化DNA及び
キシリトールデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.9)コード
化DNAで形質転換し、 (b)上記(a)の上記組換え体宿主を、キシリトール
の合成を提供する条件で増殖させ、そして (c)上記(b)で産生された上記キシリトールを回収
することを含む方法。1. A method for producing xylitol from a recombinant host, the method comprising: (a) arabitol-producing yeast or an arabitol-producing fungal recombinant host, and D-xylulose-producing D-arabitol dehydrogenase (EC). 1.1.1.11) transforming with the coding DNA and xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) coding DNA, (b) growing the recombinant host of (a) above under conditions which provide for the synthesis of xylitol, And (c) a method comprising recovering the xylitol produced in (b) above.
2.7.1.17)を発現しない請求項1記載の方法。2. The host is D-xylulokinase (EC
The method according to claim 1, which does not express 2.7.1.17).
2.1.1)を発現しない請求項1記載の方法。3. The host is transketolase (EC 2.
The method according to claim 1, which does not express 2.1.1).
ェートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.49)、6−ホスホ
−D−グルコネートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.4
4)、及びD−リブロース−5−ホスフェート−3−エ
ピメラーゼ(EC 5.1.3.1)コード化DNAからなる群から
選択される1つ又はそれより多いコード化配列で更に形
質転換される請求項1記載の方法。4. The host is D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49), 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.4).
4) and further transformed with one or more coding sequences selected from the group consisting of D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase (EC 5.1.3.1) coding DNA. the method of.
ルキシイ、カンジダポリモルファ、トルロプシス カン
ジダ、ピチア ファリノサ、及びトルラスポラ ハンセ
ニィからなる群から選択され、そして上記真菌がデンド
リフィエラ サリナ及びシゾフィラム コミューンから
なる群から選択される請求項1ないし4のいずれか1項
に記載の方法。5. The yeast is digosaccharomyces (Z.).
5. Any one of claims 1 to 4 selected from the group consisting of Rukisii, Candida polymorpha, Torlopsis candida, Pichia farinosa, and Torluspora hansenii, and the fungus selected from the group consisting of Dendrifiera salina and Schizophyllum commune. The method described in.
の方法。6. The method according to claim 5, wherein the yeast is Z. ruxii.
ホスフェートをD−キシルロースに変換し、続いてD−
キリルロースをキシリトールに還元することによって形
成される請求項1記載の方法。7. Xylitol is D-xylulose-5-
Conversion of phosphate to D-xylulose followed by D-xylulose
The method of claim 1 formed by reducing kylylulose to xylitol.
ェートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.49)、6−ホスホ
−D−グルコネートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.4
4)、D−リブロース−5−ホスフェート−3−エピメ
ラーゼ(EC 5.1.3.1)、及びD−リブロキナーゼ(EC
2.7.1.47)からなる群から選択される1つ又はそれよ
り多い酵素をコード化する構築物で更に形質転換される
請求項7記載の方法。8. The host comprises D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49), 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.4).
4), D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase (EC 5.1.3.1), and D-librokinase (EC
The method according to claim 7, which is further transformed with a construct encoding one or more enzymes selected from the group consisting of 2.7.1.47).
2.1.1)を発現しない請求項8記載の方法。9. The host is transketolase (EC 2.
The method according to claim 8, which does not express 2.1.1).
フェートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.49)、6−ホス
ホ−D−グルコネートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.4
4)、D−リブロース−5−ホスフェート−3−エピメ
ラーゼ(EC 5.1.3.1)、及びD−リブロキナーゼ(EC
2.7.1.47)からなる群から選択される1つ又はそれよ
り多い酵素をコード化する構築物で更に形質転換される
請求項9記載の方法。10. The host is D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49), 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.4).
4), D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase (EC 5.1.3.1), and D-librokinase (EC
The method according to claim 9, which is further transformed with a construct encoding one or more enzymes selected from the group consisting of 2.7.1.47).
2.7.1.17)を発現しない請求項10記載の方法。11. The host is D-xylulokinase (EC
The method according to claim 10, which does not express 2.7.1.17).
フェートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.49)、6−ホス
ホ−D−グルコネートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.4
4)、D−リブロース−5−ホスフェート−3−エピメ
ラーゼ(EC 5.1.3.1)、及びD−リブロキナーゼ(EC
2.7.1.47)からなる群から選択される1つ又はそれよ
り多い酵素をコード化する構築物で更に形質転換される
請求項11記載の方法。12. The host comprises D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49), 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.4).
4), D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase (EC 5.1.3.1), and D-librokinase (EC
The method according to claim 11, which is further transformed with a construct encoding one or more enzymes selected from the group consisting of 2.7.1.47).
2.2.1.1)及びD−キシルロキナーゼ(EC 2.7.1.17)
を発現しない請求項7記載の方法。13. The host is transketolase (EC
2.2.1.1) and D-xylulokinase (EC 2.7.1.17)
The method according to claim 7, which does not express.
フェートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.49)、6−ホス
ホ−D−グルコネートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.4
4)、D−リブロース−5−ホスフェート−3−エピメ
ラーゼ(EC 5.1.3.1)、及びD−リブロキナーゼ(EC
2.7.1.47)からなる群から選択される1つ又はそれよ
り多い酵素をコード化する構築物で更に形質転換される
請求項13記載の方法。14. The host comprises D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49), 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.4).
4), D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase (EC 5.1.3.1), and D-librokinase (EC
The method according to claim 13, which is further transformed with a construct encoding one or more enzymes selected from the group consisting of 2.7.1.47).
シイ、カンジダ ポリモルファ、トルロプシス カンジ
ダ、ピチア ファリノサ、及びトルラスポラ ハンセニ
ィからなる群から選択され、そして上記真菌がデンドリ
フィエラ サリナ及びシゾフィラム コミューンからな
る群から選択される請求項7ないし14のいずれか1項に
記載の方法。15. The yeast is selected from the group consisting of Digosaccharomyces ruxii, Candida polymorpha, Torrlopsis candida, Pichia farinosa, and Torluspora hansenii, and the fungus is selected from the group consisting of Dendrifiera salina and Schizophyllum commune. A method according to any one of claims 7 to 14.
記載の方法。16. The yeast according to claim 15, which is Z. ruxii.
The method described.
デヒドロゲナーゼ(EC1.1.1.11)コード化DNA及びキシ
リトールデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.9)コード化DNA
で形質転換したアラビトール産生酵母又はアラビトール
産生真菌組換え体宿主。17. D-xylulose-producing D-arabitol dehydrogenase (EC1.1.1.11) -encoding DNA and xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) -encoding DNA.
An arabitol-producing yeast or an arabitol-producing fungal recombinant host transformed with.
2.7.1.17)を発現しない請求項17記載の組換え体宿
主。18. The host is D-xylulokinase (EC
The recombinant host according to claim 17, which does not express 2.7.1.17).
2.2.1.1)を発現しない請求項17記載の組換え体宿主。19. The host is transketolase (EC
The recombinant host according to claim 17, which does not express 2.2.1.1).
2.7.1.17)又はトランスケトラーゼ(EC 2.2.1.1)
を発現しない請求項17記載の組換え体宿主。20. The host is D-xylulokinase (EC
2.7.1.17) or transketolase (EC 2.2.1.1)
18. The recombinant host according to claim 17, which does not express.
フェートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.49)をコード化
する遺伝子で形質転換されている請求項17記載の組換え
体宿主。21. The recombinant host according to claim 17, wherein the host is transformed with a gene encoding D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49).
ートデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.44)をコード化する
遺伝子で形質転換されている請求項17記載の組換え体宿
主。22. The recombinant host according to claim 17, wherein the host has been transformed with a gene encoding 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.44).
フェート−3−エピメラーゼ(EC 5.1.3.1)をコード
化する遺伝子で形質転換されている請求項17記載の組換
え体宿主。23. The recombinant host according to claim 17, wherein the host has been transformed with a gene encoding D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase (EC 5.1.3.1).
シイ、カンジダ ポリモルファ、トルロプシス カンジ
ダ、ピチア ファリノサ、及びトルラスポラ ハンセニ
ィからなる群から選択され、そして上記真菌がデンドリ
フィエラ サリナ及びシゾフィラム コミューンから選
択される請求項17記載の組換え体宿主。24. The yeast is selected from the group consisting of Digosaccharomyces ruxii, Candida polymorpha, Torrlopsis candida, Pichia farinosa, and Torluspora hansenii, and the fungus is selected from Dendrifiera salina and Schizophyllum commune. The recombinant host described.
記載の組換え体宿主。25. The yeast according to claim 24, which is Z. ruxii.
The recombinant host described.
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