JP4582573B2 - Method for producing pyruvic acid and method for producing L-valine - Google Patents

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本発明は、発酵法によるL-バリン又はピルビン酸の製造法に関する。   The present invention relates to a method for producing L-valine or pyruvic acid by a fermentation method.

ピルビン酸を発酵生産する微生物としては、コリネバクテリウム属(非特許文献1)、アシネトバクター属(非特許文献2)、カンディダ属(非特許文献3)、またはトルロプシス属・グラブラータ(非特許文献4)等が知られている。また、プロテウス属、キサントモナス属、クリセオバクテリウム属、サイトファガ属、アシネトバクター属、サッカロマイセス属、オガテア属、スポロボロマイセス属、スポリジオバラス属、カンジダ属、ワルトマイセス属、ミコバクテリウム属またはノカルジア属に属する微生物を用いたピルビン酸の製造法も知られている(特許文献1)。エシェリヒア属細菌を用いたピルビン酸の製造法としては、リポ酸要求性株を用いる方法が知られている(特許文献2)。   Examples of microorganisms that produce pyruvic acid by fermentation include the genus Corynebacterium (Non-patent document 1), the genus Acinetobacter (non-patent document 2), the genus Candida (non-patent document 3), or the genus Tolropsis (non-patent document 4). Etc. are known. It also belongs to the genus Proteus, Xanthomonas, Chryseobacterium, Cytophaga, Acinetobacter, Saccharomyces, Ogatea, Sporoboromyces, Sporidiobaras, Candida, Waltmyces, Mycobacterium, or Nocardia A method for producing pyruvic acid using a microorganism is also known (Patent Document 1). As a method for producing pyruvic acid using an Escherichia bacterium, a method using a lipoic acid-requiring strain is known (Patent Document 2).

L-バリンを発酵生産する微生物として、主としてブレビバクテリウム属、コリネバクテリウム属、セラチア属(非特許文献5)またはエシェリヒア属(特許文献3)に属するL-バリン生産菌が知られている。   L-valine-producing bacteria belonging to the genus Brevibacterium, Corynebacterium, Serratia (Non-patent Document 5) or Escherichia (Patent Document 3) are known as microorganisms that produce L-valine by fermentation.

一般に、L-バリンやピルビン酸のような一次代謝産物を効率よく生産させるためには、その生合成経路から分岐する反応を触媒する酵素活性の弱化、代謝調節変異の導入、生成物の分解経路の遮断、目的物質の生合成遺伝子の発現増強等が有効である。生合成遺伝子の発現増強のためには、同遺伝子をプラスミドなどを用いて増幅したり、同遺伝子の発現調節領域を改変したりする方法が一般的に行われている(非特許文献6)。   In general, in order to efficiently produce primary metabolites such as L-valine and pyruvic acid, weakening of enzyme activity catalyzing a reaction branched from its biosynthetic pathway, introduction of metabolic regulatory mutation, degradation pathway of product It is effective to block the expression and enhance the expression of the biosynthetic gene of the target substance. In order to enhance the expression of a biosynthetic gene, a method of amplifying the gene using a plasmid or the like or modifying an expression regulatory region of the gene is generally performed (Non-patent Document 6).

また、目的とする遺伝子そのものではなく、その遺伝子の発現を調節するDNA結合タンパク質の変異によっても、目的遺伝子の発現増強は達成される。例えば、DNA結合タンパク質であるcraをコードするcra(fruR)遺伝子の欠損株では、ピルビン酸キナーゼをコードする遺伝子の発現量が上昇することが報告されている(非特許文献7)。cra遺伝子の欠損により微量ではあるもののL−アミノ酸生産能が向上することも報告されている(特許文献4)。   Further, not only the target gene itself but also the mutation of the DNA binding protein that regulates the expression of the gene can achieve the enhanced expression of the target gene. For example, it has been reported that the expression level of a gene encoding pyruvate kinase increases in a strain lacking the cra (fruR) gene encoding cra, which is a DNA binding protein (Non-patent Document 7). It has also been reported that the L-amino acid-producing ability is improved although the amount is small due to the deletion of the cra gene (Patent Document 4).

ところで、生体内においてDNAから転写されたmRNAは、リボヌクレアーゼ(RNase)によって分解される。例えば、エシェリヒア属細菌では、mRNAを分解するRNaseとして、RNase III、RNase E(非特許文献8)、RNase G(非特許文献9)等が知られている。目的の遺伝子産物を安定に発現させるためには、mRNAの転写量を高めるとともに、mRNAの分解を抑制することが好ましい。そのため、RNase活性を抑制することによって目的酵素のmRNAの分解を抑制することも考えられる。   By the way, mRNA transcribed from DNA in vivo is degraded by ribonuclease (RNase). For example, in bacteria belonging to the genus Escherichia, RNase III, RNase E (Non-Patent Document 8), RNase G (Non-Patent Document 9), and the like are known as RNases that degrade mRNA. In order to stably express a target gene product, it is preferable to increase the transcription amount of mRNA and suppress degradation of mRNA. Therefore, it is also conceivable to suppress the degradation of the target enzyme mRNA by suppressing the RNase activity.

RNase活性が低下した株としては、RNase G遺伝子に変異が導入された株(非特許文献10)や、RNase G遺伝子が破壊された株(非特許文献11)などが知られている。しかしながら、RNaseの基質特異性は完全に明らかにされていないため、RNaseの活性を調節することによって特定のmRNAの分解のみを抑制することは困難であった。そのため、RNase活性が低下した株が代謝産物の生産に使用されることはなかった。
特開平11−243979号公報 特開平5−137568号公報 国際公開第96/06926号パンフレット 米国特許出願公開第20030049803A1明細書 嶋村睦夫,吉武寿一:農芸化学会誌 ,44 ,195-201 ,(1970) Agric.Biol. Chem.,46, p2673-2679, (1982) 日本農芸化学会大会講演要旨集,129 ,(1975) J.Ferment.Bioeng. 78, 155,(1994) アミノ酸発酵、学会出版センター、397〜422頁、1986年 アミノ酸発酵、学会出版センター、31〜100頁、1986年 Journal of Bacteriol. 1996, vol. 178 (1)、p280-283 Escherichia coli and Salmonella Vol.1 2nd edition, ASM press, p855 Genes Cells, 6, 2001, p403-410 Biochem. Biophys. Res. Commun., 289(5),1301-1306, 2001 Genes Cells. 2001 May;6(5):403-10.
Known strains with reduced RNase activity include strains in which mutations have been introduced into the RNase G gene (Non-patent Document 10) and strains in which the RNase G gene has been disrupted (Non-patent Document 11). However, since the substrate specificity of RNase has not been completely clarified, it has been difficult to suppress degradation of specific mRNA by regulating the activity of RNase. Therefore, strains with reduced RNase activity were not used for the production of metabolites.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-2431979 JP-A-5-137568 International Publication No. 96/06926 Pamphlet US Patent Application Publication No. 20030049803A1 Ikuo Shimamura, Toshikazu Yoshitake: Journal of Agricultural Chemistry, 44, 195-201, (1970) Agric. Biol. Chem., 46, p2673-2679, (1982) Abstracts of Annual Meeting of the Japanese Society for Agricultural Chemistry, 129, (1975) J. Ferment. Bioeng. 78, 155, (1994) Amino Acid Fermentation, Academic Publishing Center, pp. 397-422, 1986 Amino Acid Fermentation, Academic Publishing Center, 31-100, 1986 Journal of Bacteriol. 1996, vol. 178 (1), p280-283 Escherichia coli and Salmonella Vol.1 2nd edition, ASM press, p855 Genes Cells, 6, 2001, p403-410 Biochem. Biophys. Res. Commun., 289 (5), 1301-1306, 2001 Genes Cells. 2001 May; 6 (5): 403-10.

本発明は、エシェリヒア属細菌を用いて、ピルビン酸、またはL−バリンを効率よく生産することができる方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a method capable of efficiently producing pyruvic acid or L-valine using Escherichia bacteria.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、RNaseG活性を低下させることによりピルビン酸やL-バリンが蓄積することを見出した。さらに、cra遺伝子への変異導入およびL−バリン耐性付与を組み合わせることによりさらにピルビン酸やL-バリンの蓄積が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that pyruvic acid and L-valine accumulate by reducing RNaseG activity. Furthermore, it has been found that the accumulation of pyruvate and L-valine is further improved by combining mutation introduction into the cra gene and conferring L-valine resistance, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、以下のとおりである。
(1) ピルビン酸生産能を有し、リボヌクレアーゼ(RNase)Gの活性が低下するように改変されたエシェリヒア属細菌を培地中に培養し、該培地又は菌体内にピルビン酸を生成蓄積させ、該培地又は菌体からピルビン酸を採取することを特徴とする、ピルビン酸の製造方法。
(2) 前記エシェリヒア属細菌が、RNaseGをコードする遺伝子が破壊されたことにより、RNaseGの活性が低下したエシェリヒア属細菌である、(1)のピルビン酸の製造方法。
(3) 前記エシェリヒア属細菌が、さらに、cra遺伝子の発現が低下するように改変されたエシェリヒア属細菌である、(1)又は(2)のピルビン酸の製造方法。
(4) 前記エシェリヒア属細菌が、さらに、L−バリン耐性を有するエシェリヒア属細菌である、(3)のピルビン酸の製造方法。
(5) L−バリン生産能を有するエシェリヒア属細菌であって、リボヌクレアーゼGの活性が低下するように改変されたエシェリヒア属細菌を培地中に培養し、該培地又は菌体内にL−バリンを生成蓄積させ、該培地又は菌体からL−バリンを採取することを特徴とする、L−バリンの製造方法。
(6) L−バリン生産能を有するエシェリヒア属細菌であって、RNaseGの活性が低下し、かつ、cra遺伝子の発現が低下するように改変され、さらに、L−バリン耐性が付与されたエシェリヒア属細菌を培地中に培養し、該培地又は菌体内にL−バリンを生成蓄積させ、該培地又は菌体からL−バリンを採取することを特徴とする、L−バリンの製造方法。
(7)前記エシェリヒア属細菌が、さらに、アセト乳酸シンターゼIIIをコードする遺伝子の発現が弱化されたエシェリヒア属細菌である、(5)または(6)のL−バリンの製造方法。
(8) 前記エシェリヒア属細菌が、さらに、アセト乳酸シンターゼIまたはアセト乳酸シンターゼIIをコードする遺伝子の発現が増強されたエシェリヒア属細菌である、(5)〜(7)のいずれかのL−バリンの製造方法。
(9) RNaseGの活性が低下し、かつ、cra遺伝子の発現が低下するように改変され、さらに、L−バリン耐性が付与されたエシェリヒア属細菌。
That is, the present invention is as follows.
(1) culturing an Escherichia bacterium having an ability to produce pyruvic acid and modified so that the activity of ribonuclease (RNase) G is reduced in the medium, and generating and accumulating pyruvic acid in the medium or the cell; A method for producing pyruvic acid, which comprises collecting pyruvic acid from a medium or cells.
(2) The method for producing pyruvic acid according to (1), wherein the bacterium belonging to the genus Escherichia is a bacterium belonging to the genus Escherichia whose activity of RNaseG is reduced by disrupting a gene encoding RNaseG.
(3) The method for producing pyruvic acid according to (1) or (2), wherein the Escherichia bacterium is an Escherichia bacterium further modified so that expression of the cra gene is lowered.
(4) The method for producing pyruvic acid according to (3), wherein the Escherichia bacterium is an Escherichia bacterium having L-valine resistance.
(5) A bacterium belonging to the genus Escherichia having L-valine-producing ability, wherein the bacterium belonging to the genus Escherichia modified so as to reduce the activity of ribonuclease G is cultured in a medium, and L-valine is produced in the medium or the cells. A method for producing L-valine, which comprises accumulating and collecting L-valine from the medium or cells.
(6) A bacterium belonging to the genus Escherichia having an ability to produce L-valine, wherein the RNaseG activity is reduced and the expression of the cra gene is reduced, and further, L-valine resistance is imparted. A method for producing L-valine, which comprises culturing bacteria in a medium, producing and accumulating L-valine in the medium or cells, and collecting L-valine from the medium or cells.
(7) The method for producing L-valine according to (5) or (6), wherein the Escherichia bacterium is an Escherichia bacterium further attenuated in expression of a gene encoding acetolactate synthase III.
(8) The L-valine according to any one of (5) to (7), wherein the Escherichia bacterium is an Escherichia bacterium further enhanced in expression of a gene encoding acetolactate synthase I or acetolactate synthase II. Manufacturing method.
(9) A bacterium belonging to the genus Escherichia that has been modified so that the activity of RNaseG is reduced and the expression of the cra gene is reduced, and further L-valine resistance is imparted.

本発明の方法によれば、ピルビン酸またはL−バリンの発酵収率を向上させることが出来る。   According to the method of the present invention, the fermentation yield of pyruvic acid or L-valine can be improved.

以下、本発明について詳細に説明する
<1>ピルビン酸の製造方法
本願第1の発明のピルビン酸の製造方法は、ピルビン酸生産能を有し、RNaseGの活性が低下するように改変されたエシェリヒア属細菌を培地中に培養し、該培地又は菌体内にピルビン酸を生成蓄積させ、該培地又は菌体からピルビン酸を採取することを特徴とする方法である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. <1> Method for producing pyruvic acid The method for producing pyruvic acid according to the first invention of the present application has an ability to produce pyruvic acid and has been modified so that the activity of RNaseG is reduced. It is a method characterized by culturing a genus bacterium in a medium, producing and accumulating pyruvic acid in the medium or cells, and collecting pyruvic acid from the medium or cells.

ここで、「ピルビン酸生産能」とは、本発明の細菌を培地で培養したときに、培地又は菌体内にピルビン酸を蓄積する能力をいう。「ピルビン酸生産能」は、遺伝子組換えによってピルビン酸生合成酵素の発現を上昇させたり、通常の変異剤を用いて親株を変異処理し、変異株の中からピルビン酸生産能を有する株を選択したりすることによって取得することができる。なお、RNaseGの活性が低下するように改変することによってピルビン酸生産能を有するようになったものでもよい。   Here, “pyruvic acid producing ability” refers to the ability to accumulate pyruvic acid in the medium or the cells when the bacterium of the present invention is cultured in the medium. “Pyruvate-producing ability” refers to the expression of pyruvate biosynthetic enzymes by gene recombination, or by mutating the parent strain with a normal mutagen, It can be acquired by making a selection. It may be modified to have pyruvic acid-producing ability by modifying so that the activity of RNaseG is reduced.

ピルビン酸生産能を有する菌株としては、例えばリポ酸要求株(特開平5−137568号公報)が挙げられる。具体的には、エシェリヒア・コリ AJ12631 (FERM P-12381)やエシェリヒア・コリW1485 lip2 (ATCC25645)等が挙げられる。リポ酸要求性変異株の取得方法としては、通常の変異誘導操作、例えば紫外線、X線照射あるいはN-メチル-N'-ニトロ-N-ニトロソグアニジン、亜硝酸などの化学薬剤処理を施し、変異処理した菌体を寒天平板培地で培養し、リポ酸要求性となったコロニーを分離することによって得られる(J.
Gen. Microbiol.,53 ,363-381 ,(1968))。
Examples of the strain having pyruvic acid-producing ability include a lipoic acid-requiring strain (Japanese Patent Laid-Open No. 5-137568). Specific examples include Escherichia coli AJ12631 (FERM P-12381) and Escherichia coli W1485 lip2 (ATCC25645). Lipoic acid-requiring mutant strains can be obtained by normal mutagenesis procedures such as UV, X-ray irradiation, or chemical treatment with N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine, nitrous acid, etc. It is obtained by culturing the treated cells on an agar plate medium and isolating colonies that have become lipoic acid-requiring (J.
Gen. Microbiol., 53, 363-381, (1968)).

上記のようなピルビン酸生産能を有する菌株を、RNaseG活性が低下するように改変することによって本発明に用いるエシェリヒア属細菌(本発明のエシェリヒア属細菌ともいう)を得ることができる。なお、本発明のエシェリヒア属細菌の育種において、ピルビン酸生産能の付与とRNaseG活性を低下させる改変は、どちらを先に行ってもよい。   The Escherichia bacterium used in the present invention (also referred to as the Escherichia bacterium of the present invention) can be obtained by modifying the strain having the ability to produce pyruvate as described above so that the RNaseG activity is reduced. In the breeding of the genus Escherichia of the present invention, either of giving the ability to produce pyruvate and modifying to reduce the RNase G activity may be performed first.

本発明において「RNaseG活性」とは、RNaseGの基質となるRNAを分解する活性を言う。RNaseGの基質となるRNAとしては、例えば、エノラーゼをコードする遺伝子eno(GenBank Accession No.X82400)やアルコールデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子adhE(GenBank Accession No.M33504)などを挙げることができる。活性測定は、例えば、リファンピシンによりRNA合成を抑制した菌株よりRNAを抽出し、エノラーゼをコードする遺伝子eno、またはアルコールデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子adhEなどのmRNAの分解半減期を測定することで、その活性を間接的に知ることができる。また、RNaseGを単離精製し、RNase G切断部位を含むオリゴリボヌクレオチドのような人工基質の切断反応を測定することにより、その活性を知ることもできる。このような活性測定方法は既に開示されている(J. Biol. Chem., 275, 8726-8732, 2000)。   In the present invention, “RNaseG activity” refers to the activity of degrading RNA serving as a substrate for RNaseG. Examples of RNA serving as a substrate for RNaseG include a gene eno (EnBank Accession No. X82400) encoding enolase, a gene adhE (GenBank Accession No. M33504) encoding alcohol dehydrogenase, and the like. For example, RNA is extracted from a strain in which RNA synthesis is suppressed by rifampicin, and the activity is measured by measuring the degradation half-life of mRNA such as enol-encoding gene eno or alcohol dehydrogenase-encoding gene adhE. Can be known indirectly. In addition, the activity can be determined by isolating and purifying RNaseG and measuring the cleavage reaction of an artificial substrate such as an oligoribonucleotide containing an RNase G cleavage site. Such an activity measurement method has already been disclosed (J. Biol. Chem., 275, 8726-8732, 2000).

上記のような活性を有するタンパク質としては、例えば、配列番号6のアミノ酸配列を有するタンパク質を挙げることができる。また、上記活性を有する限り、配列番号6のアミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が置換、欠失、付加された配列を有するタンパク質であってもよい。ここで、数個とは、好ましくは2〜20個、より好ましくは2〜
10個、特に好ましくは2〜5個を意味する。
Examples of the protein having the above activity include a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6. Further, as long as it has the above activity, it may be a protein having a sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6. Here, the number is preferably 2 to 20, more preferably 2 to 2.
10 means, particularly preferably 2-5.

「RNaseG活性が低下するように改変された」とは、細菌の細胞抽出液に含まれるRNaseGの比活性が、非改変株、例えば野生型のエシェリヒア属細菌の比活性よりも低くなったことをいう。例えば、細胞あたりのRNaseGの分子数が低下した場合や、分子あたりのRNaseG活性が低下した場合等が該当する。尚、「低下」には活性が完全に消失した場合も含まれる。対照となる野生型のエシェリヒア属細菌としては、例えば、エシェリヒア・コリMG1655株などが挙げられる。   `` Modified to reduce RNaseG activity '' means that the specific activity of RNaseG contained in the bacterial cell extract is lower than that of an unmodified strain, such as a wild-type Escherichia bacterium. Say. For example, the case where the number of RNaseG molecules per cell decreases, the case where the RNaseG activity per molecule decreases, and the like are applicable. The “decrease” includes the case where the activity is completely lost. Examples of wild-type bacteria belonging to the genus Escherichia that serve as controls include Escherichia coli MG1655 strain.

RNaseGの活性の低下は、RNaseGコードする遺伝子(rng)を欠損または変異型に置換させることや、rng遺伝子のプロモーターやシャインダルガルノ(SD)配列等の発現調節配列を改変することによって達成される。より詳しくは、rng遺伝子の部分配列を置換または欠失し、正常に機能するRNaseGを産生しないように改変したrng遺伝子(変異型)を含むDNAでエシェリヒア属細菌を形質転換し、変異型遺伝子と染色体上の遺伝子で相同組換えを起こさせることにより、染色体上のrng遺伝子を変異型とすることが出来る。   Reduction of RNaseG activity is achieved by replacing the RNaseG-encoding gene (rng) with a defective or mutated form, or by modifying expression regulatory sequences such as the rng gene promoter or Shine-Dalgarno (SD) sequence. . More specifically, by substituting or deleting a partial sequence of the rng gene and transforming an Escherichia bacterium with a DNA containing an rng gene (mutant) modified so as not to produce a normally functioning RNaseG, By causing homologous recombination with a gene on the chromosome, the rng gene on the chromosome can be mutated.

rng遺伝子は、GenBankに登録されているエシェリヒア・コリのrng遺伝子(GenBank Accession No. NC-000913の塩基番号3393963〜3395450の相補鎖:配列番号5)の配列に基づき、合成オリゴヌクレオチドを合成し、エシェリヒア・コリの染色体を鋳型としてPCR反応を行うことによってクローニングすることができる。また、相同組換えによってrng遺伝子を欠損させる場合には、染色体上のrng遺伝子と一定以上の相同性、例えば、80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上の相同性を有する遺伝子を用いることもできる。また、染色体上のrng遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする遺伝子を用いることもできる。ストリンジェントな条件としては、例えば、60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度で、1回より好ましくは2〜3回洗浄する条件が挙げられる。 rng gene, rng gene of Escherichia coli registered in GenBank (GenBank Accession No. NC - 000913 in the nucleotide numbers complement of 3,393,963 to 3,395,450: SEQ ID NO: 5) based on the sequence of the synthetic oligonucleotides were synthesized, Cloning can be performed by performing PCR reaction using Escherichia coli chromosome as a template. When the rng gene is deleted by homologous recombination, it has a certain degree of homology with the rng gene on the chromosome, for example, 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more. Genes can also be used. A gene that hybridizes with a rng gene on a chromosome under stringent conditions can also be used. The stringent conditions include, for example, a salt concentration corresponding to 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, and more preferably 2 times. The condition of washing three times is mentioned.

相同組換えを利用した遺伝子置換による遺伝子破壊は既に確立しており、直鎖DNAを用いる方法や温度感受性複製起点を含むプラスミドを用いる方法などがある。
欠失型rngを、宿主染色体上のrngと置換するには、例えば以下のようにすればよい。温度感受性複製起点と変異型rngとアンピシリン等の薬剤に耐性を示すマーカー遺伝子とを含む組換えDNAを調製し、この組換えDNAでエシェリヒア属細菌を形質転換し、温度感受性複製起点が機能しない温度で形質転換株を培養し、続いてこれを薬剤を含む培地で培養することにより、組換えDNAが染色体DNAに組み込まれた形質転換株が得られる。
Gene disruption by gene replacement using homologous recombination has already been established, and there are a method using linear DNA and a method using a plasmid containing a temperature-sensitive replication origin.
In order to replace the deletion type rng with the rng on the host chromosome, for example, the following may be performed. A recombinant DNA containing a temperature-sensitive replication origin, a mutant rng and a marker gene resistant to drugs such as ampicillin is prepared, and Escherichia bacteria are transformed with this recombinant DNA, and the temperature at which the temperature-sensitive replication origin does not function By culturing the transformed strain in the above, and subsequently culturing it in a medium containing a drug, a transformed strain in which the recombinant DNA is incorporated into the chromosomal DNA can be obtained.

こうして染色体に組換えDNAが組み込まれた株は、染色体上にもともと存在するrng配列との組換えを起こし、染色体rngと欠失型rngとの融合遺伝子2個が組換えDNAの他の部分(ベクター部分、温度感受性複製起点及び薬剤耐性マーカー)を挟んだ状態で染色体に挿入されている。したがって、この状態では正常なrngが優性であるので、形質転換株は正常なリプレッサーを発現する。   In this way, the strain in which the recombinant DNA is integrated into the chromosome undergoes recombination with the rng sequence originally present on the chromosome, and two fusion genes of the chromosome rng and the deletion type rng are in other parts of the recombinant DNA ( The vector portion, the temperature sensitive replication origin and the drug resistance marker) are inserted in the chromosome. Therefore, since normal rng is dominant in this state, the transformed strain expresses a normal repressor.

次に、染色体DNA上に欠失型rngのみを残すために、2個のrngの組換えにより1コピーのrngを、ベクター部分(温度感受性複製起点及び薬剤耐性マーカーを含む)とともに染色体DNAから脱落させる。その際、正常なrngが染色体DNA上に残され、欠失型rngが切り出される場合と、反対に欠失型rngが染色体DNA上に残され、正常なrngが切り出される場合がある。いずれの場合も、温度感受性複製起点が機能する温度で培養すれば、切り出されたDNAはプラスミド状で細胞内に保持される。次に、温度感受性複製起点が機能しない温度で培養すると、プラスミド上のrngは、プラスミドとともに細胞から脱落する。そして、PCRまたはサザンハイブリダイゼーション等により、染色体上に欠失型rng
が残った株を選択することによって、rngが破壊された株を取得することができる。
Next, in order to leave only the deletion-type rng on the chromosomal DNA, one copy of rng is removed from the chromosomal DNA together with the vector portion (including the temperature-sensitive replication origin and drug resistance marker) by recombination of two rngs. Let At that time, normal rng is left on the chromosomal DNA and the deletion-type rng is cut out, and conversely, the deletion-type rng is left on the chromosomal DNA and normal rng is cut out. In either case, if the cells are cultured at a temperature at which the temperature-sensitive replication origin functions, the excised DNA is retained in the cell in the form of a plasmid. Next, when cultured at a temperature at which the temperature-sensitive replication origin does not function, rng on the plasmid falls off the cell together with the plasmid. Then, deletion type rng on the chromosome by PCR or Southern hybridization etc.
By selecting a strain in which rng remains, a strain in which rng is destroyed can be obtained.

染色体DNAの調製、ハイブリダイゼーション、PCR、プラスミドDNAの調製、DNAの切断及び連結、形質転換、プライマーとして用いるオリゴヌクレオチドの設定等の方法は、Sambrook, J., Fritsch, E. F., and Maniatis, T., "Molecular Cloning", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1.2 (1989) 等に記載されている。   Methods such as chromosomal DNA preparation, hybridization, PCR, plasmid DNA preparation, DNA cleavage and ligation, transformation, and setting of oligonucleotides used as primers are described in Sambrook, J., Fritsch, EF, and Maniatis, T. , "Molecular Cloning", Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1.2 (1989).

また、rng遺伝子を変異処理して、低活性のRNaseGをコードする遺伝子を取得することもできる。例えば、アルコールデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子adhEの発現はrng遺伝子の機能に依存するため(Biochemical and Biophysical Research Communications 295 (2002) 92-97)、adhEのプロモーターとβガラクトシダーゼのようなレポーター遺伝子を結合したプラスミドを細胞内で変異型rng遺伝子と共存させ、βガラクトシダーゼ活性を測定することにより、活性低下型のrng遺伝子をスクリーニングすることもできる。   Alternatively, the rng gene can be mutated to obtain a gene encoding RNaseG having low activity. For example, since the expression of the gene adhE encoding alcohol dehydrogenase depends on the function of the rng gene (Biochemical and Biophysical Research Communications 295 (2002) 92-97), a plasmid in which a promoter of adhE is combined with a reporter gene such as β-galactosidase Is allowed to coexist with the mutant rng gene in the cell, and β-galactosidase activity is measured, so that the activity-reduced rng gene can be screened.

RNaseGの活性を低下させるには、上述の遺伝子操作法以外に、例えば、エシェリヒア属細菌を紫外線照射または、N-メチル−N'−ニトロ−N-ニトロソグアニジン(NTG)もしくは亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、RNaseGの活性が低下した菌株を選択する方法が挙げられる。RNaseG活性が低下した変異株としては、16S rRNAの5'末端の成熟活性は残存しながらmRNAの分解活性のみが低下したような株、例えば、変異株DC430株やGM1430株など(Biochem. Biophys. Res. Commun., 289(5),1301-1306, 2001)が挙げられる。   In order to reduce the activity of RNaseG, in addition to the above-described genetic manipulation methods, for example, Escherichia bacteria are irradiated with ultraviolet light, or normal mutations such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or nitrite Examples include a method of selecting a strain that has been treated with the mutagen used in the treatment and has reduced RNaseG activity. Examples of mutant strains with reduced RNaseG activity include strains in which the maturation activity at the 5 'end of 16S rRNA remains but only mRNA degradation activity has decreased, such as mutant strains DC430 and GM1430 (Biochem. Biophys. Res. Commun., 289 (5), 1301-1306, 2001).

第1の発明に用いる細菌はさらに、cra遺伝子の発現が低下するように改変されたものであってもよい。cra遺伝子は、fruR遺伝子とも呼ばれ、PEP:fructose phosphotransferase systemをコードする遺伝子のリプレッサーである(Mol Gen Genet. 1991 Apr;226(1-2):332-6)。cra遺伝子として具体的には、GenBank Accession No. X55457に登録されている配列(配列番号7)を有する遺伝子を挙げることができる。cra遺伝子の発現が低下するように改変するためには、例えば、上記のようなcra遺伝子を用いて相同組換えを行うことによって、染色体上のcra遺伝子を変異型や欠失型のcra遺伝子に置換するか、または、変異処理を行ってcra遺伝子の発現が低下した菌株を選択すればよい。相同組換え等は上述したrng遺伝子と同様にして行うことができる。尚、「低下」には発現が完全に消失した場合も含まれる。cra遺伝子が欠損した株としては、例えば、後述する変異株MC1061が挙げられる。   The bacterium used in the first invention may be further modified so that the expression of the cra gene is reduced. The cra gene is also called a fruR gene and is a repressor of a gene encoding PEP: fructose phosphotransferase system (Mol Gen Genet. 1991 Apr; 226 (1-2): 332-6). Specific examples of the cra gene include a gene having a sequence (SEQ ID NO: 7) registered in GenBank Accession No. X55457. In order to modify so that the expression of the cra gene is reduced, for example, by performing homologous recombination using the cra gene as described above, the cra gene on the chromosome is changed to a mutant or deletion type cra gene. What is necessary is just to select the strain which substituted or performed the mutation process and the expression of cra gene fell. Homologous recombination and the like can be performed in the same manner as the above rng gene. In addition, “decrease” includes the case where expression completely disappears. Examples of the strain lacking the cra gene include mutant strain MC1061 described later.

なお、相同組換えによってcra遺伝子を欠損させる場合には、染色体上のcra遺伝子と一定以上の相同性、例えば、80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上の相同性を有する遺伝子を用いることもできる。また、染色体上のcra遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする遺伝子を用いることもできる。ストリンジェントな条件としては、例えば、60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度で、1回より好ましくは2〜3回洗浄する条件が挙げられる。   When the cra gene is deleted by homologous recombination, it has a certain degree of homology with the cra gene on the chromosome, for example, 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more. Genes can also be used. A gene that hybridizes with a cra gene on a chromosome under stringent conditions can also be used. The stringent conditions include, for example, a salt concentration corresponding to 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, and more preferably 2 times. The condition of washing three times is mentioned.

第1の発明に用いる細菌はさらに、L-バリン耐性が付与されたものであってもよい。「L-バリン耐性」とは、例えば、Escherichia coli K-12株などの親株が生育できない濃度のL-バリンを添加した培地において、生育可能なことを言う。親株が生育できない濃度としては、25μg/ml以上が好ましい。例えば、25μg/ml以上のL-バリンを含むM9最少培地で生育可能な菌株は、L-バリン耐性を有するということができる。L-バリン耐性を有する株は、菌株を変異処理し、変異株の中から高濃度のL-バリンを含む培地で生育する株を選択することによって取得することができる。L-バリン耐性株は、L-バリンのアナログの耐性株として分離しても良い。L-バリンのアナログとして、α-アミノ酪酸や、2−チア
ゾールアラニンが挙げられる。また、正常型のilvGM遺伝子(GenBank Accession No. X04890)を形質導入することでもL-バリン耐性を付与することができる(Proc Natl Acad Sci USA Vol78,No.2, p922-925参照)。リボヌクレアーゼGの活性が低下し、かつ、cra遺伝子の発現が低下するように改変され、さらに、L−バリン耐性が付与されたピルビン酸生産菌としては、例えば、実施例に示すようなエシェリヒア・コリB16株を挙げることができる。
The bacterium used in the first invention may further have L-valine resistance. “L-valine resistance” means that it can grow in a medium supplemented with a concentration of L-valine at which a parent strain such as Escherichia coli K-12 cannot grow. The concentration at which the parent strain cannot grow is preferably 25 μg / ml or more. For example, a strain that can grow on M9 minimal medium containing 25 μg / ml or more of L-valine can be said to have L-valine resistance. A strain having L-valine resistance can be obtained by mutating the strain and selecting a strain that grows in a medium containing a high concentration of L-valine from the mutant strains. The L-valine resistant strain may be isolated as an L-valine analog resistant strain. Examples of analogs of L-valine include α-aminobutyric acid and 2-thiazolealanine. Moreover, L-valine resistance can also be conferred by transducing a normal type ilvGM gene (GenBank Accession No. X04890) (see Proc Natl Acad Sci USA Vol 78, No. 2, p922-925). Examples of pyruvic acid-producing bacteria that have been modified so that the activity of ribonuclease G is reduced and the expression of the cra gene is reduced and L-valine resistance is imparted include, for example, Escherichia coli as shown in the Examples. B16 strain can be mentioned.

上述したような細菌を培地中に培養し、該培地又は菌体内にピルビン酸を生成蓄積させ、該培地又は菌体からピルビン酸を採取することによって、ピルビン酸を製造することができる。   Pyruvate can be produced by culturing the bacterium as described above in a medium, producing and accumulating pyruvic acid in the medium or cells, and collecting pyruvic acid from the medium or cells.

本発明における細菌の培養および培養液からのピルビン酸の採取、精製等は、従来の微生物を用いた発酵法によるピルビン酸の製造法と同様にして行えばよい。ピルビン酸を生産するために使用する培地は、炭素源、窒素源、無機塩類、その他必要に応じてアミノ酸、ビタミン、核酸などの有機微量栄養素を含有する通常の栄養培地が使用される。炭素源としては、使用する変異株が利用可能なものであればよく、例えばグルコース、フラクトース、澱粉分解物糖蜜などの糖類が使用され、その他菌株によっては、シュークロース、マルトースや、酢酸、クエン酸等の有機酸類、ノルマルパラフィン等も単独あるいは他の炭素源と併用して使用される。窒素源としては、例えば、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム等のアンモニウム塩、硝酸塩、尿素、アンモニア、肉エキス等無機あるいは有機の窒素源が使用される。有機微量栄養素としては、例えば、アミノ酸、ビタミン、脂肪酸、核酸、更にこれらのものを含有するペプトン、カザミノ酸、酵母エキス、蛋白分解物等が使用され、生育にアミノ酸などを要求する栄養要求性変異株を使用する場合には、要求される栄養素を補添することが必要である。   The cultivation of bacteria and the collection and purification of pyruvic acid from the culture solution in the present invention may be carried out in the same manner as the conventional method for producing pyruvic acid by fermentation using microorganisms. As a medium used for producing pyruvic acid, a normal nutrient medium containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and other organic micronutrients such as amino acids, vitamins and nucleic acids as necessary is used. Any carbon source may be used as long as the mutant strain to be used is available. For example, saccharides such as glucose, fructose, and starch-decomposed molasses are used. Organic acids such as normal paraffin, etc. are used alone or in combination with other carbon sources. As the nitrogen source, for example, ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium chloride, and ammonium phosphate, and inorganic or organic nitrogen sources such as nitrates, urea, ammonia, and meat extracts are used. Organic micronutrients include, for example, amino acids, vitamins, fatty acids, nucleic acids, and peptone, casamino acids, yeast extracts, proteolysates containing these, and auxotrophic mutations that require amino acids for growth. When using strains, it is necessary to supplement the required nutrients.

培養は好気的条件で行うことが望ましく、培養期間中は、培地のpHを5〜9、温度を20℃〜40℃に制御しつつ、1〜4日間振とう培養または通気撹拌培養することにより培養することが好ましい。培地のpHは、アンモニア、炭酸カルシウム、各種酸、各種塩基、緩衝液などによって調整することができる。培養液からピルビン酸を採取する方法は公知の方法に従って行えばよく、培養液から菌体を分離除去した後、ピルビン酸塩として濃縮晶析する方法あるいはイオン交換樹脂を用いる方法などにより採取される。   Cultivation is preferably carried out under aerobic conditions. During the culture period, the culture is shaken or aerated and stirred for 1 to 4 days while controlling the pH of the medium at 5 to 9 and the temperature at 20 to 40 ° C. It is preferable to culture by. The pH of the medium can be adjusted with ammonia, calcium carbonate, various acids, various bases, buffer solutions, and the like. The method for collecting pyruvic acid from the culture solution may be carried out according to a known method, and it is collected by separating and removing cells from the culture solution and then concentrating and crystallizing as pyruvate or using an ion exchange resin. .

<2>L−バリンの製造方法
本願第2の発明のL−バリンの製造方法は、L−バリン生産能を有し、かつRNaseGの活性が低下するように改変されたエシェリヒア属細菌、または、L−バリン生産能を有し、かつRNaseGの活性が低下し、cra遺伝子の発現が低下するように改変され、さらに、L−バリン耐性が付与されたエシェリヒア属細菌を培地中に培養し、該培地又は菌体内にL−バリンを生成蓄積させ、該培地又は菌体からL−バリンを採取することを特徴とする方法である。
<2> Method for Producing L-Valine The method for producing L-valine of the second invention of the present application has an ability to produce L-valine and has been modified so that the activity of RNaseG is reduced, or A bacterium belonging to the genus Escherichia that has L-valine-producing ability, is modified so that the activity of RNaseG is decreased and the expression of the cra gene is decreased, and is further imparted with L-valine resistance, is cultured in a medium, It is a method characterized by producing and accumulating L-valine in a medium or cells and collecting L-valine from the medium or cells.

「L−バリン生産能」とは、細菌を培地中で培養したときに、培地中または菌体内にL−バリンを蓄積する能力をいう。L−バリン生産能は、L−バリン生合成遺伝子の発現を強化したり、変異処理を行ってL−バリン生産能を獲得した変異株を選択したりすることによって取得することができる。なお、L−バリン生産能を本来的に有する株や、RNaseG遺伝子やcra遺伝子を改変することによってL−バリン生産能を有するようになった株を用いることもできる。   “L-valine-producing ability” refers to the ability to accumulate L-valine in a medium or in a microbial cell when the bacterium is cultured in the medium. The L-valine production ability can be obtained by enhancing the expression of the L-valine biosynthesis gene or selecting a mutant strain that has acquired L-valine production ability by performing a mutation treatment. In addition, a strain that originally has L-valine-producing ability, or a strain that has become capable of producing L-valine by modifying the RNaseG gene or cra gene can also be used.

L-バリン生産能を有する細菌としては、例えばエシェリヒア・コリVL1970株(米国特許第5,658,766)等が挙げられる。また、WO96/06926に記載されているような、生育のためにリポ酸を要求する変異または/及びH+-ATPaseを欠損する変異を有
するL-バリン生産菌、あるいは、少なくともilvG、ilvM、ilvE及びilvDの各遺伝子を発現し、ilvGMEDAオペロンを含むDNA断片が細胞内に導入されたエシェリヒア属細菌も、本発明に好適に使用することができる。尚、ilvGMEDAオペロンは、L-バリン及び/又はL-イソロイシン及び/又はL-ロイシンによるオペロンの発現調節(アテニュエーション)を受けるので、生成するL-バリンによる発現抑制を解除するために、アテニュエーションに必要な領域が除去又は変異されていることが好ましい(特開平8-47397)。
Examples of bacteria having L-valine-producing ability include Escherichia coli VL1970 strain (US Pat. No. 5,658,766). Further, as described in WO96 / 06926, an L-valine-producing bacterium having a mutation requiring lipoic acid for growth or / and a mutation deficient in H + -ATPase, or at least ilvG, ilvM, ilvE In addition, Escherichia bacteria that express each gene of ilvD and ilvD and into which a DNA fragment containing the ilvGMEDA operon has been introduced into cells can also be suitably used in the present invention. In addition, since the ilvGMEDA operon is subjected to expression regulation (attenuation) of the operon by L-valine and / or L-isoleucine and / or L-leucine, in order to release the expression suppression by the produced L-valine, It is preferable that a region necessary for nuation is removed or mutated (Japanese Patent Laid-Open No. 8-47397).

他のアプローチとして、各々相当するアミノ酸に対する親和性が低下した(Kmが増加した)アミノアシルtRNAシンターゼの変異(ileS or valS)を導入することも有効であると考えられる。また、前記オペロンは、スレオニンデアミナーゼ活性を発現しないことが好ましい。上記のような、アテニュエーションが解除されるileS17変異を持つエシェリヒア・コリVL1970は、ルシアン・ナショナル・コレクション・オブ・インダストリアル・マイクロオーガニズムス(VKPM)・デポジタリー GNIIgenetika(RussianNational Collection of Industrial Microorganisms(VKPM)Depositary, GNIIgenetika)(住所:1, Dorozhny Proezd., 1, 113545, Moscow, Russia)に、VKPM B-4411の登録番号で寄託されている。   As another approach, it may be effective to introduce a mutation (ileS or valS) of aminoacyl tRNA synthase having a reduced affinity for each corresponding amino acid (Km increased). The operon preferably does not express threonine deaminase activity. Escherichia coli VL1970 with the ileS17 mutation, which is detained as described above, is the Lucian National Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) Depositary GNIIgenetika (Russian National Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) Depositary, GNIIgenetika) (address: 1, Dorozhny Proezd., 1, 113545, Moscow, Russia), with a registration number of VKPM B-4411.

上記のようなL−バリン生産能を有する株を、RNaseG活性が低下するように改変することによって、L−バリンを効率よく生産することのできる菌株を取得することができる。なお、L−バリン生産能の付与、およびRNaseG活性を低下させるための改変はどちらを先に行ってもよい。   A strain capable of efficiently producing L-valine can be obtained by modifying the strain having the ability to produce L-valine as described above so that the RNaseG activity is reduced. Either L-valine-producing ability or modification for reducing RNaseG activity may be performed first.

また、上記のようなL−バリン生産能を有する株を、RNaseG活性が低下し、かつ、cra遺伝子の発現が低下するように改変し、さらに、L−バリン耐性を付与することによっても、L−バリンを効率よく生産することのできる菌株を取得することができる。なお、L−バリン生産能の付与、RNaseG活性を低下させるための改変、cra遺伝子の発現を低下させるための改変、および、L−バリン耐性の付与はどのような順序で行ってもよい。   In addition, the strain having the ability to produce L-valine as described above is modified so that the RNaseG activity is decreased and the expression of the cra gene is decreased, and further, L-valine resistance is imparted. -A strain capable of efficiently producing valine can be obtained. The L-valine production ability, the modification for reducing the RNaseG activity, the modification for reducing the expression of the cra gene, and the provision of L-valine resistance may be performed in any order.

RNaseG活性を低下させるための改変、cra遺伝子の発現を低下させるための改変、および、L−バリン耐性の付与は、第1の発明において記載した方法と同様にして行うことができる。リボヌクレアーゼGの活性が低下し、かつ、cra遺伝子の発現が低下するように改変され、さらに、L−バリン耐性が付与されたL−バリン生産菌としては、例えば、実施例に示すようなエシェリヒア・コリB16株を挙げることができる。   The modification for reducing the RNaseG activity, the modification for reducing the expression of the cra gene, and imparting L-valine resistance can be carried out in the same manner as described in the first invention. Examples of L-valine-producing bacteria that have been modified so that the activity of ribonuclease G is reduced and the expression of the cra gene is reduced, and L-valine resistance is conferred include, for example, Escherichia Cori B16 strain can be mentioned.

L−バリンの製造に用いる微生物は、さらに、アセト乳酸シンターゼIII(AHASIII)をコードする遺伝子の発現が弱化したものであってもよい。アセト乳酸シンターゼIIIをコードする遺伝子としては、例えば、ilvIH遺伝子(GenBank Accession No. X01609)を挙げることができる。   The microorganism used for the production of L-valine may further have a weakened expression of a gene encoding acetolactate synthase III (AHASIII). Examples of the gene encoding acetolactate synthase III include the ilvIH gene (GenBank Accession No. X01609).

アセト乳酸シンターゼIIIをコードする遺伝子の発現を低下させるためには、例えば、ilvIH遺伝子を欠損型または変異型に置換させたり、または、ilvIH遺伝子のプロモーターやシャインダルガルノ(SD)配列等発現調節配列を改変したりすればよい。より詳しくは、ilvIH遺伝子の部分配列を置換または欠失し、正常に機能するAHASIIIを産生しないように改変したilvIH遺伝子(変異型)を含むDNAでエシェリヒア属細菌を形質転換し、変異型遺伝子と染色体上の遺伝子で組換えを起こさせることにより、染色体上のilvIH遺伝子を変異型とすることが出来る。また、大腸菌を紫外線照射または、N-メチル−N'−ニトロ−N-ニトロソグアニジン(NTG)もしくは亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、ilvIH遺伝子の発現が低下した菌株を選択する方法によっても、アセト乳酸シンターゼIIIをコードする遺伝子の発現が低下した菌株を得ることができる
。さらに、第2の発明に用いる菌株は、cra遺伝子及び/又はrng遺伝子を改変することにより、ilvIH遺伝子の発現が低下したものや、MC1061株のようにilvIH遺伝子が本来的に欠失したものであってもよい。
In order to reduce the expression of the gene encoding acetolactate synthase III, for example, the ilvIH gene is replaced with a deletion type or a mutant type, or the expression regulatory sequence such as a promoter or Shine-Dalgarno (SD) sequence of the ilvIH gene May be modified. More specifically, by substituting or deleting a partial sequence of the ilvIH gene and transforming an Escherichia bacterium with a DNA containing the ilvIH gene (mutant) modified so as not to produce normally functioning AHASIII, By causing recombination with a gene on the chromosome, the ilvIH gene on the chromosome can be made into a mutant type. Moreover, the expression of the ilvIH gene was reduced by treating the Escherichia coli with ultraviolet rays or a mutagen that is usually used for mutagenesis such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or nitrous acid. Also by a method of selecting a strain, a strain in which expression of a gene encoding acetolactate synthase III is reduced can be obtained. Furthermore, the strain used in the second invention is one in which the expression of the ilvIH gene is reduced by modifying the cra gene and / or the rng gene, or the ilvIH gene is inherently deleted like the MC1061 strain. There may be.

L−バリンの製造に用いる微生物はまた、アセト乳酸シンターゼI(AHASI)またはアセト乳酸シンターゼI(AHASII)をコードする遺伝子の発現が増強されたものであってもよい。アセト乳酸シンターゼIをコードする遺伝子としては、ilvBN遺伝子(GenBank Accession No. X02541)を挙げることができる。また、AHAS活性を有するタンパク質をコードする限り、該遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする遺伝子を用いることもできる。ストリンジェントな条件としては、例えば、60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度で、1回より好ましくは2〜3回洗浄する条件が挙げられる。
アセト乳酸シンターゼIIをコードする遺伝子としては、ilvGM遺伝子(GenBank Accession No. X04890)を挙げることができる。また、AHAS活性を有するタンパク質をコードする限り、該遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする遺伝子を用いることもできる。ストリンジェントな条件としては、例えば、60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度で、1回より好ましくは2〜3回洗浄する条件が挙げられる。
The microorganism used for the production of L-valine may also have an enhanced expression of a gene encoding acetolactate synthase I (AHASI) or acetolactate synthase I (AHASII). Examples of the gene encoding acetolactate synthase I include the ilvBN gene (GenBank Accession No. X02541). In addition, as long as it encodes a protein having AHAS activity, a gene that hybridizes with the gene under stringent conditions can also be used. The stringent conditions include, for example, a salt concentration corresponding to 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, and more preferably 2 times. The condition of washing three times is mentioned.
Examples of the gene encoding acetolactate synthase II include ilvGM gene (GenBank Accession No. X04890). In addition, as long as it encodes a protein having AHAS activity, a gene that hybridizes with the gene under stringent conditions can also be used. The stringent conditions include, for example, a salt concentration corresponding to 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, and more preferably 2 times. The condition of washing three times is mentioned.

AHASI遺伝子の発現を増強するためには、例えば、AHASI遺伝子を含むDNA断片を、エシェリヒア属細菌で機能するベクター、好ましくはマルチコピー型のベクターと連結して組換えDNAを作製し、これをエシェリヒア属細菌に導入すればよい。エシェリヒア属細菌で機能することのできるベクターとしては、宿主微生物の細胞内において自律複製可能なベクターを挙げることができる。エシェリヒア属細菌において自律複製可能なベクターとしては、pUC19、pUC18、pHSG299, pHSG399, pHSG398, pACYC184,(pHSG、pACYCは宝バイオ社より入手可), RSF1010, pBR322, pMW219(pMWはニッポンジーン社より入手可)等が挙げられる。   In order to enhance the expression of the AHASI gene, for example, a DNA fragment containing the AHASI gene is ligated with a vector functioning in bacteria belonging to the genus Escherichia, preferably a multicopy type vector, to produce a recombinant DNA, which is then transformed into Escherichia. What is necessary is just to introduce | transduce into a genus bacteria. Examples of vectors that can function in bacteria belonging to the genus Escherichia include vectors that can autonomously replicate in the cells of the host microorganism. Vectors that can replicate autonomously in Escherichia bacteria include pUC19, pUC18, pHSG299, pHSG399, pHSG398, pACYC184 (available from Takara Bio Inc.), RSF1010, pBR322, pMW219 (pMW available from Nippon Gene) ) And the like.

組換えDNAを微生物に導入するには、これまでに報告されている形質転換法に従って行えばよい。例えば、受容菌細胞を塩化カルシウムで処理してDNAの透過性を増す方法(Mandel,M.and Higa,A.,J. Mol. Biol., 53, 159 (1970))や、増殖段階の細胞からコンピテントセルを調製してDNAを導入する方法( Duncan,C.H.,Wilson,G.A.and Young,F.E., Gene, 1, 153 (1977))がある。   In order to introduce the recombinant DNA into the microorganism, transformation methods that have been reported so far may be used. For example, a method for increasing the permeability of DNA by treating recipient cells with calcium chloride (Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol., 53, 159 (1970)) There is a method (Duncan, CH, Wilson, GA and Young, FE, Gene, 1, 153 (1977)) that prepares competent cells from DNA and introduces DNA.

さらに、AHASI遺伝子の発現量を高めることは、AHASI遺伝子をエシェリヒア属細菌の染色体DNA上に多コピー存在させることによっても達成できる。微生物の染色体DNA上にAHASI遺伝子を多コピーで導入するには、染色体DNA上に多コピー存在する配列を標的に利用して相同組換えにより行う。染色体DNA上に多コピー存在する配列としては、レペティティブDNA、転移因子の端部に存在するインバーテッド・リピートが利用できる。あるいは、特開平2-109985号公報に開示されているように、AHASI遺伝子をトランスポゾンに搭載してこれを転移させて染色体DNA上に多コピー導入することも可能である。   Furthermore, increasing the expression level of the AHASI gene can also be achieved by making multiple copies of the AHASI gene present on the chromosomal DNA of the genus Escherichia. In order to introduce the AHASI gene in multiple copies on the chromosomal DNA of a microorganism, homologous recombination is performed using a sequence present on the chromosomal DNA as a target. As a sequence present in multiple copies on chromosomal DNA, repetitive DNA and inverted repeats present at the end of a transposable element can be used. Alternatively, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-109985, it is possible to mount the AHASI gene on a transposon, transfer it, and introduce multiple copies onto the chromosomal DNA.

プラスミドや相同組換えにより、AHASI遺伝子を導入する際には、強力なプロモーターの下流に該遺伝子を連結して導入してもよい。例えば、lacプロモーター、trpプロモーター、trcプロモーター等が強力なプロモーターとして知られている。また、完全長のAHASI遺伝子のプロモーター領域に塩基置換等を導入し、より強力なものに改変することも可能である。これらのプロモーター置換または改変により正常型AHASI遺伝子の発現が強化される。発現調節配列の置換は、例えば温度感受性プラスミドを用いて行うことができる。なお、AHASII遺伝子の発現増強も、AHASI遺伝子と同様に行うことができる。   When introducing the AHASI gene by plasmid or homologous recombination, the gene may be ligated downstream of a strong promoter. For example, lac promoter, trp promoter, trc promoter and the like are known as strong promoters. It is also possible to introduce a base substitution into the promoter region of the full-length AHASI gene and modify it to be more powerful. These promoter substitutions or modifications enhance the expression of normal AHASI gene. The substitution of the expression regulatory sequence can be performed using, for example, a temperature sensitive plasmid. It should be noted that the expression enhancement of the AHASII gene can be performed in the same manner as the AHASI gene.

上述したようなエシェリヒア属細菌を培地に培養し、該培地中にL-バリンを生成蓄積させ、該培地よりL-バリンを採取することにより、L-バリンを製造することができる。   L-valine can be produced by culturing Escherichia bacteria as described above in a medium, producing and accumulating L-valine in the medium, and collecting L-valine from the medium.

本発明における細菌の培養および培養液からのL-バリンの採取、精製等は、従来の微生物を用いた発酵法によるアミノ酸の製造法と同様にして行えばよい。培養に使用する培地としては、炭素源、窒素源、無機物を含有し、必要があれば使用菌株が生育に要求する栄養源を適当量含有するものであれば、合成培地でも天然培地でもよい。炭素源としては、グルコースやシュークロースをはじめとする各種炭水化物、各種有機酸があげられる。また使用する微生物の資化性によってはエタノールやグリセロール等のアルコールを用いることが出来る。窒素源としては、アンモニアや、硫酸アンモニウム等の各種のアンモニウム塩類や、アミン類その他の窒素化合物や、ペプトン、大豆加水分解物、発酵菌体分解物等の天然窒素源を用いることが出来る。無機物としては、燐酸一カリウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、炭酸カルシウム等が用いられる。   The bacterial culture and the collection and purification of L-valine from the culture solution in the present invention may be performed in the same manner as in the conventional amino acid production method by fermentation using microorganisms. The medium used for the culture may be a synthetic medium or a natural medium as long as it contains a carbon source, a nitrogen source, and an inorganic substance, and if necessary, contains an appropriate amount of a nutrient source required for growth by the strain used. Examples of the carbon source include various carbohydrates including glucose and sucrose, and various organic acids. Moreover, alcohols such as ethanol and glycerol can be used depending on the assimilation property of the microorganism to be used. As the nitrogen source, various ammonium salts such as ammonia and ammonium sulfate, amines and other nitrogen compounds, and natural nitrogen sources such as peptone, soybean hydrolyzate, and fermentation cell decomposition product can be used. As the inorganic substance, monopotassium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, calcium carbonate and the like are used.

培養は、振盪培養、通気撹拌培養等の好気的条件下で行うことが好ましく、培養温度は20〜40℃が好ましく、30〜38℃がより好ましい。培地のpHは通常5〜9の範囲であり、6.5〜7.2の範囲が好ましい。培地のpHは、アンモニア、炭酸カルシウム、各種酸、各種塩基、緩衝液などによって調整することができる。通常、1〜3日の培養によって、培養液中に目的とするL-バリンが蓄積する。   The culture is preferably performed under aerobic conditions such as shaking culture and aeration and agitation culture, and the culture temperature is preferably 20 to 40 ° C, more preferably 30 to 38 ° C. The pH of the medium is usually in the range of 5-9, preferably in the range of 6.5-7.2. The pH of the medium can be adjusted with ammonia, calcium carbonate, various acids, various bases, buffer solutions, and the like. Usually, the target L-valine accumulates in the culture medium after 1 to 3 days of culture.

培養終了後、培養液から菌体などの固形物を遠心分離や膜分離法で除去し、イオン交換法、濃縮法、晶析法等によって目的とするL-バリンを採取、精製することができる。   After completion of the culture, solids such as bacterial cells can be removed from the culture solution by centrifugation or membrane separation, and the target L-valine can be collected and purified by ion exchange, concentration, crystallization, etc. .

[実施例]
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下のものには限定されない。
[Example]
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following.

<rng遺伝子欠損株の構築>
rng(以下、cafAともいう)欠損株を、以下のように構築した。pXX557をBamHIとHindIIIで処理して得られる1.3kbのcat(クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ)遺伝子カセットを、T4 DNAポリメラーゼの処理によりその付着末端を平滑末端にした後、rng(=cafA)を含むプラスミドpMEL1(Journal of Bacteriology (1987) 169:4935-4940)上のrng遺伝子内のユニークBglII部位に挿入した。なお、pXX557は、pACYC184(ニッポンジーン)をHaeIIで処理して得られる1.3kbのcat遺伝子断片を、pUC9(German Collection of Microorganisms and Cell CulturesにDSM No.3421として登録されている)のHincII部位に挿入して得られたプラスミドである。得られたプラスミドpMEL1-cafA::catから、rng::catとその隣接領域を含む7.8kbのSalI断片をアガロース・ゲル電気泳動後に単離した。大腸菌 (Escherichia coli) K-12 recD 突然変異体株FS1576(国立遺伝学研究所にME9019として登録されている)を、上記の単離された線状DNAで形質転換させ、そして上記のrng::catを含有する線状DNAと染色体rng領域の間の相同的組換えにより形成されたクロラムフェニコール耐性コロニーを単離した。この株では、染色体上の野生型rng遺伝子がrng::catに置換されている。この株にP1ファージを感染させ、ファージライゼートを調製した後、これをMC1061株(E.coli Genetic Stock CenterにCGSC#: 6649として登録されている)またはMG1655株(国立遺伝学研究所にME9044として登録されている)に感染させた。クロラムフェニコール耐性を指標として形質導入体を選択し、取得したMC1061 rng::cat株およびMG1655 rng::cat株をそれぞれGM11株、GG11株と命名した。なお、MC1061株は、cra遺伝子が欠損している株である(Biochimical and Biophysical Research Communications 295 (2002) 92-97)。
<Construction of rng gene-deficient strain>
A rng (hereinafter also referred to as cafA) deficient strain was constructed as follows. A 1.3 kb cat (chloramphenicol acetyltransferase) gene cassette obtained by treating pXX557 with BamHI and HindIII was blunted with T4 DNA polymerase, and then rng (= cafA) was used. It was inserted into the unique BglII site in the rng gene on the containing plasmid pMEL1 (Journal of Bacteriology (1987) 169: 4935-4940). PXX557 is a 1.3 kb cat gene fragment obtained by treating pACYC184 (Nippon Gene) with HaeII at the HincII site of pUC9 (registered as DSM No.3421 in the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures). Thus obtained plasmid. From the obtained plasmid pMEL1-cafA :: cat, a 7.8 kb SalI fragment containing rng :: cat and its adjacent region was isolated after agarose gel electrophoresis. Escherichia coli K-12 recD mutant strain FS1576 (registered as ME9019 by the National Institute of Genetics) is transformed with the isolated linear DNA described above and the rng :: Chloramphenicol resistant colonies formed by homologous recombination between the linear DNA containing cat and the chromosomal rng region were isolated. In this strain, the wild-type rng gene on the chromosome is replaced with rng :: cat. After infecting this strain with P1 phage and preparing phage lysate, this strain was prepared as MC1061 strain (registered as CGSC #: 6649 in E.coli Genetic Stock Center) or MG1655 strain (registered with National Institute of Genetics). Registered as ME9044). Transductants were selected using chloramphenicol resistance as an index, and the obtained MC1061 rng :: cat strain and MG1655 rng :: cat strain were named GM11 strain and GG11 strain, respectively. The MC1061 strain is a strain lacking the cra gene (Biochimical and Biophysical Research Communications 295 (2002) 92-97).

<rng遺伝子欠損株の細胞内ピルビン酸の定量>
実施例1で構築したGG11株、GM11株およびその親株を0.2%のグルコースと100μg/mlのL-ロイシンを含むM9最少培地(Na2HPO4・7H2O 12.8g, NH2PO4 3g, NaCl 0.5g, NH4Cl 1g, MgSO4 2mM, CaCl2 0.1mMを1Lに含む)にそれぞれ接種し、30℃で振とう培養した。培養開始後4時間後に培養液を分取し、遠心分離により菌体を回収した後、22%の過塩素酸で菌体内ピルビン酸を抽出した。得られた抽出液を炭酸ナトリウムで中和した後、ピルビン酸を協和メディックス社のピルビン酸測定試薬デタミナーPAを用いて測定した。具体的には、界面活性剤を含むリン酸緩衝液にパーオキシダーゼ6.5単位/ml及びアスコルビン酸オキシダーゼ4.5単位/mlを溶解し、これに中和済みの抽出液を適量加えて、5分間37℃で恒温した。恒温した反応溶液にピルビン酸オキシダーゼ及びビス[3-ビス(4-クロロフェニル)メチル-4-ジメチル‐アミノフェニル]アミンを加え、5分間37℃で反応させ、750nmの吸光度を測定した。この測定値とピルビン酸の標準液により作成した検量線と比較することで培養液中のピルビン酸濃度を定量した。抽出されたピルビン酸は、抽出時の培養液のOD660で除することにより細胞内のピルビン酸濃度に換算した。表1に示すように、rng遺伝子欠損株では細胞内ピルビン酸濃度が上昇していることが示された。
<Quantification of intracellular pyruvic acid in rng gene-deficient strain>
The GG11 strain, the GM11 strain and the parent strain constructed in Example 1 were added to M9 minimal medium (Na 2 HPO 4 · 7H 2 O 12.8 g, NH 2 PO 4 3g, containing 0.2% glucose and 100 μg / ml L-leucine, NaCl 0.5 g, NH 4 Cl 1 g, MgSO 4 2 mM, CaCl 2 0.1 mM in 1 L) were inoculated and cultured at 30 ° C. with shaking. After 4 hours from the start of the culture, the culture solution was collected, and the cells were collected by centrifugation, and then the intracellular pyruvic acid was extracted with 22% perchloric acid. The obtained extract was neutralized with sodium carbonate, and then pyruvic acid was measured using a pyruvate measuring reagent determiner PA manufactured by Kyowa Medix. Specifically, peroxidase 6.5 units / ml and ascorbate oxidase 4.5 units / ml are dissolved in a phosphate buffer containing a surfactant, and an appropriate amount of neutralized extract is added thereto. Incubated at 37 ° C. for 5 minutes. Pyruvate oxidase and bis [3-bis (4-chlorophenyl) methyl-4-dimethyl-aminophenyl] amine were added to the constant temperature reaction solution, reacted at 37 ° C. for 5 minutes, and the absorbance at 750 nm was measured. The pyruvic acid concentration in the culture solution was quantified by comparing this measured value with a calibration curve prepared with a standard solution of pyruvic acid. The extracted pyruvic acid was converted into intracellular pyruvic acid concentration by dividing by OD660 of the culture solution at the time of extraction. As shown in Table 1, it was shown that the intracellular pyruvate concentration was increased in the rng gene-deficient strain.

Figure 0004582573
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<GM11株からの生育改善株の分離>
実施例1で構築したGM11株を0.2%のグルコースを含むM9最少培地にL-ロイシンを100μg/ml添加した培地にて培養を実施したところ、著しい生育の遅延が認められた。そこで、本発明者らは、検討した結果、L-スレオニンまたはL-イソロイシンを添加することで生育が回復することを見出した。この結果から、GM11株ではcra変異に加えて、rng変異が導入されることにより細胞内のL-バリン濃度が上昇し、その結果L-イソロイシンの生合成が抑制されることにより最少培地での生育遅延が認められると推測した。例えば、アセト乳酸合成酵素IをコードするilvBN、アセト乳酸合成酵素IIIをコードするilvIHはL-バリンでフィードバックインヒビションを受けることが知られている。そこで、次に発明者らは、最少培地でGM11株の成育改善株を分離すれば、L-イソロイシンの生合成経路のL-バリンによるフィードバックインヒビションが解除された株が分離でき、生育の遅延を解消できると考え、生育改善株の分離を試みた。具体的には、0.2%のグルコースおよびL-ロイシン100μg/mlを含むM9プレート上にGM11株を約2×107cellsとなるように希釈して塗布、30℃で3日間培養し、自然突然変異で出現した良好に生育するコロニーを3株分離した。この生育改善株のうち1株をB6株と命名した。
<Separation of growth improving strain from GM11>
When the GM11 strain constructed in Example 1 was cultured in a medium in which L-leucine was added at 100 μg / ml in an M9 minimal medium containing 0.2% glucose, a significant growth delay was observed. Therefore, as a result of investigations, the present inventors have found that growth is recovered by adding L-threonine or L-isoleucine. From this result, in the GM11 strain, in addition to the cra mutation, the rng mutation was introduced to increase the intracellular L-valine concentration, and as a result, the biosynthesis of L-isoleucine was suppressed, resulting in the minimal medium. It was estimated that growth delay was observed. For example, ilvBN encoding acetolactate synthase I and ilvIH encoding acetolactate synthase III are known to undergo feedback inhibition with L-valine. Therefore, the inventors next can isolate the growth-improved strain of GM11 strain in a minimal medium, and isolate the strain in which the feedback inhibition by L-valine in the biosynthesis pathway of L-isoleucine has been released. We thought that the delay could be eliminated and tried to isolate a growth-improving strain. Specifically, on a M9 plate containing 0.2% glucose and L-leucine 100 μg / ml, GM11 strain was diluted to about 2 × 10 7 cells, applied, and cultured at 30 ° C. for 3 days. Three well-growing colonies that appeared due to the mutation were isolated. One of these growth improving strains was named B6 strain.

<B6株のバリン感受性の確認>
実施例3で取得したB6株のL−バリンの感受性を、0.2%のグリセロールおよび100μg/mlのL-ロイシンを含む、M9最少培地に各所定量のL-バリンを添加したプレートでの生育を指標に確認した。その結果、親株であるMC1061ならびにそのrng変異株であるGM11では6.25μg/mlのL-バリンを含む培地では生育できなかったのに対し、B6株では100μg/mlのL-バリンを含む培地でも生育可能であった(図1)。したがって、GM11株の生育改善株として取得されたB6株は、L-バリン耐性が付与された株であることが明らかとなった。
なお、MC1061株を0.2%のグルコースおよびLeu 100μg/ml, Val 10μg/mlを含むM9プレートに2×107cellsとなるように希釈して塗布、30℃で4日培養後、自然突然変異により生育してきた4クローンを分離した。そのうち3クローンは25μg/ml以上のL-バリン存在下でも生育した。これらの株にrng変異を導入したところ、B6株同様にM9最少培地にロイシンのみを添加した培地で生育可能であることが確認できた。このように、常法に従ってL-バリン耐性株を分離し、それにrng変異を導入してもB6株と同様の生育改善株を得ることができる。
<Confirmation of valine sensitivity of B6 strain>
The sensitivity of the B6 strain obtained in Example 3 to L-valine is indicated by growth on a plate containing 0.2% glycerol and 100 μg / ml L-leucine and each M9 minimal medium added with each predetermined amount of L-valine. Confirmed. As a result, the parent strain MC1061 and its rng mutant GM11 were unable to grow on a medium containing 6.25 μg / ml L-valine, whereas the B6 strain was not able to grow on a medium containing 100 μg / ml L-valine. It was able to grow (FIG. 1). Therefore, it was revealed that the B6 strain acquired as a growth-improved strain of the GM11 strain was a strain to which L-valine resistance was imparted.
In addition, MC1061 strain was diluted and applied to an M9 plate containing 0.2% glucose, Leu 100 μg / ml, Val 10 μg / ml to 2 × 10 7 cells, cultured at 30 ° C. for 4 days, and then spontaneously mutated. Four growing clones were isolated. Of these, 3 clones grew even in the presence of 25 μg / ml or more of L-valine. When rng mutations were introduced into these strains, it was confirmed that they could grow on a medium in which only leucine was added to the M9 minimal medium as in the case of the B6 strain. Thus, even if an L-valine resistant strain is isolated according to a conventional method and an rng mutation is introduced into it, a growth-improved strain similar to the B6 strain can be obtained.

<rng遺伝子欠損株によるピルビン酸の蓄積>
実施例3で取得したB6株およびその親株であるMC1061株を、0.2%のグルコースおよび100μg/mlのL-ロイシンを含むM9最少培地にそれぞれ接種し30℃で培養した。培養開始後16時間目の培養液を分取し、培養液中のピルビン酸を協和メディックス社のピルビン酸測定試薬デタミナーPAを用いて測定した。界面活性剤を含むリン酸緩衝液にパーオキシダーゼ6.5単位/ml及びアスコルビン酸オキシダーゼ4.5単位/mlを溶解し、これに培養液を遠心分離して得た遠心上清を適量加えて、5分間37℃で恒温した。恒温した反応溶液にピルビン酸オキシダーゼ及びビス[3-ビス(4-クロロフェニル)メチル-4-ジメチル‐アミノフェニル]アミンを加え、5分間37℃で反応させ、750nmの吸光度を測定した。この測定値とピルビン酸の標準液により作成した検量線と比較することで培養液中のピルビン酸濃度を定量した。表2に示すように、MC1061株に比しB6株ではピルビン酸蓄積量が約11倍に向上していることが示された。このデータと表1のデータを合わせて考えると、L−バリン耐性の付与によりさらにピルビン酸蓄積が向上したことがわかった。
<Accumulation of pyruvate by rng gene-deficient strain>
The B6 strain obtained in Example 3 and its parent strain MC1061 were inoculated in M9 minimal medium containing 0.2% glucose and 100 μg / ml L-leucine, and cultured at 30 ° C. A culture solution at 16 hours after the start of the culture was collected, and pyruvic acid in the culture solution was measured using a pyruvate measuring reagent determiner PA manufactured by Kyowa Medix. Peroxidase 6.5 units / ml and ascorbate oxidase 4.5 units / ml are dissolved in a phosphate buffer containing a surfactant, and an appropriate amount of a centrifugal supernatant obtained by centrifuging the culture solution is added thereto. Incubated at 37 ° C. for 5 minutes. Pyruvate oxidase and bis [3-bis (4-chlorophenyl) methyl-4-dimethyl-aminophenyl] amine were added to the constant temperature reaction solution, reacted at 37 ° C. for 5 minutes, and the absorbance at 750 nm was measured. The pyruvic acid concentration in the culture solution was quantified by comparing this measured value with a calibration curve prepared with a standard solution of pyruvic acid. As shown in Table 2, it was shown that the amount of pyruvic acid accumulation was improved about 11 times in the B6 strain compared to the MC1061 strain. Considering this data in combination with the data in Table 1, it was found that pyruvic acid accumulation was further improved by imparting L-valine resistance.

Figure 0004582573
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B6株のL-バリン生産能の確認
MC1061株およびB6株を0.2%のグルコースを含むM9培地にL-ロイシンおよびL-イソロイシンをそれぞれ100μg/mlとなるように添加した培地にて30℃で培養した。菌を接種後24時間目の培養液を分取し、適当に希釈した後、日立アミノ酸アナライザーL-8500を用いてL-バリンの生成量を分析した。表3に示すように、MC1061株では約40mg/LのL-バリンを蓄積したのに対し、B6株では約90mg/LのL-バリンを蓄積した。このことから、B6株では顕著にL-バリン生産能が向上していることが示された。
Confirmation of L-valine productivity of B6 strain
The MC1061 strain and the B6 strain were cultured at 30 ° C. in a medium in which L-leucine and L-isoleucine were added to M9 medium containing 0.2% glucose at 100 μg / ml, respectively. The culture solution at 24 hours after inoculation with the fungus was collected and diluted appropriately, and the amount of L-valine produced was analyzed using Hitachi Amino Acid Analyzer L-8500. As shown in Table 3, the MC1061 strain accumulated about 40 mg / L L-valine, whereas the B6 strain accumulated about 90 mg / L L-valine. From this, it was shown that the L6 valine production ability was remarkably improved in the B6 strain.

Figure 0004582573
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GM11株のL-イソロイシン要求性のcra遺伝子による相補
上述したように、MC1061株ではcra遺伝子が欠損しているため、本発明者らは、cra変異がL-バリン生合成に影響を与えている可能性を考えた。そうであれば、cra遺伝子を導入することにより、GM11株で認められた最少培地での生育の遅延が相補されるはずである。これを確認するためにまずcra遺伝子のクローニングを行った。GW10株(Molecular and General Genetics 253(1997)515-519)より常法により染色体DNAを抽出し、この染色体DNAを鋳型として、配列表配列番号1、2に示す合成DNAをプライマーとしてPCR反応を行い、cra遺伝子を含む1.1kbの増幅断片を得た。このプライマーには制限酵素BamHIの認識部位が付加されているため、この増幅産物をBamHIで完全分解し、pMW218(日本ジーン)のBamHI部位に挿入し、目的の構成のプラスミドをpCRA1とした。次に、このプラスミドでGM11株を形質転換し、Km耐性を指標に形質転換体を取得した。得られた形質転換体GM11/pCRA1をM9プレートにスポットしたところ、図2に示すようにL-スレオニンまたはL-イソロイシンの栄養要求性は消失していた。GM11で認められたL-スレオニンまたはL-イソロイシンの要求性は、rng変異とcra欠損の組み合わせにより生じる表現型であることが示された。
Complementation of GM11 strain with L-isoleucine-requiring cra gene As mentioned above, since the cra gene is deficient in MC1061 strain, the present inventors have found that the cra mutation affects L-valine biosynthesis I thought about the possibility. If so, introduction of the cra gene should complement the growth delay in the minimal medium observed in the GM11 strain. To confirm this, we first cloned the cra gene. Chromosomal DNA is extracted from GW10 strain (Molecular and General Genetics 253 (1997) 515-519) by a conventional method, and PCR reaction is performed using the chromosomal DNA as a template and the synthetic DNAs shown in SEQ ID NOs: 1 and 2 as primers. A 1.1 kb amplified fragment containing the cra gene was obtained. Since the restriction enzyme BamHI recognition site was added to this primer, this amplified product was completely digested with BamHI and inserted into the BamHI site of pMW218 (Nippon Gene), and the plasmid of the desired configuration was designated as pCRA1. Next, GM11 strain was transformed with this plasmid, and a transformant was obtained using Km resistance as an index. When the obtained transformant GM11 / pCRA1 was spotted on an M9 plate, the auxotrophy of L-threonine or L-isoleucine disappeared as shown in FIG. The requirement for L-threonine or L-isoleucine observed in GM11 was shown to be a phenotype caused by the combination of rng mutation and cra deficiency.

cra遺伝子欠損によるilvBN遺伝子過剰発現の確認
GM11株およびGM11/pCRA1株よりRNAを抽出し、ilvBN遺伝子断片をプローブとしてノーザンハイブリザイゼーションを行ったところ、GM11/pCRA1株ではilvBN mRNAの発現量が顕著に抑制されていた(図3)。なお、プローブには、MG1655の染色体DNAを鋳型として、配列番号3および配列番号4に示す合成DNAをプライマーとしてPCRを行い調製したilvBN遺伝子断片を用いた。このことからcra変異の効果はilvBN遺伝子(アセト乳酸合成酵素I)の過剰発現によるL-バリン合成の亢進にあるといえる。
Confirmation of overexpression of ilvBN gene by cra gene deletion
When RNA was extracted from the GM11 strain and GM11 / pCRA1 strain and Northern hybridization was performed using the ilvBN gene fragment as a probe, the expression level of ilvBN mRNA was remarkably suppressed in the GM11 / pCRA1 strain (FIG. 3). The probe used was an ilvBN gene fragment prepared by PCR using the chromosomal DNA of MG1655 as a template and the synthetic DNAs shown in SEQ ID NOs: 3 and 4 as primers. Therefore, it can be said that the effect of the cra mutation is the enhancement of L-valine synthesis by overexpression of the ilvBN gene (acetolactic acid synthase I).

MC1061株におけるilvIH周辺領域の欠損の確認
Biochimical and Biophysical Research Communications 295(2002) 92-97で記載されているように、MC1061株ではcra遺伝子の一部が欠失しているが、cra遺伝子とilvIH遺伝子は染色体上近傍に位置する(図4)。一方、MC1061はaraD-leuCの領域が欠損しているとされていたが(非特許文献:Journal of Molecular Biology 138(1980)179-207)、本発明者らはMC1061株ではaraD-craまでが欠損しているのが正しいと推測した。そこで、MC1061より抽出した染色体をEcoRI、またはEcoRIとSpeIで完全分解し、サザンハイブリダイゼーションを行った(図5)。なお、プローブには、MG1655の染色体を鋳型として、配列番号1、配列番号2に示す合成DNAをプライマーとしてPCRを行い、cra遺伝子の部分配列を含むDNA断片を用いた。その結果、MC1061株では、leuO遺伝子に存在しているはずのSpeI部位が存在しないことが示された(図5)。この結果ならびにMC1061で認められているcra遺伝子の部分欠失から、MC1061株ではaraD-craまでが連続して欠損しており、ilvIH遺
伝子も欠損していることが示された。
Confirmation of the defect around ilvIH in MC1061 strain
As described in Biochimical and Biophysical Research Communications 295 (2002) 92-97, a part of cra gene is deleted in MC1061 strain, but cra gene and ilvIH gene are located near the chromosome (Fig. 4). On the other hand, MC1061 was said to lack the araD-leuC region (Non-patent document: Journal of Molecular Biology 138 (1980) 179-207). I guessed it was correct. Therefore, the chromosome extracted from MC1061 was completely decomposed with EcoRI or EcoRI and SpeI, and Southern hybridization was performed (FIG. 5). PCR was performed using the MG1655 chromosome as a template and the synthetic DNAs shown in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 as primers, and a DNA fragment containing a partial sequence of the cra gene was used as the probe. As a result, in the MC1061 strain, it was shown that there was no SpeI site that should be present in the leuO gene (FIG. 5). From this result and the partial deletion of the cra gene observed in MC1061, araD-cra was continuously deleted in the MC1061 strain, and the ilvIH gene was also deleted.

本発明の細菌を用いることにより、ピルビン酸またはL−バリンを効率的に製造することができる。   By using the bacterium of the present invention, pyruvic acid or L-valine can be efficiently produced.

サプレッサー変異株のバリン耐性度を示す図(写真)。Glyはグリセロールを意味する。The figure (photograph) which shows the valine tolerance degree of a suppressor mutant. Gly means glycerol. GM11株のIle、Thr添加またはcra導入による生育回復を示す図(写真)。Glcはグルコースを意味する。The figure (photograph) which shows the growth recovery of GM11 stock | strain by Ile and Thr addition or cra introduction | transduction. Glc means glucose. craによるilvBN遺伝子発現の抑制を示す図(写真)。The figure which shows suppression of the ilvBN gene expression by cra (photograph). MC1061株の染色体上ilvIH周辺領域を示す図。The figure which shows the ilvIH peripheral region on the chromosome of MC1061 strain. MC1061株のilvIH周辺領域のサザンハイブリダイゼーションによる解析を示す図(写真)。The figure (photograph) which shows the analysis by Southern hybridization of the area | region around ilvIH of MC1061 strain | stump | stock.

Claims (4)

ピルビン酸生産能を有するエシェリヒア属細菌を培地中に培養し、該培地又は菌体内にピルビン酸を生成蓄積させ、該培地又は菌体からピルビン酸を採取することを特徴とする、ピルビン酸の製造方法であって、
前記エシェリヒア属細菌が、rng遺伝子を欠損すること若しくは変異型に置換することにより、又はrng遺伝子の発現調節配列を改変することにより、リボヌクレアーゼGの活性が低下するように改変されている、方法
The bacterium belonging to the genus Escherichia have a pyruvic acid-producing ability were cultured in the medium to produce and accumulate pyruvate to the medium or bacterial cells, and collecting the pyruvate from the medium or cells, the pyruvate A manufacturing method comprising :
A method wherein the bacterium belonging to the genus Escherichia is modified so that the activity of ribonuclease G is reduced by deleting the rng gene or replacing it with a mutant type, or by modifying the expression regulatory sequence of the rng gene .
rng遺伝子が(A)及び(B)からなるグループから選択されたタンパク質をコードする、請求項1に記載の方法。  2. The method of claim 1, wherein the rng gene encodes a protein selected from the group consisting of (A) and (B).
(A)配列番号6のアミノ酸配列を有するタンパク質。(A) A protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6.
(B)配列番号6において1−5個のアミノ酸が置換、欠失、挿入又は付加されたアミノ酸配列を有し、かつリボヌクレアーゼG活性を有するタンパク質。(B) A protein having an amino acid sequence in which 1 to 5 amino acids are substituted, deleted, inserted or added in SEQ ID NO: 6 and having ribonuclease G activity.
前記エシェリヒア属細菌が、さらに、cra遺伝子の発現が低下するように改変されたエシェリヒア属細菌である、請求項1又は2に記載のピルビン酸の製造方法。   The method for producing pyruvic acid according to claim 1 or 2, wherein the Escherichia bacterium is a bacterium belonging to the genus Escherichia further modified so that expression of the cra gene is reduced. 前記エシェリヒア属細菌が、さらに、L−バリン耐性を有するエシェリヒア属細菌であり、L−バリン耐性を有するとは25μg/ml以上のL−バリンを含む条件で生育可能であることをいう、請求項3に記載のピルビン酸の製造方法。 The Escherichia bacterium further refers to L- valine resistance Ri bacterium der having, as having L- valine resistance can be grown in conditions containing 25 [mu] g / ml or more L- valine, wherein Item 4. A method for producing pyruvic acid according to Item 3.
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