JP4943678B2

JP4943678B2 - 細胞の脂肪酸組成を改変する方法およびその利用

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Publication number: JP4943678B2
Application number: JP2005222570A
Authority: JP
Inventors: 英登志奥山; 善丈折笠; 孝伸西田; 征也伊藤; 琢二大和田
Original assignee: ROM CO., LTD.; Hokkaido University NUC; Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine NUC
Current assignee: ROM CO., LTD.; Hokkaido University NUC; Obihiro University of Agriculture and Veterinary Medicine NUC
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2025-08-01
Also published as: JP2007037415A

Description

本発明は、種々の細胞の脂肪酸組成を改変する方法に関するものであり、特に、機能性脂質であるエイコサペンタエン酸（ＥＰＡ）を始めとする不飽和脂肪酸の含有量を高める方法に関する。さらに、ＥＰＡ等の不飽和脂肪酸を含有する医薬品、食品、またはその他の工業製品と、その製造方法に関する。

不飽和脂肪酸、特にｎ−３系高度不飽和脂肪酸であるエイコサペンタエン酸（ＥＰＡ）やドコサヘキサエン酸（ＤＨＡ）等は、機能性脂質と呼ばれ、医薬品や食品等、様々な分野で利用されている。例えばＥＰＡは、閉塞性動脈硬化症などの改善に用いられる医薬品、ＤＨＡは健康食品素材として利用されている。また、これらＥＰＡおよびＤＨＡは食品添加物やサプリメントとして利用されることもある。このように工業的に利用されているｎ−３系高度不飽和脂肪酸の多くは、脂肪態のものである。

現在、これらｎ−３系高度不飽和脂肪酸を始めとする不飽和脂肪酸は、その原料のほとんどが魚油である。魚油は、その分子形態はトリアシルグリセロール（脂肪）であり、現在医薬品として２００億円規模の売上があるＥＰＡエチルエステルの原料となっている。

また最近、ｎ−３系高度不飽和脂肪酸のリン脂質態の抗腫瘍作用や臓器の白色脂肪量の低下作用、抗酸化作用が見出されるなど、新しい生理機能が明らかにされてきている。リン脂質態ｎ−３系高度不飽和脂肪酸の原料は、主としてイカ等の水産資源である。

また、水産資源以外からの採取以外の不飽和脂肪酸の製造方法としては、微生物を利用する方法が試みられている。例えば、特許文献１には、ＥＰＡの生合成酵素群をコードする遺伝子（ＥＰＡ合成酵素遺伝子群）をシーワネラ・ピュートリファシエンス（Shewanella putrefaciens）ＳＣＲＣ−２８７４（FERM BP-1625）から取得し、これをベクターと連結してプラスミドを作成して該プラスミドにて大腸菌を形質転換し、この形質転換した大腸菌を培養してＥＰＡを産生する技術が記載されている。

また、特許文献２には、シーワネラ・ピュートリファシエンス（Shewanella putrefaciens）ＳＣＲＣ−２８７４（FERM BP-1625）由来のＥＰＡ生合成酵素遺伝子群の一部遺伝子を欠損させることによって、よりＥＰＡ生産能の高い遺伝子群を見出したことが記載されている。
特開平８−２４２８６７号公報（公開日：１９９６年９月２４日）国際公開番号：ＷＯ９８／０１５６５（国際公開日：１９９８年１月１５日）

上述したように、現在、ｎ−３系高度不飽和脂肪酸を始めとする不飽和脂肪酸の原料としては、主に水産資源が利用されている。しかし、水産資源を不飽和脂肪酸の原料とするには、以下のような問題点がある。まず、魚油を始めとする水産資源は独特の臭気（いわゆる魚臭さ）が避けられない。そのため、この臭気が製品としての品質や価値を損なう可能性がある。また、漁獲高の不安定性および経年的な減少傾向によって、水産資源の原料としての供給の安定性には問題がある。さらに、環境汚染による水産資源の汚染も、将来的により大きな問題となると考えられている。

上述したように、形質転換した大腸菌によって不飽和脂肪酸を産生する方法も提案されている。しかし、工業的に不飽和脂肪酸を製造するには、不飽和脂肪酸をより効率よく産生することのできる新たな技術が求められている。

本発明は、上記従来の課題に鑑みたものであり、その目的は、不飽和脂肪酸をより効率よく製造することを可能にする方法と、その代表的な利用技術とを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、不飽和脂肪酸合成能を有する細胞に対して、当該細胞が合成した不飽和脂肪酸の酸化を抑制することによって、上記細胞の脂肪酸組成を改変することができ、それゆえ不飽和脂肪酸をより効率よく製造することが可能になることを独自に見出し、本発明を完成するに至った。本発明は上記新規な知見に基づいて完成されたものであり、以下の発明を包含する。
（１）不飽和脂肪酸合成能を有する細胞に対して、当該細胞が合成した不飽和脂肪酸の酸化を抑制することによって上記細胞の脂肪酸組成を改変する方法。
（２）上記不飽和脂肪酸合成能を有する細胞に対して、不飽和脂肪酸の酸化を抑制することのできるタンパク質をコードする遺伝子を発現可能に導入する工程を含む上記（１）に記載の方法。
（３）上記遺伝子は、カタラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子である上記（２）に記載の方法。
（４）上記遺伝子は、ヴィブリオ・ルモイエンシスＳ−１株に由来する上記（３）に記載の方法。
（５）上記不飽和脂肪酸合成能を有する細胞は、不飽和脂肪酸合成能を有するタンパク質をコードする遺伝子を発現可能に導入してなる細胞である上記（１）〜（４）のいずれかに記載の方法。
（６）上記遺伝子は、ＥＰＡ合成能を有するタンパク質をコードする遺伝子である上記（５）に記載の方法。
（７）不飽和脂肪酸合成能を有する細胞に対して、配列番号１に記載の配列を有するポリヌクレオチドを発現可能に導入することによって、上記細胞の脂肪酸組成を改変する方法。
（８）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の方法を一工程として含む不飽和脂肪酸含有組成物の製造方法。
（９）上記（４）に記載の製造方法により製造される不飽和脂肪酸含有組成物。
（１０）上記（１）〜（７）のいずれか１項に記載の方法によって脂肪酸組成が改変された細胞。
（１１）不飽和脂肪酸合成能を有すると共に、不飽和脂肪酸の酸化を抑制することのできるタンパク質をコードした遺伝子が発現可能に導入されてなる細胞。
（１２）宿主細胞に、不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子と、不飽和脂肪酸の酸化を抑制することのできるタンパク質をコードした遺伝子とが共発現可能に導入されてなる上記（１１）に記載の細胞。

以上のように、本発明は、不飽和脂肪酸合成能を有する細胞に対して、当該細胞が合成した不飽和脂肪酸の酸化を抑制することによって上記細胞の脂肪酸組成を改変する方法と、その代表的な利用法とを含む。

本発明に係る細胞の脂肪酸組成を改変する方法によれば、細胞の不飽和脂肪酸の含有量を高めることができる。そのため、当該方法によって脂肪酸組成を改変された細胞は、不飽和脂肪酸の製造に好適に用いることができる。つまり、当該方法によると、不飽和脂肪酸を安定かつ効率よく供給することが可能となる。

本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本発明は、これに限定されるものではない。

本発明は、不飽和脂肪酸合成能を有する細胞に対して、当該細胞が合成した不飽和脂肪酸の酸化を抑制することによって、上記細胞の脂肪酸組成を改変する方法（以下、単に脂肪酸組成改変方法と称する場合がある）、およびその利用に関するものである。そこで、以下ではまず、上記細胞の脂肪酸組成を改変する方法について説明し、次いで、その代表的な利用法について説明する。
＜１．脂肪酸組成改変方法＞
上記脂肪酸組成改変方法としては、不飽和脂肪酸合成能を有する細胞に対して、当該細胞が合成した不飽和脂肪酸の酸化を抑制することによって上記細胞の脂肪酸組成を改変することができればよく、対象となる細胞、不飽和脂肪酸、工程、試薬等は特に限定されない。

本発明における不飽和脂肪酸とは、特に断らない限り、二重結合または三重結合をもつ脂肪酸およびその誘導体の両方を意味する。つまり、特に断らない限り、不飽和脂肪酸には、単純脂質としてのモノエン脂肪酸、ポリエン脂肪酸、高度不飽和脂肪酸、およびアセチレン型脂肪酸、並びにこれら脂肪酸の誘導体が含まれる。

不飽和脂肪酸の誘導体としては、リン脂質等の複合脂質、極性脂質、エステル等、上述の不飽和脂肪酸を含む化合物であれば特に限定されない。

本発明の脂肪酸組成改変方法の対象となる細胞としては、不飽和脂肪酸合成能を有する細胞であればよく、従来公知の各種細胞を好適に用いることができる。つまり、植物、動物、細菌、酵母等、あらゆる生物の細胞を対象とすることが可能である。具体的には、大腸菌（E. coli）等の細菌、酵母（出芽酵母Saccharomyces cerevisiae、分裂酵母Schizosaccharomyces pombe）、線虫（Caenorhabditis elegans）、アフリカツメガエル（Xenopus laevis）の卵母細胞等を挙げることができるが、特に限定されるものではない。上記の細胞のための適切な培養培地および条件は当分野で周知である。

なお、リン脂質を得ることを目的とする場合、対象となる細胞として特に好適なのは、細菌、または酵母などのようにミトコンドリアなどの細胞内膜系をもつ生物である。これらの細胞は、脂肪酸の多くをリン脂質成分として合成するので、不飽和脂肪酸のリン脂質を特に効率よく生産することができる。

これらの対象となる細胞としては、元来不飽和脂肪酸合成能を有する細胞であってもよい。また、不飽和脂肪酸合成能を持たない、またはその能力の低い細胞に対して、人工的に不飽和脂肪酸合成能を付与することもできる。

不飽和脂肪酸合成能を元来有する細胞としては、具体的には、Alteromonas属、Shewanella属、Colwellia属、Vibrio属、Flexibacter属などの細菌、さらに具体的には、Shewanella sp. strain GA-22、Shewanella sp. AC10、Shewanella violacea DSS12、 Photobacterium profundum strain SS9を挙げることができる。

なお、この他にも、低温で生存可能な細胞の多くは不飽和脂肪酸合成能を有しているので、本発明に利用可能である。

また、細胞に対して人工的に不飽和脂肪酸合成能を付与する方法としては、例えば遺伝子導入が挙げられる。つまり、本発明において不飽和脂肪酸合成能を有する細胞とは、不飽和脂肪酸合成能酵素をコードする遺伝子（不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子）を発現可能に導入して得られる細胞であってもよい。このとき導入される遺伝子としては、不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子を利用することができる。遺伝子導入の対象となる細胞（宿主細胞）としては、上述した脂肪酸組成改変方法の対象となる細胞と同様、従来公知の各種細胞を用いることができる。

本発明において、不飽和脂肪酸の酸化を抑制する方法は、最終的に細胞の脂肪酸組成を改変することができればよく、特に限定されない。不飽和脂肪酸の酸化を抑制する方法として、例えば不飽和脂肪酸能を有する細胞に対して、不飽和脂肪酸の酸化を抑制するような化合物を与える、不飽和脂肪酸の酸化を抑制することのできるタンパク質をコードする遺伝子を発現可能に導入する、等が挙げられる。このとき用いられる遺伝子については、下記＜２＞欄で説明する。

また、本発明の脂肪酸組成改変方法は、不飽和脂肪酸の酸化を抑制することのできるタンパク質を高発現する細胞に、不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子を発現可能に導入し、産生される不飽和脂肪酸の酸化を抑制し、細胞の脂肪酸組成を改変する方法であってもよい。

「不飽和脂肪酸の酸化を抑制することのできるタンパク質」とは、特に限定されるものではないが、例えば、過酸化水素等の活性酸素種を基質とする酸化還元酵素が挙げられる。より具体的には、過酸化水素を基質とするカタラーゼやペルオキシダーゼ等のヒドロペルオキシダーゼが挙げられる。

「不飽和脂肪酸の酸化を抑制することのできるタンパク質を高発現する細胞」とは、例えば、ヴィブリオ・ルモイエンシス（Vibrio rumoiensis）Ｓ−１株、Rhodopseudomonas capsulata、Micrococcus luteus、 Alcaligenes faecalis等のように、一般的な大腸菌等と比較して高い活性を有するカタラーゼを発現する細胞、または、カタラーゼの発現量が多いため、細胞全体のカタラーゼ活性が高い細胞を意味する。もちろん、カタラーゼ以外のヒドロペルオキシダーゼについても同様である。

また、不飽和脂肪酸の酸化を抑制する化合物としては、特に限定されないが、具体的には、還元剤である還元型グルタチオン；ビタミンＣ、ビタミンＥ等のビタミン類；ポリフェノール類；およびβ−カロチン等が挙げられる。

なお、「細胞の脂肪酸組成を改変する」とは、細胞に含まれる脂肪酸および細胞から外分泌される脂肪酸の少なくとも一方の組成が改変されることを意味する。つまり、細胞を培地で培養する場合、細胞および培地の少なくとも一方の脂肪酸組成が改変されていればよい。

また、細胞の脂肪酸組成を改変することによって、細胞および当該細胞を培養する培地の少なくとも一方の不飽和脂肪酸の含有量が増加することが好ましい。不飽和脂肪酸の含有量が増加するとは、総脂肪酸中の不飽和脂肪酸の含有率が高くなることであってもよく、例えば培養液の単位体積当たりの不飽和脂肪酸の量自体が増えることであってもよい。

以上のように、不飽和脂肪酸の酸化を抑制することによって、細胞の脂肪酸組成を改変することができることは、本発明者等が見出した全く新規の知見である。また、後述するように、様々な産業分野での利用価値は非常に高い。

以下、上述した本発明の脂肪酸組成改変方法について、より具体的に説明する。
＜２．利用可能な遺伝子＞
以下に、上記＜１＞欄でのべた脂肪酸組成改変方法において利用可能な遺伝子について説明する。
（２−１）不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子
本発明に利用可能な不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子としては、宿主細胞内で不飽和脂肪酸を合成することができるものであればよい。例えば、ＥＰＡクラスター（ＥＰＡ合成酵素遺伝子群）、ＤＨＡ合成酵素遺伝子等、脂肪酸不飽和化酵素遺伝子など、目的とする不飽和脂肪酸によって、適宜変更可能である。

以下では、不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子の一例として、ＥＰＡクラスターについて説明する。

ＥＰＡクラスターとしては、ＥＰＡを発現するのに必要な遺伝子が含まれていればよい。従って、その由来となる生物種は特に限定されず、例えば、Shewanella sp. strain GA-22、Shewanella sp. AC10、Shewanella violacea DSS12、 Photobacterium profundum strain SS9などに由来するＥＰＡクラスターを用いることができる。

また、Alteromonas属、Shewanella属、Colwellia属、Vibrio属、Flexibacter属などの細菌はＥＰＡをもつ（ＥＰＡ合成能力をもつ）ことが知られている。これらＥＰＡをもつ細菌は、ＥＰＡクラスターと同様の遺伝子群をもつと予想される。そのため、これらＥＰＡ合成能力を持つ微生物に由来するＥＰＡクラスターも利用することができる。特に、Shewanella olleyana のように３０℃でも増殖が可能な非低温性細菌のＥＰＡ合成酵素遺伝子の場合は、低温に限らず常温以上の温度でＥＰＡを合成することも可能なのでより好ましい。

また、ＥＰＡクラスターとしては、特許文献２に記載されたシーワネラ・ピュートリファシエンス（Shewanella putrefaciens）ＳＣＲＣ−２８７４（FERM BP-1625）由来のＥＰＡクラスター、およびその一部を欠失させることによって得られたよりＥＰＡ生産能の高い遺伝子群が、特に好適に用いられる。

また、ＥＰＡクラスター全長である必要はなく、ＥＰＡを発現することができれば、ＥＰＡクラスターの部分長であってもよい。また、ＥＰＡを発現することができれば、１または複数個のヌクレオチドの付加、欠失および／または他のヌクレオチドによる置換がなされているＥＰＡクラスターも本発明に利用することができる。
（２−２）不飽和脂肪酸の酸化を抑制するタンパク質およびそれをコードする遺伝子
「不飽和脂肪酸の酸化を抑制するタンパク質」とは、特に限定されるものではないが、例えば、過酸化水素等の活性酸素種を基質とする酸化還元酵素が挙げられる。より具体的には、過酸化水素を基質とするカタラーゼやペルオキシダーゼ等のヒドロペルオキシダーゼが挙げられる。

また、カタラーゼ遺伝子としては、例えば、ヴィブリオ・ルモイエンシス（Vibrio rumoiensis）Ｓ−１株、Rhodopseudomonas capsulata、Micrococcus luteus、 Alcaligenes faecalisなどに由来するカタラーゼ遺伝子が好適に用いられる。これら遺伝子は、大腸菌または他の宿主細胞に導入した場合に、高いカタラーゼ活性を示すカタラーゼ遺伝子である。

ヴィブリオ・ルモイエンシスＳ−１株由来のカタラーゼ遺伝子として、より具体的にはｖｋｔＡが挙げられる。ｖｋｔＡは、塩基数1527個の単一のＯＲＦを含む全1530bpの配列からなり、509アミノ酸残基からなるＶＲカタラーゼをコードしている（特開２０００−３１６５８４号公報：２０００年１１月２１日公開）。また、ｖｋｔＡは、異種細胞に導入されてもカタラーゼタンパク質を特に高いレベルで発現、蓄積し、大腸菌などの細菌に比べて２桁から３桁高いカタラーゼ活性を示す。

なお、本発明の脂肪酸組成改変方法にｖｋｔＡを利用する場合は、少なくともｖｋｔＡを含むポリヌクレオチドを、細胞に発現可能に導入すればよい。また、Vibrio rumoiensis株には様々な変異株が存在し、それぞれのカタラーゼ活性も僅かに異なることが予想される。従って、上記ｖｋｔＡのＤＮＡ配列中、１または複数個のヌクレオチドの付加、欠失および／または他のヌクレオチドによる置換がなされているカタラーゼ遺伝子も、ＥＰＡ合成量を高めることができる限り、本発明の脂肪酸組成改変方法に利用可能である。

また、ｖｋｔＡを含むＤＮＡ断片としては、配列番号１に示す4904bpのポリヌクレオチド（4.9kb断片）を好適に用いることができる。言い換えると、本発明の脂肪酸組成改変方法は、不飽和脂肪酸合成能を有する細胞に対して、配列番号１に記載の配列を有するポリヌクレオチドを発現可能に導入することによって、上記細胞中の脂肪酸組成を改変する方法であってもよい。

なお、「ポリヌクレオチドが発現可能」とは、ポリヌクレオチド中の遺伝子がコードするタンパク質が発現することを意味する。また、このタンパク質としては、4.9kb断片中のカタラーゼ、およびその他4.9kb断片中に含まれる遺伝子によってコードされるすべてのタンパク質を含む。カタラーゼ以外のこれらのタンパク質が、脂肪酸組成の改変に関与している可能性もある。

また、ＥＰＡ合成量を高めることができる限り、4.9 kbpのサイズに関わらず、この4.9kbpＤＮＡ断片に由来するポリヌクレオチドを用いてもよい。

なお、以下では、不飽和脂肪酸の酸化を抑制するタンパク質を酸化抑制タンパク質、それをコードする遺伝子を酸化抑制遺伝子と称する場合がある。
（２−３）遺伝子導入方法
上記＜１＞欄で述べたように、本発明に係る脂肪酸組成改変方法の例としては、遺伝子導入を利用する方法も含まれる。つまり、宿主細胞に酸化抑制遺伝子または不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子のどちらか一方を発現可能に導入する方法、宿主細胞に、不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子と、酸化抑制遺伝子とを共発現可能に導入する方法も、本発明に含まれる。

なお、宿主細胞としては、上記＜１＞欄で本発明の脂肪酸改変方法の対象となる細胞として述べた通りである。

ここで「遺伝子が発現可能に導入される」とは、ある遺伝子が遺伝子工学的手法（遺伝子操作技術）により、細胞内に共発現可能に導入されることを意味する。また、遺伝子を細胞に導入する方法は特に限定されず、公知の技術を好適に利用することができる。

また「共発現可能」とは、２種以上の遺伝子が、同一細胞内で発現することができることを意味する。従って、遺伝子を「共発現可能に導入する」場合、これら２種以上の遺伝子が宿主細胞に導入される順序、方法等は特に限定されない。つまり、本発明においては、酸化抑制遺伝子と不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子とが導入されることによって、不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子単独で導入した場合と比較して、細胞の脂肪酸組成が変化すればよく、これら酸化抑制遺伝子と不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子とが同時に発現することが好ましいが、脂肪酸組成の改変という効果が得られれば、発現の順序も特に限定されるものではない。

なお、導入する酸化抑制遺伝子および不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子は、１種類に限らず、複数の遺伝子を組み合わせて用いてもよい。

遺伝子導入方法としては、例えば組換え発現ベクターを細胞に導入して形質転換する方法を挙げることができる。また、形質転換の対象となる生物も特に限定されるものではなく、後述するように、各種微生物や動物を挙げることができる。

発現ベクターとしては、特に限定されるものではなく、上記（２−１），（２−２）欄で述べた遺伝子が挿入された組換え発現ベクターが挙げられる。組換え発現ベクターの作製には、プラスミド、ファージ、又はコスミドなどを用いることができるが特に限定されるものではない。また、作製方法も公知の方法を用いて行えばよい。また、酸化抑制遺伝子と不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子とを同一のベクターに挿入し、このベクターを細胞に導入してもよく、それぞれを別のベクターに挿入して導入してもよい。

ベクターの具体的な種類は特に限定されるものではなく、宿主細胞中で発現可能なベクターを適宜選択すればよい。すなわち、宿主細胞の種類に応じて、確実に遺伝子を発現させるために適宜プロモータ配列を選択し、これと本発明の遺伝子を各種プラスミド等に組み込んだものを発現ベクターとして用いればよい。

発現ベクターは、好ましくは少なくとも１つの選択マーカーを含む。このようなマーカーとしては、真核生物細胞培養についてはジヒドロ葉酸レダクターゼまたはネオマイシン耐性遺伝子が、大腸菌（Escherichia coli）および他の細菌における培養についてはテトラサイクリン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ストレプトマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。

上記選択マーカーを用いれば、本発明に係るポリヌクレオチドが宿主細胞に導入されたか否か、さらには宿主細胞中で確実に発現しているか否かを確認することができる。あるいは、本発明に係るポリペプチドを融合ポリペプチドとして発現させてもよく、例えば、オワンクラゲ由来の緑色蛍光ポリペプチドＧＦＰ（Green Fluorescent Protein）をマーカーとして用い、本発明に係るポリペプチドをＧＦＰ融合ポリペプチドとして発現させてもよい。

また、宿主細胞へのカタラーゼ遺伝子の導入および発現を確認するには、カタラーゼ活性を利用することができる。細胞中でカタラーゼが発現していれば、過酸化水素水中に細胞を浸したときにカタラーゼ活性に起因する強い発泡が見られる。

上記発現ベクターを宿主細胞に導入する方法、すなわち形質転換法も特に限定されるものではなく、電気穿孔法、リン酸カルシウム法、リポソーム法、ＤＥＡＥデキストラン法等の従来公知の方法を好適に用いることができる。また、例えば、本発明に係るポリペプチドを昆虫で転移発現させる場合には、バキュロウイルスを用いた発現系を用いればよい。
＜３．細胞＞
本発明には、上記＜１＞欄の方法（脂肪酸組成改変方法）によって脂肪酸組成が改変された細胞が含まれる。また、この他にも、不飽和脂肪酸合成能を有すると共に、酸化抑制遺伝子が発現可能に導入された細胞、酸化抑制タンパク質を発現すると共に、不飽和脂肪酸合成酵素をコードする遺伝子が発現可能に導入されてなる細胞、および、宿主細胞に、不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子と、酸化抑制遺伝子とが共発現可能に導入されてなる細胞も含まれる。これらの細胞は、例えば、後述の不飽和脂肪酸含有組成物の製造に利用することができる。

細胞の種類としては、上記＜１＞欄で本発明の脂肪酸改変方法の対象となる細胞として例を挙げて説明した通りである。なお、本発明には、これら本発明に係る細胞を含む組織、器官、さらには生物個体も含まれる。
＜４．不飽和脂肪酸含有組成物およびその製造方法＞
本発明に係る不飽和脂肪酸含有組成物の製造方法は、上述の脂肪酸組成改変方法を一工程として含めばよく、その他の工程、製造設備・器具等の諸条件については、特に限定されるものではない。

本発明の不飽和脂肪酸含有組成物の製造方法は、より具体的には、上述の改変方法によって脂肪酸組成が改変された細胞を培養する工程を含み、細胞またはその培地を利用して、不飽和脂肪酸含有組成物を製造する方法であるともいえる。

上記細胞の培養条件（培地、培養温度、通気状態等）は、細胞の種類や、目的とする不飽和脂肪酸の種類、その量等に応じて適宜設定することができる。ただし、細胞が大腸菌由来である場合、培養温度は１０℃以上３０℃未満であることが好ましい。

なお、不飽和脂肪酸含有組成物とは、不飽和脂肪酸を含む物質であればよく、その含有量、純度、形状、組成、等は特に限定されるものではない。つまり、本発明では、脂肪酸組成が改変された細胞またはその培地自体を、不飽和脂肪酸含有組成物とみなしてもよい。また、この細胞または培地から不飽和脂肪酸を精製する工程をさらに含んでいてもよい。不飽和脂肪酸を精製する方法としては、不飽和脂肪酸を始めとする脂質（複合脂質を含む）の精製方法として公知である方法を適用することができる。

また、本発明の不飽和脂肪酸含有組成物には、種々の医薬品、食品、または工業製品も含まれ、その利用分野は特に限定されない。また、本発明の食品には、サプリメント等の健康食品や、食品添加物等が含まれる。また、工業製品としては、人以外の生物を対象とした飼料、フィルム、生分解性プラスチック、機能性繊維、潤滑油、洗剤等が挙げられる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

〔実施例１および比較例１・２〕
＜ベクターおよび細胞＞
以下、脂肪酸組成改変方法の対象となる細胞として、大腸菌を用い、酸化抑制遺伝子として、4.9kb断片を用いた。

また、不飽和脂肪酸合成酵素遺伝子として特許文献２に記載されているＥＰＡクラスター（Shewanella putrefaciens SCRC-2874由来のＥＰＡ生合成酵素遺伝子群）を導入した。ただし、本実施例と特許文献２とではＥＰＡクラスターのORFの番号のつけ方が異なる。本実施例におけるORFの番号のつけ方の詳細は、Orikasa et al., Cellular and Molecular Biology, 50:625-630,2004 に記載されている。なお、図１に、以下で用いるＥＰＡクラスターのORFと、それが挿入されたベクター（pEPAΔ1、pNEBΔ1349、pEPAΔ123、ORF2/pSTV28）とを図示する。

ＥＰＡクラスターを有するベクターとしてコスミドベクターpEPAΔ1を、4.9kb断片を有するベクターとしてプラスミドpKT230::vktAを、宿主細胞である大腸菌（ＤＨ５α）に導入した。こうして得られた形質転換体（細胞）を実施例１とし、その脂肪酸組成を調べた。また、4.9kb断片が挿入されていない空のpKT230ベクターを、pKT230::vktAの代わりに大腸菌に導入し、得られた形質転換体を比較例１とした。また、pEPAΔ1のみを導入した形質転換体を比較例２とした。

pEPAΔ1、および後述するΔ1349pNEBは、それぞれ特許文献２にプラスミドpEPAΔ2およびΔ2,4,5,10/pNEBとして記載されている。pEPAΔ1およびΔ1349pNEBの構成は図１に示す通りである。Δ1349pNEBは、大腸菌JM109に導入した場合、最も高レベルのＥＰＡ（全脂肪酸の約１６％）を産生することのできるベクターとして報告されている（特許文献２）。なお、このpEPAΔ1、および後述するΔ1349pNEBは、共に（財）相模中央化学研究所より提供されたものである。

また、pKT230::vktAは、以下に述べるように、特開２０００−３１６５８４（公開日：２０００年１１月２１日）に記載されているプラスミドpBSsalを用いて作成された。図２に、pKT230::vktAの作製方法（pKT230への4.9kb断片の挿入）を示す。

図２に示すように、pBSsalは、プラスミドpBluescript SKII+のSalI部位に、4.9kb断片が挿入されたプラスミドである。このpBSsalを制限酵素BamH IおよびXho Iで切り出した後、アガロース電気泳動に供した。電気泳動によって分離された4960 bpのＤＮＡ断片をゲルから切り出し回収した。このＤＮＡ断片を、定法に従ってプラスミドpKT230のBamH IおよびXho I部位に連結し、プラスミドpKT230::vktAを得た（図２）。

pEPAΔ1およびpKT230::vktAの大腸菌への導入は、何れもヒートショック法により、始めにpEPAΔ1を導入し、次いでpKT230::vktA（またはpKT230）を導入した。詳細には、まずコンピテント化した大腸菌懸濁液200μｌに対し、ベクター（pEPAΔ1）液1μｌを加え、42℃、30秒間反応させ、その後振盪培養を１時間行った。形質転換株の選別は後述の抗生物質を含む培地で行った。得られた形質転換株をコンピテント化し、これを用いて同様にpKT230::vktAまたはpKT230により大腸菌を形質転換した。

こうして得られた形質転換体を２〜５ｍｌのＬＢ培地にて振盪培養した。また、pEPAΔ1はアンピシリン耐性遺伝子を有し、pKT230およびpKT230::vktAはストレプトマイシン耐性遺伝子を有するので、上記ＬＢ培地には、形質転換体の選択用抗生物質として、アンピシリンおよびストレプトマイシンを適量加えて培養を行った。なお、pKT230::vktAが導入され、カタラーゼが発現していることは、細胞を過酸化水素水に浸したときの発泡によって確認した。

培養時の温度を１５、２０、２５、３０℃とし、各温度で培養された形質転換体を下記の脂肪酸組成分析に供した。

＜脂肪酸組成分析＞
上記条件で培養した大腸菌培養液から遠心分離によって細胞を回収した。この細胞に２Ｎメタノール性塩酸を加えて細胞を完全に懸濁した後、アルミブロックヒータを使用して懸濁液を８０℃で６０分間、または６０℃で２０分間保持することによって、脂質のメタノリシス反応を行った。こうして脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）に変換した脂肪酸成分を、ヘキサンにより抽出した。

次に、抽出した脂肪酸メチルエステルについて、ガスクロマトグラフィーによりその組成を分析した。脂肪酸の同定は、ガスクロマトグラフィー／マススペクトロメトリによって行った。ガスクロマトグラフィーのカラムには、キャピラリカラムＢＰＸ７０（３０ｍ×０．２５ｍｍ）を使用した。また、分析には、ＧＬＳｃｉｅｎｃｅＧＣ−３５３Ｂガスクロマトグラフを用いた。

カラムオーブンの温度条件は、３℃／ｍｉｎの割合で１５０℃から１８０℃に昇温し１０分間保持、または４℃／ｍｉｎの割合で８０℃から２４０℃に昇温するものとした。インジェクターおよびディテクターの温度は２２１℃に設定した。

ガスクロマトグラフィー／マススペクトロメータ（ｍｏｄｅｌＣＰ−３８００ｇａｓｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ，Ｓａｔｕｒｎ２２００ｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，ＶａｒｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪａｐａｎ，Ｉｎｃ）は、ガスクロマトグラフィーと同じカラムを用いた。カラムオーブンの温度は４℃／ｍｉｎ割合で８０℃から２４０℃に昇温してクロマトグラフィを行った。

図３に、実施例１（pEPAΔ1とpKT230::vktAとを導入）、図４に比較例１（pEPAΔ1とpKT230とを導入）の形質転換体（２０℃で培養）に由来する全脂肪酸のガスクロマトグラフィーの結果を示す。

また、図５に、培養温度と、菌体中の全脂肪酸に対するＥＰＡ含有率との関係を表すグラフを示す。図５では、横軸が培養温度（℃）を、縦軸がＥＰＡ含有率（％）を示す。

図５に示すように、１５〜２５℃で培養されたとき、実施例１（pEPAΔ1とpKT230::vktAとが導入）は、比較例１（pEPAΔ1とpKT230とが導入）に比べて、約２倍〜５倍高いＥＰＡ含量を示した。以下にこの脂肪酸組成分析の結果について詳しく述べる。

図５に示すように、実施例１および比較例１はいずれも、培養温度が２５℃で培養されたときにＥＰＡ含有率が最大となった。このときのＥＰＡ含有率はそれぞれ１４％（実施例１）および６．５％（比較例１）であった。培養温度が２５℃より低温になるにつれて、実施例１・比較例１共に、ＥＰＡ発現量は徐々に低下した。図５に示すように、培養温度が１５℃のときのＥＰＡ含有率は実施例１で１１％、比較例１で２％となり、培養温度が２０℃のときのＥＰＡ含有率は実施例１で１２．５％、比較例１で４％となった（図３・４を参照）。また、実施例１・比較例１共に、ＥＰＡ含有率は３０℃で培養されたときに最小（０％）となった。なお、ＥＰＡクラスターを導入しなかった大腸菌では、ＥＰＡ含有率は０％であった（データ不図示）。

また、実施例１（pEPAΔ1とpKT230::vktAとを導入）、比較例１（pEPAΔ1とpKT230とを導入）、比較例２（pEPAΔ1単独を導入）の大腸菌を、２０℃で約５０〜６０時間培養し、一定体積の培養液中の細胞に含まれるＥＰＡの量（ＥＰＡ収量）を測定した。脂肪酸の定量は、ヘネイコ酸（21:0）を標準物質とした内部標準法によりガスクロマトグラフィーによって行った。

表１には、培養液の単位体積当たりのＥＰＡ収量（μｇ／ｍｌ）を示す。表１に示すように、比較例１および比較例２のＥＰＡ収量は、それぞれ４．１７μｇ／ｍｌおよび３．０２μｇ／ｍｌであったが、実施例１におけるＥＰＡ収量は７．９３μｇ／ｍｌであった。以上の結果からｖｋｔＡを含む4.9kb断片をＥＰＡクラスターと共発現させることにより、ＥＰＡの全脂肪酸に対する割合だけではなく、ＥＰＡの収量そのものも増大することが分かった。

なお、本発明者らは、ＥＰＡ合成酵素遺伝子を発現させた大腸菌が、細胞外より与えられた過酸化水素に対して耐性を示すことを、独自に見出している。つまり、ＥＰＡは細胞内で生産される過酸化水素を自ら酸化されることにより消去する働きが考えられる。従って、カタラーゼの活性が増強された大腸菌では過酸化水素（細胞の通常の酸素代謝により恒常的に合成されている）の消去が、一義的にカタラーゼにより行われるため、酸化によるＥＰＡの酸化が抑制され、その結果、脂肪酸に占めるＥＰＡの割合が変化したと共に、ＥＰＡ収量が増加したと考えられる。
〔実施例２および比較例２・３〕
ＥＰＡクラスターを有するベクターとしてΔ1349pNEBを、4.9kb断片を有するベクターとして実施例１と同様pKT230::vktAを導入し、実施例２とした。また、Δ1349pNEBのみを大腸菌に導入して比較例３とし、Δ1349pNEBとpKT230とを導入して比較例４とした。ベクター以外の他の操作は、実施例１と同様に行った。

実施例２、および比較例３・４について、１５、２０、２５、３０℃の各温度で培養し、回収した細胞の脂肪酸組成をガスクロマトグラフィーによって調べた。結果を表２および図６に示す。表１に、実施例２および比較例２・３の各温度でのＥＰＡ含有率を示す。図６は、図５と同様に、培養温度と、菌体中の全脂肪酸に対するＥＰＡ含有率との関係を表すグラフである。

図６に示すように、実施例２は、１５℃で培養したときに最もＥＰＡ含有率が高く、３７％であった。また、培養温度が１５℃のとき、比較例３・４のＥＰＡ含有率はそれぞれ約３０％および約２０％であり、これら比較例と比べて、実施例２の大腸菌は高いＥＰＡ含有率を示した。
〔実施例３および比較例５〕
ＥＰＡクラスターを有するベクターとしてpEPAΔ1を、4.9kb断片を有するベクターとしてプラスミドpGBM3::vktAを、実施例１と同様の方法で大腸菌に導入し、実施例３とした。また、4.9kb断片を持たない空のpGBM3とpEPAΔ１とを導入し、比較例５とした。

pGBM3::vktAの作製方法（pGBMへの4.9kb断片の挿入）を図７に示す。図７に示すように、pGBM3::vktAは、実施例１に記載されたものと同様の方法により、pBSsa1より切り出した4960 bpのDNA断片を、pGBM3のBamH I及びXho Iサイトにクローニングして得た。

ベクター以外の他の操作は、実施例１と同様に行い、２０℃で培養した形質転換体について、脂肪酸組成をガスクロマトグラフィーで分析した。実施例３および比較例５のクロマトグラムを、図８および図９にそれぞれ示す。図８・１１から、実施例３は、比較例５よりもＥＰＡ含有量が高くなっていることが分かる。

また、表３に、実施例３および比較例５（２０℃培養）における主な脂肪酸組成の比較を示す、表３に示すように、比較例５および実施例３のＥＰＡ含有率はそれぞれ５．５％および１５．９％であり、ベクターとしてpGBM3を用いた場合でも、ｖｋｔＡを含む4.9kb断片とＥＰＡクラスターとの共発現により、ＥＰＡ含量の増加が認められた。

また、表４に、実施例３および比較例２・５（２０℃培養）におけるＥＰＡ収量の比較を示す。表４に示すように、培養液当たりのＥＰＡの収量はpEPAΔ1とpGBM3::vktAを共発現したもので７．０３μｇ／ｍｌ、pEPAΔ1とpGBM3を共発現したもので４．３４μｇ／ｍｌ、比較例２で３．０２μｇ／ｍｌであった。pGBM3をベクターとした大腸菌の発現系においても、ｖｋｔＡを含む4.9kb断片とＥＰＡクラスターとの共発現がＥＰＡの生産量を増加させることは明らかである。

〔参考例〕
＜ベクターおよび細胞＞
細胞がもつカタラーゼ活性とＥＰＡ含量の関係を見るために、通常レベルのカタラーゼ活性をもつ大腸菌（ＤＨ５α）とカタラーゼ活性を全く持たない大腸菌の突然変異株（ＵＭ２：エール大学より分譲された）にＥＰＡ合成能を与えて、それぞれの細胞の全脂肪酸に占めるＥＰＡの割合を調べた。

ＥＰＡクラスター中でＥＰＡ合成に必須であるORFを有するベクターとして、pEPAΔ123、ORF2/pSTV28およびΔ1349pNEBを用いた。

pEPAΔ123は、次のようにして作製した。まず、特許文献２にpEPAと記載されているベクターの挿入断片から、XbaI処理により、ORF1（特許文献２ではORF2と記載）の上流側1,187 bpの塩基配列、ORF2（特許文献２ではORF3と記載）の全部の塩基配列、および、ORF3（特許文献２ではORF4）の上流側2,468 bpの塩基配列を切り出した後、ライゲーションにより結合したものである（図１）。

ORF2/pSTV28は特許文献２でORF3/pSTV28と記載されているものである。Δ1349pNEBについては既に述べた。pEPAΔ123、ORF2/pSTV28およびΔ1349pNEBの構造は図１に示す通りである。

pEPAΔ123およびORF2/pSTV28の二つのベクターによりＤＨ５α株またはＵＭ２株を形質転換する場合は、ヒートショック法により初めにpEPAΔ123を導入し、ついでORF2/pSTV28を導入した。それぞれのコンピテント細胞懸濁液２００μlとベクター（pEPAΔ123）液５μlを混合し、４２℃、３０秒間反応させ、その後振盪培養を１時間行った。形質転換株の選別は後述の抗生物質を含む培地で行った。得られた形質転換株をコンピテント細胞化し、上述の方法によりORF2/pSTV28によって大腸菌を形質転換した。Δ1349pNEBによりＤＨ５α株またはＵＭ２株を形質転換する方法は上述と同様であり、それぞれのコンピテント細胞２００μlと５μlのΔ1349pNEBを混合した。

＜形質転換体の脂肪酸組成＞
形質転換されたＤＨ５α株またはＵＭ２株は、ＬＢ培地により２０℃、１８０ｒｐｍで４８〜６０時間、定常期まで振盪培養して、遠心により集菌した。細胞を１％ＮａＣｌ溶液により３回洗浄後、湿細胞を前述の方法によりメタノリシスし、得られた脂肪酸メチルエステルをガスクロマトグラフィー（オーブン温度１８０℃、インジェジュクター温度２４０℃、ディテクター温度２４０℃）で分析した。

表５に、各形質転換体の脂肪酸組成を示す。

ＤＨ５α株またはＵＭ２株に、pEPAΔ123とORF2/pSTV28とを導入した形質転換体の脂肪酸組成をみると、ＥＰＡの含有率はＤＨ５α株で１１．６％、ＵＭ２株で５．８％であった（表５）。一方、Δ1349pNEBのみを導入した形質転換体のＥＰＡ含有率は、ＤＨ５α株で２１．３％、ＵＭ２株で１２．８％であった。このように、ＥＰＡクラスターの構造に関わらず、カタラーゼ活性をもつＤＨ５α株の方が、カタラーゼ活性を欠くＵＭ２株に比べて約１．７〜２倍のＥＰＡ含有量を示した。

大腸菌のカタラーゼ（HP II; katＥ）は、酸化ストレスが増す定常期の細胞で誘導されることが知られており、ＤＨ５α株の形質転換体のカタラーゼ活性は、定常期で特に高くなっていると考えられる。一方、ＵＭ２はカタラーゼ活性を全く持たないので、定常期においても酸化ストレスを解消することができないために、より酸化を受けやすい分子であるＥＰＡが酸化されると予想される。以上の結果から細胞の酸化を抑制する（酸化ストレスを解消する）ことがＥＰＡの増加をもたらすと考えられる。

本発明は、ＥＰＡ、ＤＨＡ等の不飽和脂肪酸を含む医薬品、食品、または工業製品の製造に非常に好適に用いることができる。

本発明の実施例で用いたＥＰＡクラスターのORFと、それが挿入されたベクターの構造を示す図面である。 pKT230::vktAの作製方法を示す図面である。実施例１の脂肪酸組成を示すクロマトグラムである。比較例１の脂肪酸組成を示すクロマトグラムである。培養温度とＥＰＡ含有率との関係を示すグラフである。培養温度とＥＰＡ含有率との関係を示すグラフである。 pGBM3::vktAの作製方法を示す図面である。実施例３の脂肪酸組成を示すクロマトグラムである。比較例５の脂肪酸組成を示すクロマトグラムである。

Claims

ｎ−３系高度不飽和脂肪酸合成能を有する細胞に対して、カタラーゼをコードする遺伝子を発現可能に導入することによって、細胞のｎ−３系高度不飽和脂肪酸含量を増加させて、上記細胞のｎ−３系高度不飽和脂肪酸組成を改変する、方法。
上記遺伝子は、ヴィブリオ・ルモイエンシスＳ−１株に由来することを特徴とする請求項１に記載の方法。
ｎ−３系高度不飽和脂肪酸合成能を有する細胞に対して、配列番号１に記載の配列を有するポリヌクレオチドを発現可能に導入することによって、細胞のｎ−３系高度不飽和脂肪酸含量を増加させて、上記細胞中のｎ−３系高度不飽和脂肪酸組成を改変する、方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法を一工程として含むことを特徴とするｎ−３系高度不飽和脂肪酸含有組成物の製造方法。