JP5000189B2 - Method for producing highly efficient organic compound by coryneform bacterium transformant - Google Patents

Method for producing highly efficient organic compound by coryneform bacterium transformant Download PDF

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Description

本発明は、バイオリファイナリープロセスを実施する為の能力が強化された微生物による有機化合物の高生産性製造方法に関する。さらに詳しくは、バイオマス由来の糖類を原料としてグリセルアルデヒド3−リン酸デヒドロゲナーゼ(以下、GAPDHと略記する)活性が強化されたコリネ型細菌形質転換体を用いて、糖類の代謝速度を向上させることによる高効率な有機化合物の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing an organic compound with high productivity by a microorganism with enhanced ability to carry out a biorefinery process. More specifically, using a coryneform bacterium transformant with enhanced glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (hereinafter abbreviated as GAPDH) activity using saccharides derived from biomass as a raw material, improving the metabolic rate of the saccharides The present invention relates to a highly efficient method for producing an organic compound.

乳酸やコハク酸そしてエタノール等の化学製品やエネルギー製品をバイオマス由来の糖類を原料として生物的方法により製造することは(バイオリファイナリー)、化石資源からこれら有機化合物の製造を行う(石油リファイナリー)と異なり、資源枯渇問題や地球温暖化問題を解消し、環境調和型製造技術として期待されているものである。   The production of chemical products and energy products such as lactic acid, succinic acid, and ethanol using biomass-derived saccharides as a raw material (biorefinery) differs from the production of these organic compounds from fossil resources (petroleum refinery). It is expected as an environmentally harmonious manufacturing technology that solves the problem of resource depletion and global warming.

しかし、生物的方法による各種有機化合物の製造は、一般的に、その生産性が石油化学プロセスに比し低いと云われている。
生物的方法による生産性向上法の一つは、糖類の各種有機化合物への代謝速度を向上させ、バイオ反応溶液中の有機化合物の蓄積濃度を高める(目的有機化合物の分離・精製が高効率に実施できる)ことである。
However, the production of various organic compounds by biological methods is generally said to be less productive than petrochemical processes.
One method of improving productivity by biological methods is to increase the metabolic rate of saccharides into various organic compounds and increase the concentration of organic compounds in bioreaction solutions (highly efficient separation and purification of target organic compounds). Can be implemented).

本発明者らは、既に、高生産性の生物的方法に関するいくつかの技術を提案している(特許文献1,2,3参照)。特許文献4は、解糖系酵素の一つであるGAPDH活性が強化された大腸菌により、好気条件下、培養液中にグルコースからの代謝産物であるピルビン酸を高蓄積する技術を開示している。   The present inventors have already proposed several techniques relating to a highly productive biological method (see Patent Documents 1, 2, and 3). Patent Document 4 discloses a technique for highly accumulating pyruvate, which is a metabolite from glucose, in a culture solution under aerobic conditions using E. coli with enhanced GAPDH activity, which is one of glycolytic enzymes. Yes.

GAPDHは解糖経路の一つであるグリセルアルデヒド3−リン酸から1,3−ビスホスホグリセリン酸への変換を触媒する酵素である(図4参照)。この代謝経路には補酵素が必要であり、この代謝経路反応において、補酵素のニコチンアミドジヌクレオチド(NAD)は還元型ニコチンアミドジヌクレオチド(NADH)に還元される。   GAPDH is an enzyme that catalyzes the conversion of glyceraldehyde 3-phosphate to 1,3-bisphosphoglycerate, which is one of the glycolytic pathways (see FIG. 4). This metabolic pathway requires a coenzyme, and in this metabolic pathway reaction, the coenzyme nicotinamide dinucleotide (NAD) is reduced to reduced nicotinamide dinucleotide (NADH).

また、このレドックス補酵素対の一方の生成NADHは、GAPDH活性の阻害因子となることも知られている(非特許文献1および2参照)。代謝経路反応の促進には、このような反応阻害を生じせしめる因子の除去措置を施すことが必要である。   It is also known that one of the redox coenzyme pairs, NADH, is an inhibitor of GAPDH activity (see Non-Patent Documents 1 and 2). In order to promote metabolic pathway reactions, it is necessary to take measures to remove such factors that cause such reaction inhibition.

非特許文献3および4は、好気的条件(酸化的条件)と嫌気的条件(還元的条件)では微生物細胞内のNADH/NAD存在量比が異なり、好気的条件ではNADH/NAD比が低い状態で平衡を保つことを教えている。   Non-Patent Documents 3 and 4 show that NADH / NAD abundance ratios in microbial cells are different under aerobic conditions (oxidative conditions) and anaerobic conditions (reductive conditions), and NADH / NAD ratios are different under aerobic conditions. Teaching to maintain equilibrium in a low state.

特許文献4が好気的条件でのピルビン酸製造技術を開示しているのは、好気的条件ではNADHの存在量がNADのそれと比較して低い為、NADHによるGAPDH阻害効果が解消される結果、グルコースからピルビン酸への炭素質の流れがスムースに行われる為と考えられる。   Patent Document 4 discloses a technique for producing pyruvic acid under aerobic conditions, because the abundance of NADH is lower than that of NAD under aerobic conditions, thereby eliminating the GAPDH inhibitory effect of NADH. As a result, it is considered that the carbonaceous flow from glucose to pyruvic acid is smoothly performed.

ところが、生物的方法による乳酸、コハク酸、エタノール等の有機化合物の製造は生成物収率の選択性や反応制御の容易性そして反応プロセスの省エネルギー等の観点より嫌気的条件(還元的条件)で実施することが望ましい。嫌気的条件においても代謝経路中の炭素質の流れを阻害することなく(NADHによるGAPDH活性阻害の解消等)、そして、生成する有機化合物の反応液中の濃度を高めることの出来る技術が要望されている。   However, the production of organic compounds such as lactic acid, succinic acid and ethanol by biological methods is under anaerobic conditions (reducing conditions) from the viewpoint of selectivity of product yield, ease of reaction control and energy saving of reaction process. It is desirable to implement. There is a need for a technique that can increase the concentration of the organic compound produced in the reaction solution without obstructing the carbonaceous flow in the metabolic pathway even under anaerobic conditions (such as elimination of inhibition of GAPDH activity by NADH). ing.

なお、特許文献5は酵母等の真核性微生物の(ニコチンアミドジヌクレオチドホスフェート/還元型ニコチンアミドジヌクレオチドホスフェート)(NADP/NADPH)レドックス補酵素対に関連するGAPDH形質転換体に関する技術を開示しているが、本発明の(NAD/NADH)レドックス補酵素対に関連するGAPDHとは酵素特性が大きく異なる酵素蛋白であり、本発明の原核微生物であるコリネ型細菌の形質転換技術に関するものではない。
WO2005/010182号公報 特願2005−010928 特願2005−148053 特開2004−283050号公報 特表2005−507255号公報 C.GARRIGUES、J.Bacteriology,Vol.179,No.17,5282−5287(1997) H.Dominguez,Eur.J.Biochem.254,96−102(1998) M.R.Graef,J.Bacteriology,Vol.181,No.8,2351−2357(1999) C.Du,Appl.Microbiol.Biotechnol.,69:554−563(2006)
Patent Document 5 discloses a technique relating to a GAPDH transformant related to a (nicotinamide dinucleotide phosphate / reduced nicotinamide dinucleotide phosphate) (NADP / NADPH) redox coenzyme pair of a eukaryotic microorganism such as yeast. However, it is an enzyme protein that is significantly different from GAPDH related to the (NAD / NADH) redox coenzyme pair of the present invention, and is not related to the transformation technology of coryneform bacteria that are the prokaryotic microorganisms of the present invention. .
WO2005 / 010182 Publication Japanese Patent Application No. 2005-010928 Japanese Patent Application No. 2005-148053 JP 2004-283050 A JP 2005-507255 A C. GARRIGUES, J.A. Bacteriology, Vol. 179, no. 17, 5282-5287 (1997) H. Dominguez, Eur. J. et al. Biochem. 254, 96-102 (1998) M.M. R. Graef, J. et al. Bacteriology, Vol. 181, no. 8, 2351-2357 (1999) C. Du, Appl. Microbiol. Biotechnol. 69: 554-563 (2006)

本発明は、乳酸、コハク酸、エタノール等の有用な有機化合物を工業技術的に高効率かつ高生産性で実施できる還元条件下での製造方法を提供することを目的とする。
本発明の方法に従えば、糖類の代謝産物である有機化合物への炭素質の変換速度を向上させると同時に変換反応経時低下を防止でき、バイオ反応液中の有機化合物の蓄積濃度を向上させることが出来る。
An object of this invention is to provide the manufacturing method under reducing conditions which can implement useful organic compounds, such as lactic acid, a succinic acid, and ethanol, industrially highly efficient and highly productive.
According to the method of the present invention, it is possible to improve the conversion rate of carbonaceous matter to an organic compound, which is a metabolite of saccharides, and at the same time prevent deterioration of the conversion reaction over time, and improve the accumulated concentration of the organic compound in the bioreaction solution. I can do it.

本発明の目的とする還元条件下での糖類からの有用な有機化合物の製造方法は、前述した如く、公知技術からは還元条件下での主要代謝経路におけるNADHによるGAPDH阻害効果の解消は困難であるため、高効率に実施することが難しいと予測されたが、鋭意検討した結果、思いがけないことに、GAPDH活性の発現を強化せしめる微生物を特定することにより本発明の目的が達成されることを見出した。   As described above, the method for producing a useful organic compound from a saccharide under reducing conditions, which is the object of the present invention, is difficult to eliminate the GAPDH inhibitory effect by NADH in the main metabolic pathway under reducing conditions as described above. Therefore, it was predicted that it would be difficult to implement with high efficiency. However, as a result of intensive studies, it was unexpectedly found that the object of the present invention can be achieved by identifying a microorganism that enhances the expression of GAPDH activity. I found it.

すなわち、本発明は次の通りである。
(1)発現可能な制御配列下に、グリセルアルデヒド3−リン酸デヒドロゲナーゼをコードするDNA配列により形質転換された好気性コリネ型細菌を用いて、還元条件下の反応液中に糖類の代謝速度を向上させて有機化合物を蓄積し、該反応液より有機化合物を回収することを特徴とする有機化合物の製造方法。
(2)形質転換される好気性コリネ型細菌が、コリネバクテリウム属菌、ブレビバクテリウ属菌、アースロバクター属菌、マイコバクテリウム属菌およびマイクロコッカス属菌の群から選択されるいずれかの菌であることを特徴とする前記(1)記載の有機化合物の製造方法。
(3)コリネバクテリウム属菌が、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R FERM P−18976、ATCC13032、ATCC13058、ATCC13059、ATCC13060、ATCC13232、ATCC13286、ATCC13287、ATCC13655、ATCC13745、ATCC13746、ATCC13761、ATCC14020またはATCC31831、および、コリネバクテリウム エフィシエンス(Corynebacterium efficiens)NBRC 100395から選択されるいずれかの菌であることを特徴とする前記(2)記載の有機化合物の製造方法。
(4)ブレビバクテリウム属菌が、ブレビバクテリウム ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)ATCC13869、ブレビバクテリウム フラバム(Brevibacterium flavum)MJ−233(FERM BP−1497)もしくはMJ−233AB−41(FERM BP−1498)、またはブレビバクテリウム アンモニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)ATCC6872から選択されるいずれかの菌であることを特徴とする前記(2)記載の有機化合物の製造方法。
(5)グリセルアルデヒド3−リン酸デヒドロゲナーゼをコードするDNA配列が、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)FERM P−18976、アクチノマイセス ユーロッパエウス(Actinomyces europaeus)ATCC 700353またはエシェリキア コリ(Escherichia coli)ATCC 27325由来のものであることを特徴とする前記(1)記載の有機化合物の製造方法。
(6)形質転換された好気性コリネ型細菌が、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/R−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20875)である前記(1)記載の有機化合物の製造方法。
(7)形質転換された好気性コリネ型細菌が、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R △PEPC/R−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20878)である前記(1)記載の有機化合物の製造方法。
(8)形質転換された好気性コリネ型細菌が、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R △PEPC/Actino−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20877)である前記(1)記載の有機化合物の製造方法。
(9)還元条件下の反応液の酸化還元電位が−200ミリボルト乃至−500ミリボルトであることを特徴とする前記(1)記載の有機化合物の製造方法。
(10)有機化合物がモノカルボン酸、ジカルボン酸、ケトカルボン酸、ヒドロキシカルボン酸、アミノ酸、モノアルコール、ポリオールおよびビタミンから選択される少なくとも1種であることを特徴とする前記(1)記載の有機化合物の製造方法。
(11)コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/R−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20875)。
(12)コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R △PEPC/R−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20878)。
(13)コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R △PEPC/Actino−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20877)。
なお、本願明細書及び特許請求の範囲で使用される△PEPCは、

Figure 0005000189
を示す。 That is, the present invention is as follows.
(1) A metabolic rate of saccharides in a reaction solution under reducing conditions using an aerobic coryneform bacterium transformed with a DNA sequence encoding glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase under an expressible control sequence An organic compound is produced by accumulating an organic compound and recovering the organic compound from the reaction solution.
(2) Any of the aerobic coryneform bacteria to be transformed selected from the group of Corynebacterium, Brevibacterium, Arthrobacter, Mycobacterium, and Micrococcus The method for producing an organic compound as described in (1) above, wherein
(3) Corynebacterium genus Corynebacterium glutamicum R FERM P-18976, ATCC13032, ATCC13058, ATCC13059, ATCC13060, ATCC13232, ATCC13286, ATCC13287, ATCC13746, ATCC13746, ATCC13746, ATCC13746, ATCC13746, ATCC13746 And the method for producing an organic compound according to (2) above, which is any one selected from Corynebacterium efficiens NBRC 1000039.
(4) Brevibacterium genus is Brevibacterium lactofermentum ATCC 13869, Brevibacterium flavum MJ-233 (FERM BP-1497) or MJ-233AB-41 (FER M ) Or any one selected from Brevibacterium ammoniagenes ATCC6872. The method for producing an organic compound according to (2) above, wherein the microorganism is any one selected from Brevibacterium ammoniagenes ATCC6872.
(5) The DNA sequence encoding glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase is from Corynebacterium glutamicum FERM P-18976, Actinomyces europaeuus ATCC 700353 or Escherichia coli The method for producing an organic compound according to (1) above, wherein the method is derived from ATCC 27325.
(6) The transformed aerobic coryneform bacterium is Corynebacterium glutamicum R / R-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary, Accession No. FERM P-20875) The manufacturing method of the organic compound as described in said (1).
(7) The transformed aerobic coryneform bacterium is Corynebacterium glutamicum R △ PEPC / R-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biodeposition Center Accession No. FERM P-20878) The manufacturing method of the organic compound as described in said (1) which is.
(8) The transformed aerobic coryneform bacterium is Corynebacterium glutamicum R ΔPEPC / Actino-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary, Accession No. FERM P-20877) The manufacturing method of the organic compound as described in said (1) which is.
(9) The method for producing an organic compound as described in (1) above, wherein the oxidation-reduction potential of the reaction solution under reducing conditions is -200 millivolts to -500 millivolts.
(10) The organic compound according to (1), wherein the organic compound is at least one selected from monocarboxylic acids, dicarboxylic acids, ketocarboxylic acids, hydroxycarboxylic acids, amino acids, monoalcohols, polyols, and vitamins. Manufacturing method.
(11) Corynebacterium glutamicum R / R-nGAP strain (Incorporated Administrative Agency, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary Accession No. FERM P-20875).
(12) Corynebacterium glutamicum R ΔPEPC / R-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary, Accession No. FERM P-20878).
(13) Corynebacterium glutamicum R ΔPEPC / Actino-nGAP strain (Incorporated Administrative Agency, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary Accession No. FERM P-20877).
In addition, ΔPEPC used in the present specification and claims is:
Figure 0005000189
Indicates.

本発明により、糖類の代謝変換消費速度を向上させて高生産性かつ高効率に有用な有機化合物を製造することが可能となり、生物的有機化合物生産技術の生産性の低さが克服され、バイオリファイナリー構築を可能とする。   According to the present invention, it becomes possible to produce a useful organic compound with high productivity and high efficiency by improving the metabolic conversion consumption rate of saccharides, overcoming the low productivity of biological organic compound production technology. Enables refinery construction.

本発明で形質転換される好気性コリネ型細菌は、糖類の代謝変換機能を有していれば特に限定されない。糖類の種類や目的有機化合物の種類に因っては、好気性コリネ型細菌が本来有していない糖類の取り込み、代謝経路あるいは目的有機化合物への変換経路等の新たな機能の導入を必要とする場合があるが、そのような場合には組換え技術や突然変異誘発処理等によりそれらの機能を付与すればよい。   The aerobic coryneform bacterium transformed by the present invention is not particularly limited as long as it has a saccharide metabolic conversion function. Depending on the type of saccharide and the type of target organic compound, it may be necessary to introduce new functions, such as uptake of saccharides that aerobic coryneform bacteria do not originally have, metabolic pathways, or conversion pathways to target organic compounds. In such a case, these functions may be imparted by a recombination technique or a mutagenesis treatment.

このような好気性コリネ型細菌としては、コリネバクテリウム属菌、ブレビバクテリウ属菌、アースロバクター属菌、マイコバクテリウム属菌およびマイクロコッカス属菌等が挙げられる。   Examples of such aerobic coryneform bacteria include Corynebacterium, Brevibacterium, Arthrobacter, Mycobacterium, and Micrococcus.

さらに具体的には、コリネバクテリウム属菌としては、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R FERM P−18976、ATCC13032、ATCC13058、ATCC13059、ATCC13060、ATCC13232、ATCC13286、ATCC13287、ATCC13655、ATCC13745、ATCC13746、ATCC13761、ATCC14020またはATCC31831、および、コリネバクテリウム エフィシエンス(Corynebacterium efficiens)NBRC 100395等が挙げられる。   More specifically, Corynebacterium glutamicum R FERM P-18976, ATCC13032, ATCC13058, ATCC13059, ATCC13060, ATCC13232, ATCC13286, ATCC13655, ATCC13655, ATCC13655, ATCC13755, ATCC14020 or ATCC31831, Corynebacterium efficiens NBRC 1000039, etc. are mentioned.

ブレビバクテリウム属菌としては、ブレビバクテリウム ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)ATCC13869、ブレビバクテリウム フラバム(Brevibacterium flavum)MJ−233(FERM BP−1497)もしくはMJ−233AB−41(FERM BP−1498)、またはブレビバクテリウム アンモニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)ATCC6872等が挙げられる。   Examples of the genus Brevibacterium include Brevibacterium lactofermentum ATCC 13869, Brevibacterium flavum MJ-233 (FERM BP-1497) or MJ-233AB-41 (FER98). Or Brevibacterium ammoniagenes (ATCC6872) etc. are mentioned.

アースロバクター属菌としては、アースロバクター グロビフォルミス(Arthrobacter Globiformis)ATCC8010,ATCC4336,ATCC21056,ATCC31250,ATCC31738またはATCC35698等が挙げられる。   Examples of the genus Arthrobacter include Arthrobacter Globiformis ATCC8010, ATCC4336, ATCC21056, ATCC31250, ATCC31738, and ATCC35698.

マイコバクテリウム属菌としては、マイコバクテリウム ボビス(Mycobacterium bovis)ATCC19210またはATCC27289等が挙げられる。   Examples of the genus Mycobacterium include Mycobacterium bovis ATCC 19210 and ATCC 27289.

マイクロコッカス属菌としては、マイクロコッカス フロイデンライヒ(Micrococcus freudenreichii)No.239(FERM P−13221),マイクロコッカス ルテウス(Micrococcus leuteus)No.240(FERM P−13222)またはマイクロコッカス ウレアエ(Micrococcus ureae)IAM1010等が挙げられる。   Examples of the genus Micrococcus include Micrococcus fredenreichii No. 239 (FERM P-13221), Micrococcus luteus No. 240 (FERM P-13222) or Micrococcus ureae IAM1010.

本発明で用いられる好気性コリネ型細菌としては、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R FERM P−18976、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032またはブレビバクテリウム ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)ATCC13869等が好ましい。   Examples of the aerobic coryneform bacterium used in the present invention include Corynebacterium glutamicum R FERM P-18976, Corynebacterium glutamicum ATCC13032, and Brevibacterium lactofermentum B preferable.

また、本発明で形質転換される好気性コリネ型細菌としては、自然界に存在する野生株の変異株(例えば、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)Rのセロビオース資化能を獲得した変異株FERM P−18977,FERM P−18978株など;特開平2004−89029号公報参照)であってもよく、本発明の構成遺伝子以外の遺伝子が組換えられた人為株(例えば、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032がエタノール生成能力を有すべく形質転換された人為株(FERM BP−7621;WO 01/96573 A1号公報参照)やコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株のホスホトランスフェラーゼ系酵素IIに関する遺伝子組換えにより、グルコースとセロビオースの同時併行資化能を発現すべく形質転換された人為株(FERM P−18979;特開平2004−89029号公報参照)であっても良い。   In addition, the aerobic coryneform bacterium transformed by the present invention includes a mutant FERM P that has acquired the cellobiose assimilation ability of a wild-type mutant (eg, Corynebacterium glutamicum R) that exists in nature. -18777, FERM P-18978 strain and the like; see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-89029), and an artificial strain in which a gene other than the constituent genes of the present invention is recombined (for example, Corynebacterium glutamicum). ) ATCC13032 transformed to have ethanol production ability (FERM BP-7621; see WO 01/96573 A1) and Corynebacterium glutamicum (Corynebac) an artificial strain (FERM P-181979; JP 2004-89029 A) transformed to express the ability to simultaneously assimilate glucose and cellobiose by genetic recombination with the phosphotransferase enzyme II of E. glutamicum R strain ).

これら上記の好気性コリネ型細菌が本発明の目的の為、下記に詳記するGAPDH高発現の形質転換処理に供せられる。あるいは、GADPH高発現処理と上記の変異株や人為株を創製する順序が逆であったり、同時であっても良い。   For the purpose of the present invention, these aerobic coryneform bacteria are subjected to a transformation treatment with high expression of GAPDH described in detail below. Alternatively, the GADPH high expression treatment and the order of creating the mutant strain and artificial strain described above may be reversed or simultaneous.

本発明で使用されるGAPDH遺伝子を含むDNA断片は、本発明の好気性コリネ型細菌自身の有するものであっても外来(異種)由来のものであっても良い。   The DNA fragment containing the GAPDH gene used in the present invention may be possessed by the aerobic coryneform bacterium of the present invention itself or may be derived from a foreign species.

GAPDHの遺伝子配列や酵素蛋白特性については、動物、植物、微生物において多く調べられている。微生物については、下記に示す種などが有するGAPDHの遺伝子配列や酵素蛋白特性が既に明らかにされている。   The gene sequence and enzyme protein characteristics of GAPDH have been extensively investigated in animals, plants, and microorganisms. Regarding microorganisms, the gene sequence and enzyme protein characteristics of GAPDH possessed by the species shown below have already been clarified.

・エシェリキア コリ(Escherichia coli)(D’Alessio,G.,and Josse J.;Glyceraldehyde phosphate dehydrogenase,phosphoglycerate kinase,and phosphoglyceromutase of Escherichia coli.Simultaneous purification and physical properties,J Biol Chem.,246(1971),4319−25) - Escherichia coli (Escherichia coli) (D'Alessio, G., and Josse J.;. Glyceraldehyde phosphate dehydrogenase, phosphoglycerate kinase, and phosphoglyceromutase of Escherichia coli.Simultaneous purification and physical properties, J Biol Chem, 246 (1971), 4319 -25)

・コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)(Eikmanns,B.J.;Identification,sequence analysis,and expression of a Corynebacterium glutamicum gene cluster encoding the three glycolytic enzymes glyceraldehyde−3−phosphate dehydrogenase,3−phosphoglycerate kinase,and triosephosphate isomerase,J Bacteriol.,174(1992),6076−86) - Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicum) (Eikmanns, B.J;. Identification, sequence analysis, and expression of a Corynebacterium glutamicum gene cluster encoding the three glycolytic enzymes glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, 3-phosphoglycerate kinase, and triosephosphate isomerase , J Bacteriol., 174 (1992), 6076-86)

・ストレプトマイセス アレナ(Streptomyces arenae)(Maurer,K.H.,Pfeiffer F.,Zehender H.,and Mecke D.;Characterization of two glyceraldehyde−3−phosphate dehydrogenase isoenzymes from the pentalenolactone producer Streptomyces arenae,J Bacteriol.,153(1983),930−6) - Streptomyces Arena (Streptomyces arenae) (Maurer, K.H., Pfeiffer F., Zehender H., and Mecke D.; Characterization of two glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase isoenzymes from the pentalenolactone producer Streptomyces arenae, J Bacteriol. , 153 (1983), 930-6)

・アスペルギルス ニドゥラン(Aspergillus nidulan)(Punt,P.J.,Dingemanse M.A.,Jacobs−Meijsing B.J.,Pouwels P.H.,and van den Hondel C.A.;Isolation and characterization of the glyceraldehyde−3−phosphate dehydrogenase gene of Aspergillus nidulans,Gene.,69(1988),49−57) Aspergillus nidulan (Punt, PJ, Dingmanse MA, Jacobs-Meijsing BJ, Pouwels P. H., and van den Hondal th e cand e s); -3-phosphate dehydrogenase gene of Aspergillus nidulans, Gene., 69 (1988), 49-57)

・シネココッカス スピーシーズ(Synechococcus sp)(Sand,O.,Petersen I.M.,Jorgen J.,and Iversen L.;Purification and some properties of glyceraldehyde 3−phosphate dehydrogenase from Synechococcus sp,Antonie Van Leeuwenhoek.,65(1994),133−42) - Synechococcus sp. (Synechococcus sp) (Sand, O., Petersen I.M., Jorgen J., and Iversen L.;. Purification and some properties of glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase from Synechococcus sp, Antonie Van Leeuwenhoek, 65 (1994 ), 133-42)

・バチルス セレウス(Bacillus cereus)(Suzuki,K.,and Imahori K.;Isolation and some properties of glyceraldehyde 3−phosphate dehydrogenase from vegetative cells of Bacillus cereus,J Biochem(Tokyo).73(1973),97−106) -Bacillus cereus (Suzuki, K., and Imahori K.), Isolation and some properties of biodegradable 3-phosphate dehydrated vegetative vegetative vein.

・バチルス サブティリス(Bacillus subtilis)(Viaene,A.,and Dhaese P.;Sequence of the glyceraldehyde−3−phosphate dehydrogenase gene from Bacillus subtilis,Nucleic Acids Res.,17(1989),1251) Bacillus subtilis (Viaene, A., and Dhaese P .; Sequence of the glyceridedehyde-3-phosphate dehydrated sucrose.

GAPDH遺伝子を含むDNA断片の塩基配列が既知であれば、その配列に従って合成したDNA断片も使用することが出来る。DNA配列が不明の場合であっても、GAPDH活性を指標にして酵素蛋白質を精製し、そのN末端アミノ酸配列、部分分解配列により、通常のハイブリダイゼーションの手法によりDNA断片を単離できる。また、GAPDH酵素蛋白質間で保存されているアミノ酸配列をもとにハイブリダイゼーション、PCR法により断片を取得することが可能である。さらに他の既知のGAPDH遺伝子配列を基に設計したミックスプライマーを用い、ディジェネレートPCRによって断片を取得することが可能である。   If the base sequence of the DNA fragment containing the GAPDH gene is known, a DNA fragment synthesized according to the sequence can also be used. Even when the DNA sequence is unknown, the enzyme protein can be purified using GAPDH activity as an indicator, and the DNA fragment can be isolated by the usual hybridization technique using the N-terminal amino acid sequence and the partially degraded sequence. It is also possible to obtain fragments by hybridization and PCR methods based on amino acid sequences conserved between GAPDH enzyme proteins. Furthermore, fragments can be obtained by degenerate PCR using mixed primers designed based on other known GAPDH gene sequences.

本発明のGAPDH遺伝子はGAPDH活性が保持されている限り、塩基配列の一部が他の塩基と置換していてもよく、削除されていてもよく、また新たに塩基が挿入されていてもよく、さらには塩基配列の一部が転位されていても良い。これら誘導体のいずれも本発明に用いることができる。上記の一部とは、例えばアミノ酸残基換算で、1乃至数個であってよい。   As long as the GAPDH gene of the present invention retains GAPDH activity, a part of the base sequence may be substituted with another base, may be deleted, or a new base may be inserted. Furthermore, a part of the base sequence may be rearranged. Any of these derivatives can be used in the present invention. The above-mentioned part may be 1 to several in terms of amino acid residues, for example.

本発明のGAPDH遺伝子を含むDNA断片は前述の好気性コリネ型細菌へ、プラスミドベクターを用いて、GAPDH遺伝子が発現可能な制御配列下に導入される。ここで「制御配列下」とはGAPDH遺伝子が、例えば、プロモーター、インヂューサー、オペレーター、リボソーム結合部位および転写ターミネーター等との共同作業により自律複製できることを意味する。このような目的で使用されるプラスミドベクターとしては、好気性コリネ型細菌内で自律複製機能を司る遺伝子を含むものであれば良い。その具体例としては、例えば、pAM330(Agric.Biol.Chem.,vol.48,2901−2903(1984)およびNucleic Acids Symp Ser.,vol.16,265−267(1985))(Brevibacterium lactofermentum 2256由来)、pHM1519(Agric.Biol.Chem.,vol.48、2901−2903(1984))(Corynebacterium glutamicum ATCC13058由来)、pCRY30(App1.Environ.Microbiol.,vol.57,759−764(1991))、pEK0,pEC5,pEKEx1(Gene,vol.102,93−98(1991))そしてpCG4(J.Bacteriol.,vol.159,306−311(1984))(Corynebacterium gluatmicum T250由来)等が挙げられる。   The DNA fragment containing the GAPDH gene of the present invention is introduced into the aerobic coryneform bacterium described above using a plasmid vector under a regulatory sequence capable of expressing the GAPDH gene. Here, “under the control sequence” means that the GAPDH gene can replicate autonomously by, for example, joint work with a promoter, an inducer, an operator, a ribosome binding site, a transcription terminator, and the like. As a plasmid vector used for such a purpose, any plasmid vector may be used as long as it contains a gene that controls an autonomous replication function in an aerobic coryneform bacterium. Specific examples thereof include, for example, pAM330 (Agric. Biol. Chem., Vol. 48, 2901-2903 (1984) and Nucleic Acids Sym Ser., Vol. 16, 265-267 (1985)) (derived from Brevibacterium lactofermentum 2256). ), PHM1519 (Agric. Biol. Chem., Vol. 48, 2901-2903 (1984)) (derived from Corynebacterium glutamicum ATCC 13058), pCRY30 (App1. Environ. Microbiol., Vol. 57, 759-4) (57, 759-4). pEK0, pEC5, pEKEx1 (Gene, vol. 102, 93-98 (1991)) and p G4 (J.Bacteriol., Vol.159,306-311 (1984)) (Corynebacterium gluatmicum T250 derived) and the like.

本発明のコリネ型細菌形質転換体創製に使用されるプラスミドの構築は、例えば、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株由来のGAPDH遺伝子を用いる場合では完全なGAPDH遺伝子を含む遺伝子断片〔コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株の全ゲノム解析結果(野中 寛、中田 かおり、岡井 直子、和田 真利子、佐藤 由美子、Kos Peter、乾 将行、湯川 英明「Corynebacterium glutamicum R ゲノム解析」日本農芸化学会、2003年4月、横浜、日本農芸化学会2003年度大会講演要旨集、p.20参照)を基にPCRで増幅可能(詳細は、実施例に記載)〕を、適当なプロモーター、ターミネーター等の制御配列を連結後、上記例示されているいずれかのプラスミドベクターの適当な制限酵素部位に挿入し、構築することが出来る。   The construction of the plasmid used for the creation of the coryneform bacterium transformant of the present invention is carried out, for example, by using a gene fragment containing a complete GAPDH gene when using a GAPDH gene derived from Corynebacterium glutamicum R strain [corynebacteria Results of whole genome analysis of Corynebacterium glutamicum R strains (Hiroshi Nonaka, Kaori Nakata, Naoko Okai, Mariko Wada, Yumiko Sato, Kos Peter, Masayuki Inui, Hideaki Yukawa, “Cornebacterium Rumika Genomics” April 2003, Yokohama, Agricultural Chemistry Society of Japan 2003 Annual Meeting Abstract, p. 20)) (amplification is described in the examples)] Suitable promoters, after connecting the control sequences terminator, was inserted into suitable restriction enzyme sites of any plasmid vectors that are exemplified above, can be constructed.

上記組換えプラスミドにおいて、GAPDH遺伝子を発現させるためのプロモーターとしては、好気性コリネ型細菌が元来保有するプロモーター等が挙げられるが、それに限られるものではなく、GAPDH遺伝子の転写を開始させる機能を有する塩基配列であればいかなるものであってもよい。また、GAPDH遺伝子の下流に配置される制御配列下のターミネーターについても、好気性コリネ型細菌が元来保有するターミネーター等が挙げられるが、それらに限定されるものではなく、例えば大腸菌由来のトリプトファンオペロンのターミネーター等のGAPDH遺伝子の転写を終了させる機能を有する塩基配列であれば、いかなるものであってもよい。   In the above recombinant plasmid, promoters for expressing the GAPDH gene include promoters originally possessed by aerobic coryneform bacteria, but are not limited thereto, and have a function of initiating transcription of the GAPDH gene. Any base sequence may be used. Examples of the terminator under the control sequence arranged downstream of the GAPDH gene include a terminator originally possessed by an aerobic coryneform bacterium, but are not limited thereto. For example, a tryptophan operon derived from E. coli is used. Any base sequence having a function of terminating transcription of the GAPDH gene, such as a terminator, may be used.

GAPDH遺伝子を含むプラスミドベクターの好気性コリネ型細菌への導入方法としては、電気パルス法(エレクトロポレーション法)やCaC1法等好気性コリネ型細菌へのGAPDH遺伝子導入が可能な方法であれば特に限定されるものではない。その具体例として、例えば電気パルス法としては、公知の方法(Agric.Biol.Chem.,vol.54,443−447(1990)、Res.Microbiol.,vol.144,181−185(1993))を用いることができる。 As a method for introducing into the aerobic coryneform bacterial plasmid vector containing the GAPDH gene, if the electric pulse method (electroporation method) and CaCl 2 method or the like method capable GAPDH gene transfer into the aerobic coryneform bacterium It is not particularly limited. Specific examples thereof include, for example, a known method (Agric. Biol. Chem., Vol. 54, 443-447 (1990), Res. Microbiol., Vol. 144, 181-185 (1993)). Can be used.

本発明のコリネ型細菌形質転換創製体の取得方法としては、常法に従い、GAPDH遺伝子を含むプラスミドベクターに薬剤耐性遺伝子等を組み入れて、適切な濃度の当該薬剤を含むプレート培地上にGAPDH遺伝子導入処理を行った本発明のコリネ型細菌を塗布することにより形質転換されたコリネ型細菌を選抜することができる。その方法の具体例としては、例えば、Agric.Biol.Chem.,vol.54,443−447(1990)、Res.Microbiol.vol.144,181−185(1993)に記載の方法等を挙げることができる。   As a method for obtaining a coryneform bacterium transformant of the present invention, a drug resistance gene or the like is incorporated into a plasmid vector containing a GAPDH gene according to a conventional method, and the GAPDH gene is introduced onto a plate medium containing the drug at an appropriate concentration. The transformed coryneform bacterium can be selected by applying the treated coryneform bacterium of the present invention. Specific examples of the method include, for example, Agric. Biol. Chem. , Vol. 54, 443-447 (1990), Res. Microbiol. vol. 144, 181-185 (1993).

上記の方法により創製される好気性コリネ型細菌の形質転換体の例としては、具体的には、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/R−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20875)、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R △PEPC/R−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20878)、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R △PEPC/Actino−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20877)などが挙げられる。   As an example of a transformant of aerobic coryneform bacterium created by the above method, specifically, Corynebacterium glutamicum R / R-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) Patent Biodeposition Center Accession Number FERM P-20875), Corynebacterium glutamicum R △ PEPC / R-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biodeposition Center Accession Number FERM P-20878), Corynebacterium Corynebacterium glutamicum R △ PEPC / Actino-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center) Number FERM P-20877) and the like.

かくして創製された本発明の好気性コリネ型細菌は特定の還元条件下にある反応液中で、糖類を原料として(TCA経路に存在するポリカルボン酸を製造する場合は、炭酸イオン等も原料として)、モノカルボン酸、ジカルボン酸、ケトカルボン酸、ヒドロキシカルボン酸、アミノ酸、モノアルコール、ポリオールおよびビタミン等の多様な有機化合物を、糖類の代謝速度の向上あるいは経時低下を抑制すると同時に、高い生産速度と高い蓄積濃度でもって、反応液中に生成させることが出来る。   The aerobic coryneform bacterium thus created in the reaction solution under the specific reducing conditions is obtained from a saccharide as a raw material (in the case of producing a polycarboxylic acid present in the TCA pathway, carbonate ion or the like as a raw material). ), Various organic compounds such as monocarboxylic acids, dicarboxylic acids, ketocarboxylic acids, hydroxycarboxylic acids, amino acids, monoalcohols, polyols, vitamins, etc. It can be produced in the reaction solution with a high accumulated concentration.

本発明に係る有機化合物の製造方法においては、まず、上記の本発明の好気性コリネ型細菌を好気条件下で増殖培養する。   In the method for producing an organic compound according to the present invention, first, the aerobic coryneform bacterium of the present invention is grown and cultured under aerobic conditions.

本発明の好気性コリネ型細菌の培養は、炭素源、窒素源および無機塩等を含む通常の栄養培地を用いて行うことが出来る。培養には、炭素源として、例えばグルコースまたは廃糖蜜等を、そして窒素源としては、例えばアンモニア、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウムまたは尿素等をそれぞれ単独もしくは混合して用いることが出来る。また、無機塩として、例えばリン酸一水素カリウム、リン酸ニ水素カリウムまたは硫酸マグネシウム等を使用することが出来る。この他にも必要に応じて、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスティープリカー、カザミノ酸またはビオチンもしくはチアミン等の各種ビタミン等の栄養素を培地に適宜添加することも出来る。   The aerobic coryneform bacterium of the present invention can be cultured using a normal nutrient medium containing a carbon source, a nitrogen source, an inorganic salt, and the like. In the culture, for example, glucose or molasses can be used as a carbon source, and as a nitrogen source, for example, ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium nitrate, urea, or the like can be used alone or in combination. Further, as the inorganic salt, for example, potassium monohydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate or magnesium sulfate can be used. In addition to these, nutrients such as peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, casamino acid or various vitamins such as biotin or thiamine can be appropriately added to the medium as necessary.

培養は、通常、通気攪拌または振盪等の好気的条件下、約20℃〜約40℃、好ましくは約25℃〜約35℃の温度で行うことが出来る。培養時のpHは5〜10付近、好ましくは7〜8付近の範囲がよく、培養中のpH調整は酸またはアルカリを添加することにより行うことが出来る。培養開始時の炭素源濃度は、約1〜20%(W/V)、好ましくは約2〜5%(W/V)である。また、培養期間は通常1〜7日間程度である。   Culturing can usually be performed at a temperature of about 20 ° C. to about 40 ° C., preferably about 25 ° C. to about 35 ° C. under aerobic conditions such as aeration stirring or shaking. The pH during the culture is in the range of about 5 to 10, preferably about 7 to 8. The pH during the culture can be adjusted by adding an acid or an alkali. The carbon source concentration at the start of the culture is about 1 to 20% (W / V), preferably about 2 to 5% (W / V). The culture period is usually about 1 to 7 days.

ついで、本発明の好気性コリネ型細菌の培養菌体を回収する。上記の如くして得られる培養物から培養菌体を回収分離する方法としては、特に限定されず、例えば遠心分離や膜分離等の公知の方法を用いることができる。   Next, the cultured cells of the aerobic coryneform bacterium of the present invention are collected. The method for recovering and separating the cultured cells from the culture obtained as described above is not particularly limited, and for example, a known method such as centrifugation or membrane separation can be used.

回収された培養菌体に対して処理を加え、得られる菌体処理物を次工程に用いてもよい。前記菌体処理物としては、培養菌体に何らかの処理が加えられたものであればよく、例えば、菌体をアクリルアミドまたはカラギーナン等で固定化した固定化菌体等が挙げられる。   The collected cultured microbial cells may be treated, and the resulting microbial cell processed product may be used in the next step. The microbial cell treated product may be any cultivated microbial cell that has been subjected to any treatment, and examples thereof include an immobilized microbial cell in which the microbial cell is immobilized with acrylamide or carrageenan.

ついで、上記の如くして得られる培養物から回収分離された本発明の好気性コリネ型細菌の培養菌体またはその菌体処理物は還元条件下の反応液中での有機化合物の生成反応に供せられる。有機化合物生成方式は、回分式、連続式いずれの生成方式も可能である。   Next, the cultured cells of the aerobic coryneform bacterium of the present invention recovered or separated from the culture obtained as described above or the treated cells thereof are used for the reaction of producing organic compounds in the reaction solution under reducing conditions. Provided. The organic compound generation method can be either a batch method or a continuous method.

本発明の還元条件下の生化学反応に於いては、好気性コリネ型細菌の増殖分裂が完全に抑制され、グルコース等の糖類炭素源からの目的有機化合物への変換速度および変換効率が向上し、また増殖に伴う分泌副生物の実質的な完全抑制を実現することが出来る。この観点からは、培養回収されたコリネ型細菌またはその菌体処理物が反応液中に供せられるときには、好気性コリネ型細菌形質転換細胞内外の培養時環境状態が反応液中にもたらされない方法や条件を用いることが推奨される。つまり、反応液は、増殖培養過程で生成し、菌体内外に存在する生成物質を実質的に含有しないことが好ましい。より具体的には、増殖培養過程で生成し、菌体外に放出された分泌副生物、および培養菌体内の好気的代謝機能により生成し菌体内に残存する物質が、還元条件下の反応培地に実質的に存在しない状態であることが推奨される。このような状態は、例えば、増殖培養後の培養液の遠心分離、膜分離等の方法および/または培養後の菌体を還元条件下で2時間ないし10時間程度放置することで実現される。   In the biochemical reaction under the reducing conditions of the present invention, the growth and division of aerobic coryneform bacteria is completely suppressed, and the conversion rate and conversion efficiency from sugar carbon sources such as glucose to the target organic compound are improved. In addition, substantial complete suppression of secreted by-products accompanying growth can be realized. From this point of view, when the cultured and recovered coryneform bacteria or the treated cells thereof are used in the reaction solution, the environmental conditions during culture inside and outside the transformed cells of the aerobic coryneform bacteria are not brought into the reaction solution. It is recommended to use methods and conditions. That is, it is preferable that the reaction solution is substantially free from a product that is generated during the growth culture process and is present inside and outside the cells. More specifically, secreted by-products that are generated during the growth and culture process and released outside the cells, and substances that are generated by the aerobic metabolic function in the cells and remain in the cells are reacted under reducing conditions. It is recommended that the medium is substantially absent. Such a state is realized, for example, by centrifuging the culture solution after growth culture, membrane separation, etc. and / or leaving the cultured cell bodies for about 2 to 10 hours under reducing conditions.

本工程においては、還元条件下の反応液を用いる。反応液は、還元条件下にあれば、固体状、半固体状または液体状等いずれの形状を有していてもよい。本発明の必須の要件は、還元条件下で好気性コリネ型細菌形質転換体の代謝機能による生化学反応を行わせしめ、目的とする有機化合物を生成することである。   In this step, a reaction solution under reducing conditions is used. The reaction solution may have any shape such as solid, semi-solid, or liquid as long as it is under reducing conditions. An essential requirement of the present invention is to cause the biochemical reaction by the metabolic function of the aerobic coryneform bacterium transformant under reducing conditions to produce the desired organic compound.

本発明における還元条件とは、反応系の酸化還元電位で規定され、反応液の酸化還元電位は、好ましくは約−200mV〜−500mV程度、より好ましくは約−250mV〜−500mV程度である。反応液の還元状態は簡便にはレサズリン指示薬(還元状態であれば、青色から無色への脱色)である程度推定できるが、正確には酸化還元電位差計(例えば、BROADLEY JAMES社製、ORP Electrodes)を用いることによって計測できる。本発明においては、反応液に菌体またはその処理物を添加した直後から有機化合物を採取するまで、還元条件を維持していることが好ましいが、少なくとも有機化合物を採取する時点で反応液が還元状態であればよい。反応時間の約50%以上、より好ましくは約70%以上、さらに好ましくは約90%以上の時間、反応液が還元条件下に保たれていることが望ましい。なかでも、反応時間の約50%以上、より好ましくは約70%以上、さらに好ましくは約90%以上の時間、反応液の酸化還元電位が約−200mV〜−500mV程度に保たれていることがより望ましい。   The reduction condition in the present invention is defined by the oxidation-reduction potential of the reaction system, and the oxidation-reduction potential of the reaction solution is preferably about -200 mV to -500 mV, more preferably about -250 mV to -500 mV. The reduction state of the reaction solution can be easily estimated to some extent with a resazurin indicator (in the reduction state, decolorization from blue to colorless). However, an oxidation-reduction potentiometer (for example, ORP Electrodes manufactured by BROADELY JAMES) is used accurately. It can be measured by using it. In the present invention, it is preferable to maintain the reducing conditions immediately after adding the microbial cells or processed product to the reaction solution until collecting the organic compound, but at least at the time of collecting the organic compound, the reaction solution is reduced. Any state is acceptable. It is desirable that the reaction solution be kept under reducing conditions for about 50% or more, more preferably about 70% or more, and further preferably about 90% or more of the reaction time. Among them, the oxidation-reduction potential of the reaction solution is maintained at about -200 mV to -500 mV for a time of about 50% or more, more preferably about 70% or more, more preferably about 90% or more of the reaction time. More desirable.

このような還元状態の実現は具体的には、前記の培養後の培養菌体調製方法、反応培地の調整方法、または反応途中における還元条件の維持方法等によりなされる。   Specifically, such a reduced state is achieved by the method for preparing cultured cells after the culture, the method for adjusting the reaction medium, the method for maintaining the reducing conditions during the reaction, or the like.

還元条件下の反応液の調整方法は、公知の方法を用いてよい。例えば、反応培地用水溶液の調整方法は、例えば硫酸還元微生物などの絶対嫌気性微生物用の培養液調整方法(Pfennig,N et.al.(1981):The dissimilatory sulfate−reducing bacteria,In The Prokaryotes,A Handbook on Habitats,Isolation and Identification of Bacteria,Ed.by Starr,M.P.et.al.p.926−940,Berlin,Springer Verlag.や「農芸化学実験 第三巻、京都大学農学部 農芸化学教室編、1990年第26刷、産業図書株式会社出版」)などが参考となり、所望する還元状態の水溶液を得ることが出来る。   A known method may be used as a method for adjusting the reaction solution under reducing conditions. For example, a method for preparing an aqueous solution for a reaction medium is, for example, a method for preparing a culture solution for absolute anaerobic microorganisms such as sulfate-reducing microorganisms (Pfenning, N et. Al. (1981): The dissimilarity sulfate-reducing bacteria, In The Prokaryotes, A Handbook on Habitats, Isolation and Identification of Bacteria, Ed.by Starr, MP et al. P.926-940, Berlin, Springer Verlag. Edition, 1990, 26th edition, published by Sangyo Tosho Co., Ltd.), etc., can be used as a reference to obtain a desired reduced aqueous solution.

反応水溶液の調整方法として、より具体的には、反応水溶液を加熱処理や減圧処理することにより溶解ガスを除去する方法等が挙げられる。より具体的には、約10mmHg以下、好ましくは約5mmHg以下、より好ましくは約3mmHg以下の減圧下で、約1〜60分程度、好ましくは5〜40分程度、反応水溶液を処理することにより、溶解ガス、特に溶解酸素を除去し、還元条件下の反応水溶液を作成することができる。また、適当な還元剤(例えば、チオグリコール酸、アスコルビン酸、システィン塩酸塩、メルカプト酢酸、チオール酢酸、グルタチオンそして硫化ソーダ等)を添加して還元状態の反応水溶液を調整することも出来る。また、場合により、これらの方法を適宜組み合わせることも有効な還元状態の反応培地用水溶液を調整する方法となる。   More specifically, the method for adjusting the reaction aqueous solution includes a method of removing the dissolved gas by subjecting the reaction aqueous solution to a heat treatment or a reduced pressure treatment. More specifically, by treating the aqueous reaction solution for about 1 to 60 minutes, preferably about 5 to 40 minutes under reduced pressure of about 10 mmHg or less, preferably about 5 mmHg or less, more preferably about 3 mmHg or less, The dissolved gas, particularly dissolved oxygen, can be removed to create an aqueous reaction solution under reducing conditions. An appropriate reducing agent (for example, thioglycolic acid, ascorbic acid, cysteine hydrochloride, mercaptoacetic acid, thiolacetic acid, glutathione, sodium sulfide, etc.) can be added to prepare a reduced reaction aqueous solution. In some cases, an appropriate combination of these methods also provides a method for preparing an effective aqueous reaction medium solution in a reduced state.

反応途中における還元条件の維持方法としては、反応系外からの酸素の混入を可能な限り防止することが望ましく、反応系を窒素ガス等の不活性ガスや炭酸ガス等で封入する方法が通常用いられる。酸素混入をより効果的に防止する方法としては、反応途中において本発明の好気性コリネ型細菌の菌体内の代謝機能を効率よく機能させるために、反応系のpH維持調整液の添加や各種栄養素溶解液を適宜添加する必要が生じる場合もあるが、このような場合には添加溶液から酸素を予め除去しておくことが有効である。   As a method for maintaining the reduction conditions during the reaction, it is desirable to prevent oxygen contamination from outside the reaction system as much as possible, and a method in which the reaction system is sealed with an inert gas such as nitrogen gas or carbon dioxide gas is usually used. It is done. As a method for more effectively preventing oxygen contamination, in order to efficiently function the metabolic function of the aerobic coryneform bacterium of the present invention during the reaction, addition of a pH maintenance adjustment solution of the reaction system or various nutrients In some cases, it may be necessary to add a solution appropriately. In such a case, it is effective to remove oxygen from the added solution in advance.

本発明の有機化合物生成反応において、生成反応系の酸化還元電位の規定が目的とする有機化合物の効率的な生産に関してなぜ有効であるかの理由は明らかではないが、下記にその推定理由を記す。ただし、本発明はその推定理由になんら限定されるものではない。   In the organic compound production reaction of the present invention, the reason why the regulation of the redox potential of the production reaction system is effective for the efficient production of the target organic compound is not clear, but the reason for the estimation is described below. . However, the present invention is not limited to the reason for the estimation.

本発明の目的生産物である有機化合物は、本発明の好気性コリネ型細菌の代謝機能に基づく生化学反応により産生される化合物である。微生物細胞内の生化学反応には各種の酸化還元反応が関与しており、電子の授受移動が行われている。酸化還元電位は反応系での電子の受容性、供与性の難易度を示す尺度の一つであるが、この電位は微生物細胞内で起こっている代謝経路を構成する各種反応(酸化還元反応)の状態や細胞内外との電子授受の状態を反映している。電位差計により直接測定される酸化還元電位は反応溶液と電極との電位であるが反応溶液の電位は細胞膜を介してある電位勾配を持って細胞内で生じている反応と相関している。即ち、酸化還元電位は細胞内外を含む反応系全体の酸化還元反応の総和を反映(各種反応の内容やその頻度等も含めて)したものである。   The organic compound which is the target product of the present invention is a compound produced by a biochemical reaction based on the metabolic function of the aerobic coryneform bacterium of the present invention. Various redox reactions are involved in biochemical reactions in microbial cells, and electrons are transferred. The oxidation-reduction potential is one of the scales showing the difficulty of accepting and donating electrons in the reaction system, but this potential is a variety of reactions (oxidation-reduction reactions) that constitute metabolic pathways occurring in microbial cells. And the state of electronic transfer between the inside and outside of the cell. The redox potential directly measured by the potentiometer is the potential between the reaction solution and the electrode, but the potential of the reaction solution correlates with the reaction occurring in the cell with a certain potential gradient through the cell membrane. That is, the oxidation-reduction potential reflects the sum of oxidation-reduction reactions in the entire reaction system including inside and outside the cell (including the contents and frequency of various reactions).

反応系の酸化還元電位に影響する因子としては、反応系雰囲気ガスの種類と濃度、反応温度、反応溶液pH、反応液中に存在する目的有機化合物生成のために使用される無機および有機の各種化合物濃度と組成等が考えられる。本発明における反応培地の酸化還元電位とは上記各種影響因子が統合されて示されるものである。従って、本発明は、目的とする有機化合物への代謝経路には各種化学反応が関与し、これら化学反応は上記因子群の影響下にあるが、単一の酸化還元電位なる反応状態を規定する尺度により、効率的に目的有機化合物が生成されることを見出したことにより、発明の実施条件の一つとして特定したものである。   Factors affecting the oxidation-reduction potential of the reaction system include various types and concentrations of the reaction system atmosphere gas, reaction temperature, reaction solution pH, and various inorganic and organic substances used to produce the target organic compounds present in the reaction solution. The compound concentration and composition can be considered. The oxidation-reduction potential of the reaction medium in the present invention is shown by integrating the above various influencing factors. Therefore, in the present invention, various chemical reactions are involved in the metabolic pathway to the target organic compound, and these chemical reactions are under the influence of the above factors, but define a reaction state that is a single redox potential. It has been specified as one of the implementation conditions of the invention by finding that the target organic compound is efficiently produced by the scale.

反応液には、有機化合物生成の原料となる有機炭素源(例えば、糖類等)が含まれている。有機炭素源としては、本発明の好気性コリネ型細菌形質転換体が生化学反応に利用できる物質が挙げられる。   The reaction liquid contains an organic carbon source (for example, saccharides) that is a raw material for producing an organic compound. Examples of the organic carbon source include substances that can be used for biochemical reactions by the aerobic coryneform bacterium transformant of the present invention.

具体的には、糖類としては、グルコース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、フルクトースもしくはマンノースなどの単糖類、セロビオース、ショ糖、ラクトースもしくはマルトースなどの二糖類、またはデキストリンもしくは可溶性澱粉などの多糖類などが挙げられる。なかでも、グルコースが好ましい。   Specifically, examples of the saccharide include monosaccharides such as glucose, xylose, arabinose, galactose, fructose or mannose, disaccharides such as cellobiose, sucrose, lactose or maltose, or polysaccharides such as dextrin or soluble starch. It is done. Of these, glucose is preferable.

有機化合物の生成反応に用いられる反応液組成は、本発明の好気性コリネ型細菌形質転換体またはその処理物がその代謝機能を維持するために必要な成分、即ち、各種糖類等の炭素源、蛋白質合成に必要な窒素源、その他リン、カリウムまたはナトリウム等の塩類、さらに鉄、マンガンまたはカルシウム等の微量金属塩を含んでいてもよい。これらの添加量は所要反応時間、目的有機化合物生産物の種類または用いられる好気性コリネ型細菌形質転換体の種類等により適宜定めることが出来る。特定のビタミン類の添加が好ましい場合もある。また、前記の反応系の炭酸ガス封入法にも関連して、反応培地に二酸化炭素または各種の炭酸塩もしくは炭酸水素塩等の無機炭酸塩を糖類などの有機炭素源に加えて注入することが目的有機化合物によっては有効な場合もある。   The composition of the reaction solution used for the organic compound production reaction includes components necessary for maintaining the metabolic function of the aerobic coryneform bacterium transformant of the present invention or a processed product thereof, that is, carbon sources such as various sugars, It may contain a nitrogen source necessary for protein synthesis, other salts such as phosphorus, potassium or sodium, and a trace metal salt such as iron, manganese or calcium. These addition amounts can be appropriately determined depending on the required reaction time, the type of the target organic compound product, the type of aerobic coryneform bacterium transformant used, and the like. The addition of certain vitamins may be preferred. Further, in relation to the carbon dioxide gas sealing method in the reaction system, carbon dioxide or various carbonates or bicarbonates such as inorganic carbonates may be added to the reaction medium in addition to organic carbon sources such as sugars. Depending on the target organic compound, it may be effective.

好気性コリネ型細菌またはその菌体処理物と糖類との反応は、好気性コリネ型細菌またはその菌体処理物が活動できる温度条件下で行われることが好ましく、好気性コリネ型細菌またはその菌体処理物の種類などにより適宜選択することができる。   The reaction of the aerobic coryneform bacterium or its cell-treated product with the saccharide is preferably carried out under temperature conditions where the aerobic coryneform bacterium or its cell-treated product can act. It can be appropriately selected depending on the type of the body treatment product.

最後に、上述のようにして反応培地で生成した有機化合物を採取する。その方法はバイオプロセスで用いられる公知の方法を用いることが出来る。そのような公知の方法として、有機化合物生成液の塩析法、再結晶法、有機溶媒抽出法、エステル化蒸留分離法、クロマトグラフィー分離法または電気透析法等があり、生成有機化合物の特性に応じてその分離精製採取法は適宜定めることが出来る。   Finally, the organic compound produced in the reaction medium as described above is collected. As the method, a known method used in a bioprocess can be used. Examples of such known methods include salting out, recrystallization, organic solvent extraction, esterification distillation separation, chromatographic separation, or electrodialysis, etc. of the organic compound production liquid. The separation, purification and collection method can be determined accordingly.

本発明で製造することができる有機化合物としては、有機酸、アルコール、アミノ酸またはビタミン類等が挙げられる。有機酸としては、例えば、酢酸、乳酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、アクリル酸、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸、オキサロ酢酸、クエン酸、シスアコニット酸、イタコン酸、イソクエン酸、2−オキソグルタル酸そしてシキミ酸などが挙げられ、アルコールとしては、例えば、エタノール、1,3−プロパンジオール、グリセロール、ブタノール、1,4−ブタンジオール、キシリトールそしてソルビトールなどが挙げられ、アミノ酸としては、例えば、バリン、ロイシン、アラニン、アスパラギン酸、リジン、イソロイシンまたはスレオニンなどが挙げられる。   Examples of the organic compound that can be produced in the present invention include organic acids, alcohols, amino acids, and vitamins. Examples of organic acids include acetic acid, lactic acid, 3-hydroxypropionic acid, acrylic acid, succinic acid, fumaric acid, malic acid, oxaloacetic acid, citric acid, cisaconic acid, itaconic acid, isocitric acid, 2-oxoglutaric acid and Examples include alcohols such as ethanol, 1,3-propanediol, glycerol, butanol, 1,4-butanediol, xylitol, and sorbitol. Examples of amino acids include valine and leucine. , Alanine, aspartic acid, lysine, isoleucine or threonine.

以下、実施例でもって本発明を説明するが、本発明はこのような実施例に限定されるものではない。なお、「%」は、特に断りのない限り、「重量%」を示す。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated with an Example, this invention is not limited to such an Example. “%” Means “% by weight” unless otherwise specified.

〔実施例1〕GAPDH遺伝子のクローン化
(A)コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株からの全DNAの抽出
A培地1L[組成: 尿素:2g,(NHSO:7g,KHPO:0.5g,KHPO:0.5g,MgSO・7HO:0.5g,FeSO・7HO:6mg,MnSO・nHO:4.2mg,D−ビオチン:200μg,塩酸チアミン:200μg,酵母エキス2g,カザミノ酸7g,グルコース20gおよび蒸留水:1000ml(pH6.6)]に、野生株コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)Rを、白金耳を用いて植菌後、対数増殖期後期まで33℃で培養し、菌体を集めた。
[Example 1] Cloning of GAPDH gene
(A) Extraction of total DNA from Corynebacterium glutamicum R strain A medium 1 L [composition: urea: 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 : 7 g, KH 2 PO 4 : 0.5 g, K 2 HPO 4 : 0.5 g, MgSO 4 · 7H 2 O: 0.5 g, FeSO 4 · 7H 2 O: 6 mg, MnSO 4 · nH 2 O: 4.2 mg, D-biotin: 200 µg, thiamine hydrochloride: 200 µg, yeast 2 g of extract, 7 g of casamino acid, 20 g of glucose, and distilled water: 1000 ml (pH 6.6)] were inoculated with wild strain Corynebacterium glutamicum R using platinum ears until the late logarithmic growth phase. The cells were cultured at 0 ° C. and the cells were collected.

得られた菌体を10mg/mlの濃度になるよう、10mg/ml リゾチーム、10mM NaCl、20mMトリス緩衝液(pH8.0)および1mM EDTA・2Naの各成分を含有する溶液15ml(各成分の濃度は最終濃度である)に懸濁した。次にプロテナーゼKを最終濃度が100μg/mlになるように添加し、37℃で1時間保温した。さらにドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を最終濃度が0.5%になるように添加し、50℃で6時間保温して溶菌した。この溶菌液に、等量のフェノール/クロロホルム溶液を添加し、室温で10分間ゆるやかに振盪した後、全量を遠心分離(5,000×g,20分間,10〜12℃)し、上清画分を分取した。この上清に酢酸ナトリウムを0.3Mとなるよう添加した後、2倍量のエタノールをゆっくりと加えた。水層とエタノール層の間に存在するDNAをガラス棒でまきとり、70%エタノールで洗浄した後、風乾した。得られたDNAに10mMトリス緩衝液(pH7.5)−1mM EDTA・2Na溶液5mlを加え、4℃で一晩静置し、以後の実験に用いた。   15 ml of a solution containing each component of 10 mg / ml lysozyme, 10 mM NaCl, 20 mM Tris buffer (pH 8.0) and 1 mM EDTA · 2Na so that the obtained bacterial body has a concentration of 10 mg / ml (concentration of each component) Is the final concentration). Next, proteinase K was added to a final concentration of 100 μg / ml and incubated at 37 ° C. for 1 hour. Further, sodium dodecyl sulfate (SDS) was added to a final concentration of 0.5%, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 6 hours for lysis. After adding an equal amount of phenol / chloroform solution to this lysate and shaking gently at room temperature for 10 minutes, the whole amount was centrifuged (5,000 × g, 20 minutes, 10 to 12 ° C.) to obtain a supernatant fraction. The fraction was collected. After adding sodium acetate to this supernatant to 0.3M, 2 times amount of ethanol was slowly added. DNA existing between the aqueous layer and the ethanol layer was scraped off with a glass rod, washed with 70% ethanol, and then air-dried. To the obtained DNA, 5 ml of a 10 mM Tris buffer (pH 7.5) -1 mM EDTA · 2Na solution was added and allowed to stand at 4 ° C. overnight, and used for the subsequent experiments.

(B)コリネ型細菌−大腸菌シャトルベクターpCRB1の構築
ブレビバクテリウム ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)ATCC13869に内在するプラスミドpAM330(Yamaguchi,R.et al.,Agric.Biol.Chem.50,2771−2778(1986)、特開昭58−67679)のORF1(rep)を含むDNA断片を以下のPCR法により増幅した。
(B) Construction of Coryneform Bacteria-Escherichia coli Shuttle Vector pCRB1 Plasmid pAM330 (Yamaguchi, R. et al., Agric. Biol. Chem. 50, 2771-78) endogenous to Brevibacterium lactofermentum ATCC 13869. 1986), and Japanese Laid-Open Patent Application No. 58-67679), a DNA fragment containing ORF1 (rep) was amplified by the following PCR method.

PCRに際しては、下記の1対のプライマーを、アプライド・バイオシステムズ(Applied Biosystems)社製「394 DNA/RNAシンセサイザー(synthesizer)」を用いて合成し、使用した。
ORF1(rep)遺伝子増幅用プライマー
Rep−N; 5’−CTCTGTTAACACAACAAGACCCATCATAGT−3’(配列番号1),
Rep−C; 5’−CTCTGTTAACACATGCAGTCATGTCGTGCT−3’(配列番号2)
尚、いずれのプライマーもHpaIサイトが末端に付加されている。
鋳型DNAは、プラスミドpAM330を用いた。
PCRは、パーキンエルマーシータス社製の「DNAサーマルサイクラー」を用い、反応試薬として、タカラ・イーエックス・タック(TaKaRa Ex Taq)(宝酒造株式会社製)を用いて下記の条件で行った。
In the PCR, the following pair of primers were synthesized and used using “394 DNA / RNA synthesizer” manufactured by Applied Biosystems.
ORF1 (rep) gene amplification primer Rep-N; 5′-CTCT GTTAAC ACAACAAGACCCATCATAGT-3 ′ (SEQ ID NO: 1),
Rep-C; 5′-CTCT GTTAAC ACATGCAGTCATGTCGTGCT-3 ′ (SEQ ID NO: 2)
Each primer has an HpaI site added to the end.
As the template DNA, plasmid pAM330 was used.
PCR was performed under the following conditions using “DNA thermal cycler” manufactured by Perkin Elmer Citas Co., Ltd. and using Takara Ex Taq (Takara Razo Co., Ltd.) as a reaction reagent.

反応液:
(10×)PCR緩衝液 10μl
1.25mM dNTP混合液 16μl
鋳型DNA 10μl(DNA含有量1μM以下)
上記の2種のプライマー 各々1μl(最終濃度0.25μM)
タカラ・イーエックス・タックDNA・ポリメラーゼ 0.5μl
滅菌蒸留水 61.5μl
以上を混合し、この100μlの反応液をPCRにかけた。
Reaction solution:
(10 ×) PCR buffer 10 μl
1.25 mM dNTP mixture 16 μl
Template DNA 10 μl (DNA content 1 μM or less)
1 μl of each of the above two primers (final concentration 0.25 μM)
Takara EX Tuck DNA Polymerase 0.5μl
Sterile distilled water 61.5 μl
The above was mixed and 100 μl of the reaction solution was subjected to PCR.

PCRサイクル:
デナチュレーション過程:94℃ 60秒
アニーリング過程 :52℃ 60秒
エクステンション過程 :72℃ 120秒
以上を1サイクルとし、30サイクル行った。
上記で生成した反応液10μlを0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、Rep遺伝子を含む、約1.8kbのDNA断片が検出できた。
PCR cycle:
Denaturation process: 94 ° C., 60 seconds Annealing process: 52 ° C., 60 seconds Extension process: 72 ° C. 120 seconds or more was defined as one cycle, and 30 cycles were performed.
10 μl of the reaction solution generated above was electrophoresed on a 0.8% agarose gel, and a DNA fragment of about 1.8 kb containing the Rep gene could be detected.

一方、コリネ型細菌−大腸菌シャトルベクターを構築する際に、クロラムフェニコール耐性遺伝子を含む大腸菌ベクターpHSG398(宝酒造製)のlacZα遺伝子とその内部のマルチクローニングサイトを保存するため、PCRにより新たにEcoRVサイトを付加するように、pHSG398を増幅した。   On the other hand, when constructing a coryneform bacterium-E. Coli shuttle vector, the EcoRV was newly added by PCR in order to preserve the lacZα gene of E. coli vector pHSG398 (Takara Shuzo) containing the chloramphenicol resistance gene and the multicloning site therein. PHSG398 was amplified to add sites.

PCRに際しては、下記の1対のプライマーを、アプライド・バイオシステムズ(Applied Biosystems)社製「394 DNA/RNAシンセサイザー(synthesizer)」を用いて合成し、使用した。
プラスミドpHSG398増幅用プライマー
398−N; 5’−CTCTGATATCGTTCCACTGAGCGTCAGACC−3’(配列番号3),
398−C; 5’−CTCTGATATCTCCGTCGAACGGAAGATCAC−3’(配列番号4)
尚、いずれのプライマーもEcoRVサイトが末端に付加されている。
鋳型DNAは、プラスミドpHSG398を用いた。
PCRは、前述と同様の条件で行った。
上記で生成した反応液10μlを0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、プラスミドpHSG398全長を含む、約2.2kbのDNA断片が検出できた。
In the PCR, the following pair of primers were synthesized and used using “394 DNA / RNA synthesizer” manufactured by Applied Biosystems.
Primer for amplification of plasmid pHSG398 398-N; 5′-CTCT GATATC GTTCCACTGAGCGTCAGACC-3 ′ (SEQ ID NO: 3),
398-C; 5′-CTCT GATATC TCCGTCGAACGGAAGATCAC-3 ′ (SEQ ID NO: 4)
Each primer has an EcoRV site added to the end.
As the template DNA, plasmid pHSG398 was used.
PCR was performed under the same conditions as described above.
10 μl of the reaction solution generated above was electrophoresed on a 0.8% agarose gel, and a DNA fragment of about 2.2 kb including the full length of plasmid pHSG398 could be detected.

次に、HpaIで切断した上記Rep遺伝子を含む約1.8kbのDNA断片5μlとEcoRVで切断したプラスミドpHSG398全長を含む約2.2kbのDNA断片を混合し、これに、T4 DNAリガーゼ10×緩衝液 1μl、T4 DNAリガーゼ1unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μlにして、15℃で3時間反応させ、結合させた。   Next, 5 μl of an about 1.8 kb DNA fragment containing the Rep gene cut with HpaI and an about 2.2 kb DNA fragment containing the entire length of plasmid pHSG398 cut with EcoRV were mixed, and this was mixed with 10 × buffer of T4 DNA ligase. Each component of 1 μl of liquid and 1 unit of T4 DNA ligase was added, made 10 μl with sterilized distilled water, reacted at 15 ° C. for 3 hours, and bound.

得られたプラスミド混合液を用い、塩化カルシウム法〔Journal of Molecular Biology、53、159(1970)〕によりエシェリヒア・コリJM109(宝酒造製)を形質転換し、クロラムフェニコール50mgを含む培地〔トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5g及び寒天16gを蒸留水1Lに溶解〕に塗抹した。   Using the obtained plasmid mixture, Escherichia coli JM109 (manufactured by Takara Shuzo) was transformed by the calcium chloride method [Journal of Molecular Biology, 53, 159 (1970)], and a medium containing 50 mg of chloramphenicol [10 g tryptone] , 5 g of yeast extract, 5 g of NaCl and 16 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water].

この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素で切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドpHSG398 2.2kbのDNA断片に加え、長さ約1.8kbの挿入DNA断片が認められた。
このコリネ型細菌−大腸菌シャトルベクターをpCRB1と記する。
The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted fragment. As a result, in addition to the DNA fragment of plasmid pHSG398 2.2 kb, an inserted DNA fragment having a length of about 1.8 kb was observed.
This coryneform bacteria-E. Coli shuttle vector is referred to as pCRB1.

(C)コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)RのGAPDH遺伝子のクローン化
PCRに際して、GAPDH遺伝子をクローン化するべく、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株の全ゲノム解析結果(野中 寛、中田 かおり、岡井 直子、和田 真利子、佐藤 由美子、Kos Peter、乾 将行、湯川 英明「Corynebacterium glutamicum R ゲノム解析」日本農芸化学会、2003年4月、横浜、日本農芸化学会2003年度大会講演要旨集、p.20参照)を基に、下記の1対のプライマーを、アプライド・バイオシステムズ(Applied Biosystems)社製「394 DNA/RNAシンセサイザー(synthesizer)」を用いて合成し、使用した。
GAPDH遺伝子増幅用プライマー
GAPR−N; 5’−CTCTGGATCCCGATTTCAGGTTCGTTCCCT−3’(配列番号5),
GAPR−C; 5’−CTCTGGATCCCCGGGCTATTGGGATGA−3’ (配列番号6)
尚、いずれのプライマーもBamHIサイトがそれぞれ末端に付加されている。
鋳型DNAは、上記(A)項にて抽出したコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株のゲノムDNAを用いた。
(C) Cloning of GAPDH gene of Corynebacterium glutamicum R In order to clone GAPDH gene during PCR, the results of whole genome analysis of Corynebacterium glutamicum R strain (Hirori Nonaka, Nakanaka) , Naoko Okai, Mariko Wada, Yumiko Sato, Kos Peter, Masayuki Inui, Hideaki Yukawa “Corynebacterium glutamicum R Genome Analysis”, Japanese Agricultural Chemistry Society, April 2003, Yokohama, Japan Agricultural Chemistry Society Annual Meeting 2003, p. 20)), the following pair of primers was applied to “394 DNA / R” manufactured by Applied Biosystems. Synthesized using the A synthesizer (synthesizer) ", it was used.
GAPDH gene amplification primer GAPR-N; 5′-CTCT GGATCC CGATTTCAGGTTCGTTCCCT-3 ′ (SEQ ID NO: 5),
GAPR-C; 5′-CTCT GGATCC CCGGGCTATTGGGATGA-3 ′ (SEQ ID NO: 6)
Each primer has a BamHI site added to the end.
As the template DNA, the genomic DNA of the Corynebacterium glutamicum R strain extracted in the above section (A) was used.

PCRは、上記(B)項と同様の条件で行った。
上記で生成した反応液10μlを0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、GAPDH遺伝子の場合、約1.4kbのDNA断片が検出できた。
PCR was performed under the same conditions as in section (B) above.
10 μl of the reaction solution generated above was electrophoresed on a 0.8% agarose gel, and in the case of the GAPDH gene, a DNA fragment of about 1.4 kb could be detected.

次に、上記GAPDH遺伝子を含む1.4kb PCR産物10μlを制限酵素BamHIで切断したもの、及び上記(B)項で構築したコリネ型細菌−大腸菌シャトルベクターpCRB1 2μlを制限酵素BamHIで切断したものをそれぞれ、70℃で10分処理することにより制限酵素を失活させた後、両者を混合し、これにT4DNAリガーゼ10×緩衝液 1μl、T4DNAリガーゼ 1unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μlにして、15℃で3時間反応させた。このライゲーション液を用い、塩化カルシウム法〔Journal of Molecular Biology,53,159(1970)〕によりエシェリヒア・コリJM109(宝酒造株式会社製)を形質転換し、クロラムフェニコール50mg、x−gal(5−Bromo−4−chloro−3−indoxyl−beta−D−galactopyranoside)200mg、IPTG(isopropyl 1−thio−beta−d−galactoside)100mgを含む培地〔トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5gおよび寒天16gを蒸留水1Lに溶解〕に塗抹した。   Next, 10 μl of the 1.4 kb PCR product containing the GAPDH gene was cleaved with the restriction enzyme BamHI, and 2 μl of the coryneform bacteria-E. Coli shuttle vector pCRB1 constructed in the above (B) was cleaved with the restriction enzyme BamHI. After inactivating the restriction enzyme by treating at 70 ° C. for 10 minutes, both were mixed, and each component of T4 DNA ligase 10 × buffer 1 μl and T4 DNA ligase 1 unit was added thereto, and 10 μl with sterile distilled water. And reacted at 15 ° C. for 3 hours. Using this ligation solution, Escherichia coli JM109 (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) was transformed by the calcium chloride method [Journal of Molecular Biology, 53, 159 (1970)], and chloramphenicol 50 mg, x-gal (5- Bromo-4-chloro-3-indoxyl-beta-D-galactopyranoside (200 mg), IPTG (isopropyl 1-thio-beta-d-galactoside) 100 mg (trypton 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g and agar 16 g) Dissolved in 1 L of water].

上記培地上で白色を呈する生育株を選定し常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出し、制限酵素で切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドpCRB1 約4.0kbのDNA断片に加え、GAPDH遺伝子(配列番号7)を含有する長さ約1.4kbの挿入DNA断片が認められた(配列番号7)。
該GAPDH遺伝子を含むプラスミドをpCRB200と命名とした(図1参照)。
A growing strain showing a white color on the medium was selected and subjected to liquid culture by a conventional method. Plasmid DNA was extracted from the culture, cut with a restriction enzyme, and the inserted fragment was confirmed. As a result, in addition to the DNA fragment of plasmid pCRB1 of about 4.0 kb, an inserted DNA fragment of about 1.4 kb in length containing the GAPDH gene (SEQ ID NO: 7) was observed (SEQ ID NO: 7).
The plasmid containing the GAPDH gene was named pCRB200 (see FIG. 1).

(D)アクチノマイセス ユーロパエウス(Actinomyces europaeus ATCC700353)のGAPDH遺伝子のクローン化
アクチノマイセス ユーロパエウス(A.europaeus)からのトータルDNAは(A)項と同様に抽出した。
アクチノマイセス ユーロパエウス(A.europaeus)と同じG(+)バクテリアのgapAアミノ酸配列の相同性領域を指標に下記のプライマーを合成し、アクチノマイセス ユーロパエウス(A.europaeus)より精製したトータルDNAを鋳型にして、上記(B)項と同様の条件でタカラ・エルエー・タック(TaKaRa LA Taq)(宝酒造株式会社製)を使用してPCRを行った。
アクチノマイセス ユーロパエウス(A.europaeus)GAPDH遺伝子増幅用プライマー
Agp P1 5’−ATIAAYGGITTYGGIMGIATIGG−3’(配列番号8),
Agp P7 5’−SCIYAYTCRTTRTCRTA−3’ (配列番号9)
0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、約900 bpのバンドが得られた。
上記の増幅したDNA断片混合液を、上記(B)項と同様の条件で精製したあと、pGEMT−easy Vector system I(Promega社)を用いて、同社のマニュアルに従い16℃で3時間反応させ、結合させた。
(D) Cloning of the GAPDH gene of Actinomyces europaeus (ATCC 7000035) Total DNA from Actinomyces europaeus was extracted as in (A).
The following primers were synthesized using the homologous region of the gapA amino acid sequence of the G (+) bacterium as the same as A. europaeus as an index, and the total DNA purified from A. europaeus was used as a template. Then, PCR was performed using TaKaRa LA Taq (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) under the same conditions as in section (B) above.
Actinomyces europaeus (A. europaeus) GAPDH gene amplification primer Agp P1 5'-ATIAAYGGITTYGGIMGIATIGG-3 '(SEQ ID NO: 8),
Agp P7 5′-SCIYAYTCRTTRTCRTA-3 ′ (SEQ ID NO: 9)
Electrophoresis was performed on a 0.8% agarose gel, and a band of about 900 bp was obtained.
The above amplified DNA fragment mixture was purified under the same conditions as in the above section (B), and then reacted at 16 ° C. for 3 hours according to the company's manual using pGEMT-easy Vector system I (Promega). Combined.

得られたプラスミド混合液を用い、塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology、53、159,1970)によりエシェリヒア・コリJM109(宝酒造株式会社製)を形質転換し、アンピシリン50mgを含む培地〔トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5g及び寒天16gを蒸留水1Lに溶解〕に塗抹した。   Using the obtained plasmid mixture, Escherichia coli JM109 (Takara Shuzo Co., Ltd.) was transformed by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 53, 159, 1970), and a medium containing 50 mg of ampicillin (10 g tryptone, yeast 5 g of extract, 5 g of NaCl and 16 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water].

この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液より936 bpのPCR産物が挿入されたプラスミドDNAを抽出した。   The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, and a plasmid DNA into which a 936 bp PCR product had been inserted was extracted from the culture solution.

該プラスミドを鋳型として、下記の2つのプライマーを用いてBig Dye Terminator V3.1 Cycle Sequencing Kit(Applied Biosystems社、米国)を用いて標識し、ABI Prism 3100Genetic Analyzer(Applied Biosystems社、米国)にて塩基配列を決定した。プライマー決定した配列はデーターベースに登録されている近縁種のGAPDHのアミノ酸配列に対して、60%以上の相同性を示した。
M13−M4 5’−GTTTTCCCAGTCACGAC−3’(配列番号10),
M13−RV 5’−CAGGAAACAGCTATGAC−3’(配列番号11)
サザンハイブリダイゼーションの鋳型として、7種類の制限酵素制限酵素(AccI,SphI,BamHI,EcoRI,PstI,SmaI,SalI)5 Uを用いて、上記のアクチノマイセス ユーロパエウス(A.europaeus)のゲノムを断片化し、(A)項の方法に従って精製した。
Using the plasmid as a template, the following two primers were used to label with Big Dye Terminator V3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems, USA), and ABI Prism 3100 Genetic Analyzer (Applied Base, USA) The sequence was determined. The sequence determined by the primer showed 60% or more homology with the amino acid sequence of the closely related GAPDH registered in the database.
M13-M4 5′-GTTTTCCCAGTCACGAC-3 ′ (SEQ ID NO: 10),
M13-RV 5′-CAGGAAACAGCTATGAC-3 ′ (SEQ ID NO: 11)
As a template for Southern hybridization, seven types of restriction enzyme restriction enzymes (AccI, SphI, BamHI, EcoRI, PstI, SmaI, SalI) 5 U are used to fragment the above-mentioned genome of A. europaeus (A. europaeus). And purified according to the method of (A).

上記のシークエンスによって決定したアクチノマイセス ユーロパエウス(A.europaeus)由来GAPDHの部分塩基配列(936 bp)を(A)項の方法に従い精製し、ゲノムサザン用のプローブとした。
6種類の制限酵素でそれぞれ断片化させたDNA断片を電気泳動した後、プローブとハイブリッドを形成させた。プローブと鋳型DNAの複合体形成を、アルカリフォスファターゼを用いた蛍光検出により識別した。
その結果、AccI,SphIで処理したDNAサンプルにおいて、約3−kb,5.5−kbのバンドを検出した。
A partial base sequence (936 bp) of GAPDH derived from A. europaeus determined by the above sequence was purified according to the method of item (A) to obtain a probe for genomic Southern.
DNA fragments each fragmented with 6 types of restriction enzymes were electrophoresed, and then hybridized with the probe. Complex formation between the probe and template DNA was identified by fluorescence detection using alkaline phosphatase.
As a result, about 3-kb and 5.5-kb bands were detected in the DNA samples treated with AccI and SphI.

上記のAccI,PstIで処理したアクチノマイセス ユーロパエウス(A.europaeus)由来DNAをT4 DNA ligaseを用いて(B)項の方法に従ってself−ligationさせた。
形成された環状DNAを(B)項の方法に従って精製し、PCRの鋳型とした。これまでに決定しているアクチノマイセス ユーロパエウス(A.europaeus)由来GAPDHの部分塩基配列(936 bp)をもとに、下記に示したプライマーを設計した。
Contig−R 5’−CGCACTCGTCGATCTTCGAC−3 (配列番号12)
Contig−F 5’−TGATGGACTCGTCATCGTAG−3’(配列番号13)
(B)項の方法に従ってPCRを行った。(B)項の方法に従って電気泳動した結果、SphIでカットしたゲノムサンプルから約4.5−kbのバンドを得た。
得られたバンドを(B)項の方法に従って精製し、上記のpGEMT−easy Vector system I(Promega社)を用いてクローニングした。
約4.5−kbのPCR産物を挿入したプラスミド溶液を用いて、(B)項の方法に従ってエシェリヒア・コリJM109(宝酒造株式会社製)を形質転換し、アンピシリン50mgを含む培地〔トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5g及び寒天16gを蒸留水1Lに溶解〕に塗抹した。
この培地上の生育株を常法により液体培養し、(B)項の方法に従って培養液よりプラスミドDNAを抽出、精製した。
The Accinomyces europaeus-derived DNA treated with AccI and PstI was self-ligated using T4 DNA ligase according to the method of (B).
The formed circular DNA was purified according to the method of (B) and used as a PCR template. Based on the partial base sequence (936 bp) of GAPDH derived from A. europaeus determined so far, the primers shown below were designed.
Contig-R 5′-CGCACTCGTCGATCTTCGAC-3 (SEQ ID NO: 12)
Contig-F 5′-TGATGGACTCGTCATCGTAG-3 ′ (SEQ ID NO: 13)
PCR was performed according to the method of (B). As a result of electrophoresis according to the method of (B), a band of about 4.5-kb was obtained from the genomic sample cut with SphI.
The obtained band was purified according to the method of (B) and cloned using the above-described pGEMT-easy Vector system I (Promega).
Escherichia coli JM109 (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) was transformed according to the method of (B) using a plasmid solution into which an about 4.5-kb PCR product had been inserted, and a medium containing 50 mg of ampicillin [trypton 10 g, yeast 5 g of extract, 5 g of NaCl and 16 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water].
The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, and plasmid DNA was extracted and purified from the culture solution according to the method described in (B).

該プラスミドを鋳型に、上記の方法に従ってシーケンスすることによりアクチノマイセス ユーロパエウス(A.europaeus)由来GAPDH全長を含む1296bpの塩基配列を取得し、GAPDHの全塩基配列を決定した。
上記の1296bpの塩基配列をもとに、下記のプライマーを合成し、アクチノマイセス ユーロパエウス(A.europaeus)のゲノムを鋳型にしてPCRを行った。
genm−Eco1;
5’−CTCTGAATTCTAAATCTATCGAAACGGTGT−3’(配列番号14),
genm−Pst5;
5’−CTCTGACGTCTCTTCCTCTCGAAGTTCAAT−3’(配列番号15)
PCR産物を(B)項の方法に従って電気泳動した結果、1240−bpのバンドを得た。
By using the plasmid as a template and sequencing according to the above method, a base sequence of 1296 bp including the full-length GAPDH derived from A. europaeus was obtained, and the entire base sequence of GAPDH was determined.
The following primers were synthesized based on the above 1296 bp base sequence, and PCR was performed using the genome of A. europaeus as a template.
genm-Eco1;
5′-CTCTGAATTCTAAATCTATCGAAACGGTGT-3 ′ (SEQ ID NO: 14),
genm-Pst5;
5′-CTCTGACGTCTCTTCCTCTCGAAGTTCAAT-3 ′ (SEQ ID NO: 15)
As a result of electrophoresis of the PCR product according to the method of (B), a band of 1240-bp was obtained.

上記GAPDH遺伝子を含む1.2kb PCR産物10μlを制限酵素EcoRIとPstIで切断したもの、及び上記(B)項で構築したコリネ型細菌−大腸菌シャトルベクターpCRB1 2μlを制限酵素EcoRIとPstIで切断したものをそれぞれ、70℃で10分処理することにより制限酵素を失活させた後、両者を混合し、これにT4DNAリガーゼ10×緩衝液1μl、T4DNAリガーゼ1unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μlにして、15℃で3時間反応させた。このライゲーション液を用い、塩化カルシウム法〔Journal of Molecular Biology,53,159(1970)〕によりエシェリヒア・コリJM109(宝酒造株式会社製)を形質転換し、クロラムフェニコール50mgを含む培地〔トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5gおよび寒天16gを蒸留水1Lに溶解〕に塗抹した。   10 μl of 1.2 kb PCR product containing the GAPDH gene cut with restriction enzymes EcoRI and PstI, and 2 μl of the coryneform bacterium-E. Coli shuttle vector pCRB1 constructed in the above section (B) cut with restriction enzymes EcoRI and PstI After inactivating each of the restriction enzymes by treating at 70 ° C. for 10 minutes, both were mixed, and each of the components of T4 DNA ligase 10 × buffer 1 μl and T4 DNA ligase 1 unit was added thereto, and then sterilized with distilled water. 10 μl was allowed to react at 15 ° C. for 3 hours. Using this ligation solution, Escherichia coli JM109 (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) was transformed by the calcium chloride method [Journal of Molecular Biology, 53, 159 (1970)], and a medium containing 50 mg of chloramphenicol [trypton 10 g, 5 g of yeast extract, 5 g of NaCl and 16 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water].

上記培地上で白色を呈する生育株を選定し常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出し、制限酵素で切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドpCRB1に由来する約4.0kbのDNA断片に加え、GAPDH遺伝子に由来する長さ約1.8kbの挿入DNA断片を確認した(配列番号16)。   A growing strain showing a white color on the medium was selected and subjected to liquid culture by a conventional method. Plasmid DNA was extracted from the culture, cut with a restriction enzyme, and the inserted fragment was confirmed. As a result, in addition to a DNA fragment of about 4.0 kb derived from plasmid pCRB1, an inserted DNA fragment of about 1.8 kb in length derived from the GAPDH gene was confirmed (SEQ ID NO: 16).

以下(B)と同様の手法で、アクチノマイセス ユーロパエウス(Actinomyces europaeus)ATCC700353由来のGAPDH遺伝子含むプラスミドを得ることができ、該プラスミドをpCRA820と命名とした(図2参照)。   Hereinafter, a plasmid containing the GAPDH gene derived from Actinomyces europaeuus ATCC 700353 can be obtained by the same method as in (B), and this plasmid was named pCRA820 (see FIG. 2).

〔比較例1〕
マーカーレス遺伝子破壊法によるPEPC遺伝子破壊株の創製
(A)マーカーレス遺伝子破壊用ベクターpCRA725の構築
バチルス・サブティリス(Bacillus subtilis)株のsacR−sacB遺伝子を含むDNA断片を以下のPCR法により増幅した。
PCRに際しては、下記の1対のプライマーを、アプライド・バイオシステムズ(Applied Biosystems)社製「394 DNA/RNAシンセサイザー(synthesizer)」を用いて合成し、使用した。
sacR−sacB遺伝子増幅用プライマー
sacR−sacB−N;
5’−CTCTCAATTGATAAAGCAGGCAAGACCTAA−3’(配列番号17),
sacR−sacB−C;
5’−CTCTGATATCTTTATTTGTTAACTGTTAAT−3’(配列番号18)
尚、前者はMunIサイトが、後者はEcoRVサイトがそれぞれ末端に付加されている。
[Comparative Example 1]
Creation of PEPC gene disruption strain by markerless gene disruption method (A) Construction of markerless gene disruption vector pCRA725 A DNA fragment containing the sacR-sacB gene of Bacillus subtilis strain was amplified by the following PCR method .
In the PCR, the following pair of primers were synthesized and used using “394 DNA / RNA synthesizer” manufactured by Applied Biosystems.
sacR-sacB gene amplification primer sacR-sacB-N;
5′-CTCT CAATTG ATAAAGCAGGCAAGACCTAA-3 ′ (SEQ ID NO: 17),
sacR-sacB-C;
5′-CTCT GATATC TTTATTTGTTAACTGTTAAT-3 ′ (SEQ ID NO: 18)
The former has a MunI site and the latter has an EcoRV site added to the end.

鋳型DNAは、プラスミドpMV5(Vertes,A.A.et al.Isolation and characterizat on of IS31831,a transposable element from Corynebacterium glutamicum.Mol.Microbiol.11,739−746(1994))を用いた。
PCRは、実施例1(B)項と同様の条件で行った。
生成した反応液10μlを0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、sacR−sacB遺伝子を含む、約1.6kbのDNA断片を検出した。
As the template DNA, plasmid pMV5 (Vertes, A. A. et al. Isolation and charactersat on of IS 31831, a transposable element from Corynebacterium glutamicum. Mol. Microbiol. 11, 19-94) was used.
PCR was performed under the same conditions as in Example 1 (B).
10 μl of the resulting reaction solution was electrophoresed on a 0.8% agarose gel to detect an approximately 1.6 kb DNA fragment containing the sacR-sacB gene.

次に、MunIとEcoRVで切断した上記sacR−sacB遺伝子を含む1.6kbのPCR産物10μlと、EcoRIとSmaIで切断した約4.6kbの発現ベクターpKK223−3(ファルマシア社製)2μlをそれぞれ、70℃で10分処理することにより制限酵素を失活させた後、両者を混合し、これにT4DNAリガーゼ10×緩衝液1μl、T4DNAリガーゼ1unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μlにして、15℃で3時間反応させた。このライゲーション液を用い、塩化カルシウム法〔Journal of Molecular Biology,53,159(1970)〕によりエシェリヒア・コリJM109(宝酒造株式会社製)を形質転換し、アンピリシン50mgを含む培地〔トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5gおよび寒天16gを蒸留水1Lに溶解〕に塗抹した。   Next, 10 μl of a 1.6 kb PCR product containing the sacR-sacB gene cleaved with MunI and EcoRV and 2 μl of an about 4.6 kb expression vector pKK223-3 (Pharmacia) cleaved with EcoRI and SmaI, respectively. After inactivating the restriction enzyme by treating at 70 ° C. for 10 minutes, both were mixed, and each component of T4 DNA ligase 10 × buffer and 1 μl of T4 DNA ligase and 1 unit of T4 DNA ligase were added to 10 μl with sterile distilled water. And reacted at 15 ° C. for 3 hours. Using this ligation solution, Escherichia coli JM109 (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) was transformed by the calcium chloride method [Journal of Molecular Biology, 53, 159 (1970)], and a medium containing 10 mg of ampicillin (10 g tryptone, yeast extract). 5 g, 5 g of NaCl and 16 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water].

この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出することにより、ベクターpCRA724を得た。
次に、pCRA724を鋳型DNAにして、tacプロモーターを付加したsacR−sacB遺伝子(Ptac−sacR−sacB)を増幅した。
The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, and plasmid DNA was extracted from the culture solution to obtain vector pCRA724.
Next, sacR-sacB gene (Ptac-sacR-sacB) added with tac promoter was amplified using pCRA724 as template DNA.

PCRに際しては、下記の1対のプライマーを、アプライド・バイオシステムズ(Applied Biosystems)社製「394 DNA/RNAシンセサイザー(synthesizer)」を用いて合成し、使用した。
Ptac−sacR−sacB増幅用プライマー
Ptac−sacR−sacB−N;
5’−CTCTGATATCCATAATTCGTGTCGCTCAAG−3’(配列番号19)
sacR−SacB−N;
5’−CTCTGATATCTTTATTTGTTAACTGTTAAT−3’(配列番号20),
尚、いずれのプライマーもEcoRVサイトが末端に付加されている。
PCRは、実施例1(B)項と同様の条件で行った。
上記で生成した反応液10μlを0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、Ptac−sacR−SacB遺伝子を含む、約1.8kbのDNA断片を検出した。
In the PCR, the following pair of primers were synthesized and used using “394 DNA / RNA synthesizer” manufactured by Applied Biosystems.
Ptac-sacR-sacB amplification primer Ptac-sacR-sacB-N;
5′-CTCT GATATC CATAATTCGTGTCGCTCAAG-3 ′ (SEQ ID NO: 19)
sacR-SacB-N;
5′-CTCT GATATC TTTATTTGTTAACTGTTAAT-3 ′ (SEQ ID NO: 20),
Each primer has an EcoRV site added to the end.
PCR was performed under the same conditions as in Example 1 (B).
10 μl of the reaction solution generated above was electrophoresed on a 0.8% agarose gel, and a DNA fragment of about 1.8 kb containing the Ptac-sacR-SacB gene was detected.

次に、EcoRVで切断した上記Ptac−sacR−SacB遺伝子を含む約1.8kbのDNA断片5μlと、StuIで切断した約2.7kbのプラスミドpHSG298(宝酒造株式会社製)2μlをそれぞれ、70℃で10分処理することにより制限酵素を失活させた後、両者を混合し、これに、T4 DNAリガーゼ10×緩衝液1μl、T4 DNAリガーゼ1unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μlにして、15℃で3時間反応させ、結合させた。   Next, 5 μl of an approximately 1.8 kb DNA fragment containing the above Ptac-sacR-SacB gene digested with EcoRV and 2 μl of approximately 2.7 kb plasmid pHSG298 (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) digested with StuI were each prepared at 70 ° C. After inactivating the restriction enzyme by treating for 10 minutes, both were mixed, and each component of T4 DNA ligase 10 × buffer 1 μl and T4 DNA ligase 1 unit was added thereto, and the volume was made 10 μl with sterile distilled water. , Reacted at 15 ° C. for 3 hours to bind.

得られたプラスミド混合液を用い、塩化カルシウム法〔Journal of Molecular Biology、53、159(1970)〕によりエシェリヒア・コリJM109(宝酒造製)を形質転換し、カナマイシン50mgを含む培地〔トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5gおよび寒天16gを蒸留水1Lに溶解〕に塗抹した。
上記培地上の生育株を常法により液体培養後、培養液よりプラスミドDNAを抽出することにより、マーカーレス遺伝子破壊用ベクターpCRA725を得た。
Using the resulting plasmid mixture, Escherichia coli JM109 (Takara Shuzo) was transformed by the calcium chloride method [Journal of Molecular Biology, 53, 159 (1970)], and a medium containing 10 mg of kanamycin (10 g of tryptone, yeast extra). 5 g of NaCl, 5 g of NaCl, and 16 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water].
The growth strain on the above medium was subjected to liquid culture by a conventional method, and plasmid DNA was extracted from the culture solution to obtain a markerless gene disruption vector pCRA725.

(B)PEPC遺伝子のクローン化と遺伝子破壊用プラスミドの創製
実施例1(A)項で調製した染色体DNAを鋳型として、PCRを行った。
PCRに際しては、PEPC遺伝子をクローン化するべく、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株の全ゲノム解析結果(野中 寛、中田 かおり、岡井 直子、和田 真利子、佐藤 由美子、Kos Peter、乾 将行、湯川 英明「Corynebacterium glutamicum R ゲノム解析」日本農芸化学会、2003年4月、横浜、日本農芸化学会2003年度大会講演要旨集、p.20参照)を基に、下記の1対のプライマーを、アプライド・バイオシステムズ(Applied Biosystems)社製「394 DNA/RNAシンセサイザー(synthesizer)」を用いて合成し、使用した。
PEPC遺伝子増幅用プライマー
PEPC−N;5’−CTCTGTCGACATGACTGATTTTCTACGCGA−3’(配列番号21),
PEPC−C;5’−CTCTGCATGCCTAGCCGGAGTTGCGCAGTG−3’(配列番号22)
尚、前者はSalIサイトが、後者はSphIサイトがそれぞれ末端に付加されている。
(B) Cloning of PEPC gene and creation of plasmid for gene disruption PCR was performed using the chromosomal DNA prepared in Example 1 (A) as a template.
In the PCR, in order to clone the PEPC gene, results of whole genome analysis of Corynebacterium glutamicum R strain (Hiroshi Nonaka, Kaori Nakata, Naoko Okai, Mariko Wada, Yumiko Sato, Kos Peter, Masayuki Inui, Based on Hideaki Yukawa, “Corynebacterium glutamicum R Genome Analysis”, Japanese Society of Agricultural Chemistry, April 2003, Yokohama, Japan Agricultural Chemical Society 2003 Annual Meeting Abstracts, p. 20), the following pair of primers were applied: -It synthesized and used using "394 DNA / RNA synthesizer" (Applied Biosystems) company.
PEPC gene amplification primer PEPC-N; 5′-CTCT GTCGAC ATGACTGATTTTCTACGCGA-3 ′ (SEQ ID NO: 21),
PEPC-C; 5′-CTCT GCATGC CTAGCCGGAGTTGCGCAGTG-3 ′ (SEQ ID NO: 22)
The former is added with a SalI site, and the latter is added with a SphI site.

鋳型DNAは、実施例I(A)項にて抽出したコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株のゲノムDNAを用いた。
PCRは、実施例1(B)項と同様の条件で行った。
上記で生成した反応液10μlを0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、PEPC遺伝子を含む約2.8kbのDNA断片を検出した。
As the template DNA, the genomic DNA of Corynebacterium glutamicum R strain extracted in Example I (A) was used.
PCR was performed under the same conditions as in Example 1 (B).
10 μl of the reaction solution generated above was electrophoresed on a 0.8% agarose gel, and a DNA fragment of about 2.8 kb containing the PEPC gene was detected.

次に、制限酵素SalIとSphIで切断した上記PEPC遺伝子を含む約2.8kbのDNA断片10μlと、SalIとSphIで切断した上記(A)項で構築した約4.4kbのマーカーレス遺伝子破壊用ベクターpCRA725 2μlをそれぞれ、70℃で10分処理することにより制限酵素を失活させた後、両者を混合し、これにT4DNAリガーゼ10×緩衝液1μl、T4DNAリガーゼ1unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μlにして、15℃で3時間反応させた。このライゲーション液を用い、塩化カルシウム法〔Journal of Molecular Biology,53,159(1970)〕によりエシェリヒア・コリJM109(宝酒造株式会社製)を形質転換し、カナマイシン50mg、x−gal(5−Bromo−4−chloro−3−indoxyl−beta−D−galactopyranoside)200mg、IPTG(isopropyl 1−thio−beta−d−galactoside)100mgを含む培地〔トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5gおよび寒天16gを蒸留水1Lに溶解〕に塗抹した。   Next, 10 μl of a DNA fragment of about 2.8 kb containing the PEPC gene cleaved with the restriction enzymes SalI and SphI, and a markerless gene disruption of about 4.4 kb constructed in the above section (A) cleaved with SalI and SphI After inactivating the restriction enzyme by treating each 2 μl of vector pCRA725 at 70 ° C. for 10 minutes, both were mixed, and each component of T4 DNA ligase 10 × buffer 1 μl and T4 DNA ligase 1 unit was added and sterilized. It was made 10 μl with distilled water and reacted at 15 ° C. for 3 hours. Using this ligation solution, Escherichia coli JM109 (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) was transformed by the calcium chloride method [Journal of Molecular Biology, 53, 159 (1970)], and kanamycin 50 mg, x-gal (5-Bromo-4 -Chloro-3-indoxyl-beta-D-galactopylanoside (200 mg), IPTG (isopropyl 1-thio-beta-d-galactoside) 100 mg medium (tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g and agar 16 g in distilled water 1 L Smeared.

上記培地上で白色を呈する生育株を選定し常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出後、制限酵素で切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドpCRA725約4.4kbのDNA断片に加え、PEPC遺伝子を含有する長さ約2.8kbの挿入DNA断片が認められた。
該PEPC遺伝子を含むプラスミドをpCRA725−PEPCと命名とした。
A growing strain showing a white color on the medium was selected and subjected to liquid culture by a conventional method. After extracting plasmid DNA from the culture solution, it was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted fragment. As a result, in addition to the DNA fragment of plasmid pCRA725 approximately 4.4 kb, an inserted DNA fragment of about 2.8 kb in length containing the PEPC gene was observed.
The plasmid containing the PEPC gene was designated as pCRA725-PEPC.

次に、XhoIで切断したPEPC遺伝子マーカーレス破壊用ベクターpCRA725−PEPC2μlを、70℃で10分処理することにより制限酵素を失活させた後、これにT4DNAリガーゼ10×緩衝液1μl、T4DNAリガーゼ1unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μlにして、15℃で3時間反応させた。このライゲーション液を用い、塩化カルシウム法〔Journal of Molecular Biology,53,159(1970)〕によりエシェリヒア・コリJM109(宝酒造株式会社製)を形質転換し、カナマイシン50mgを含む培地〔トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5gおよび寒天16gを蒸留水1Lに溶解〕に塗抹した。   Next, 2 μl of PECR gene markerless disruption vector pCRA725-PEPC cleaved with XhoI was inactivated at 70 ° C. for 10 minutes, and then the restriction enzyme was inactivated. Then, T4 DNA ligase 10 × buffer 1 μl, T4 DNA ligase 1 unit Were added to 10 μl with sterilized distilled water and reacted at 15 ° C. for 3 hours. Using this ligation solution, Escherichia coli JM109 (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) was transformed by the calcium chloride method [Journal of Molecular Biology, 53, 159 (1970)], and a medium containing 10 mg of kanamycin [tryptone 10 g, yeast extract]. 5 g, 5 g of NaCl and 16 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water].

上記培地上で生育株を選定し常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出後、制限酵素で切断し、PEPC遺伝子中央部約1.1kbの欠失を確認した。この結果、プラスミドpCRA725 約4.4kbのDNA断片に加え、△PEPC遺伝子断片を含有する長さ約1.7kbのDNA断片が認められた。
該PEPC遺伝子マーカーレス破壊用プラスミドをpCRA725−△PEPCと命名とした。
Growing strains were selected on the above medium and subjected to liquid culture by a conventional method. Plasmid DNA was extracted from the culture and then cleaved with a restriction enzyme to confirm the deletion of about 1.1 kb in the central part of the PEPC gene. As a result, in addition to the DNA fragment of plasmid pCRA725 about 4.4 kb, a DNA fragment of about 1.7 kb in length containing the ΔPEPC gene fragment was observed.
The PEPC gene markerless disrupting plasmid was named pCRA725-ΔPEPC.

(C)PEPC遺伝子破壊株の創製
PEPC遺伝子マーカーレス破壊用プラスミドpCRA725−△PEPCは、コリネバクテリウム属(コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株を含む)内で複製不可能なプラスミドである。pCRA725−△PEPCを、電気パルス法(Y.Kurusu,et al.,Agric.Biol.Chem.54:443−447.1990.およびA.A.Vertes,et al.,Res.Microbiol.144:181−185.1993)の方法に従って、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株へ導入し、カナマイシン50μg/mlを含むA寒天培地(1L[組成:尿素:2g,(NHSO:7g,KHPO:0.5g,KHPO:0.5g,MgSO・7HO:0.5g,FeSO・7HO:6mg,MnSO・nHO:4.2mg,D−ビオチン:200μg,塩酸チアミン:200μg,酵母エキス2g,カザミノ酸7g,グルコース20g,寒天16gを蒸留水に1000ml溶解(pH6.6)]に塗布した。
(C) Creation of PEPC Gene Disrupted Strain PEPC gene markerless disrupting plasmid pCRA725-ΔPEPC is a plasmid that cannot replicate in the genus Corynebacterium (including Corynebacterium glutamicum R strain). pCRA725-ΔPEPC was prepared using the electric pulse method (Y. Kurusu, et al., Agric. Biol. Chem. 54: 443-447.1990. and AA Vertes, et al., Res. Microbiol. 144: 181. -A. Agar medium (1 L [composition: urea: 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 : 7 g) introduced into Corynebacterium glutamicum R strain according to the method of 185.1993) and containing 50 μg / ml of kanamycin. , KH 2 PO 4 : 0.5 g, K 2 HPO 4 : 0.5 g, MgSO 4 · 7H 2 O: 0.5 g, FeSO 4 · 7H 2 O: 6 mg, MnSO 4 · nH 2 O: 4.2 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast Scan 2g, was applied casamino acid 7 g, glucose 20g, to 1000ml dissolved in distilled water agar 16g (pH6.6)].

さらに、上記の培地で得られた株を、スクロース含有最少培地(1L[組成:尿素:2g,(NHSO:7g,KHPO:0.5g,KHPO:0.5g,MgSO・7HO:0.5g,FeSO・7HO:6mg,MnSO・nHO:4.2mg,D−ビオチン:200μg,塩酸チアミン:200μg,スクロース:100g,寒天16gを蒸留水に1000ml溶解]に塗付した。 Further, the strain obtained in the above medium was added to a sucrose-containing minimal medium (1 L [composition: urea: 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 : 7 g, KH 2 PO 4 : 0.5 g, K 2 HPO 4 : 0 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O: 0.5 g, FeSO 4 .7H 2 O: 6 mg, MnSO 4 .nH 2 O: 4.2 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, sucrose: 100 g, agar 16 g was dissolved in 1000 ml of distilled water].

プラスミドpCRA725−△PEPCが染色体上の野生型遺伝子と1点相同性組換えを起こした場合、ベクターpCRA725上のカナマイシン耐性遺伝子の発現によるカナマイシン耐性と、sacR−sacB遺伝子の発現によるスクロース致死性を示すのに対し、2点相同性組換えを起こした場合は、ベクターpCRA725上のカナマイシン耐性遺伝子の脱落によるカナマイシン感受性と、sacR−sacB遺伝子の脱落によるスクロース含有培地での生育性を示す。従って、目的とするPEPC遺伝子破壊株は、カナマイシン感受性、スクロース含有培地生育性を示す。   When plasmid pCRA725-ΔPEPC undergoes one-point homologous recombination with a wild-type gene on the chromosome, kanamycin resistance due to expression of kanamycin resistance gene on vector pCRA725 and sucrose lethality due to expression of sacR-sacB gene are shown On the other hand, when two-point homologous recombination occurred, kanamycin sensitivity due to loss of the kanamycin resistance gene on the vector pCRA725 and growth in a sucrose-containing medium due to loss of the sacR-sacB gene are shown. Therefore, the target PEPC gene-disrupted strain exhibits kanamycin sensitivity and sucrose-containing medium growth.

カナマイシン感受性、スクロース含有培地生育性を示した株を単離し、常法により液体培養し、回収菌体より実施例1(A)項と同様の方法で染色体DNAを抽出し、シーケンサー Prism 3100 genetic analyzer(ABI社製)により、染色体上のPEPC遺伝子の破壊を確認した。このようにして得られたPEPC遺伝子破壊株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号;FERM P−20876)と命名した。
尚、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC株におけるPEPC活性の消失は、以下の方法により確認した。
A strain showing kanamycin sensitivity and sucrose-containing medium growth was isolated, liquid-cultured by a conventional method, chromosomal DNA was extracted from the recovered cells by the same method as in Example 1 (A), and sequencer Prism 3100 genetic analyzer. (ABI) confirmed the destruction of the PEPC gene on the chromosome. The PEPC gene disrupted strain thus obtained was named Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC strain (Independent Administrative Institution, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biodeposition Center Accession Number; FERM P-2087).
The disappearance of the PEPC activity in the Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC strain was confirmed by the following method.

コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC株を、A培地100ml(1L[組成:尿素:2g,(NHSO:7g,KHPO:0.5g,KHPO:0.5g,MgSO・7HO:0.5g,FeSO・7HO:6mg,MnSO・nHO:4.2mg,D−ビオチン:200μg,塩酸チアミン:200μg,酵母エキス2g,カザミノ酸7g,グルコース20gおよび蒸留水:1000ml(pH6.6)])に、白金耳を用いて植菌後、対数増殖期後期まで33℃で培養し、菌体を集めた。この菌体をトリス緩衝液(100mM Tris−HCl(pH7.5),20mM KCl,20mM MgCl,5mM MnSO,0.1mM EDTA,2mM DTT)にて1回洗浄した。この洗浄菌体0.5gを同緩衝液2mlに懸濁し、氷冷下で超音波破砕機(Astrason model XL2020)を用いて菌体破砕物を得た。該破砕物を遠心分離(10,000xg,4℃,30分)し、上清を粗酵素液として得た。対照として野性型コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株の粗酵素液も同様に調製し、以下の活性測定に供した。PEPCの活性測定は、ホスホエノールピルビン酸を基質としたリンゴ酸生成に伴い、補酵素NADHがNADに酸化される量を、340nmの吸光度変化として測定する方法(Jetten,M.,and Sinskey A.J.;Characterization of phosphoenolpyruvate carboxykinase from Corynebacterium glutamicum,FEMS Microbiology Letters,111(1993),183−188.)により行った。この結果、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC株におけるPEPC活性は検出されなかったことより、PEPC遺伝子の破壊を確認した。 Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC strain was added to A medium 100 ml (1 L [composition: urea: 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 : 7 g, KH 2 PO 4 : 0.5 g, K 2 HPO 4 : 0.5 g, MgSO 4 · 7H 2 O: 0.5 g, FeSO 4 · 7H 2 O: 6 mg, MnSO 4 · nH 2 O: 4.2 mg, D-biotin: 200 µg, thiamine hydrochloride: 200 µg, yeast extract 2 g , Casamino acid 7 g, glucose 20 g and distilled water: 1000 ml (pH 6.6)]) using a platinum loop and culturing at 33 ° C. until the late logarithmic growth phase to collect the cells. The cells Tris buffer (100mM Tris-HCl (pH7.5) , 20mM KCl, 20mM MgCl 2, 5mM MnSO 4, 0.1mM EDTA, 2mM DTT) were washed once with. 0.5 g of this washed microbial cell was suspended in 2 ml of the same buffer, and a microbial cell lysate was obtained using an ultrasonic crusher (Astrason model XL2020) under ice cooling. The crushed material was centrifuged (10,000 × g, 4 ° C., 30 minutes), and the supernatant was obtained as a crude enzyme solution. As a control, a crude enzyme solution of the wild type Corynebacterium glutamicum R strain was similarly prepared and subjected to the following activity measurement. The activity of PEPC was measured by measuring the amount of coenzyme NADH oxidized to NAD + with malic acid production using phosphoenolpyruvate as a substrate (Jetten, M., and Sinkey A). J .; Characteristic of phosphoenolpyrate carboxykinase from Corynebacterium glutamicum, FEMS Microbiology Letters, 111 (1993), 183-188.). As a result, PEPC activity was not detected in Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC strain, confirming the disruption of the PEPC gene.

〔実施例2〕コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号:FERM P−18976)のGAPDH活性強化株創製
プラスミドpCRB200を電気パルス法(Y.Kurusu,et al.,Agric.Biol.Chem.54:443−447.1990.及びA.A.Vertes,et al.,Res.Microbiol.144:181−185.1993)の方法に従って、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株へ導入した。
[Example 2] GAPDH activity-enhanced strain creation of Corynebacterium glutamicum R (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biodeposition Center Accession Number: FERM P-18976) Kurusu, et al., Agric.Biol.Chem.54: 443-447.1990. And AA Vertes, et al., Res.Microbiol.144: 181-185.1993). It was introduced into the Corynebacterium glutamicum R strain.

組換え菌体名;コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/R−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号;FERM P−20875)
尚、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/R−nGAP株のGAPDH活性は、GAPDH活性測定法(Omumasaba,C.A.,Okai N.,Inui M.,and Yukawa H.;Corynebacterium glutamicum glyceraldehyde−3−phosphate dehydrogenase isoforms with opposite,ATP−dependent regulation,J Mol Microbiol Biotechnol.,8(2004),91−103)により、野生株(コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株)に比べて5.3倍の活性上昇が観察された。
Recombinant cell name; Corynebacterium glutamicum R / R-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary Accession Number; FERM P-20875)
In addition, the GAPDH activity of Corynebacterium glutamicum R / R-nGAP strain is determined by the GAPDH activity measurement method (Okumasaba, CA, Okai N., Inui M., and Yukawadehc H .; 3-phosphate dehydrogenase with opposite, ATP-dependent regulation, J Mol Microbiol Biotechnol., 8 (2004), 91-103, compared to the wild strain (Corynebacterium glutamicum 3) Double life Increase was observed.

同様にプラスミドpCRB200を上記方法にてコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC株へ導入した。
組換え菌体名;コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC/R−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号;FERM P−20878)
尚、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R △PEPC/R−nGAP株のGAPDH活性は、GAPDH活性測定法(Omumasaba,C.A.,Okai N.,Inui M.,and Yukawa H.;Corynebacterium glutamicum glyceraldehyde−3−phosphate dehydrogenase isoforms with opposite,ATP−dependent regulation,J Mol Microbiol Biotechnol.,8(2004),91−103)により、親株(コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC))に比べて5.4倍の活性上昇が観察された。
Similarly, the plasmid pCRB200 was introduced into the Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC strain by the above method.
Recombinant cell name; Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC / R-nGAP strain (Incorporated Administrative Agency, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biodeposition Center Accession Number; FERM P-20878)
In addition, the GAPDH activity of Corynebacterium glutamicum R.DELTA.PEPC / R-nGAP strain was measured by the GAPDH activity measurement method (Okumasaba, CA, Okai N., Inui M., and Yukawaum. Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase isoforms with opposite, ATP-dependent regulation, J Mol Microbiol Biotechnol., 8 (2004), 91-103, A 5.4-fold increase in activity was observed.

同様にプラスミドpCRA820を上記方法にてコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC株へ導入した。
組み換え菌体名;コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC/Actino−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号;FERM P−20877)
尚、組み換え菌体名;コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC/Actino−nGAP株のGAPDH活性は、GAPDH活性測定法(Omumasaba,C.A.,Okai N.,Inui M.,and Yukawa H.;Corynebacterium glutamicum glyceraldehyde−3−phosphate dehydrogenase isoforms with opposite,ATP−dependent regulation,J Mol Microbiol Biotechnol.,8(2004),91−103)により、親株(コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC))に比べて5.6倍の活性上昇が観察された。
Similarly, the plasmid pCRA820 was introduced into the Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC strain by the above method.
Recombinant cell name; Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC / Actino-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary Accession Number; FERM P-20877)
The GAPDH activity of the recombinant cell name; Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC / Actino-nGAP strain was determined by the GAPDH activity measurement method (Okumasaba, CA, Okai N., Inui M., and Yukawa H .; Corynebacterium glutamicum glycerdehyde-3-phosphate dehydrum with hydroid, Bacterial strain, ATP-dependent regulation, JMol. cum) R / △ PEPC)) 5.6-fold increased activity as compared to was observed.

〔実施例3〕組換え株の好気培養増殖及び乳酸生成反応実験
(A)好気培養増殖
冷凍庫にて−80℃で保存してあるコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/R−nGAP株(実施例2で創製)を、プレート培養用培地であるA寒天培地(組成:尿素2g、酵母エキス2g、カザミノ酸7g、硫安7g、第一リン酸カリウム(KHPO)0.5g、第二リン酸カリウム(KHPO)5g、硫酸マグネシウム・7水和物0.5g、硫酸鉄・7水和物6mg、硫酸マンガン・1水和物4.2mg、ビオチン0.2mg、チアミン0.2mg、グルコース40g、寒天1.5%(W/V)そして蒸留水1L)に塗布し、33℃、12hr暗所に静置した。
[Example 3] Aerobic culture growth and lactic acid production reaction experiment of recombinant strain (A) Aerobic culture growth Corynebacterium glutamicum R / R-nGAP strain stored in a freezer at -80 ° C (Created in Example 2), A agar medium (composition: urea 2g, yeast extract 2g, casamino acid 7g, ammonium sulfate 7g, monobasic potassium phosphate (KH 2 PO 4 ) 0.5g) Dibasic potassium phosphate (K 2 HPO 4 ) 5 g, magnesium sulfate heptahydrate 0.5 g, iron sulfate heptahydrate 6 mg, manganese sulfate monohydrate 4.2 mg, biotin 0.2 mg, thiamine 0.2 mg, glucose 40 g, agar 1.5% (W / V) and distilled water 1 L), and allowed to stand in a dark place at 33 ° C. for 12 hours.

上記のプレート上で生育したコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/R−nGAP株を、試験管培養用培地であるA培地(組成:寒天が含まれていないことを除けば上記A寒天培地と同一成分組成)10mlに白金耳でもって植菌し、33℃、12hr、200rpmで振盪培養した。   Corynebacterium glutamicum R / R-nGAP strain grown on the above plate was mixed with the above-mentioned A agar medium except that A medium (composition: no agar was included) (Ingredient composition) 10 ml was inoculated with platinum ears and cultured with shaking at 33 ° C., 12 hr, 200 rpm.

このようにして生育したコリネ型細菌株を、好気培養増殖用培地であるA−U培地(組成:尿素が含まれていないことを除けば上記A培地と同一成分組成)の500mlが入っている容量1Lのジャーファーメンターに移し、33℃、1000rpm、滅菌空気を1vvmで通気して、13hr好気培養増殖を行なった。   The coryneform bacterial strain thus grown contains 500 ml of an AU medium (composition: the same composition as that of the A medium except that it does not contain urea), which is an aerobic culture growth medium. It was transferred to a 1 L jar fermenter, and aerobic culture growth was carried out for 13 hours by aeration at 33 ° C., 1000 rpm, and sterilized air at 1 vvm.

この間、NHOH(5Nアンモニア水溶液)を使用してジャーファーメンター槽内のpHを7.5に常時維持した。
このようにして培養増殖された菌体は、遠心分離(4℃、10分、5000xG)によって回収し、次の還元条件下の乳酸生成反応に供した。
During this time, NH 4 OH (5N aqueous ammonia solution) was used to constantly maintain the pH in the jar fermenter tank at 7.5.
The cells grown in this manner were collected by centrifugation (4 ° C., 10 minutes, 5000 × G) and subjected to the lactic acid production reaction under the following reducing conditions.

(B)還元条件下の乳酸生成反応
(A)の好気培養増殖工程より回収された湿潤菌体150g(Dry Cell換算約30g)を、コハク酸生成反応用溶液であるBT−U培地(組成:硫安7g、第一リン酸カリウム(KHPO)0.5g、第二リン酸カリウム(KHPO)0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物0.5g、硫酸鉄・7水和物6mg、硫酸マンガン・1水和物4.2mg、ビオチン0.2mg、チアミン0.2mg、グルコース36g、重炭酸ソーダ(NaHCO)12.6g、蒸留水1L)500mlの入っている容量1Lの反応槽に加え、33℃にて緩やかに攪拌し、還元条件下のコハク酸生成反応を48時間実施した。反応時の培地の酸化還元電位は、反応開始後直ちに急激に低下し、その後が約−400mVに維持してコハク酸生成反応が継続された。
(B) Lactic acid production reaction under reducing conditions 150 g of wet cells recovered from the aerobic culture growth step in (A) (about 30 g in terms of Dry Cell) were used as a BT-U medium (composition) as a solution for succinic acid production reaction. : Ammonium sulfate 7 g, primary potassium phosphate (KH 2 PO 4 ) 0.5 g, dibasic potassium phosphate (K 2 HPO 4 ) 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate 0.5 g, iron sulfate 7 water hydrate 6 mg, manganese monohydrate 4.2mg sulfate, biotin 0.2 mg, thiamin 0.2 mg, glucose 36 g, sodium bicarbonate (NaHCO 3) 12.6 g, reaction of distilled water 1L) capacity containing a 500 ml 1L In addition to the tank, the mixture was gently stirred at 33 ° C., and a succinic acid production reaction under reducing conditions was carried out for 48 hours. The oxidation-reduction potential of the medium during the reaction decreased rapidly immediately after the start of the reaction, and thereafter maintained at about −400 mV, and the succinic acid production reaction was continued.

この間、5N(規定)濃度のNHOH(5Nアンモニア水溶液)水溶液を使用して反応槽内のpHを7.5に常時維持した。
反応槽内のグルコース濃度は逐次少量をサンプリングしてグルコースセンサー(王子計測機器株式会社製)による分析を行い、経時的な生成量の変動を調べた。
反応槽内の生成した乳酸量は逐次少量をサンプリングして液体クロマトグラフィーによる分析を行った。
その結果を図5に記す。(図5におけるグルコース消費速度および乳酸生成速度とは反応開始24時間後、及び48時間後におけるそれぞれの単位時間当たりの消費量および生成量である。)
24時間後、及び48時間後におけるコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/R−nGAP株のグルコース消費速度は、それぞれ1.58g/l/h、及び1.37g/l/hであった。
また、乳酸の生成速度は、それぞれ、2.07g/l/h、及び0.97g/l/hであった。
これらの結果を図5に記す。
During this time, the pH in the reaction vessel was constantly maintained at 7.5 using an aqueous NH 4 OH (5N aqueous ammonia) solution having a concentration of 5N (normal).
The glucose concentration in the reaction vessel was successively sampled and analyzed with a glucose sensor (manufactured by Oji Scientific Instruments Co., Ltd.) to examine the fluctuation of the production amount over time.
The amount of lactic acid produced in the reaction vessel was successively sampled and analyzed by liquid chromatography.
The results are shown in FIG. (The glucose consumption rate and the lactic acid production rate in FIG. 5 are the consumption and production per unit time at 24 hours and 48 hours after the start of the reaction.)
The glucose consumption rates of the Corynebacterium glutamicum R / R-nGAP strains after 24 hours and 48 hours were 1.58 g / l / h and 1.37 g / l / h, respectively.
The production rates of lactic acid were 2.07 g / l / h and 0.97 g / l / h, respectively.
These results are shown in FIG.

〔比較例2〕
実施例3で使用したコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/R−nGAP株に変えて、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株を用いる以外は、実施例3と同様の条件にて好気培養増殖および乳酸生成反応を行なった。
24時間後、及び48時間後におけるコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株のグルコースの消費速度は、それぞれ1.44g/l/h、及び1.24g/l/hであった。
また、乳酸の生成速度は、それぞれ0.81g/l/h、及び0.36g/l/hであった。
これらの結果を図5に記す。
実施例3および比較例2の実験結果はグルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株にてGAPDHを高発現することによって、グルコースの消費速度と有機化合物(乳酸)生成速度が増加することを示している。
[Comparative Example 2]
It was aerobic under the same conditions as in Example 3 except that Corynebacterium glutamicum R strain was used instead of Corynebacterium glutamicum R / R-nGAP strain used in Example 3. Culture growth and lactic acid production reaction were performed.
The consumption rate of glucose of Corynebacterium glutamicum R strain after 24 hours and 48 hours was 1.44 g / l / h and 1.24 g / l / h, respectively.
The production rates of lactic acid were 0.81 g / l / h and 0.36 g / l / h, respectively.
These results are shown in FIG.
The experimental results of Example 3 and Comparative Example 2 indicate that the glucose consumption rate and the organic compound (lactic acid) production rate are increased by high expression of GAPDH in Glutamicum (Corynebacterium glutamicum) R strain.

〔実施例4〕
比較例2で使用したコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株に変えて、それぞれ、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC株(比較例1で創製)、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC/R−nGAP株(実施例2で創製)、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC/Actino−nGAP株(実施例2で創製)を用いる以外は、実施例3と同様の条件にて好気培養増殖及び乳酸生成反応を行なった。それらの結果を図6に記す。
Example 4
Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC strain (created in Comparative Example 1) and Corynebacterium glutamicum turium camicum (Corynebacterium glutamicum) were used instead of Corynebacterium glutamicum R strain used in Comparative Example 2, respectively. ) Example 3 with the exception of using the R / ΔPEPC / R-nGAP strain (created in Example 2), Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC / Actino-nGAP strain (created in Example 2). The aerobic culture growth and lactic acid production reaction were performed under the same conditions. The results are shown in FIG.

なお、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC株は、野生株であるコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)Rと比較して、グルコースの消費速度に関しては劣るものの、より高い選択性で乳酸を生成することのできる株であることが知られているものである。(Inui,M.,Murakami S.,Okino S.,Kawaguchi H.,Vertes A.,and Yukawa H.;Metabolic analysis of Corynebacterium glutamicum during lactate and succinate productions under oxygen−deprivation conditions,J.Mol.Microbiol.Biotechnol.,accepted(2004)))。   The Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC strain is less selective in terms of glucose consumption than the wild-type Corynebacterium glutamicum R, but has a higher selectivity for lactic acid. Is known to be a strain capable of producing (Inui, M., Murakami S., Okino S., Kawaguchi H., Vertes A., and Yukawa H.; Metabolic analysis of Corynebacterium glutamicum during lactate and succinate productions under oxygen-deprivation conditions, J.Mol.Microbiol.Biotechnol , Accepted (2004))).

図6より明らかなように、24時間後、及び48時間後におけるコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC株のグルコースの消費速度は、それぞれ1.08g/l/h、及び1.06g/l/hであったが、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC/R−nGAP株のグルコース消費速度は、それぞれ1.98g/l/h、及び1.96g/l/hであった。また、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC/Actino−nGAP株のグルコース消費速度は、それぞれ2.12g/l/h、及び1.87g/l/hである。   As is apparent from FIG. 6, the glucose consumption rates of Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC strains after 24 hours and 48 hours were 1.08 g / l / h and 1.06 g, respectively. The glucose consumption rates of the Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC / R-nGAP strains were 1.98 g / l / h and 1.96 g / l / h, respectively. there were. The glucose consumption rates of Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC / Actino-nGAP strains are 2.12 g / l / h and 1.87 g / l / h, respectively.

乳酸生成速度に関しては、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC株の24時間後、及び48時間後における乳酸の生成速度は、それぞれ0.15g/l/h、及び0.15g/l/hであったが、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC/R−nGAP株の乳酸の生成速度は、それぞれ0.99g/l/h、及び0.91g/l/hであった。また、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC/Actino−nGAP株の乳酸の生成速度は、それぞれ0.91g/l/h、及び1.03g/l/hである。   Regarding the lactic acid production rate, the production rates of lactic acid after 24 hours and 48 hours of Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC strain were 0.15 g / l / h and 0.15 g / l, respectively. However, the production rates of lactic acid of Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC / R-nGAP strains were 0.99 g / l / h and 0.91 g / l / h, respectively. It was. Moreover, the production | generation rates of lactic acid of Corynebacterium glutamicum R / (DELTA) PEPC / Actino-nGAP strain | stump | stock are 0.91 g / l / h and 1.03 g / l / h, respectively.

これらの実験結果は、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/△PEPC株に関しても、野生株と同様に、GAPDH(異種、自身由来を問わず)の高発現によって、グルコースの消費速度、及び物質生産速度が増加することを示している。そして、GAPDHに関する以外の好気性コリネ型細菌の人為的変異株であっても、本発明の効果が生み出されていることも明らかである。   As for these experimental results, as for the Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC strain, as with the wild strain, due to the high expression of GAPDH (heterologous or of its own origin), the consumption rate of glucose and substances It shows that the production speed increases. And even if it is an artificial mutant of an aerobic coryneform bacterium other than about GAPDH, it is clear that the effect of this invention is produced.

本発明に係る有機化合物の製造方法を使用することによって、糖類の代謝変換消費速度を向上させて高生産性かつ高効率に有用な有機化合物を製造することが可能である。   By using the method for producing an organic compound according to the present invention, it is possible to improve the metabolic conversion consumption rate of saccharides and produce a useful organic compound with high productivity and high efficiency.

図1は、プラスミドpCRB200構築法を示す。FIG. 1 shows the construction method of plasmid pCRB200. 図2は、プラスミドpCRA820構築法を示す。FIG. 2 shows the construction method of plasmid pCRA820. 図3は、PEPC遺伝子破壊用プラスミドpCRA703構築法を示す。FIG. 3 shows a method for constructing a plasmid pCRA703 for disrupting the PEPC gene. 図4は、グルコースからの物質生産代謝経路を示す。FIG. 4 shows a substance production metabolic pathway from glucose. 図5は、コリネバクテリウム グルタミカムR及びコリネバクテリウム グルタミカムR/R−nGAP株の24時間後及び48時間後における(A)グルコース消費速度(g/l/h)と(B)乳酸生成速度(g/l/h)を示す。FIG. 5 shows (A) glucose consumption rate (g / l / h) and (B) lactate production rate of Corynebacterium glutamicum R and Corynebacterium glutamicum R / R-nGAP strains after 24 and 48 hours. g / l / h). 図6は、コリネバクテリウム グルタミカムR/△PEPC、コリネバクテリウム グルタミカムR/△PEPC/R−nGAP、及びコリネバクテリウム グルタミカムR/△PEPC/Actino−nGAP、株の24時間後及び48時間後における(A)グルコース消費速度(g/l/h)と(B)乳酸生成速度(g/l/h)を示す。FIG. 6 shows Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC, Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC / R-nGAP, and Corynebacterium glutamicum R / ΔPEPC / Actino-nGAP, after 24 and 48 hours of the strain. (A) Glucose consumption rate (g / l / h) and (B) Lactic acid production rate (g / l / h) are shown.

Claims (6)

発現可能な制御配列下に、グリセルアルデヒド3−リン酸デヒドロゲナーゼをコードする配列番号7又は16の塩基配列からなるDNAにより形質転換されたコリネバクテリウム・グルタミカムを用いて、嫌気条件下の培養液中に、グルコース、セロビオース、ショ糖、ラクトース、マルトース、デキストリン、及び可溶性澱粉からなる群より選ばれる糖類の代謝速度を向上させて乳酸を蓄積し、該培養液より乳酸を回収することを特徴とする乳酸の製造方法。   A culture solution under anaerobic conditions using Corynebacterium glutamicum transformed with a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 7 or 16 encoding glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase under an expressible control sequence It is characterized by accumulating lactic acid by increasing the metabolic rate of a saccharide selected from the group consisting of glucose, cellobiose, sucrose, lactose, maltose, dextrin, and soluble starch, and recovering lactic acid from the culture solution A method for producing lactic acid. コリネバクテリウム グルタミカムが、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R FERM P−18976、ATCC13032、ATCC13058、ATCC13059、ATCC13060、ATCC13232、ATCC13286、ATCC13287、ATCC13655、ATCC13745、ATCC13746、ATCC13761、ATCC14020、及びATCC31831から選択されるいずれかの菌であることを特徴とする請求項1記載の乳酸の製造方法。 Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicum) R FERM P- 18976, ATCC13032, ATCC13058, ATCC13059, ATCC13060, ATCC13232, ATCC13286, ATCC13287, ATCC13655, ATCC13745, ATCC13746, ATCC13761, ATCC14020, and ATCC3183 1 or we selected The method for producing lactic acid according to claim 1, wherein the bacterium is any one of the fungi described above. 形質転換されたコリネバクテリウム グルタミカムが、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R/R−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20875)である請求項1記載の乳酸の製造方法。   The transformed Corynebacterium glutamicum is Corynebacterium glutamicum R / R-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary, Accession No. FERM P-20875). Of producing lactic acid. 形質転換されたコリネバクテリウム グルタミカムが、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R △PEPC/R−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20878)である請求項1記載の乳酸の製造方法。   The transformed Corynebacterium glutamicum is Corynebacterium glutamicum R ΔPEPC / R-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary, Accession No. FERM P-20878) The method for producing lactic acid according to 1. 形質転換されたコリネバクテリウム グルタミカムが、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R △PEPC/Actino−nGAP株(独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター 受託番号FERM P−20877)である請求項1記載の乳酸の製造方法。   Claims wherein the transformed Corynebacterium glutamicum is Corynebacterium glutamicum R ΔPEPC / Actino-nGAP strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary, Accession No. FERM P-20877) The method for producing lactic acid according to 1. 嫌気条件下の培養液の酸化還元電位が−200ミリボルト乃至−500ミリボルトであることを特徴とする請求項1記載の乳酸の製造方法。   The method for producing lactic acid according to claim 1, wherein the redox potential of the culture solution under anaerobic conditions is -200 millivolts to -500 millivolts.
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