JP5520498B2 - Method for producing protein or polypeptide - Google Patents
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Description
本発明は、タンパク質又はポリペプチドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a protein or polypeptide.
微生物による有用物質の工業生産においては、その生産性の向上が重要な課題の一つであり、その手法として、突然変異等の遺伝学的手法による生産菌の育種が行われてきた。特に最近では、微生物遺伝学、バイオテクノロジーの発展により、遺伝子組換え技術等を用いたより効率的な生産菌の育種が行われるようになっている。さらに、近年のゲノム解析技術の急速な発展を受けて、対象とする微生物のゲノム情報を解読し、これらを積極的に産業に応用しようとする試みもなされている。 In industrial production of useful substances by microorganisms, improvement of productivity is one of the important issues, and breeding of producing bacteria by genetic techniques such as mutation has been carried out as a technique. Particularly recently, with the development of microbial genetics and biotechnology, more efficient breeding of production bacteria using genetic recombination techniques has been carried out. Furthermore, in response to the rapid development of genome analysis technology in recent years, attempts have been made to decode genome information of target microorganisms and actively apply them to industry.
近年、枯草菌については、枯草菌ゲノムに存在する約4100種類の遺伝子の破壊株が網羅的に研究され、271個の遺伝子が成育に必須であることが指摘されている(非特許文献1)。また、枯草菌等の胞子形成初期に関わる遺伝子やプロテアーゼ遺伝子、又は細胞壁或いは細胞膜中のテイコ酸へのD-アラニン付加に関わる遺伝子、更にはサーファクチンの生合成或いは分泌に関わる遺伝子を単独に欠失又は不活性化した菌株が構築されている(特許文献1〜8参照)。
また、本出願人は、枯草菌に由来する遺伝子破壊株を網羅的に解析し、枯草菌ゲノムの大量域を欠失させ、各種酵素の生産性に優れた変異株を見出すことに成功している(特許文献9)。
In recent years, as for Bacillus subtilis, about 4100 kinds of disrupted strains of genes present in the Bacillus subtilis genome have been comprehensively studied, and it has been pointed out that 271 genes are essential for growth (Non-patent Document 1). . In addition, genes related to early sporulation such as Bacillus subtilis, protease genes, genes related to D-alanine addition to teichoic acid in the cell wall or cell membrane, and genes related to biosynthesis or secretion of surfactin alone are lacking. Lost or inactivated strains have been constructed (see Patent Documents 1 to 8).
In addition, the present applicant has comprehensively analyzed gene-disrupted strains derived from Bacillus subtilis, successfully deleted a large region of the Bacillus subtilis genome, and found mutant strains excellent in productivity of various enzymes. (Patent Document 9).
しかしながら、限定された生産培地と安定な培養条件が用いられる工業的生産においては、タンパク質又はポリペプチドの生産にとって必要或いは不必要な遺伝子が存在すると考えられ、更なる研究が求められている。 However, in industrial production using a limited production medium and stable culture conditions, it is considered that there are genes necessary or unnecessary for the production of proteins or polypeptides, and further research is required.
一方、RocGは、アルギニン分解経路の最下流に存在し、グルタミン酸をアンモニアと2-オキソグルタル酸に分解するという異化性のグルタミン酸デヒドロゲナーゼ活性を有する他、グルタミン酸合成酵素GltABの発現を抑制するという機能を有し(非特許文献2)、TCA回路及びグルタミン酸合成経路を複雑に制御する重要なタンパクであることが知られている(図2参照)。
しかしながら、斯かるRocGがタンパク質やポリペプチドの生産性に関与するという報告は全くない。
On the other hand, RocG exists in the most downstream of the arginine degradation pathway and has a catabolic glutamate dehydrogenase activity of degrading glutamate into ammonia and 2-oxoglutarate, and also has a function of suppressing the expression of glutamate synthase GltAB. However, it is known that it is an important protein that controls the TCA cycle and glutamate synthesis pathway in a complex manner (see FIG. 2).
However, there is no report that such RocG is involved in the productivity of proteins and polypeptides.
本発明は、組み換え枯草菌を用いた効率のよいタンパク質又はポリペプチドの製造方法を提供することに関する。 The present invention relates to providing an efficient method for producing a protein or polypeptide using recombinant Bacillus subtilis.
本発明者らは、枯草菌Bacillus subtilis Marburg No.168(枯草菌168株)を野生株とし、そのゲノムの合計874kbpを削除して作製された枯草菌変異株MGB874株(特許文献9)を用いてタンパク質又はポリペプチドの生産性を検討したところ、MGB874株からグルタミン酸デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子rocGを欠失させたR-533株ではセルラーゼの生産性が大幅に低下したが、当該rocG遺伝子の発現を穏やかに誘導した場合にセルラーゼの生産性が、MGB874株を用いて製造した場合と比較して有意に向上することを見出した。 The present inventors used Bacillus subtilis Marburg No.168 (Bacillus subtilis 168 strain) as a wild strain, and Bacillus subtilis mutant MGB874 strain (Patent Document 9) prepared by deleting a total of 874 kbp of the genome. When the productivity of protein or polypeptide was examined, cellulase productivity was significantly reduced in the R-533 strain in which the gene rocG encoding glutamate dehydrogenase was deleted from the MGB874 strain, but the expression of the rocG gene was reduced. It was found that the cellulase productivity was significantly improved when induced gently compared to the case of using the MGB874 strain.
すなわち本発明は、以下の1)〜8)に係るものである。
1)異種のタンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子を導入した組換え枯草菌を用いてタンパク質又はポリペプチドを製造する方法であって、宿主枯草菌のRocGの発現量を調節することを特徴とするタンパク質又はポリペプチドの製造方法。
2)RocGを転写誘導することによりその発現量を調節する上記1)の製造方法。
3)RocGの転写誘導が、枯草菌遺伝子rocGをそのゲノム上から欠失させた枯草菌変異株MGB874株を、Pspacプロモーターを連結したrocG遺伝子で形質転換し、当該形質転換体をイソプロピル-β-チオガラクトピラノシドの存在下に培養することにより行われる上記2)の製造方法。
4)組換え枯草菌が、異種のタンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子の上流に転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域から選ばれる1以上の領域を結合したものである上記1)〜3)の製造方法。
5)転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域からなる3領域を結合した上記4)の製造方法。
6)分泌シグナル領域がバチルス(Bacillus)属細菌のセルラーゼ遺伝子由来のものであり、転写開始制御領域及び翻訳開始制御領域が当該セルラーゼ遺伝子の開始コドンから始まる長さ0.6〜1kbの上流領域由来のものである上記4)又は5)の製造方法。
7)転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域からなる3領域が、配列番号1で示される塩基配列からなるセルラーゼ遺伝子の塩基番号1〜659の塩基配列又は当該塩基配列のいずれかと70%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA断片、又は当該塩基配列の一部が欠失した塩基配列からなるDNA断片である上記5)の製造方法。
8)タンパク質又はポリペプチドがセルラーゼである上記1)〜7)の製造方法。
That is, the present invention relates to the following 1) to 8).
1) A method for producing a protein or polypeptide using recombinant Bacillus subtilis into which a gene encoding a heterologous protein or polypeptide is introduced, characterized in that the expression level of RocG in the host Bacillus subtilis is regulated. A method for producing a protein or polypeptide.
2) The production method of 1) above, wherein the expression level of RocG is regulated by inducing transcription.
3) RocG transcription is induced by transforming the Bacillus subtilis mutant MGB874, which has been deleted from the genome of the Bacillus subtilis gene rocG, with the rocG gene linked to the Pspac promoter and transforming the transformant into isopropyl-β- The production method of the above 2), which is carried out by culturing in the presence of thiogalactopyranoside.
4) The above-mentioned 1), wherein the recombinant Bacillus subtilis has one or more regions selected from a transcription initiation control region, a translation initiation control region and a secretory signal region upstream of a gene encoding a heterologous protein or polypeptide. ~ 3) production method.
5) The production method of 4) above, wherein three regions comprising a transcription initiation control region, a translation initiation control region, and a secretory signal region are combined.
6) The secretory signal region is derived from a cellulase gene of a bacterium belonging to the genus Bacillus, and the transcription initiation control region and the translation initiation control region are derived from an upstream region having a length of 0.6 to 1 kb starting from the start codon of the cellulase gene. 4. The production method of 4) or 5) above.
7) Three regions consisting of a transcription initiation control region, a translation initiation control region, and a secretion signal region are either the base sequence of base numbers 1 to 659 of the cellulase gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or the base sequence and 70 5) The production method of 5) above, which is a DNA fragment consisting of a base sequence having at least% identity, or a DNA fragment consisting of a base sequence from which a part of the base sequence has been deleted.
8) The manufacturing method of said 1) -7) whose protein or polypeptide is a cellulase.
本発明によれば、目的タンパク質又はポリペプチドを高生産で効率よく製造することができ、有用タンパク質、特にセルラーゼの工業的生産が実現できる。 According to the present invention, the target protein or polypeptide can be efficiently produced with high production, and industrial production of useful proteins, particularly cellulases, can be realized.
本発明における枯草菌変異株MGB874株とは、枯草菌Bacillus subtilis Marburg No.168(枯草菌168株)を野生株とし、そのゲノムの大量域、すなわちprophage6 (yoaV-yobO)領域、prophage1 (ybbU-ybdE)領域、prophage4 (yjcM-yjdJ)領域、PBSX (ykdA-xlyA)領域、prophage5 (ynxB-dut)領域、prophage3 (ydiM-ydjC)領域、spb (yodU-ypqP)領域、pks (pksA-ymaC)領域、skin (spoIVCB-spoIIIC)領域、pps (ppsE-ppsA)領域、prophage2 (ydcL-ydeJ)領域、ydcL-ydeK-ydhU領域、yisB-yitD領域、yunA-yurT領域、cgeE-ypmQ領域、yeeK-yesX領域、pdp-rocR領域、ycxB-sipU領域、SKIN-Pro7 (spoIVCB-yraK)領域、sbo-ywhH領域、yybP-yyaJ領域及びyncM-fosB領域を欠失させたものである(前記特許文献9)。表1に示した当該欠失領域は、同表に示す一対のオリゴヌクレオチド・セットにより挟み込まれる領域として言い換えることができる。 The Bacillus subtilis mutant strain MGB874 in the present invention is a wild strain of Bacillus subtilis Marburg No.168 (168 strains of Bacillus subtilis ), that is, a large region of its genome, ie, prophage6 (yoaV-yobO) region, prophage1 (ybbU- ybdE) region, prophage4 (yjcM-yjdJ) region, PBSX (ykdA-xlyA) region, prophage5 (ynxB-dut) region, prophage3 (ydiM-ydjC) region, spb (yodU-ypqP) region, pks (pksA-ymaC) Region, skin (spoIVCB-spoIIIC) region, pps (ppsE-ppsA) region, prophage2 (ydcL-ydeJ) region, ydcL-ydeK-ydhU region, yisB-yitD region, yunA-yurT region, cgeE-ypmQ region, yeeK- The yesX region, pdp-rocR region, ycxB-sipU region, SKIN-Pro7 (spoIVCB-yraK) region, sbo-ywhH region, yybP-yyaJ region, and yncM-fosB region are deleted (Patent Document 9) ). The deletion region shown in Table 1 can be rephrased as a region sandwiched between a pair of oligonucleotide sets shown in the same table.
本発明のタンパク質又はポリペプチドの製造方法においては、宿主枯草菌のRocGの発現量の調節が行われるが、ここで、RocGとは、アルギニン分解経路の最下流に存在し、グルタミン酸をアンモニアと2-オキソグルタル酸に分解するという異化性のグルタミン酸デヒドロゲナーゼ活性を有する他、転写因子GltCと相互作用することで、グルタミン酸合成酵素GltABの発現を抑制するという機能を有しており(前記非特許文献2)、細胞の主要な代謝経路であるTCA回路およびグルタミン酸合成経路を複雑に制御する重要なタンパクである。 In the method for producing a protein or polypeptide of the present invention, the expression level of RocG of the host Bacillus subtilis is regulated. Here, RocG is present in the most downstream of the arginine degradation pathway, and glutamic acid is mixed with ammonia. In addition to having a catabolic glutamate dehydrogenase activity of degrading into -oxoglutarate, it also has a function of suppressing the expression of glutamate synthase GltAB by interacting with the transcription factor GltC (Non-patent Document 2) It is an important protein that controls the TCA cycle and glutamate synthesis pathway, which are the major metabolic pathways of cells.
RocGの発現量の調節は、例えばRocGを転写誘導することにより行われる。
転写誘導は、所定の物質の存在を条件として下流に位置する遺伝子の発現を亢進する機能を有するプロモーター、すなわち転写誘導型プロモーターを連結したrocG遺伝子で宿主枯草菌株を形質転換し、これを発現誘導物質の存在下に培養することにより行われる。
斯かる転写誘導型プロモーターとしては、例えばlacプロモーター、Pspacプロモーター、ザイロース誘導プロモーター、アラビノース誘導プロモーター、ECFシグマ因子特異的プロモーター(J. Helmann and C. Moran Jr.,"Bacillus subtilis and its closest relatives." ASM Press, 2002, pp289-312)、Mg及びCuの2成分によって誘導されるプロモーター等を挙げることができるが、このうち、lacオペロンのリプレッサーであるlaclによって制御されるPspacプロモーター(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 81, 439-443.(1984))が好ましい。
Pspacプロモーターの発現誘導物質としては、例えばメチルβ−D−ガラクトシド、メチル1−チオ−β−D−ガラクトシド、n−プロピル1−チオ−β−D−ガラクトシド、イソプロピルβ−D−ガラクトシド、イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド、n−ブチルβ−D−ガラクトシド、n−ブチル1−チオ−β−D−ガラクトシド、ベンジルβ−D−ガラクトシド、ベンジル1−チオ−β−D−ガラクトシド、2−フェニルエチルβ−D−ガラクトシド、2−フェニルエチル1−チオ−β−D−ガラクトシド、p−アミノフェニルβ−D−ガラクトシド、p−アミノフェニル1−チオ−β−D−ガラクトシド、O−ニトロフェニル1−チオ−β−D−ガラクトシド、p−ニトロフェニル1−チオ−β−D−ガラクトシド、D−フコース、ガラクトース、6−フルオロ−6−デオキシ−D−ガラクトース、メリビオース及びチオアロラクトース等が挙げられるが、このうちイソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド(IPTG)が好ましい。
The regulation of the expression level of RocG is performed by, for example, inducing transcription of RocG.
Transcription induction is achieved by transforming a host Bacillus subtilis strain with a promoter that has the function of enhancing the expression of a gene located downstream on the condition of the presence of a specific substance, that is, a rocG gene linked to a transcription-inducible promoter. It is carried out by culturing in the presence of the substance.
Examples of such transcription-inducible promoters include lac promoter, Pspac promoter, syllose-inducible promoter, arabinose-inducible promoter, ECF sigma factor-specific promoter (J. Helmann and C. Moran Jr., “Bacillus subtilis and its closest relatives.”). ASM Press, 2002, pp289-312), promoters induced by two components of Mg and Cu, etc. Among them, Pspac promoter (Proc. Natl) controlled by lacl which is a repressor of lac operon. Acad. Sci. USA 81, 439-443. (1984)).
Examples of the expression inducer of Pspac promoter include methyl β-D-galactoside, methyl 1-thio-β-D-galactoside, n-propyl 1-thio-β-D-galactoside, isopropyl β-D-galactoside, isopropyl- β-D-thiogalactopyranoside, n-butyl β-D-galactoside, n-butyl 1-thio-β-D-galactoside, benzyl β-D-galactoside, benzyl 1-thio-β-D-galactoside, 2-phenylethyl β-D-galactoside, 2-phenylethyl 1-thio-β-D-galactoside, p-aminophenyl β-D-galactoside, p-aminophenyl 1-thio-β-D-galactoside, O— Nitrophenyl 1-thio-β-D-galactoside, p-nitrophenyl 1-thio-β-D-galactoside, D-fucose, g Kutosu, 6-fluoro-6-deoxy -D- galactose, although melibiose and thio allolactose etc., of isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside (IPTG) are preferred.
具体的には、例えば、枯草菌遺伝子rocGをそのゲノム上から欠失させた枯草菌変異株MGB874株(R-533株)を、Pspacプロモーターを連結したrocG遺伝子を含有するプラスミドpAPNC-rocGを用いて形質転換することによって、イソプロピル-β-チオガラクトピラノシド(IPTG)によりRocGの発現制御が可能な株(R-716株)を構築し、これを宿主として用いることにより行われる。 Specifically, for example, a Bacillus subtilis mutant strain MGB874 (R-533 strain) in which the Bacillus subtilis gene rocG has been deleted from its genome is used using a plasmid pAPNC-rocG containing the rocG gene linked to the Pspac promoter. Thus, a strain (R-716 strain) capable of controlling the expression of RocG with isopropyl-β-thiogalactopyranoside (IPTG) is constructed and used as a host.
rocG遺伝子をMGB874株のゲノム上から欠失させる方法としては、特に限定されないが、例えば図1に示す以下の方法を適用することができる。本方法で用いる欠失用DNA断片は、欠失対象領域の上流に隣接する約0.1〜3kb断片(上流断片と称する)と、薬剤耐性遺伝子マーカーを含む断片、同じく下流に隣接する約0.1〜3kb断片(下流断片と称する)が連結したDNA断片である。 The method for deleting the rocG gene from the genome of the MGB874 strain is not particularly limited, and for example, the following method shown in FIG. 1 can be applied. The deletion DNA fragment used in the present method includes an approximately 0.1 to 3 kb fragment adjacent to the upstream of the deletion target region (referred to as upstream fragment), a fragment containing a drug resistance gene marker, and approximately 0.1 to 3 kb adjacent to the downstream. A DNA fragment in which fragments (referred to as downstream fragments) are linked.
例えば、薬剤耐性遺伝子マーカーとしてクロラムフェニコール耐性遺伝子を用いる場合、枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、後記表3に示すrocG-FW1とrocG/Cm-R、及びrocG/Cm-FとrocG-RVの各プライマーセットを用いて、ゲノム上のrocG遺伝子の上流に隣接する断片(A)及び下流に隣接する1.0kbp断片(B)をそれぞれ調製する。さらに、表1に示したCmFW及びCmRVのプライマーセットを用いて、プラスミドpC194(J. Bacteriol. 150 (2), 815 (1982))のクロラムフェニコール耐性遺伝子(C)を増幅する。 For example, when a chloramphenicol resistance gene is used as a drug resistance gene marker, rocG-FW1, rocG / Cm-R, and rocG / Cm- shown in Table 3 below are used as a template with genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 strain. Using the F and rocG-RV primer sets, a fragment adjacent to the upstream of the rocG gene on the genome (A) and a 1.0 kbp fragment adjacent to the downstream (B) are prepared. Furthermore, the chloramphenicol resistance gene (C) of plasmid pC194 (J. Bacteriol. 150 (2), 815 (1982)) is amplified using the CmFW and CmRV primer sets shown in Table 1.
次に、得られた(A)(B)(C)の3断片を混合して鋳型とし、rocG-FW2とrocG-RV2のプライマーを用いてPCRを行ない、3断片を(A)-(C)-(B)の順になる様に結合させ、遺伝子欠失用のDNA断片を得る(図1参照)。
このDNA断片を用いて、コンピテント法によりMGB874株の形質転換を行い、クロラムフェニコール(10μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離する。
Next, the obtained 3 fragments of (A), (B) and (C) were mixed and used as a template, PCR was performed using rocG-FW2 and rocG-RV2 primers, and the 3 fragments were converted to (A)-(C )-(B) to obtain a DNA fragment for gene deletion (see FIG. 1).
Using this DNA fragment, the MGB874 strain is transformed by a competent method, and colonies grown on an LB agar medium containing chloramphenicol (10 μg / mL) are isolated as transformants.
形質転換体のゲノムDNAを抽出し、これを鋳型DNAとしたPCRにより、rocG遺伝子がクロラムフェニコール耐性遺伝子と置換され、目的とする遺伝子が欠失されていることを確認することができる。ゲノムDNAの抽出は、斉藤と三浦(Saito & Miura)の方法[Saito & Miura Biochem. Biophys. Acta. 72, 619-629 (1963)]、あるいは、市販のゲノムDNA抽出キット、例えば、UltraClean Microbial DNA Isolation Kit(MO BIO Laboratories, Inc.)を用いて行うことができる。 By extracting the genomic DNA of the transformant and using this as a template DNA, it can be confirmed that the rocG gene is replaced with the chloramphenicol resistance gene and the target gene is deleted. Genomic DNA can be extracted by the method of Saito & Miura (Saito & Miura Biochem. Biophys. Acta. 72, 619-629 (1963)) or a commercially available genomic DNA extraction kit such as UltraClean Microbial DNA. Isolation Kit (MO BIO Laboratories, Inc.) can be used.
斯くして得られたR-533株から、RocGを転写誘導可能な株(R-716株;(R-533 aprE::Pspac-rocG spec)が構築される。以下に、転写誘導型プロモーターとしてIPTGで発現制御が可能なPspacプロモーターを用いてrocG遺伝子を発現誘導する場合を例に挙げて説明する。
まず、形質転換に使用するプラスミドDNAを構築する目的で、枯草菌ゲノムを鋳型として後記表4に示すプライマーrocG.f.SalIおよびrocG.f.SacIを用いて、制限酵素サイトSalI/SacIを両端に含むrocG遺伝子断片をPCRによって増幅する。さらに、増幅した遺伝子断片をIPTGで発現制御が可能なPspacプロモーター(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 81, 439-443.(1984))を含むプラスミドpAPNC213(Microbiology 148, 3539-3552)のSalI/SacIサイトに挿入することで形質転換用プラスミドpAPNC-rocGを構築する。pAPNC-rocGは枯草菌168株由来aprE遺伝子の内部にPspacプロモーターと連結したrocG遺伝子(Psapc-rocG)およびスペクチノマイシン耐性遺伝子が挿入されており、形質転換によってゲノム上のaprEサイトにPspac-rocG遺伝子を挿入することが可能なプラスミドである。表4に示すプライマーrocG.f.1〜rocG.f.3およびrocG.r.1を用いてシーケンシングを行い、変異なくプラスミドが構築されたことを確認した後、コンピテント法によりR-533株の形質転換を行い、スペクチノマイシン(0.5μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離する。さらに得られた形質転換体からゲノムDNAを抽出し、これを鋳型とするPCRによってaprE遺伝子部位にPspac-rocG遺伝子およスペクチノマイシン耐性遺伝子が挿入されたことを確認する。以上のようにしてIPTGによりrocG遺伝子の発現制御が可能な株(R-716株)を構築できる。
From the thus obtained R-533 strain, a strain capable of inducing transcription of RocG (R-716 strain; (R-533 aprE :: Pspac-rocG spec) is constructed. The case of inducing expression of the rocG gene using the Pspac promoter whose expression can be controlled with IPTG will be described as an example.
First, for the purpose of constructing plasmid DNA used for transformation, restriction enzyme sites SalI / SacI were inserted at both ends using Bacillus subtilis genome as a template and primers rocG.f.SalI and rocG.f.SacI shown in Table 4 below. The rocG gene fragment contained in is amplified by PCR. Furthermore, the SalI of plasmid pAPNC213 (Microbiology 148, 3539-3552) containing the Pspac promoter (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81, 439-443. (1984)) capable of controlling expression of the amplified gene fragment with IPTG. Plasmid pAPNC-rocG for transformation is constructed by inserting into the / SacI site. pAPNC-rocG has a rocG gene (Psapc-rocG) linked to the Pspac promoter and a spectinomycin resistance gene inserted into the aprE gene from Bacillus subtilis 168 strain, and Pspac-rocG is transformed into the aprE site on the genome by transformation. A plasmid into which a gene can be inserted. After sequencing using the primers rocG.f.1 to rocG.f.3 and rocG.r.1 shown in Table 4 and confirming that the plasmid was constructed without mutation, R-533 was prepared by a competent method. The strain is transformed, and colonies that grow on the LB agar medium containing spectinomycin (0.5 μg / mL) are isolated as transformants. Furthermore, genomic DNA is extracted from the obtained transformant, and it is confirmed by PCR using this as a template that the Pspac-rocG gene and the spectinomycin resistance gene have been inserted into the aprE gene site. As described above, a strain (R-716 strain) capable of controlling rocG gene expression by IPTG can be constructed.
斯くして得られた枯草変異株(R-716株)を宿主とし、異種タンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子を導入することによって、当該タンパク質又はポリペプチドを製造するための組換え枯草菌とし、これをIPTGのような発現誘導物質の存在下に培養することによって、RocGの転写誘導下に目的のタンパク質又はポリペプチドの製造が行われる。
ここで、組換え枯草菌は、異種タンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子を含むDNA断片と適当なプラスミドベクターを結合させた組換えプラスミドを、一般的な形質転換法によってR-716株細胞に取り込ませることによって作製できる。また、当該異種タンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子を含むDNA断片に枯草菌ゲノムとの適当な相同領域を結合したDNA断片を用い、R-716株ゲノムに直接組み込むことによっても組換え枯草菌を得ることができる。
Using the thus obtained Bacillus subtilis mutant (R-716 strain) as a host, introducing a gene encoding a heterologous protein or polypeptide into a recombinant Bacillus subtilis for producing the protein or polypeptide, By culturing this in the presence of an expression inducer such as IPTG, the target protein or polypeptide is produced under the induction of RocG transcription.
Here, recombinant Bacillus subtilis takes a recombinant plasmid in which a DNA fragment containing a gene encoding a heterologous protein or polypeptide and an appropriate plasmid vector are combined into a cell line R-716 by a general transformation method. Can be produced. Alternatively, a recombinant Bacillus subtilis can be obtained by directly integrating the DNA fragment containing a gene encoding the heterologous protein or polypeptide and an appropriate homologous region with the Bacillus subtilis genome into the R-716 strain genome. Can be obtained.
目的の異種タンパク質又はポリペプチドは特に限定されず、洗浄剤用、食品用、繊維処理用、飼料処理用、化粧品用、医薬品用、診断薬用など各種産業用酵素や、生理活性ペプチドなどが含まれる。また、産業用酵素の機能別には、酸化還元酵素 (Oxidoreductase) 、転移酵素 (Transferase) 、加水分解酵素 (Hydrolase) 、脱離酵素 (Lyase)、異性化酵素 (Isomerase) 、合成酵素 (Ligase/Synthetase) 等が含まれるが、好適にはセルラーゼ、α-アミラーゼ、プロテアーゼ等の加水分解酵素が挙げられ、より好ましくはセルラーゼが挙げられる。 The target heterologous protein or polypeptide is not particularly limited, and includes various industrial enzymes such as detergents, foods, textiles, feeds, cosmetics, pharmaceuticals, diagnostics, bioactive peptides, etc. . In addition, industrial enzymes are classified according to their functions: oxidoreductase, transferase, hydrolase, lyase, isomerase, and synthase (Ligase / Synthetase). ) And the like, preferably hydrolyzing enzymes such as cellulase, α-amylase and protease, more preferably cellulase.
セルラーゼとしては、例えば、多糖加水分解酵素の分類(Biochem.J.,280,309,1991)
中でファミリー5に属するセルラーゼが挙げられ、中でも微生物由来、特にBacillus属細菌由来のセルラーゼが挙げられる。より具体的な例として、配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるBacillus属細菌KSM-S237株(FERM BP-7875)由来のアルカリセルラーゼ、又は、配列番号4で示されるアミノ酸配列からなるBacillus属細菌KSM-64株(FERM BP-2886)由来のアルカリセルラーゼ、或いは、当該アミノ酸配列と70%、好ましくは80%、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるセルラーゼ、又は配列番号2又は配列番号4で示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失若しくは付加されたアミノ酸配列からなるアルカリセルラーゼが挙げられる。
As cellulase, for example, classification of polysaccharide hydrolase (Biochem. J., 280, 309, 1991)
Among them, cellulases belonging to family 5 are mentioned, and among them, cellulases derived from microorganisms, in particular, Bacillus bacteria are mentioned. As a more specific example, an alkaline cellulase derived from the Bacillus bacterium strain KSM-S237 (FERM BP-7875) comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or a Bacillus bacterium comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 Alkaline cellulase derived from KSM-64 strain (FERM BP-2886) or the amino acid sequence and 70%, preferably 80%, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more. Examples include cellulases composed of amino acid sequences having identity, or alkaline cellulases composed of amino acid sequences in which one or several amino acids are substituted, deleted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4.
α−アミラーゼの具体例としては、微生物由来のα−アミラーゼが挙げられ、特にBacillus属細菌由来の液化型アミラーゼが好ましい。より具体的な例として、配列番号5で示されるアミノ酸配列からなるBacillus属細菌KSM-K38株(FERM BP-6946)由来のアルカリアミラーゼ、或いは当該アミノ酸配列と70%、好ましくは80%、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるアミラーゼ、又は配列番号5で示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失若しくは付加されたアミノ酸配列からなるアルカリアミラーゼが挙げられる。 Specific examples of α-amylase include α-amylase derived from microorganisms, and particularly liquefied amylase derived from bacteria belonging to the genus Bacillus. As a more specific example, alkaline amylase derived from the Bacillus genus bacterium KSM-K38 strain (FERM BP-6946) consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 5, or 70%, preferably 80%, more preferably the amino acid sequence. Is an amylase consisting of an amino acid sequence having 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more, or a substitution or deletion of one or several amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 Alternatively, alkaline amylase consisting of an added amino acid sequence can be mentioned.
プロテアーゼの具体例としては、微生物由来、特にBacillus属細菌由来のセリンプロテアーゼや金属プロテアーゼ等が挙げられる。より具体的な例として、配列番号6で示されるアミノ酸配列からなるバチルス クラウジ(Bacillus clausii)KSM-K16株(FERM BP-3376)由来のアルカリプロテアーゼ、或いは当該アミノ酸配列と70%、好ましくは80%、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるプロテアーゼ、又は配列番号6で示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が置換、欠失若しくは付加されたアミノ酸配列からなるアルカリプロテアーゼが挙げられる。 Specific examples of proteases include serine proteases, metal proteases, and the like derived from microorganisms, in particular, Bacillus bacteria. As a more specific example, an alkaline protease derived from Bacillus clausii KSM-K16 strain (FERM BP-3376) consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6, or 70%, preferably 80% with the amino acid sequence. More preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more, a protease comprising an amino acid sequence, or one or several amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 And alkaline protease consisting of a deleted or added amino acid sequence.
尚、本発明においてアミノ酸配列および塩基配列の同一性はLipman-Pearson法 (Science,227,1435,1985)によって計算される。具体的には、遺伝情報処理ソフトウェアGenetyx-Win(ソフトウェア開発)のホモロジー解析(Search homology)プログラムを用いて、Unit size to compare(ktup)を2として解析を行うことにより算出される。
また、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列としては、1乃至10個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列が好ましく、また、付加には、両末端への1〜数個のアミノ酸の付加が含まれる。
In the present invention, the identity of the amino acid sequence and the base sequence is calculated by the Lipman-Pearson method (Science, 227, 1435, 1985). Specifically, it is calculated by performing an analysis with a unit size to compare (ktup) of 2 using a homology analysis (Search homology) program of genetic information processing software Genetyx-Win (software development).
The amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added is preferably an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids have been deleted, substituted or added. Addition of one to several amino acids to is included.
宿主枯草菌に導入される上記異種タンパク質又はポリペプチドの遺伝子は、その上流に当該遺伝子の転写、翻訳、分泌に関わる制御領域、即ち、プロモーター及び転写開始点を含む転写開始制御領域、リボソーム結合部位及び開始コドンを含む翻訳開始領域並びに分泌シグナルペプチド領域から選ばれる1以上の領域が適正な形で結合されていることが望ましい。特に、転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域からなる3領域が結合されていることが好ましく、更に分泌シグナルペプチド領域がバチルス(Bacillus)属細菌のセルラーゼ遺伝子由来のものであり、転写開始制御領域及び翻訳開始制御領域が当該セルラーゼ遺伝子の開始コドンから始まる長さ0.6〜1kbの上流領域であるものが、目的のタンパク質又はポリペプチド遺伝子と適正な形で結合されていることが望ましい。例えば、特開2000-210081号公報や特開平4-190793号公報等に記載されているバチルス(Bacillus)属細菌、すなわちKSM-S237株(FERM BP-7875)、KSM-64株(FERM BP-2886)由来のセルラーゼ遺伝子の転写開始制御領域、翻訳開始領域及び分泌シグナルペプチド領域が目的のタンパク質又はポリペプチドの構造遺伝子と適正に結合されていることが望ましい。より具体的には配列番号1で示される塩基配列の塩基番号1〜659の塩基配列、配列番号3で示される塩基配列からなるセルラーゼ遺伝子の塩基番号1〜696の塩基配列、また当該塩基配列に対して70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA断片、又は上記いずれかの塩基配列からなるDNAとストリンジェントの条件でハイブリダイズし且つ遺伝子の転写、翻訳、分泌に関わる機能を有するDNA、或いは上記いずれかの塩基配列の一部が欠失した塩基配列からなるDNA断片が、目的のタンパク質又はポリペプチドの構造遺伝子と適正に結合されていることが望ましい。尚、ここで、上記塩基配列の一部が欠失した塩基配列からなるDNA断片とは、上記塩基配列の一部を欠失しているが、遺伝子の転写、翻訳、分泌に関わる機能を保持しているDNA断片を意味する。また此処で言うストリンジェントな条件とは、例えば[Molecular cloning-a Laboratory manual 2nd edition(Sambrookら、1989)]に記載の条件等が挙げられる。例えば、6XSSC(1XSSCの組成:0.15M塩化ナトリウム、0.015Mクエン酸ナトリウム、pH7.0)、0.5%SDS、5Xデンハート及び100mg/mLニシン精子DNAを含む溶液にプローブとともに65℃で8〜16時間恒温し、ハイブリダイズさせる条件が挙げられる。 The gene of the heterologous protein or polypeptide introduced into the host Bacillus subtilis is a control region involved in transcription, translation, and secretion of the gene upstream thereof, that is, a transcription initiation control region including a promoter and a transcription initiation site, a ribosome binding site It is desirable that at least one region selected from a translation initiation region including a start codon and a secretory signal peptide region is bound in an appropriate form. In particular, it is preferable that three regions consisting of a transcription initiation control region, a translation initiation control region and a secretion signal region are combined, and the secretion signal peptide region is derived from a cellulase gene of a bacterium belonging to the genus Bacillus. That the start control region and the translation start control region are upstream regions of 0.6 to 1 kb in length starting from the start codon of the cellulase gene are appropriately bound to the target protein or polypeptide gene desirable. For example, bacteria belonging to the genus Bacillus described in JP 2000-210081, JP 4-190793, and the like, that is, KSM-S237 strain (FERM BP-7875), KSM-64 strain (FERM BP- It is desirable that the transcription initiation regulatory region, the translation initiation region, and the secretory signal peptide region of the cellulase gene derived from 2886) are appropriately combined with the structural gene of the target protein or polypeptide. More specifically, the base sequence of base numbers 1 to 659 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, the base sequence of base numbers 1 to 696 of the cellulase gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3, and the base sequence DNA fragment comprising a base sequence having 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, further preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more, or any one of the above bases A DNA fragment comprising a nucleotide sequence that hybridizes to a DNA comprising a sequence under stringent conditions and has a function related to transcription, translation, or secretion of a gene, or a nucleotide sequence in which any one of the above nucleotide sequences is deleted, It is desirable that the target gene or polypeptide is appropriately bound to the structural gene. Here, a DNA fragment consisting of a base sequence from which a part of the base sequence has been deleted is a part of the base sequence that has been deleted, but retains functions related to gene transcription, translation, and secretion. Means a DNA fragment. The stringent conditions referred to herein include, for example, the conditions described in [Molecular cloning-a Laboratory manual 2nd edition (Sambrook et al., 1989)]. For example, 6XSSC (composition of 1XSSC: 0.15M sodium chloride, 0.015M sodium citrate, pH 7.0), 0.5% SDS, 5X Denhart and 100 mg / mL herring sperm DNA together with the probe at 65 ° C. for 8 to 16 hours Examples of the conditions include constant temperature and hybridization.
培養は、形質転換された菌株を同化性の炭素源、窒素源、その他の必須成分を含む培地に接種し、通常の微生物培養法にて行なうことができる。IPTGの添加は、培養開始時若しくは培養初期において行われ、タンパク質又はポリペプチドの生産性の点から、4μM〜15μMの範囲で行うことが好ましく、6μM〜10μMの範囲で行うのがより好ましい。
培養終了後、タンパク質又はポリペプチドを採取し、適宜精製することにより、目的のタンパク質又はポリペプチドを得ることができる。
斯くして、後記実施例に示すように、本発明の方法によれば、枯草菌変異株MGB874株を宿主として製造した場合と比較して、目的タンパク質又はポリペプチドの生産性が有意に向上される。
Culturing can be performed by inoculating the transformed strain into a medium containing an assimilable carbon source, nitrogen source, and other essential components, and using an ordinary microorganism culture method. The addition of IPTG is performed at the start of culture or at the initial stage of culture, and is preferably performed in the range of 4 μM to 15 μM, more preferably in the range of 6 μM to 10 μM from the viewpoint of protein or polypeptide productivity.
After completion of the culture, the target protein or polypeptide can be obtained by collecting the protein or polypeptide and purifying it appropriately.
Thus, as shown in the Examples below, according to the method of the present invention, the productivity of the target protein or polypeptide is significantly improved as compared with the case where the Bacillus subtilis mutant MGB874 strain is produced as a host. The
以下に、本発明の方法に用いられる組換え微生物の構築方法と及び当該組換え微生物を用いたセルラーゼの製造方法について具体的に説明する。 Below, the construction method of the recombinant microorganism used for the method of this invention and the manufacturing method of a cellulase using the said recombinant microorganism are demonstrated concretely.
以下の実施例におけるDNA断片増幅のためのポリメラーゼ連鎖反応(PCR)には、GeneAmp PCR System(アプライドバイオシステムズ)を使用し、Pyrobest DNA Polymerase(タカラバイオ)と付属の試薬類を用いてDNA増幅を行った。PCRの反応液組成は、適宜希釈した鋳型DNAを1μL、センス及びアンチセンスプライマーを各々20pmol及びPyrobest DNA Polymeraseを2.5U添加して、反応液総量を50μLとした。PCRの反応条件は、98℃で10秒間、55℃で30秒間及び72℃で1〜5分間(目的増幅産物に応じて調整。目安は1kbあたり1分間)の3段階の温度変化を30回繰り返した後、72℃で5分間反応させることにより行った。 For the polymerase chain reaction (PCR) for DNA fragment amplification in the following examples, GeneAmp PCR System (Applied Biosystems) is used, and DNA amplification is performed using Pyrobest DNA Polymerase (Takara Bio) and attached reagents. went. The PCR reaction solution composition was 1 μL of appropriately diluted template DNA, 20 pmol of sense and antisense primers and 2.5 U of Pyrobest DNA Polymerase, respectively, and the total amount of the reaction solution was 50 μL. PCR reaction conditions were 98 ° C for 10 seconds, 55 ° C for 30 seconds and 72 ° C for 1 to 5 minutes (adjusted according to the target amplification product, 1 minute per 1 kb). After repeating, the reaction was carried out at 72 ° C. for 5 minutes.
また、以下の実施例において、遺伝子の上流・下流とは、複製開始点からの位置ではなく、上流とは各操作・工程において対象として捉えている遺伝子の開始コドンの5’側に続く領域を示し、一方、下流とは各操作・工程において対象として捉えている遺伝子の終始コドンの3’側に続く領域を示す。 Further, in the following examples, upstream and downstream of a gene are not positions from the replication start point, but upstream is a region continuing on the 5 ′ side of the start codon of the gene that is regarded as a target in each operation / step. On the other hand, “downstream” indicates a region continuing 3 ′ of the stop codon of the gene taken as a target in each operation / step.
さらに、以下の実施例における各遺伝子及び遺伝子領域の名称は、Nature, 390, 249-256,(1997)で報告され、JAFAN: Japan Functional Analysis Network for Bacillus subtilis (BSORF DB)でインターネット公開(http://bacillus.genome.ad.jp/、2004年3月10日更新)された枯草菌ゲノムデータに基づいて記載している。 Furthermore, the names of the genes and gene regions in the following examples are reported in Nature, 390, 249-256, (1997), and published on the Internet at JAFAN: Japan Functional Analysis Network for Bacillus subtilis (BSORF DB) (http: //bacillus.genome.ad.jp/, updated March 10, 2004), based on genome data of Bacillus subtilis.
枯草菌の形質転換はコンピテントセル法(J. Bacteriol. 93, 1925 (1967))にて行った。すなわち、枯草菌株をSPI培地(0.20% 硫酸アンモニウム、1.40% リン酸水素二カリウム、0.60% リン酸二水素カリウム、0.10% クエン酸三ナトリウム二水和物、0.50% グルコース、0.02% カザミノ酸 (Difco)、5mM 硫酸マグネシウム、0.25μM 塩化マンガン、50μg/ml トリプトファン)において37℃で、生育度(OD600)の値が1程度になるまで振盪培養した。振盪培養後、培養液の一部を9倍量のSPII培地(0.20% 硫酸アンモニウム、1.40% リン酸水素二カリウム、0.60% リン酸二水素カリウム、0.10% クエン酸三ナトリウム二水和物、0.50% グルコース、0.01% カザミノ酸 (Difco)、5mM 硫酸マグネシウム、0.40μM 塩化マンガン、5μg/ml トリプトファン)に接種し、更に生育度(OD600)の値が0.4程度になるまで振盪培養することで、枯草菌株のコンピテントセルを調製した。 Bacillus subtilis was transformed by the competent cell method (J. Bacteriol. 93, 1925 (1967)). That is, the Bacillus subtilis strain is SPI medium (0.20% ammonium sulfate, 1.40% dipotassium hydrogen phosphate, 0.60% potassium dihydrogen phosphate, 0.10% trisodium citrate dihydrate, 0.50% glucose, 0.02% casamino acid (Difco) , 5 mM magnesium sulfate, 0.25 μM manganese chloride, 50 μg / ml tryptophan) at 37 ° C. with shaking until the degree of growth (OD600) is about 1. After shaking culture, a portion of the culture broth was added to 9 times the amount of SPII medium (0.20% ammonium sulfate, 1.40% dipotassium hydrogen phosphate, 0.60% potassium dihydrogen phosphate, 0.10% trisodium citrate dihydrate, 0.50% Inoculated with glucose, 0.01% casamino acid (Difco), 5mM magnesium sulfate, 0.40μM manganese chloride, 5μg / ml tryptophan) A competent cell was prepared.
次いで調製したコンピテントセル懸濁液(SPII培地における培養液)100μLに各種DNA断片を含む溶液(SOE−PCRの反応液等)5μLを添加し、37℃で1時間振盪培養後、適切な薬剤を含むLB寒天培地(1%トリプトン、0.5%酵母エキス、1%NaCl、1.5%寒天)に全量を塗沫した。37℃における静置培養の後、生育したコロニーを形質転換体として分離した。得られた形質転換体のゲノムを抽出し、これを鋳型とするPCRによって目的とするゲノム構造の改変が為されたことを確認した。 Next, 5 μL of a solution containing various DNA fragments (SOE-PCR reaction solution, etc.) is added to 100 μL of the prepared competent cell suspension (culture medium in SPII medium), and after shaking culture at 37 ° C. for 1 hour, an appropriate drug is obtained. LB agar medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract, 1% NaCl, 1.5% agar) containing the whole amount was smeared. After static culture at 37 ° C., the grown colonies were isolated as transformants. The genome of the obtained transformant was extracted, and it was confirmed that the intended genomic structure was altered by PCR using this as a template.
目的のタンパク質を発現するプラスミドの宿主微生物への導入は、プロトプラスト形質転換法(Mol. Gen. Genet. 168, 111 (1979))のによって行った。組換え微生物によるタンパク質生産用の培養には、LB培地(1%トリプトン、0.5%酵母エキス、1%NaCl)、2xL-マルトース培地(2%トリプトン、1%酵母エキス、1%NaCl、7.5%マルトース、7.5ppm硫酸マンガン4-5水和物)を用いた。 The plasmid expressing the target protein was introduced into the host microorganism by the protoplast transformation method (Mol. Gen. Genet. 168, 111 (1979)). LB medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract, 1% NaCl), 2xL-maltose medium (2% tryptone, 1% yeast extract, 1% NaCl, 7.5% maltose for protein production by recombinant microorganisms 7.5 ppm manganese sulfate 4-5 hydrate) was used.
実施例1 菌株の構築
(1)R-169株(MGB874ΔaprE::spec)の構築
aprE欠失用DNA断片の増幅は、まず、枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、表2に示したaprE-FW1とaprE/Sp-R、及びaprE/Sp-FとaprE-RVの各プライマーセットを用いてゲノム上のaprE遺伝子の上流に隣接する1.0kbp断片(A)、及び下流に隣接する1.0kbp断片(B)をそれぞれ調製し、さらに、表1に示したspf及びsprのプライマーセットを用いてプラスミドpDG1727(Gene, 167, 335, (1995))のスペクチノマイシン耐性遺伝子(C)を増幅した。得られた(A)(B)(C)の3断片を混合して鋳型とし、aprE-FW2とaprE-RV2のプライマーを用いてPCRを行ない、3断片を(A)-(C)-(B)の順になる様に結合させ、遺伝子欠失用のDNA断片を得た(図1参照)。このDNA断片を用いて、コンピテント法によりMGB874株(Biotech. Appl. Biochem. 46:169-178 2007)(DNA research 15, 73-81 2008)の形質転換を行い、スペクチノマイシン(0.5μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。さらに得られた形質転換体からゲノムDNAを抽出し、これを鋳型とするPCRによってaprE遺伝子がスペクチノマイシン耐性遺伝子と置換され、目的とする遺伝子が欠失されていることを確認した。以上のようにしてaprE欠失株(R-169株)を作製した。
Example 1 Construction of strain (1) Construction of R-169 strain (MGB874ΔaprE :: spec)
First, aprE-deficient DNA fragments were amplified using genomic DNA extracted from Bacillus subtilis strain 168 as a template, aprE-FW1 and aprE / Sp-R, and aprE / Sp-F and aprE-RV shown in Table 2. A 1.0 kbp fragment adjacent to the upstream of the aprE gene on the genome (A) and a 1.0 kbp fragment adjacent to the downstream (B) were prepared using each of the primer sets, and the spf and spr shown in Table 1 were further prepared. The spectinomycin resistance gene (C) of the plasmid pDG1727 (Gene, 167, 335, (1995)) was amplified using the primer set. The obtained 3 fragments of (A), (B), and (C) were mixed to form a template, PCR was performed using aprE-FW2 and aprE-RV2 primers, and the 3 fragments were (A)-(C)-( The DNA fragments for gene deletion were obtained by binding in the order of B) (see FIG. 1). Using this DNA fragment, transformation of MGB874 strain (Biotech. Appl. Biochem. 46: 169-178 2007) (DNA research 15, 73-81 2008) was performed by a competent method, and spectinomycin (0.5 μg / The colonies that grew on the LB agar medium containing mL) were isolated as transformants. Further, genomic DNA was extracted from the obtained transformant, and it was confirmed that the aprE gene was replaced with the spectinomycin resistance gene by PCR using this as a template, and the target gene was deleted. As described above, an aprE deletion strain (R-169 strain) was prepared.
(2)R-533株(MGB874ΔrocG::cat)の構築
R-169株を構築した手法と同様の手法にて行った。まず、枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、表3に示したrocG-FW1とrocG/Cm-R、及びrocG/Cm-FとrocG-RVの各プライマーセットを用いて、ゲノム上のrocG遺伝子の上流に隣接する1.0kbp断片(A)、及び下流に隣接する1.0kbp断片(B)をそれぞれ調製し、さらに、表1に示したCmFW及びCmRVのプライマーセットを用いて、プラスミドpC194(J. Bacteriol. 150 (2), 815 (1982))のクロラムフェニコール耐性遺伝子(C)を増幅した。次に、得られた(A)(B)(C)の3断片を混合して鋳型とし、rocG-FW2とrocG-RV2のプライマーを用いてPCRを行ない、3断片を(A)-(C)-(B)の順になる様に結合させ、遺伝子欠失用のDNA断片を得た(図1参照)。このDNA断片を用いて、コンピテント法によりMGB874株の形質転換を行い、クロラムフェニコール(10μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。さらに得られた形質転換体からゲノムDNAを抽出し、これを鋳型とするPCRによってrocG遺伝子がクロランフェニコール耐性遺伝子と置換され、目的とする遺伝子が欠失されていることを確認した。以上のようにしてrocG欠失株(R-533株)を作製した。
(2) Construction of R-533 strain (MGB874ΔrocG :: cat)
The procedure was the same as that used to construct R-169 strain. First, genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 strain was used as a template, and using the rocG-FW1 and rocG / Cm-R and rocG / Cm-F and rocG-RV primer sets shown in Table 3, A 1.0 kbp fragment adjacent to the upstream of the rocG gene (A) and a 1.0 kbp fragment adjacent to the downstream (B) were prepared, respectively, and further, using the CmFW and CmRV primer sets shown in Table 1, the plasmid pC194 The chloramphenicol resistance gene (C) of (J. Bacteriol. 150 (2), 815 (1982)) was amplified. Next, the obtained 3 fragments of (A), (B) and (C) were mixed and used as a template, PCR was performed using rocG-FW2 and rocG-RV2 primers, and the 3 fragments were converted to (A)-(C )-(B) in order, and a DNA fragment for gene deletion was obtained (see FIG. 1). Using this DNA fragment, the MGB874 strain was transformed by a competent method, and colonies grown on LB agar medium containing chloramphenicol (10 μg / mL) were isolated as transformants. Further, genomic DNA was extracted from the obtained transformant, and it was confirmed that the rocG gene was replaced with the chloramphenicol resistance gene by PCR using this as a template, and the target gene was deleted. A rocG deletion strain (R-533 strain) was prepared as described above.
(3)R-716株(R-533 aprE::Pspac-rocG spec)株の構築
まず、形質転換に使用するプラスミドDNAを構築する目的で、枯草菌ゲノムを鋳型として表4に示すプライマーrocG.f.SalIおよびrocG.f.SacIを用いて、制限酵素サイトSalI/SacIを両端に含むrocG遺伝子断片をPCRによって増幅した。さらに、増幅した遺伝子断片をIPTG(isopropyl s-D-thiogalactopyranoside)で発現制御が可能なPspacプロモーター(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 81, 439-443.(1984))を含むプラスミドpAPNC213(Microbiology 148, 3539-3552)のSalI/SacIサイトに挿入することで形質転換用プラスミドpAPNC-rocGを構築した。pAPNC-rocGは枯草菌168株由来aprE遺伝子の内部にPspacプロモーターと連結したrocG遺伝子(Psapc-rocG)およびスペクチノマイシン耐性遺伝子が挿入されており、形質転換によってゲノム上のaprEサイトにPspac-rocG遺伝子を挿入することが可能なプラスミドである。表4に示すプライマーrocG.f.1〜rocG.f.3およびrocG.r.1を用いてシーケンシングを行い、変異なくプラスミドが構築されたことを確認した後、コンピテント法によりR-533株の形質転換を行い、スペクチノマイシン(0.5μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。さらに得られた形質転換体からゲノムDNAを抽出し、これを鋳型とするPCRによってaprE遺伝子部位にPspac-rocG遺伝子およスペクチノマイシン耐性遺伝子が挿入されたことを確認した。以上のようにしてIPTGによりrocGの発現制御が可能な株(R-716株)を構築した。
(3) Construction of R-716 strain (R-533 aprE :: Pspac-rocG spec) First, for the purpose of constructing plasmid DNA used for transformation, primer rocG. Shown in Table 4 using Bacillus subtilis genome as a template. Using f.SalI and rocG.f.SacI, a rocG gene fragment containing restriction enzyme sites SalI / SacI at both ends was amplified by PCR. Furthermore, the plasmid pAPNC213 (Microbiology 148, containing the Pspac promoter (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81, 439-443. (1984)) capable of controlling expression of the amplified gene fragment with IPTG (isopropyl sD-thiogalactopyranoside). 3539-3552) was inserted into the SalI / SacI site to construct a transformation plasmid pAPNC-rocG. pAPNC-rocG has a rocG gene (Psapc-rocG) linked to the Pspac promoter and a spectinomycin resistance gene inserted into the aprE gene from Bacillus subtilis 168 strain, and Pspac-rocG is transformed into the aprE site on the genome by transformation. A plasmid into which a gene can be inserted. After sequencing using the primers rocG.f.1 to rocG.f.3 and rocG.r.1 shown in Table 4 and confirming that the plasmid was constructed without mutation, R-533 was prepared by a competent method. The strain was transformed, and colonies grown on LB agar medium containing spectinomycin (0.5 μg / mL) were isolated as transformants. Further, genomic DNA was extracted from the obtained transformant, and it was confirmed by PCR using this as a template that the Pspac-rocG gene and the spectinomycin resistance gene were inserted into the aprE gene site. A strain (R-716 strain) capable of controlling rocG expression by IPTG was constructed as described above.
実施例2(各変異株のタンパク質生産性評価)
実施例1にて得られたR-169株、R-533株、R-716株のタンパク質生産性評価は、配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるアルカリセルラーゼの生産性を指標として行った。
アルカリセルラーゼの生産性評価に関しては、まず、実施例1にて得られたR-169株、R-533株、R-716株に、Bacillus属細菌 KSM-S237株(FERM BP-7875)由来のアルカリセルラーゼ遺伝子(特開2000-210081号公報)をコードするDNA断片(3.1kb)が、シャトルベクターpHY300PLKのBamHI制限酵素切断点に挿入された組換えプラスミドpHY-S237をプロトプラスト形質転換法によって導入した。これによって得られた菌株を5mLのLB培地で30℃で15時間振盪培養を行い、更にこの培養液0.6mLを30mLの2xL−マルトース培地(2%トリプトン、1%酵母エキス、1%塩化ナトリウム、7.5%マルトース、7.5ppm硫酸マンガン4-5水和物、15ppmテトラサイクリン)に接種し、30℃で3日間、振盪培養を行った。R-716株の生産性評価の際にはrocGを転写誘導する目的でIPTGを適宜、培養開始時に添加した。また、培養は測定誤差を考慮して各々3回ずつ行った。培養後、遠心分離によって菌体を除いた培養液上清のアルカリセルラーゼ活性を測定し、菌体外に分泌生産されたアルカリセルラーゼの量を求めた。セルラーゼ活性測定については、1/7.5M リン酸緩衝液(pH7.4 和光純薬)で適宜希釈したサンプル溶液50μLに0.4mM p-nitrophenyl-β-D-cellotrioside(生化学工業)を50μL加えて混和し、30℃にて反応を行った際に遊離するp-ニトロフェノール量を420nmにおける吸光度(OD420nm)変化により定量した。1分間に1μmolのp-ニトロフェノールを遊離させる酵素量を1Uとし、生産性比較はMGB874株の生産性を100%とする相対値により比較した(表5)。
Example 2 (Evaluation of protein productivity of each mutant)
The protein productivity of the R-169 strain, R-533 strain, and R-716 strain obtained in Example 1 was evaluated using the productivity of alkaline cellulase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 as an index.
Regarding the evaluation of alkaline cellulase productivity, first, the R-169 strain, R-533 strain, and R-716 strain obtained in Example 1 were derived from the Bacillus genus bacteria KSM-S237 strain (FERM BP-7875). A recombinant plasmid pHY-S237 in which a DNA fragment (3.1 kb) encoding an alkaline cellulase gene (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-210081) was inserted at the BamHI restriction enzyme cleavage point of the shuttle vector pHY300PLK was introduced by protoplast transformation. . The obtained strain was shaken and cultured in 5 mL of LB medium at 30 ° C. for 15 hours, and 0.6 mL of this culture solution was further added to 30 mL of 2 × L-maltose medium (2% tryptone, 1% yeast extract, 1% sodium chloride, 7.5% maltose, 7.5ppm manganese sulfate 4-5 hydrate, 15ppm tetracycline) and shake culture at 30 ° C for 3 days. When evaluating the productivity of the R-716 strain, IPTG was appropriately added at the start of culture for the purpose of inducing transcription of rocG. Further, the culture was performed three times each in consideration of measurement errors. After culturing, the alkaline cellulase activity of the culture supernatant after removing the cells by centrifugation was measured, and the amount of the alkaline cellulase secreted and produced outside the cells was determined. For the measurement of cellulase activity, 50 μL of 0.4 mM p-nitrophenyl-β-D-cellotrioside (Seikagaku) was added to 50 μL of a sample solution appropriately diluted with 1 / 7.5 M phosphate buffer (pH 7.4 Wako Pure Chemical Industries). The amount of p-nitrophenol liberated when mixed and reacted at 30 ° C. was quantified by the change in absorbance at 420 nm (OD420 nm). The amount of enzyme that liberates 1 μmol of p-nitrophenol per minute was defined as 1 U, and the productivity comparison was made by relative values with the productivity of the MGB874 strain as 100% (Table 5).
R-533株の生産性評価結果から、RocGの欠失は顕著な生産性の低下を引き起こす一方で、R-716株においてIPTGを4μMから15μM加えrocGを緩やかに発現した場合にMGB874株よりも高い生産性を発揮した。なお、R-169株の生産性がMGB874株と同等であることから、R-716株を構築する際に生じたaprE遺伝子の欠失は生産性増加に影響がないと判断できる。 From the results of productivity evaluation of the R-533 strain, RocG deletion caused a significant decrease in productivity, while in the R-716 strain, when IPTG was added 4 μM to 15 μM and rocG was expressed slowly, compared to the MGB874 strain High productivity was demonstrated. Since the productivity of the R-169 strain is equivalent to that of the MGB874 strain, it can be determined that the deletion of the aprE gene generated when the R-716 strain is constructed does not affect the increase in productivity.
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