JP5602982B2 - Method for producing succinic acid - Google Patents

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Description

本発明は、コリネ型細菌等の細菌を用いたコハク酸の製造に関するものである。   The present invention relates to the production of succinic acid using bacteria such as coryneform bacteria.

コハク酸を発酵により生産する場合、通常、Anaerobiospirillum属、Actinobacillus属等の嫌気性細菌が用いられている(特許文献1及び2、非特許文献1)。嫌気性細菌を用いる場合は、生産物の収率が高いが、その一方では、増殖するために多くの栄養素を要求するために、培地中に多量のCSL(コーンスティープリカー)などの有機窒素源を添加する必要がある。これらの有機窒素源を多量に添加することは培地コストの上昇をもたらすだけでなく、生産物を取り出す際の精製コストの上昇にもつながり経済的でない。   When producing succinic acid by fermentation, anaerobic bacteria such as Anaerobiospirillum genus and Actinobacillus genus are usually used (Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Document 1). When anaerobic bacteria are used, the yield of the product is high, but on the other hand, a large amount of organic nitrogen sources such as CSL (corn steep liquor) in the medium because it requires many nutrients to grow. Need to be added. Adding a large amount of these organic nitrogen sources not only leads to an increase in culture medium cost, but also increases the purification cost when taking out the product, which is not economical.

また、コリネ型細菌のような好気性細菌を好気性条件下で一度培養し、菌体を増殖させた後、集菌、洗浄し、静止菌体として酸素を通気せずにコハク酸を生産する方法も知られている(特許文献3及び4)。この場合、菌体を増殖させるに当たっては、有機窒素の添加量が少なくてよく、簡単な培地で十分増殖できるため経済的ではあるが、コハク酸の生成量、生成濃度、及び菌体当たりの生産速度の向上、製造プロセスの簡略化等、改善の余地があった。また、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼの活性を増強させた細菌を用いたコハク酸の発酵生産などが報告されていたが(例えば、特許文献5参照)、グリオキシル酸回路の酵素であるイソシトレートリアーゼ及びマレートシンターゼを活性化させた細菌を用いてコハク酸を製造することは、これまで報告されていなかった。
米国特許第5,143,834号公報 米国特許第5,504,004号公報 特開平11−113588号公報 特開平11−196888号公報 特開平11−196887号公報 International Journal of Systematic Bacteriology (1999), 49,207-216
In addition, aerobic bacteria such as coryneform bacteria are once cultured under aerobic conditions, and after growing the cells, they are collected and washed to produce succinic acid as a stationary cell without aeration of oxygen. Methods are also known (Patent Documents 3 and 4). In this case, it is economical because the amount of organic nitrogen added is small and sufficient growth can be achieved with a simple medium. However, the amount of succinic acid produced, the concentration produced, and the production per cell There was room for improvement, such as speed improvement and simplification of the manufacturing process. In addition, fermentative production of succinic acid using a bacterium having enhanced activity of phosphoenolpyruvate carboxylase has been reported (see, for example, Patent Document 5), but isocitrate lyase, which is an enzyme of the glyoxylate cycle, and The production of succinic acid using bacteria in which malate synthase has been activated has not been reported so far.
US Pat. No. 5,143,834 US Pat. No. 5,504,004 JP-A-11-113588 JP 11-196888 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-196887 International Journal of Systematic Bacteriology (1999), 49,207-216

本発明の課題は、より生産効率の高いコハク酸の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for producing succinic acid with higher production efficiency.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、グリオキシル酸回路の鍵酵素であるイソシトレートリアーゼ及びマレートシンターゼの活性が増強した細菌あるいはその処理物を、炭酸イオン、重炭酸イオンまたは二酸化炭素ガスを含有する反応液中で有機原料に作用させることにより、有機原料の消費速度、コハク酸の生成速度、あるいは、収率が高まることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that bacteria having enhanced activities of isocitrate lyase and malate synthase, which are key enzymes of the glyoxylate cycle, or treated products thereof, carbonate ions, In order to complete the present invention, it is found that by acting on an organic raw material in a reaction solution containing bicarbonate ion or carbon dioxide gas, the consumption rate of the organic raw material, the generation rate of succinic acid, or the yield is increased. It came.

すなわち本発明によれば、以下の発明が提供される。   That is, according to the present invention, the following inventions are provided.

(1)イソシトレートリアーゼ及びマレートシンターゼの活性が増強した細菌または該細菌の処理物を、炭酸イオン、重炭酸イオンまたは二酸化炭素ガスを含有する反応液中で有機原料に作用させてコハク酸を生成させ、該コハク酸を回収することを特徴とするコハク酸の製造方法。   (1) A succinic acid obtained by allowing a bacterium having enhanced activities of isocitrate lyase and malate synthase or a processed product of the bacterium to act on an organic raw material in a reaction solution containing carbonate ion, bicarbonate ion or carbon dioxide gas. And producing the succinic acid, and recovering the succinic acid.

(2)前記細菌が、イソシトレートリアーゼ及びマレートシンターゼの活性が増強する
ように改変された細菌である、(1)の方法。
(2) The method according to (1), wherein the bacterium is modified so that the activities of isocitrate lyase and malate synthase are enhanced.

(3)前記細菌が、イソシトレートリアーゼをコードする遺伝子及びマレートシンターゼをコードする遺伝子を、糖類を主な炭素源とする培地において機能するプロモーターの制御下に置くことによって改変された細菌である、(2)の方法。   (3) The bacterium is a bacterium modified by placing an isocitrate triase-encoding gene and a malate synthase-encoding gene under the control of a promoter that functions in a medium containing saccharide as a main carbon source. There is a method of (2).

(4)前記細菌が、さらに、ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が、非改変株に比べて10%以下に低減化するように改変された細菌である、(1)〜(3)のいずれかの方法。   (4) The method according to any one of (1) to (3), wherein the bacterium is further modified so that lactate dehydrogenase activity is reduced to 10% or less as compared to an unmodified strain.

(5)前記細菌が、コリネ型細菌、バチルス属細菌、又はリゾビウム属細菌からなる群より選ばれるいずれかの細菌である、(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。   (5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the bacterium is any bacterium selected from the group consisting of a coryneform bacterium, a Bacillus bacterium, or a Rhizobium bacterium.

(6)有機原料を嫌気的雰囲気下で作用させることを特徴する(1)〜(5)のいずれかの方法。   (6) The method according to any one of (1) to (5), wherein the organic raw material is allowed to act in an anaerobic atmosphere.

(7)有機原料が、グルコースまたはシュークロースである(1)〜(6)のいずれかの方法。   (7) The method according to any one of (1) to (6), wherein the organic raw material is glucose or sucrose.

(8)(1)〜(7)のいずれかの方法によりコハク酸を製造する工程、及び得られたコハク酸を重合させる工程を含む、コハク酸含有ポリマーの製造方法。
また、本発明によれば、以下の発明も提供される。
イソシトレートリアーゼをコードする遺伝子及びマレートシンターゼをコードする遺伝子を、糖類を主な炭素源とする培地において機能するプロモーターであるフルクトース−1,6− 二リン酸アルドラーゼ遺伝子のプロモーターの制御下に置くことによって、イ
ソシトレートリアーゼ及びマレートシンターゼの活性が増強するように改変されたコリネ型細菌または該コリネ型細菌の処理物を、炭酸イオン、重炭酸イオンまたは二酸化炭素ガ
スを含有する反応液中で、嫌気的雰囲気下でグルコースまたはシュークロースに作用させてコハク酸を生成させ、該コハク酸を回収することを特徴とするコハク酸の製造方法。
(8) A method for producing a succinic acid-containing polymer, comprising a step of producing succinic acid by any one of methods (1) to (7) and a step of polymerizing the obtained succinic acid.
The present invention also provides the following inventions.
The gene encoding isocitrate triase and the gene encoding malate synthase are under the control of the fructose-1,6-diphosphate aldolase gene promoter, which is a promoter that functions in a medium containing saccharides as the main carbon source. By placing
Coryneform bacteria modified so that the activities of socitrate lyase and malate synthase are enhanced or a processed product of the coryneform bacteria is treated with carbonate ion, bicarbonate ion or carbon dioxide gas.
A method for producing succinic acid, comprising reacting glucose or sucrose in an anaerobic atmosphere in a reaction solution containing succinic acid to produce succinic acid, and recovering the succinic acid.

本発明の製造方法によれば、迅速かつ高効率でコハク酸を製造することができる。得られたコハク酸は食品添加物や医薬品、化粧品等に用いることができる。また、得られたコハク酸を原料として重合反応を行うことによりコハク酸含有ポリマーを製造することもできる。   According to the production method of the present invention, succinic acid can be produced quickly and with high efficiency. The obtained succinic acid can be used for food additives, pharmaceuticals, cosmetics and the like. A succinic acid-containing polymer can also be produced by performing a polymerization reaction using the obtained succinic acid as a raw material.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の製造方法に用いることのできる細菌は、イソシトレートリアーゼ及びマレートシンターゼの活性が増強した細菌である。以下、イソシトレートリアーゼ及びマレートシンターゼをそれぞれICL、MSと表記することがある。
「ICL及びMSの活性が増強した」とは、野生株などの非改変株と比較してこれらの酵素の活性が増強した場合や、通常の培養条件、例えば、糖類を主たる炭素源とする培養条件で培養したときと比較してこれらの酵素の活性が増強した場合を含む。ICL及びMSの活性は、非改変株または通常の培養条件と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上増強されていることが好ましく、2倍以上増強されていることがより好ましい。
ICLはイソクエン酸をコハク酸とグリオキシル酸に変換する反応を触媒する酵素であり、ICL活性は後述するような Reinscheidらの方法(J.Bacteriology 176 3474,1994)によって、測定することができる。
MSはグリオキシル酸とアセチルCoAからリンゴ酸を生成する反応を触媒する酵素であり、MS活性はDixonらの方法(Biochemical J. 72 3P,1959)によって測定することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
Bacteria that can be used in the production method of the present invention are bacteria with enhanced activities of isocitrate lyase and malate synthase. Hereinafter, isocitrate triase and malate synthase may be referred to as ICL and MS, respectively.
"ICL and MS activities are enhanced" means that the activity of these enzymes is enhanced compared to non-modified strains such as wild strains, or normal culture conditions, for example, culture using saccharides as the main carbon source. This includes the case where the activities of these enzymes are enhanced as compared to when cultured under conditions. The activity of ICL and MS is preferably enhanced 1.5 times or more per unit cell weight, more preferably enhanced 2 times or more, compared with the unmodified strain or normal culture conditions.
ICL is an enzyme that catalyzes the reaction of converting isocitrate into succinic acid and glyoxylic acid, and ICL activity can be measured by the method of Reinscheid et al. (J. Bacteriology 176 3474, 1994) as described later.
MS is an enzyme that catalyzes a reaction for producing malic acid from glyoxylic acid and acetyl CoA, and MS activity can be measured by the method of Dixon et al. (Biochemical J. 72 3P, 1959).

ICLおよびMSの活性の増強は、遺伝子組換え法、例えば、ICLをコードする遺伝子及びMSをコードする遺伝子のコピー数を高めること、またはこれらの遺伝子のプロモーターを置換することによって行うことができる。
一方、ICL及びMSは、酢酸や脂肪酸などを培地に添加することで行うことで誘導され、グルコースなどの糖類を主炭素源とした場合は転写レベルでそれらの発現が抑制されることが報告されている(Gerstmeir R. et al. Journal of Biotechnology 104 (2003) 99-1
22)。従って、これらの酵素の活性化は、酢酸若しくは脂肪酸を培地中に添加して菌体を培養することによっても行うことができる。この場合、酢酸若しくは脂肪酸を1mM〜1Mの濃度で培地に添加することが好ましい。
The activity of ICL and MS can be enhanced by gene recombination, for example, by increasing the copy number of the gene encoding ICL and the gene encoding MS, or by replacing the promoter of these genes.
On the other hand, ICL and MS are induced by adding acetic acid or fatty acid to the medium, and it is reported that their expression is suppressed at the transcription level when sugars such as glucose are used as the main carbon source. (Gerstmeir R. et al. Journal of Biotechnology 104 (2003) 99-1
twenty two). Therefore, activation of these enzymes can also be performed by adding acetic acid or a fatty acid to the medium and culturing the cells. In this case, it is preferable to add acetic acid or fatty acid to the medium at a concentration of 1 mM to 1 M.

本発明に使用できる細菌の親株は、コハク酸を生産しうるものであれば特に限定されないが、コリネ型細菌(coryneform bacterium)、バチルス属細菌、又はリゾビウム属細菌が好ましく、コリネ型細菌がより好ましい。
バチルス属細菌としては、バチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis)、バチルス・アミロリケファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)、バチルス・プミルス(Bacillus pumilus)、バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermophilus)等が挙げられ、リゾビウム属細菌としては、リゾビウム・エトリ(Rhizobium etli)などが挙げられる。
コリネ型細菌としては、コリネバクテリウム属に属する微生物、ブレビバクテリウム属に属する微生物又はアースロバクター属に属する微生物が挙げられ、このうち好ましくは、コリネバクテリウム属又はブレビバクテリウム属に属するものが挙げられ、更に好ましくは、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)又はブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)に属する微生物が挙げられる。
The parent strain of the bacterium that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it can produce succinic acid, but is preferably a coryneform bacterium, a Bacillus bacterium, or a Rhizobium bacterium, and more preferably a coryneform bacterium. .
Examples of Bacillus bacteria include Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus pumilus, Bacillus stearothermophilus, etc., and Rhizobium genus Examples of bacteria include Rhizobium etli.
Examples of coryneform bacteria include microorganisms belonging to the genus Corynebacterium, microorganisms belonging to the genus Brevibacterium, or microorganisms belonging to the genus Arthrobacter, and among these, those belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium More preferably, Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, Brevibacterium ammoniagenes or Brevibacterium lactofermentum And microorganisms belonging to

上記細菌の親株の特に好ましい具体例としては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ-233(FERM BP-1497)、同MJ-233 AB-41(FERM BP-1498)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス ATCC6872、コリネバクテリウム・グルタミカム ATCC31831、及びブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムATCC13869等が挙げられる。なお、ブレビバクテリウム・フラバムは、現在、コリネバクテリウム・グルタミカムに分類される場合もあることから(Lielbl, W., Ehrmann, M., Ludwig, W. and Schleifer, K. H., International Journal of Systematic Bacteriology, 1991, vol. 41, p255-260)、本発明においては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ-233株、及びその変異株MJ-233 AB-41株はそれぞれ、コリネバクテリウム・グルタミカムMJ-233株及びMJ-233 AB-41株と同一の株であるものとする。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ-233は、1975年4月28日に通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所(現独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター)(〒305-8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に受託番号FERM P-3068として寄託され、1981年5月1日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、FERM BP-1497の受託番号で寄託されている。
Particularly preferred specific examples of the parent strains of the above bacteria include Brevibacterium flavum MJ-233 (FERM BP-1497), MJ-233 AB-41 (FERM BP-1498), Brevibacterium ammoniagenes ATCC6872, Coryne And bacteria glutamicum ATCC31831 and Brevibacterium lactofermentum ATCC13869. Since Brevibacterium flavum is currently classified as Corynebacterium glutamicum (Lielbl, W., Ehrmann, M., Ludwig, W. and Schleifer, KH, International Journal of Systematic Bacteriology , 1991, vol. 41, p255-260), in the present invention, the Brevibacterium flavum MJ-233 strain and the mutant MJ-233 AB-41 strain are the Corynebacterium glutamicum MJ-233 strain, respectively. And the same strain as the MJ-233 AB-41 strain.
Brevibacterium flavum MJ-233 was established on April 28, 1975 by the Ministry of International Trade and Industry, Ministry of International Trade and Industry, Microbial Industrial Technology Research Institute (currently the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center) (305-8566 Japan) Deposited as FERM P-3068 at Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, 1-chome, 1-chome, 1st 6th), transferred to an international deposit based on the Budapest Treaty on May 1, 1981, and deposited with a deposit number of FERM BP-1497 Has been.

本発明の方法において親株として用いられる上記細菌は、野生株だけでなく、UV照射やNTG処理等の通常の変異処理により得られる変異株、細胞融合もしくは遺伝子組換え法などの遺伝学的手法により誘導される組換え株などのいずれの株であってもよい。尚、上記遺伝子組み換え株の宿主としては、形質転換可能な微生物であれば、親株と同じ属種であっても良いし、属種の異なるものであっても良いが、上述のような好気性細菌を宿主とするのが好ましい。   The bacterium used as a parent strain in the method of the present invention is not only a wild strain, but also a mutant obtained by normal mutation treatment such as UV irradiation or NTG treatment, genetic techniques such as cell fusion or gene recombination. Any strain such as a recombinant strain to be induced may be used. The host of the genetically modified strain may be the same genus species as the parent strain or may be different from the genus species as long as it is a transformable microorganism. Bacteria are preferred as hosts.

ICL遺伝子およびMS遺伝子を用いて、ICL活性およびMS活性が増強するように改変する場合、用いることのできる遺伝子は、それぞれ、ICL活性またはMS活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、ICL遺伝子は配列番号9の塩基番号471−1766の塩基配列、MS遺伝子は配列番号13の塩基番号468−2684に示す塩基配列を有するブレビバクテリウム・フラバムMJ-233株由来の遺伝子を挙げることができる。また、これらの遺伝子は、ICL活性またはMS活性を有するタンパク質をコードするものである限り、上記塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズす
るDNA、または上記塩基配列と90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上の相同性を有するDNAのようなホモログであってもよい。ここで、ストリンジェントな条件としては、通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件である60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度でハイブリダイズする条件が挙げられる。
また、ICL遺伝子は、配列番号10のアミノ酸配列と90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上の相同性を有し、ICL活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよく、MS遺伝子は、配列番号14のアミノ酸配列と90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上の相同性を有し、MS活性を有するタンパク質をコードするDNAであってもよい。
When the ICL gene and the MS gene are used for modification so that the ICL activity and the MS activity are enhanced, the gene that can be used is not particularly limited as long as it encodes a protein having the ICL activity or the MS activity. The ICL gene is the nucleotide sequence of nucleotide numbers 471 to 1766 of SEQ ID NO: 9, and the MS gene is a gene derived from Brevibacterium flavum MJ-233 having the nucleotide sequence of nucleotide numbers 468 to 2684 of SEQ ID NO: 13. Can do. In addition, as long as these genes encode proteins having ICL activity or MS activity, 90% or more, preferably DNA that hybridizes with DNA having the above base sequence under stringent conditions, or the above base sequence. May be a homologue such as DNA having a homology of 95% or more, more preferably 99% or more. Here, as stringent conditions, it corresponds to 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, which is a normal washing condition for Southern hybridization. The conditions for hybridizing at a salt concentration are included.
Further, the ICL gene may be a DNA encoding a protein having 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 99% or more homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10 and having ICL activity. The MS gene may be DNA encoding a protein having MS activity with 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 99% or more homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 14.

また、ブレビバクテリウム・フラバムMJ-233以外の細菌、または他の微生物又は動植物由来のICL遺伝子およびMS遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のICL遺伝子およびMS遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基いて、それぞれICL活性およびMS活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列にしたがって合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法によりそのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって、取得することができる。   In addition, ICL genes and MS genes derived from bacteria other than Brevibacterium flavum MJ-233, or from other microorganisms or animals and plants can also be used. ICL genes and MS genes derived from microorganisms or animals and plants are based on genes whose homology has already been determined, homology, etc., and genes encoding proteins having ICL activity and MS activity from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc. Those isolated and determined in nucleotide sequence can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

ICLおよびMSの活性を高めるためには、例えば、上記のようなDNAを宿主微生物で機能しうるプラスミドに発現可能に組込み、宿主微生物に導入すればよい。なお、ICL遺伝子とMS遺伝子は別々のプラスミドを用いて導入してもよいし、同一プラスミドに両遺伝子を搭載して導入してもよい。
ICL遺伝子およびMS遺伝子を組み込むことができるプラスミドベクターとしては、宿主細菌内での複製増殖機能を司る遺伝子を少なくとも含むものであれば特に制限されない。コリネ型細菌に遺伝子を導入するために使用できるプラスミドの具体例としては、特開平3−210184号公報に記載のプラスミドpCRY30;特開平2−72876号公報及び米国特許5,185,262号明細書公報に記載のプラスミドpCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KE及びpCRY3KX;特開平1−191686号公報に記載のプラスミドpCRY2およびpCRY3;特開昭58−67679号公報に記載のpAM330;特開昭58−77895号公報に記載のpHM1519;特開昭58−192900号公報に記載のpAJ655、pAJ611及びpAJ1844;特開昭57−134500号公報に記載のpCG1;特開昭58−35197号公報に記載のpCG2;特開昭57−183799号公報に記載のpCG4およびpCG11等を挙げることができる。
それらの中でもコリネ型細菌の宿主−ベクター系で用いられるプラスミドベクターとしては、コリネ型細菌内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子とコリネ型細菌内でプラスミドの安定化機能を司る遺伝子とを有するものが好ましく、例えば、プラスミドpCRY30、pCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KEおよびpCRY3KX等が好適に使用される。
In order to enhance the activity of ICL and MS, for example, the above DNA may be incorporated into a plasmid capable of functioning in the host microorganism so as to be expressed and introduced into the host microorganism. The ICL gene and the MS gene may be introduced using different plasmids, or both genes may be loaded on the same plasmid.
The plasmid vector into which the ICL gene and the MS gene can be incorporated is not particularly limited as long as it contains at least a gene that controls the replication growth function in the host bacterium. Specific examples of plasmids that can be used to introduce genes into coryneform bacteria include plasmid pCRY30 described in JP-A-3-210184; JP-A-2-72876 and US Pat. No. 5,185,262. Plasmids pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE and pCRY3KX described in the publication; plasmids pCRY2 and pCRY3 described in JP-A-1-191686; PHM1519 described in JP-A-77895; pAJ655, pAJ611 and pAJ1844 described in JP-A-58-192900; pCG1 described in JP-A-57-134500; pCG2 described in JP-A-58-35197 It can be mentioned pCG4 and pCG11 like described in JP 57-183799 JP.
Among them, plasmid vectors used in the host-vector system of coryneform bacteria have a gene responsible for the replication and replication function of the plasmid in coryneform bacteria and a gene responsible for the plasmid stabilization function in coryneform bacteria. For example, plasmids pCRY30, pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE and pCRY3KX are preferably used.

なお、DNAの切断、連結、その他、染色体DNAの調製、PCR、プラスミドDNAの調製、形質転換、プライマーとして用いるオリゴヌクレオチドの設定等の方法は、当業者によく知られている通常の方法を採用することができる。これらの方法は、Sambrook, J., Fritsch, E. F., and Maniatis, T., "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, (1989)等に記載されている。   In addition, DNA cleavage, ligation, and other methods such as chromosomal DNA preparation, PCR, plasmid DNA preparation, transformation, setting of oligonucleotides used as primers, etc. adopt ordinary methods well known to those skilled in the art. can do. These methods are described in Sambrook, J., Fritsch, EF, and Maniatis, T., “Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition”, Cold Spring Harbor Laboratory Press, (1989), etc.

ICL遺伝子およびMS遺伝子を、上記したようなコリネ型細菌内で複製可能なプラスミドベクターの適当な部位に挿入して得られる組み換えベクターで、コリネ型細菌、例えばブ
レビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)MJ-233株(FERM BP-1497)を形質転換することにより、ICL遺伝子およびMS遺伝子の発現が増加したコリネ型細菌が得られる。
形質転換は、例えば、電気パルス法(Res. Microbiol., Vol.144, p.181-185, 1993)等によって行うことができる。
また、ICLおよびMSの活性の増強は、公知の相同組換え法によって染色体上でICL遺伝子およびMS遺伝子を多コピー化させることによって行うこともできる。
また、ICLおよびMSの活性の増強は、宿主染色体上でICL遺伝子およびMS遺伝子のプロモーターを置換または改変することによっても行うことができる。プロモーター置換の方法としては、例えば、sacB遺伝子を用いる方法(Schafer,A.et al.Gene 145 (1994)69-73)が挙げられる。
A recombinant vector obtained by inserting the ICL gene and the MS gene into an appropriate site of a plasmid vector that can replicate in the coryneform bacterium as described above, such as a coryneform bacterium such as Brevibacterium flavum MJ. By transforming the -233 strain (FERM BP-1497), coryneform bacteria with increased expression of the ICL gene and the MS gene can be obtained.
Transformation can be performed by, for example, the electric pulse method (Res. Microbiol., Vol. 144, p.181-185, 1993).
Further, the activity of ICL and MS can be enhanced by making multiple copies of the ICL gene and the MS gene on the chromosome by a known homologous recombination method.
The activity of ICL and MS can also be enhanced by replacing or modifying the promoters of ICL gene and MS gene on the host chromosome. Examples of the promoter replacement method include a method using the sacB gene (Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73).

上記組み換えプラスミドによる導入または染色体上への相同組換えにおいて、ICL遺伝子およびMS遺伝子を発現させるためのプロモーター、または染色体上のICL遺伝子およびMS遺伝子のプロモーターを置換するために使用するプロモーターは、宿主細菌で機能しうるものであれば特に制限されないが、嫌気的条件下で転写活性が抑制されないプロモーターが好ましく、例えば、大腸菌で用いられるtacプロモーターや、trcプロモーターなどが挙げられる。また、糖類を主炭素源として菌体を培養する場合は、該条件下で機能するプロモーターを用いることができ、例えば、フルクトース−1,6−二リン酸アルドラーゼ(FBA)のプロモーター(例えば、配列番号9の塩基番号1−460)を用いることができる。
このように、プロモーターを適宜選択することによって、ICL遺伝子およびMS遺伝子の発現量の調節が可能である。
以上、コリネ型細菌を用いる例を述べたが、他の細菌を用いる場合も同様の方法によって、ICLおよびMSの活性増強を達成することができる。
In the introduction by the above recombinant plasmid or homologous recombination on the chromosome, the promoter for expressing the ICL gene and the MS gene or the promoter used for replacing the promoter of the ICL gene and the MS gene on the chromosome is a host bacterium. The promoter is not particularly limited as long as it can function, but a promoter whose transcriptional activity is not suppressed under anaerobic conditions is preferable. Examples thereof include a tac promoter used in Escherichia coli and a trc promoter. In the case of culturing bacterial cells using saccharides as a main carbon source, a promoter that functions under the above conditions can be used. For example, a fructose-1,6-bisphosphate aldolase (FBA) promoter (for example, a sequence) Base number 1-460 of number 9 can be used.
Thus, the expression levels of the ICL gene and the MS gene can be regulated by appropriately selecting a promoter.
As mentioned above, although the example using coryneform bacteria was described, also when using other bacteria, the activity enhancement of ICL and MS can be achieved by the same method.

本反応においては、ICLおよびMSの活性増強に加えて、ラクテートデヒドロゲナーゼ(LDHともよぶ)活性が低減化するように改変された細菌株を用いるとより有効である。ここで、「ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が低減化された」とは、ラクテートデヒドロゲナーゼ非改変株と比較してラクテートデヒドロゲナーゼ活性が低下していることをいう。ラクテートデヒドロゲナーゼ活性は、ラクテートデヒドロゲナーゼ非改変株と比較して、菌体当たり10%以下に低減化されていることが好ましい。また、ラクテートデヒドロゲナーゼ活性は完全に欠損していてもよい。ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が低減化されたことは、公知の方法(L.Kanarek and R.L.Hill, J. Biol. Chem.239, 4202 (1964))によりラクテートデヒドロゲナーゼ活性を測定することによって確認することができる。コリネ型細菌のラクテートデヒドロゲナーゼ活性の低減化した変異株の具体的な製造方法としては、特開平11−206385号公報に記載されている染色体への相同組換えによる方法、あるいは、sacB遺伝子を用いる方法(Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73)等が挙げられる。LDH活性が低減化されICL遺伝子およびMS遺伝子の発現が増強されたコリネ型細菌は、LDH遺伝子が破壊された細菌を作製し、該細菌をICL遺伝子およびMS遺伝子を含む組換えベクターで形質転換することにより得ることができる。ただし、LDH活性低減化のための改変操作とICLおよびMSの活性増強のため改変操作はどちらを先に行ってもよい。   In this reaction, it is more effective to use a bacterial strain modified to reduce lactate dehydrogenase (also referred to as LDH) activity in addition to the enhancement of ICL and MS activities. Here, “the lactate dehydrogenase activity is reduced” means that the lactate dehydrogenase activity is reduced as compared with the unmodified strain of lactate dehydrogenase. It is preferable that the lactate dehydrogenase activity is reduced to 10% or less per microbial cell as compared with the lactate dehydrogenase non-modified strain. In addition, lactate dehydrogenase activity may be completely deficient. Reduction of lactate dehydrogenase activity is confirmed by measuring lactate dehydrogenase activity by a known method (L. Kanarek and RL Hill, J. Biol. Chem. 239, 4202 (1964)). Can do. As a specific method for producing a mutant having reduced lactate dehydrogenase activity of coryneform bacteria, a method by homologous recombination to a chromosome described in JP-A-11-206385 or a method using a sacB gene (Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73). Coryneform bacterium with reduced LDH activity and enhanced expression of ICL gene and MS gene creates a bacterium with disrupted LDH gene and transforms the bacterium with a recombinant vector containing ICL gene and MS gene Can be obtained. However, either the modification operation for reducing LDH activity or the modification operation for enhancing activity of ICL and MS may be performed first.

また、本発明に用いる細菌は、ICLおよびMSの活性増強に加えて、ピルビン酸カルボキシラーゼ(以下、PCとも呼ぶ)の活性が増強するように改変された細菌であってもよい。「PC活性が増強される」とは、PC活性が野生株又は親株等の非改変株に対して好ましくは1.5倍以上、より好ましくは3倍以上増加していることをいう。このような細菌は、例えば、ICLおよびMS遺伝子の発現増強されたコリネ型細菌に、PC遺伝子を導入することにより得ることができる。なお、PC遺伝子の導入とICLおよびMS活性増強のための改変操作はい
ずれの操作を先に行ってもよい。
The bacterium used in the present invention may be a bacterium modified so that the activity of pyruvate carboxylase (hereinafter also referred to as PC) is enhanced in addition to the enhancement of ICL and MS activities. “The PC activity is enhanced” means that the PC activity is increased by 1.5 times or more, more preferably by 3 times or more, with respect to an unmodified strain such as a wild strain or a parent strain. Such a bacterium can be obtained, for example, by introducing the PC gene into a coryneform bacterium having enhanced expression of the ICL and MS genes. In addition, any modification may be performed first for the introduction of the PC gene and the modification for enhancing the ICL and MS activities.

PC遺伝子の導入は、例えば、特開平11-196888号公報に記載の方法と同様にして、PC遺伝子をコリネ型細菌中で高発現させることにより行うことができる。具体的なPC遺伝子遺伝子としては、例えば、コリネバクテリウム・グルタミカム由来のPC遺伝子(Peters-Wendisch, P.G. et al. Microbiology, vol.144 (1998) p915-927)などを用いることができる。
また、コリネバクテリウム・グルタミカム以外の細菌、または他の細菌又は動植物由来のPC遺伝子を使用することもできる。特に、以下に示す細菌または動植物由来のPC遺伝子は、その配列が既知(以下に文献を示す)であり、上記と同様にしてハイブリダイゼーションにより、あるいはPCR法によりそのORF部分を増幅することによって、取得することができる。
ヒト [Biochem.Biophys.Res.Comm., 202, 1009-1014, (1994)]
マウス[Proc.Natl.Acad.Sci.USA., 90, 1766-1779, (1993)]
ラット[GENE, 165, 331-332, (1995)]
酵母;サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)
[Mol.Gen.Genet., 229, 307-315, (1991)]
シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)
[DDBJ Accession No.; D78170]
バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermophilus)
[GENE, 191, 47-50, (1997)]
リゾビウム・エトリ(Rhizobium etli)
[J.Bacteriol., 178, 5960-5970, (1996)]
The introduction of the PC gene can be performed, for example, by highly expressing the PC gene in coryneform bacteria in the same manner as described in JP-A-11-196888. As a specific PC gene gene, for example, a PC gene derived from Corynebacterium glutamicum (Peters-Wendisch, PG et al. Microbiology, vol. 144 (1998) p915-927) can be used.
Also, bacteria other than Corynebacterium glutamicum, or PC genes derived from other bacteria or animals and plants can be used. In particular, the following bacterial or animal or plant-derived PC genes have known sequences (shown below), and by amplifying the ORF portion by hybridization or PCR as described above, Can be acquired.
Human [Biochem.Biophys.Res.Comm., 202, 1009-1014, (1994)]
Mouse [Proc.Natl.Acad.Sci.USA., 90, 1766-1779, (1993)]
Rat [GENE, 165, 331-332, (1995)]
Yeast; Saccharomyces cerevisiae
[Mol.Gen.Genet., 229, 307-315, (1991)]
Schizosaccharomyces pombe
[DDBJ Accession No .; D78170]
Bacillus stearothermophilus
[GENE, 191, 47-50, (1997)]
Rhizobium etli
[J. Bacteriol., 178, 5960-5970, (1996)]

コハク酸の製造反応に上記細菌を用いるに当たっては、寒天培地等の固体培地で斜面培養したものを直接反応に用いても良いが、上記細菌を予め液体培地で培養(種培養)したものを用いるのが好ましい。このように種培養した細菌を有機原料を含む培地で増殖させながら、有機原料と反応させることによっても製造することができる。また、増殖させて得られた菌体を有機原料を含む反応液中で有機原料と反応させることによっても製造することができる。なお、好気性コリネ型細菌を本発明の方法に用いるためには、先ず菌体を通常の好気的な条件で培養した後用いることが好ましい。培養に用いる培地は、通常微生物の培養に用いられる培地を用いることができる。例えば、硫酸アンモニウム、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム等の無機塩からなる組成に、肉エキス、酵母エキス、ペプトン等の天然栄養源を添加した一般的な培地を用いることができる。培養後の菌体は、遠心分離、膜分離等によって回収され、反応に用いられる。   When using the above-mentioned bacterium for the production reaction of succinic acid, a slant-cultured solid medium such as an agar medium may be used for the direct reaction, but the bacterium previously cultured in a liquid medium (seed culture) is used. Is preferred. The bacterium thus seed-cultured can also be produced by reacting with an organic raw material while growing on a medium containing the organic raw material. Moreover, it can manufacture also by making the microbial cell obtained by making it grow react with an organic raw material in the reaction liquid containing an organic raw material. In order to use an aerobic coryneform bacterium in the method of the present invention, it is preferable to first use the cells after culturing them under normal aerobic conditions. As a medium used for culture, a medium usually used for culture of microorganisms can be used. For example, a general medium in which a natural nutrient source such as meat extract, yeast extract or peptone is added to a composition composed of inorganic salts such as ammonium sulfate, potassium phosphate and magnesium sulfate can be used. The cultured cells are collected by centrifugation, membrane separation, etc. and used for the reaction.

本発明では細菌の菌体の処理物を使用することもできる。菌体の処理物としては、例えば、菌体をアクリルアミド、カラギーナン等で固定化した固定化菌体、菌体を破砕した破砕物、その遠心分離上清、又はその上清を硫安処理等で部分精製した画分等が挙げられる。   In the present invention, a treated product of bacterial cells can also be used. Examples of treated cells include, for example, immobilized cells obtained by immobilizing cells with acrylamide, carrageenan, etc., crushed materials obtained by crushing cells, centrifugation supernatants thereof, or partial supernatants thereof by ammonium sulfate treatment, etc. Examples include purified fractions.

本発明の製造方法に用いる有機原料としては、本微生物が資化してコハク酸を生成させうる炭素源であれば特に限定されないが、通常、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、グリセロール、シュークロース、サッカロース、デンプン、セルロース等の炭水化物;グリセリン、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられ、このうちグルコース、フルクトース、グリセロールおよびシュークロースが好ましく、特にグルコースおよびシュークロースが好ましい。   The organic raw material used in the production method of the present invention is not particularly limited as long as it is a carbon source that can be assimilated by the microorganism to produce succinic acid. , Starch, cellulose and other carbohydrates; fermentable carbohydrates such as glycerin, mannitol, xylitol, ribitol and other polyalcohols are used, among which glucose, fructose, glycerol and sucrose are preferred, and glucose and sucrose are particularly preferred .

また、上記発酵性糖質を含有する澱粉糖化液、糖蜜なども使用される。これらの発酵性糖質は、単独でも組み合わせても使用できる。上記有機原料の使用濃度は特に限定されな
いが、コハク酸の生成を阻害しない範囲で可能な限り高くするのが有利であり、通常、5〜30%(W/V)、好ましくは10〜20%(W/V)の範囲内で反応が行われる。また、反応の進行に伴う上記有機原料の減少にあわせ、有機原料の追加添加を行っても良い。
Moreover, the starch saccharified liquid, molasses, etc. containing the said fermentable saccharide | sugar are also used. These fermentable carbohydrates can be used alone or in combination. The use concentration of the organic raw material is not particularly limited, but it is advantageous to make it as high as possible within a range not inhibiting the production of succinic acid, and is usually 5 to 30% (W / V), preferably 10 to 20%. The reaction is carried out within the range of (W / V). Further, additional addition of organic raw materials may be performed in accordance with the decrease of the organic raw materials as the reaction proceeds.

上記有機原料を含む反応液としては特に限定されず、例えば、細菌を培養するための培地であってもよいし、リン酸緩衝液等の緩衝液であってもよい。反応液は、窒素源や無機塩などを含む水溶液であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本微生物が資化してコハク酸を生成させうる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加する。また、反応時の発泡を抑えるために、培養液には市販の消泡剤を適量添加しておくことが望ましい。   The reaction solution containing the organic raw material is not particularly limited, and may be, for example, a medium for culturing bacteria or a buffer solution such as a phosphate buffer solution. The reaction solution is preferably an aqueous solution containing a nitrogen source, an inorganic salt, and the like. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as the microorganism can be assimilated to produce succinic acid, and specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolysate, casein degradation product And various organic and inorganic nitrogen compounds such as peptone, yeast extract, meat extract and corn steep liquor. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, factors that promote growth such as vitamins such as biotin, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, nucleotides, and amino acids are added as necessary. In order to suppress foaming during the reaction, it is desirable to add an appropriate amount of a commercially available antifoaming agent to the culture solution.

反応液のpHは、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等を添加することによって調整することができる。本反応におけるpHは、通常、pH5〜10、好ましくはpH6〜9.5であることが好ましいので、反応中も必要に応じて反応液のpHはアルカリ性物質、炭酸塩、尿素などによって上記範囲内に調節する。   The pH of the reaction solution can be adjusted by adding sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, magnesium carbonate, sodium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide or the like. Since the pH in this reaction is usually pH 5 to 10, preferably 6 to 9.5, the pH of the reaction solution is within the above range depending on the alkaline substance, carbonate, urea, etc. as necessary even during the reaction. Adjust to.

本発明で用いる反応液としては、水、緩衝液、培地等が用いられるが、培地が最も好ましい。培地には、例えば上記した有機原料と炭酸イオン、重炭酸イオン又は二酸化炭素ガスを含有させ、嫌気的条件で反応させることができる。炭酸イオン又は重炭酸イオンは、中和剤としても用いることのできる炭酸マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウムから供給されるが、必要に応じて、炭酸若しくは重炭酸又はこれらの塩或いは二酸化炭素ガスから供給することもできる。炭酸又は重炭酸の塩の具体例としては、例えば炭酸マグネシウム、炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等が挙げられる。そして、炭酸イオン、重炭酸イオンは、1〜500mM、好ましくは2〜300mM、さらに好ましくは3〜200mMの濃度で添加する。二酸化炭素ガスを含有させる場合は、溶液1L当たり50mg〜25g、好ましくは100mg〜15g、さらに好ましくは150mg〜10gの二酸化炭素ガスを含有させる。   As the reaction solution used in the present invention, water, a buffer solution, a medium, or the like is used, and a medium is most preferable. The medium can contain, for example, the above organic raw materials and carbonate ions, bicarbonate ions, or carbon dioxide gas, and can be reacted under anaerobic conditions. Carbonate ions or bicarbonate ions are supplied from magnesium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, which can also be used as a neutralizing agent. It is also possible to supply from the salt or carbon dioxide gas. Specific examples of the carbonate or bicarbonate salt include magnesium carbonate, ammonium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium bicarbonate, sodium bicarbonate, and potassium bicarbonate. Carbonate ions and bicarbonate ions are added at a concentration of 1 to 500 mM, preferably 2 to 300 mM, more preferably 3 to 200 mM. When carbon dioxide gas is contained, 50 mg to 25 g, preferably 100 mg to 15 g, more preferably 150 mg to 10 g of carbon dioxide gas is contained per liter of the solution.

本反応に用いる細菌の生育至適温度は、通常、25℃〜35℃である。反応時の温度は、通常、25℃〜40℃、好ましくは30℃〜37℃である。反応に用いる菌体の量は、特に規定されないが、1〜700g/L、好ましくは10〜500g/L、さらに好ましくは20〜400g/Lが用いられる。反応時間は1時間〜168時間が好ましく、3時間〜72時間がより好ましい。   The optimal growth temperature for bacteria used in this reaction is usually 25 ° C to 35 ° C. The temperature during the reaction is usually 25 ° C to 40 ° C, preferably 30 ° C to 37 ° C. Although the quantity of the microbial cell used for reaction is not prescribed | regulated, 1-700 g / L, Preferably it is 10-500 g / L, More preferably, 20-400 g / L is used. The reaction time is preferably 1 hour to 168 hours, more preferably 3 hours to 72 hours.

細菌の培養時は、通気、攪拌し酸素を供給することが必要である。一方、コハク酸の生成反応は、通気、攪拌して行ってもよいが、通気せず、酸素を供給しない嫌気的雰囲気下で行ってもよい。ここで言う嫌気的雰囲気とは、溶液中の溶存酸素濃度を低く抑えて反応することを意味する。この場合、溶存酸素濃度として0〜2ppm、好ましくは0〜1ppm、さらに好ましくは0〜0.5ppmで反応させることが望ましい。そのための方法としては、例えば容器を密閉して無通気で反応させる、窒素ガス等の不活性ガスを供給して反応させる、二酸化炭素ガス含有の不活性ガスを通気する等の方法を用いることができる。   When culturing bacteria, it is necessary to supply oxygen by aeration and agitation. On the other hand, the reaction for producing succinic acid may be carried out with aeration and stirring, but may be carried out in an anaerobic atmosphere without aeration and without supplying oxygen. The anaerobic atmosphere referred to here means that the reaction is performed while the dissolved oxygen concentration in the solution is kept low. In this case, the dissolved oxygen concentration is desirably 0 to 2 ppm, preferably 0 to 1 ppm, more preferably 0 to 0.5 ppm. As a method therefor, for example, a method in which the container is sealed and reacted without aeration, an inert gas such as nitrogen gas is supplied and reacted, a carbon dioxide gas-containing inert gas is aerated, or the like is used. it can.

反応液(培養液)中に蓄積したコハク酸は、常法に従って、反応液より回収(分離・精製)することができる。具体的には、遠心分離、ろ過等により菌体等の固形物を除去した後、イオン交換樹脂等で脱塩し、その溶液から結晶化あるいはカラムクロマトグラフィーによりコハク酸を分離・精製することができる。   Succinic acid accumulated in the reaction solution (culture solution) can be recovered (separated and purified) from the reaction solution according to a conventional method. Specifically, after removing solids such as bacterial cells by centrifugation, filtration, etc., desalting with an ion exchange resin or the like, succinic acid can be separated and purified from the solution by crystallization or column chromatography. it can.

さらに本発明においては、上記した本発明の方法によりコハク酸を製造した後に、得られたコハク酸を原料として重合反応を行うことによりコハク酸含有ポリマーを製造することができる。近年、環境に配慮した工業製品が数を増す中、植物由来の原料を用いたポリマーに注目が集まってきており、本発明において製造されるコハク酸は、ポリエステルやポリアミドといったポリマーに加工されて用いる事が出来る。コハク酸含有ポリマーとして具体的には、ブタンジオールやエチレングリコールなどのジオールとコハク酸を重合させて得られるコハク酸ポリエステル、ヘキサメチレンジアミンなどのジアミンとコハク酸を重合させて得られるコハク酸ポリアミドなどが挙げられる。また、本発明の製造法により得られるコハク酸または該コハク酸を含有する組成物は食品添加物や医薬品、化粧品などに用いることができる。   Furthermore, in this invention, after manufacturing a succinic acid with the method of this invention mentioned above, a succinic-acid containing polymer can be manufactured by performing a polymerization reaction using the obtained succinic acid as a raw material. In recent years, with the increase in the number of environmentally friendly industrial products, attention has been focused on polymers using plant-derived raw materials, and the succinic acid produced in the present invention is used after being processed into polymers such as polyester and polyamide. I can do it. Specific examples of succinic acid-containing polymers include succinic acid polyesters obtained by polymerizing diols such as butanediol and ethylene glycol and succinic acid, succinic acid polyamides obtained by polymerizing diamines such as hexamethylenediamine and succinic acid, and the like. Is mentioned. The succinic acid obtained by the production method of the present invention or a composition containing the succinic acid can be used for food additives, pharmaceuticals, cosmetics and the like.

[実施例]
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。
[Example]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

<pTZ4と和合性を有するコリネ型細菌発現ベクターの構築>
(A)ストレプトマイシン/スペクチノマイシン耐性遺伝子の導入
pTZ4(コリネ型細菌用ベクター:特開2005-95169)と共存可能なコリネ型細菌用ベクターは、pTZ4と和合性を示す複製領域を持つプラスミドベクターpC2(Plasmid 36, 62(1996))のカナマイシン耐性遺伝子をストレプトマイシン/スペクチノマイシン耐性遺伝子に置き換えることによって構築した。
ストレプトマイシン/スペクチノマイシン耐性遺伝子(大腸菌Tn7)の取得は、同遺伝子を有する植物形質転換用バイナリーベクターpLAN421(Plant Cell Reports 10 286 (1991))を鋳型としたPCRによって行った。
反応液組成:鋳型DNA10ng、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製) 0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、(配列番号1および配列番号2で示した合成DNA)、1mM MgSO4、0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。
反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC-200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で60秒からなるサイクルを20回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は2分とした。
増幅産物の確認は、0.8%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、937bpの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行い、回収後同DNA断片を、T4 ポリヌクレオチドキナーゼ(T4 Polynucleotide Kinase:宝バイオ製)により5'末端をリン酸化した。
pC2を制限酵素HindIIIおよびNruIで切断後、クレノウフラグメント(Klenow Fragment:宝バイオ製)により両末端を平滑化したDNA断片の末端を、上記で調製したストレプトマイシン/スペクチノマイシン耐性遺伝子と混合し、ライゲーションキットver.2(宝バイオ製)を用いて結合した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、50μg/mLスペクチノマイシンをLB寒天培地に塗抹した。得られたコロニーから、液体培養後、定法によりプラスミドDNAを調製し、配列番号1
および配列番号2の合成DNA をプライマーとした上記PCRによって解析した結果、ストレプトマイシン/スペクチノマイシン耐性遺伝子が挿入されていることが確認され、これをpC3と命名した。
次に、pC3を制限酵素BamHIおよびPvuIIで切断して調製したDNA断片をクレノウフラグメントにて末端を平滑化し、これにpBglIIリンカー(宝バイオ製:CAGATCTG)を混合し、ライゲーションキットver.2(宝バイオ製)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、50μg/mLスペクチノマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたコロニーから、液体培養後、定法によりプラスミドDNAを調製し、制限酵素BglIIにて切断されるプラスミドを選抜し、これをpC3.1と命名した。
<Construction of Coryneform Bacterial Expression Vector Compatible with pTZ4>
(A) Introduction of streptomycin / spectinomycin resistance gene Coryneform bacteria vector that can coexist with pTZ4 (coryneform bacteria vector: JP-A-2005-95169) is a plasmid vector pC2 having a replication region compatible with pTZ4. (Plasmid 36, 62 (1996)) was constructed by replacing the kanamycin resistance gene with a streptomycin / spectinomycin resistance gene.
The streptomycin / spectinomycin resistance gene (E. coli Tn7) was obtained by PCR using the plant transformation binary vector pLAN421 (Plant Cell Reports 10 286 (1991)) having the same gene as a template.
Composition of reaction solution: template DNA 10 ng, Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.2 μL, 1 × concentration attached buffer, 0.3 μM each primer (synthetic DNA shown by SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2), 1 mM MgSO 4 , 0 25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL.
Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 60 seconds was repeated 20 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute and 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 2 minutes.
Confirmation of the amplification product was carried out by separating by gel electrophoresis with 0.8% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) and then visualized by staining with ethidium bromide to detect a 937 bp fragment. The target DNA fragment is recovered from the gel using QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN). After recovery, the DNA fragment is phosphorylated at the 5 ′ end with T4 polynucleotide kinase (T4 Polynucleotide Kinase: manufactured by Takara Bio Inc.). did.
After cleaving pC2 with restriction enzymes HindIII and NruI, the ends of the DNA fragments blunted at both ends with Klenow Fragment (Takara Bio) were mixed with the streptomycin / spectinomycin resistance gene prepared above, Ligation kit ver. 2 (manufactured by Takara Bio Inc.). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA, and 50 μg / mL spectinomycin was smeared on an LB agar medium. From the obtained colony, after liquid culture, plasmid DNA was prepared by a conventional method.
As a result of the above PCR analysis using the synthetic DNA of SEQ ID NO: 2 as a primer, it was confirmed that a streptomycin / spectinomycin resistance gene was inserted, and this was named pC3.
Next, the DNA fragment prepared by cleaving pC3 with restriction enzymes BamHI and PvuII was blunted with Klenow fragment, mixed with pBglII linker (manufactured by Takara Bio Inc .: CAGATCTG), and ligated kit ver. After ligation using 2 (manufactured by Takara Bio Inc.), Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL spectinomycin. From the obtained colonies, after liquid culture, plasmid DNA was prepared by a conventional method, a plasmid that was cleaved with the restriction enzyme BglII was selected, and this was designated as pC3.1.

(B)マルチクローニングサイトの導入
大腸菌プラスミドpT7Blue(Novagen社)を鋳型としてLacZマルチクローニングサイトを含むα−ペプチド遺伝子を配列番号3および配列番号4で示す合成DNAをプライマーとしたPCRにより調製した。
反応液組成:鋳型DNA10ng、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製)
0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.3μM各々プライマー、1mM MgSO4、0.25μMdNTPsを混合し、全量を20μLとした。
反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC-200(MJResearch社製)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で30秒からなるサイクルを20回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は2分とした。
増幅産物の確認は、1.0%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、5777bpの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行い、回収後同DNA断片を、T4 ポリヌクレオチドキナーゼ(T4 Polynucleotide Kinase:宝バイオ製)により5'末端をリン酸化した。
pC3.1を制限酵素PstIおよびHpaIで切断後、クレノウフラグメント(Klenow Fragment:宝バイオ製)により末端を平滑化したDNA断片を、上記で調製したα−ペプチドの遺伝子断片と混合し、ライゲーションキットver.2(宝バイオ製)を用いて結合した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、50μg/mLX-Galおよび50μg/mLスペクチノマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたコロニーの中から青色を呈するもの選抜し、液体培養後、定法によりプラスミドDNAを調製した。このプラスミドDNAは、挿入したLacZマルチクローニングサイトに由来するEcoRVの切断部位を有することが確認され、これをpC3.14と命名した(図1に構築手順を示す)。
(B) Introduction of Multicloning Site An α-peptide gene containing a LacZ multicloning site was prepared by PCR using E. coli plasmid pT7Blue (Novagen) as a template and the synthetic DNAs shown in SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4 as primers.
Composition of reaction solution: template DNA 10 ng, Pfx DNA polymerase (manufactured by Invitrogen)
0.2 μL, 1 × concentration buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 and 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 20 μL.
Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 20 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute and 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 2 minutes.
The amplification product was confirmed by separation by 1.0% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) gel electrophoresis and then visualization by ethidium bromide staining to detect a 5777 bp fragment. The target DNA fragment is recovered from the gel using QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN). After recovery, the DNA fragment is phosphorylated at the 5 ′ end with T4 polynucleotide kinase (T4 Polynucleotide Kinase: manufactured by Takara Bio Inc.). did.
After cleaving pC3.1 with restriction enzymes PstI and HpaI, the DNA fragment whose end was blunted with Klenow Fragment (manufactured by Takara Bio Inc.) was mixed with the α-peptide gene fragment prepared above, and the ligation kit ver. 2 (manufactured by Takara Bio Inc.). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mLX-Gal and 50 μg / mL spectinomycin. From the obtained colonies, those exhibiting blue color were selected, and after liquid culture, plasmid DNA was prepared by a conventional method. This plasmid DNA was confirmed to have an EcoRV cleavage site derived from the inserted LacZ multicloning site and named pC3.14 (construction procedure is shown in FIG. 1).

<イソシトレートリアーゼ活性化プラスミドの構築>
(A)ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノムDNAの抽出
A培地[尿素 2g、(NH42SO4 7g、KH2PO40.5g、K2HPO4 0.5g、MgSO4・7H2O 0.5g、FeSO4・7H2O 6mg、MnSO4・4−5H2O6mg、ビオチン 200μg、チアミン 100μg、イーストエキストラクト 1g、カザミノ酸 1g、グルコース 20g、蒸留水1Lに溶解]10mLに、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株を対数増殖期後期まで培養し、得られた菌体を10mg/mLの濃度にリゾチームを含む10mM NaCl/20mMトリス緩衝液(pH8.0)/1mM EDTA・2Na溶液0.15mLに懸濁した。
次に、上記懸濁液にプロテナーゼ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/クロロフォルム溶液を添加し、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、酢酸ナトリウムを0.3Mとなるように添加した後、2倍量のエタノールを加え混合した。遠心分離(15,000×g、2分)により回収した沈殿物を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PCRの鋳型DNAに使用した。
<Construction of Isocitrate Triase Activation Plasmid>
(A) Extraction of genomic DNA of Brevibacterium flavum MJ233 strain A medium [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 0.5 g O, 6 mg FeSO 4 .7H 2 O, 6 mg MnSO 4 · 4-5H 2 O, 200 μg biotin, 100 μg thiamine, 1 g yeast extract, 1 g casamino acid, 20 g glucose, 1 L distilled water] in 10 mL, Brevi Bacterium flavum MJ-233 strain is cultured until the late logarithmic growth phase, and the obtained cells are 10 mM NaCl / 20 mM Tris buffer (pH 8.0) / 1 mM EDTA.2Na solution containing lysozyme at a concentration of 10 mg / mL. Suspended in 0.15 mL.
Next, proteinase K was added to the suspension so that the final concentration was 100 μg / mL, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 1 hour. Further, sodium dodecyl sulfate was added to a final concentration of 0.5%, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 6 hours for lysis. To this lysate, add an equal volume of phenol / chloroform solution, shake gently for 10 minutes at room temperature, and then centrifuge the whole volume (
5,000 × g, 20 minutes, 10 to 12 ° C.), the supernatant fraction was collected, sodium acetate was added to a concentration of 0.3 M, and then twice the amount of ethanol was added and mixed. The precipitate collected by centrifugation (15,000 × g, 2 minutes) was 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 left overnight at 4 ° C., and used as template DNA for subsequent PCR.

(B)フルクトース−1,6−二リン酸アルドラーゼ遺伝子のプロモーター断片の調製
フルクトース−1,6−二リン酸アルドラーゼ遺伝子のプロモーター断片の取得は実施例2の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13032株の該遺伝子の配列(GenBank Database Accession No.AP005276)を基に設計した合成DNA(配列番号5および配列番号6)を用いたPCRによって行った。
反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製)0.5μL、1倍濃度添付バッファー、0.4μM各々プライマー、1mM MgSO、0.2μMdNTPsを混合し、全量を50μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC-200(MJResearch社製)を用い、94℃で15秒、60℃で20秒、72℃で30秒からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分、最終サイクルの72℃での保温は3分とした。
増幅産物の確認は、1.0%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.45kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行った。
(B) Preparation of Fructose-1,6-Diphosphate Aldolase Gene Promoter Fragment The fructose-1,6-bisphosphate aldolase gene promoter fragment was obtained using the DNA prepared in Example 2 (A) as a template. PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6) designed based on the sequence of the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 (GenBank Database Accession No. AP005276) for which the entire genome sequence has been reported went.
Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, PfxDNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.5 μL, 1-fold concentration buffer, 0.4 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.2 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 50 μL. Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 3 minutes.
The amplification product was confirmed by separation by 1.0% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.45 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).

(C)イソシトレートリアーゼ遺伝子断片の調製
イソシトレートリアーゼ遺伝子断片の取得は実施例2の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13032株の該遺伝子の配列(GenBank Database Accession No.AP005276)を基に設計した合成DNA(配列番号7および配列番号8)を用いたPCRによって行った。
反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製)0.5μL、1倍濃度添付バッファー、0.4μM各々プライマー、1mM MgSO、0.2μMdNTPsを混合し、全量を50μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC-200(MJResearch社製)を用い、94℃で15秒、60℃で20秒、72℃で1分30秒からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分、最終サイクルの72℃での保温は3分とした。
増幅産物の確認は、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約1.3kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行った。
(C) Preparation of Isocitrate Triase Gene Fragment The acquisition of isocitrate triase gene fragment was performed using the DNA prepared in (A) of Example 2 as a template, and Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain for which the entire genome sequence has been reported. PCR was performed using synthetic DNA (SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8) designed based on the sequence of the gene (GenBank Database Accession No. AP005276).
Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, PfxDNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.5 μL, 1-fold concentration buffer, 0.4 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.2 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 50 μL. Reaction temperature condition: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 60 ° C. for 20 seconds and 72 ° C. for 1 minute 30 seconds was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 3 minutes.
Confirmation of the amplification product was carried out by separating by gel electrophoresis of 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) and then visualized by ethidium bromide staining to detect a fragment of about 1.3 kb. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).

(D)クロスオーバーPCRによるフルクトース−1,6−二リン酸アルドラーゼ遺伝子のプロモーター断片とイソシトレートリアーゼ遺伝子断片の結合とベクターへの挿入
上記(B)および(C)でそれぞれ調製したDNA断片を混合した試料を鋳型とし、配列番号5および配列番号8に記載のDNAプライマーを用いたクロスオーバーPCRによって両断片を結合した。
反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製)0.5μL、1倍濃度添付バッファー、0.4μM各々プライマー、1mM MgSO、0.2μMdNTPsを混合し、全量を50μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC-200(MJResearch社製)を用い、94℃で15秒、60℃で20秒、72℃で2分からなるサイクルを25回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分、最終サイクルの72℃での保温は3分とした。
増幅産物の確認は、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約1.8kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行った。
このようにして調製したDNA断片をT4 ポリヌクレオチドキナーゼ(T4 Polynucleotide Kinase:宝バイオ製)により5'末端をリン酸化した後、BamHIリンカー(宝バイオ製)をライゲーションキットver.2(宝バイオ製)を用いて結合した。次いで、制限酵素BamHIで処理し、BamHI切断末端を持つフルクトース−1,6−二リン酸アルドラーゼ遺伝子のプロモーターおよびイソシトレートリアーゼ遺伝子からなるキメラ遺伝子断片を調製した。
pMJPC1(特開2005-95169)を制限酵素KpnIで切断後、Klenow Fragment(宝バイオ製)で末端を平滑化した後、pBamHIリンカー(宝バイオ製:CGGATCCG)をライゲーションキットver.2(宝バイオ製)を用いて連結した。次いで、これをBamHIで処理した後、Calf Intestine Alkaline Phosphatase(宝バイオ製)で末端を脱リン酸化処理した後、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約6.4kbの断片をゲルからQIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて回収した。
このようにして調製したベクター断片と、上記で調製したBamHI切断末端を持つフルクトース−1,6−二リン酸アルドラーゼ遺伝子のプロモーターおよびイソシトレートリアーゼ遺伝子からなるキメラ遺伝子をライゲーションキットver.2(宝バイオ製)を用いて結合した。
得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、50μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたコロニーを液体培養後、定法によりプラスミドDNAを調製した。次いで、このプラスミドDNAを制限酵素BamHI処理した結果、約1.8kbのDNA断片を生じるクローンを選抜し、これをpICL2.0と命名した(図2に構築手順を示す)。
pICL2.0の挿入断片の塩基配列は、アプライドバイオシステム社製塩基配列解読装置(モデル377XL)およびビッグダイターミネーターサイクルシークエンスキットver3を用いて決定した。その結果得られたDNA塩基配列および推測されるアミノ酸配列をそれぞれ配列番号9、10に記載する。
(D) Binding of the fructose-1,6-bisphosphate aldolase gene promoter fragment and isocitrate triase gene fragment by crossover PCR and insertion into the vector The DNA fragments prepared in (B) and (C) above, respectively. Using the mixed sample as a template, both fragments were bound by crossover PCR using DNA primers described in SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 8.
Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, PfxDNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.5 μL, 1-fold concentration buffer, 0.4 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.2 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 50 μL. Reaction temperature conditions: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 60 ° C. for 20 seconds and 72 ° C. for 2 minutes was repeated 25 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 3 minutes.
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 1.8 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).
The DNA fragment thus prepared was phosphorylated at the 5 ′ end with T4 polynucleotide kinase (T4 Polynucleotide Kinase: manufactured by Takara Bio Inc.), and then BamHI linker (manufactured by Takara Bio Inc.) was used as a ligation kit ver. 2 (manufactured by Takara Bio Inc.). Subsequently, it was treated with the restriction enzyme BamHI to prepare a chimera gene fragment consisting of the fructose-1,6-bisphosphate aldolase gene promoter and isocitrate triase gene having a BamHI cleavage end.
After cleaving pMJPC1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) with restriction enzyme KpnI, the ends were blunted with Klenow Fragment (Takara Bio), and pBamHI linker (Takara Bio: CGGATCCG) was ligated with the ligation kit ver. 2 (made by Takara Bio Inc.). Next, this was treated with BamHI, the end was dephosphorylated with Calf Intestine Alkaline Phosphatase (Takara Bio), and then separated by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: FMCBioProducts) gel electrophoresis, followed by odor The 6.4 kb fragment was recovered from the gel using a QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).
A vector fragment thus prepared and a chimeric gene comprising the promoter of the fructose-1,6-bisphosphate aldolase gene having the BamHI cleavage end and the isocitrate triase gene prepared above were ligated with a ligation kit ver. 2 (manufactured by Takara Bio Inc.).
Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin. The obtained colonies were subjected to liquid culture, and plasmid DNA was prepared by a conventional method. Next, as a result of treating the plasmid DNA with the restriction enzyme BamHI, a clone producing a DNA fragment of about 1.8 kb was selected and named pICL2.0 (construction procedure is shown in FIG. 2).
The base sequence of the insert fragment of pICL2.0 was determined using a base sequence decoding device (Model 377XL) manufactured by Applied Biosystems and Big Dye Terminator Cycle Sequence Kit ver3. The resulting DNA base sequence and the deduced amino acid sequence are shown in SEQ ID NOs: 9 and 10, respectively.

<マレートシンターゼ活性化プラスミドの構築>
(A)マレートシンターゼ遺伝子断片の調製
マレートシンターゼ遺伝子断片の取得は実施例2の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカム ATCC13032株の該遺伝子の配列(GenBank Database Accession No.AP005276)を基に設計した合成DNA(配列番号11および配列番号12)を用いたPCRによって行った。
反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製)0.5μL、1倍濃度添付バッファー、0.4μM各々プライマー、1mM MgSO、0.2μMdNTPsを混合し、全量を50μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC-200(MJResearch社製)を用い、94℃で15秒、60℃で20秒、72℃で2分30秒からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分、最終サイクルの72℃での保温は5分とした。
増幅産物の確認は、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約2.3kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行った。
<Construction of Malate Synthase Activation Plasmid>
(A) Preparation of Malate Synthase Gene Fragment The malate synthase gene fragment was obtained from the Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain in which the entire genome sequence was reported using the DNA prepared in (A) of Example 2 as a template. PCR was performed using synthetic DNA (SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 12) designed based on the gene sequence (GenBank Database Accession No. AP005276).
Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, PfxDNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.5 μL, 1-fold concentration buffer, 0.4 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.2 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 50 μL. Reaction temperature condition: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 60 ° C. for 20 seconds and 72 ° C. for 2 minutes 30 seconds was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 5 minutes.
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) gel electrophoresis and then visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 2.3 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).

(B)クロスオーバーPCRによるフルクトース−1,6−二リン酸アルドラーゼ遺伝子のプロモーター断片とマレートシンターゼ遺伝子断片の結合とベクターへの挿入
実施例2の(B)および上記(A)でそれぞれ調製したDNA断片を混合した試料を鋳型とし、配列番号5および配列番号12に記載のDNAプライマーを用いたクロスオーバーPCRによって両断片を結合した。
反応液組成:鋳型DNA1μL、PfxDNAポリメラーゼ(インビトロジェン社製)0.5μL、1倍濃度添付バッファー、0.4μM各々プライマー、1mM MgSO4、0.2μMdNTPsを混合し、全量を50μLとした。反応温度条件:DNAサーマルサイクラー PTC-200(MJResearch社製)を用い、94℃で15秒、60℃で20秒、72℃で3分からなるサイクルを25回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分、最終サイクルの72℃での保温は5分とした。
増幅産物の確認は、0.75%アガロース(SeaKem GTG agarose:FMCBioProducts製)ゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約2.7kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAQuick Gel Extraction Kit(QIAGEN製)を用いて行った。
このようにして調製したフルクトース−1,6−二リン酸アルドラーゼ遺伝子のプロモーターおよびマレートシンターゼ遺伝子からなるキメラ遺伝子断片をT4 ポリヌクレオチ
ドキナーゼ(T4 Polynucleotide Kinase:宝バイオ製)により5'末端をリン酸化し、こ
れを実施例1で構築したpC3.14を制限酵素EcoRVで処理して調製したDNA断片とライゲーションキットver.2(宝バイオ製)を用いて結合した。
得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、50μg/mLX-Gal
および50μg/mLスペクチノマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたコロ
ニーの中から青色を呈するもの選抜し、これをpMS2.0と命名した(図3に構築手順を示す)。
pMS2.0の挿入断片の塩基配列は、アプライドバイオシステム社製塩基配列解読装置(モデル377XL)およびビッグダイターミネーターサイクルシークエンスキットver3を用いて決定した。その結果得られたDNA塩基配列および推測されるアミノ酸配列をそれぞれ配列番号13、14に記載する。
(B) Binding of fructose-1,6-bisphosphate aldolase gene promoter fragment and malate synthase gene fragment by crossover PCR and insertion into vector Prepared in Example 2 (B) and (A) above, respectively. Using the sample mixed with DNA fragments as a template, both fragments were bound by crossover PCR using DNA primers described in SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 12.
Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, PfxDNA polymerase (manufactured by Invitrogen) 0.5 μL, 1-fold concentration buffer, 0.4 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.2 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 50 μL. Reaction temperature condition: DNA thermal cycler PTC-200 (manufactured by MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 60 ° C. for 20 seconds and 72 ° C. for 3 minutes was repeated 25 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 5 minutes.
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 2.7 kb was detected. The target DNA fragment was recovered from the gel using QIAQuick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN).
The chimeric gene fragment consisting of the fructose-1,6-bisphosphate aldolase gene promoter and malate synthase gene thus prepared was phosphorylated at the 5 ′ end with T4 polynucleotide kinase (Treasure Bio Inc.). The DNA fragment prepared by treating pC3.14 constructed in Example 1 with the restriction enzyme EcoRV and the ligation kit ver. 2 (manufactured by Takara Bio Inc.).
Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA, and 50 μg / mLX-Gal
And LB agar medium containing 50 μg / mL spectinomycin. From the obtained colonies, those exhibiting a blue color were selected and named pMS2.0 (construction procedure is shown in FIG. 3).
The base sequence of the insert fragment of pMS2.0 was determined using a base sequence decoding device (model 377XL) manufactured by Applied Biosystems and Big Dye Terminator cycle sequence kit ver3. The resulting DNA base sequence and deduced amino acid sequence are shown in SEQ ID NOs: 13 and 14, respectively.

<グリオキシル酸回路活性化株の作製>
(A)pICL2.0およびpMS2.0の導入
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株(LDH遺伝子が破壊された株:特開2005−95169)の形質転換に用いるプラスミドDNAはpICL2.0およびpMS2.0を用いて形質転換した大腸菌MJ110株から調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株の形質転換は電気パルス法(Res.Microbiol.Vol. 144, p. 181-185, 1993)によって行い、得られた形質転換体を25μg/mLカナマイシンおよび10μg/mLストレプトマイシンを含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5g、グルコース20g、および寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。この培地上に生育した株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ICL/MS/ΔLDHと命名した。
<Preparation of glyoxylic acid cycle activated strain>
(A) Introduction of pICL2.0 and pMS2.0 Plasmid DNAs used for transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain (strain in which LDH gene is disrupted: JP-A-2005-95169) are pICL2.0 and pMS2. It was prepared from Escherichia coli MJ110 strain transformed with 0.
Transformation of the Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain was carried out by the electric pulse method (Res. Microbiol. Vol. 144, p. 181-185, 1993), and the obtained transformant was treated with 25 μg / mL kanamycin and 10 μg / It was smeared on an LBG agar medium containing 10 mL streptomycin [10 g tryptone, 5 g yeast extract, 5 g NaCl, 20 g glucose, and 15 g agar dissolved in 1 L distilled water]. The strain grown on this medium was named Brevibacterium flavum MJ233 / ICL / MS / ΔLDH.

(B)ICL活性の測定
上記(B)で得られた形質転換株をグルコース2%、カナマイシン25mg/L及びストレプトマイシン10mg/Lを含むA培地100mlで終夜培養を行った。得られた培養液10mlを集菌後、5mMのMgCl2を含む50mM Hepes/NaOH緩衝液(pH7.5)10mlで2回洗浄し、4.5Mのグルセロール及び5mMのMgCl2を含む50mM Hepes/NaOH緩衝液(pH7.5)2mlに再度懸濁させた。懸濁液をバイオラプター(コスモバイオ製)で破砕し、10,000g、15分間の遠心分離を行なった後に上清を分離した。得られた上清については更に40,000rpm、
60分の超遠心分離を行い、超遠心後の上清を用いてイソシトレートリアーゼ活性を測定した。
酵素活性の測定は50mM MOPS-NaOH (pH7.3)、5mM DTT、 15mM MgCl2 、1mM EDTA、 5mM isocitrate、 0.2mM NADH、18U lactate dehydrogenase (pig heart isoenzyme I)および上記酵素抽出液を含む反応液中で25℃で反応させることにより行った。1Uは、1分間に1μモルのNADHの減少を触媒する酵素量とした。
上記測定法によるブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ICL/MS/ΔLDHのICL比活性は0.709U/mg-蛋白質であった。なお親株であるブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株をグルコース2%を含むA培地を用いて同様に培養した菌体では、ICL活性は0.0445U/mg-蛋白質であり、増強株では約16倍にICL活性が増加していることが確認された。
(B) Measurement of ICL activity The transformant obtained in (B) above was cultured overnight in 100 ml of A medium containing 2% glucose, 25 mg / L kanamycin and 10 mg / L streptomycin. After harvesting the resulting culture broth 10 ml, was washed twice with 50 mM Hepes / NaOH buffer solution (pH 7.5) 10 ml containing MgCl 2 of 5mM, 50 mM Hepes / NaOH containing MgCl 2 of glycerol and 5mM of 4.5M It was resuspended in 2 ml of buffer solution (pH 7.5). The suspension was crushed with a bioraptor (manufactured by Cosmo Bio), centrifuged at 10,000 g for 15 minutes, and then the supernatant was separated. The resulting supernatant is further 40,000 rpm,
Ultracentrifugation was performed for 60 minutes, and isocitrate triase activity was measured using the supernatant after ultracentrifugation.
Enzyme activity was measured using a reaction solution containing 50 mM MOPS-NaOH (pH 7.3), 5 mM DTT, 15 mM MgCl 2 , 1 mM EDTA, 5 mM isocitrate, 0.2 mM NADH, 18 U lactate dehydrogenase (pig heart isoenzyme I) and the above enzyme extract. The reaction was carried out at 25 ° C. 1 U was defined as the amount of enzyme that catalyzes the decrease of 1 μmol of NADH per minute.
The ICL specific activity of Brevibacterium flavum MJ233 / ICL / MS / ΔLDH according to the above measurement method was 0.709 U / mg-protein. In addition, in the cells obtained by culturing the parent strain Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain in the same manner using A medium containing 2% glucose, the ICL activity is 0.0445 U / mg-protein, and the enhanced strain is about 16 It was confirmed that the ICL activity increased twice.

<菌体反応(炭酸マグネシウム中和反応)>
100mLの種培養培地(尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:1g、カザミノ酸:1g、及び蒸留水:1000mLの培地100mL)を500mLの三角フラスコにいれ、120℃、20分加熱滅菌した。これを室温まで冷やし、あらかじめ滅菌した50%グルコース水溶液を4mL、無菌濾過した5%カナマイシン水溶液を50μL、2%ストレプトマイシン水溶液を50μL添加し、実施例4(A)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ICL/MS/ΔLDH株を接種して24時間30℃にて種培養した。但し、対象株ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株を培養する場合は、ストレプトマイシンおよびカナマイシンを添加しなかった。
得られた全培養液を10000g、5分の遠心分離により集菌し、菌体懸濁培地(硫酸マグネシウム・7水和物:1g、硫酸第一鉄・7水和物:40mg、硫酸マンガン・水和物:40mg、D−ビオチン:400μg、塩酸チアミン:400μg、リン酸一アンモニウム:0.8g、リン酸二アンモニウム:0.8g、塩化カリウム:0.3g、及び蒸留水:1000mL)にOD660の吸光度が80になるように懸濁した。4ml反応器に前記の菌体懸濁液0.5mlおよび基質溶液(グルコース:200g、炭酸マグネシウム:194g、及び蒸留水:1000mL)0.5mLを加えて、20%二酸化炭素ガス、80%窒素雰囲気下、35℃で5時間又は24時間反応させた後、上述の条件で遠心分離し、上清のコハク酸濃度を分析した。
反応5時間では、培地中のグルコースは残存しており、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株の反応液中のコハク酸濃度が22.5g/Lであったの対し、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ICL/MS/ΔLDH株では25.9g/Lのコハク酸を蓄積していた。ICLおよびMSを活性化した株のコハク酸生産性が約15%向上していた。
また、反応24時間では、残存グルコース濃度は1g/L未満であり、分析したコハク酸濃度から計算されるブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ICL/MS/ΔLDH株の対糖収率は、親株であるブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株に対して7.2%増大していた。
これらの結果から、ICLおよびMSの活性化は、コハク酸の生産性および収率を向上させる顕著な効果があることが明らかになった。
<Bacterial cell reaction (magnesium carbonate neutralization reaction)>
100 mL seed culture medium (urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, monopotassium phosphate: 0.5 g, dipotassium phosphate 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate-7 water (Japanese product: 20 mg, manganese sulfate / hydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, and distilled water: 100 mL of 1000 mL medium) in a 500 mL Erlenmeyer flask The mixture was sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes. This was cooled to room temperature, 4 mL of 50% glucose aqueous solution sterilized in advance, 50 μL of 5% kanamycin aqueous solution filtered aseptically and 50 μL of 2% aqueous streptomycin solution were added, and Brevibacterium flavum MJ233 prepared in Example 4 (A) was added. / ICL / MS / ΔLDH strain was inoculated and seed-cultured at 30 ° C. for 24 hours. However, streptomycin and kanamycin were not added when the target strain Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain was cultured.
The obtained whole culture solution was collected by centrifugation at 10,000 g for 5 minutes, and the cell suspension medium (magnesium sulfate 7 hydrate: 1 g, ferrous sulfate 7 hydrate: 40 mg, manganese sulfate. Hydrate: 40 mg, D-biotin: 400 μg, thiamine hydrochloride: 400 μg, monoammonium phosphate: 0.8 g, diammonium phosphate: 0.8 g, potassium chloride: 0.3 g, and distilled water: 1000 mL) at OD660 The suspension was suspended so that its absorbance was 80. Add 0.5 ml of the above-mentioned cell suspension and 0.5 ml of substrate solution (glucose: 200 g, magnesium carbonate: 194 g, and distilled water: 1000 ml) to a 4 ml reactor, 20% carbon dioxide gas, 80% nitrogen atmosphere Then, after reacting at 35 ° C. for 5 hours or 24 hours, the mixture was centrifuged under the above conditions, and the succinic acid concentration of the supernatant was analyzed.
In the reaction for 5 hours, glucose remained in the medium, and the concentration of succinic acid in the reaction solution of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH was 22.5 g / L, whereas Brevibacterium flavum MJ233. In the / ICL / MS / ΔLDH strain, 25.9 g / L of succinic acid was accumulated. The succinic acid productivity of the strain in which ICL and MS were activated was improved by about 15%.
In addition, at 24 hours of reaction, the residual glucose concentration is less than 1 g / L, and the yield to sugar of the Brevibacterium flavum MJ233 / ICL / MS / ΔLDH strain calculated from the analyzed succinic acid concentration is the parent strain. There was a 7.2% increase over the Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain.
From these results, it became clear that the activation of ICL and MS has a remarkable effect of improving the productivity and yield of succinic acid.

プラスミドpC3.14の構築手順を示す図。The figure which shows the construction procedure of plasmid pC3.14. pICL2.0の構築手順を示す図。The figure which shows the construction procedure of pICL2.0. pMS2.0の構築手順を示す図。The figure which shows the construction procedure of pMS2.0.

Claims (3)

イソシトレートリアーゼをコードする遺伝子及びマレートシンターゼをコードする遺伝子を、糖類を主な炭素源とする培地において機能するプロモーターであるフルクトース−1,6− 二リン酸アルドラーゼ遺伝子のプロモーターの制御下に置くことによって、イソ
シトレートリアーゼ及びマレートシンターゼの活性が増強するように改変されたコリネ型細菌または該コリネ型細菌の処理物を、炭酸イオン、重炭酸イオンまたは二酸化炭素ガスを含有する反応液中で、嫌気的雰囲気下でグルコースまたはシュークロースに作用させてコハク酸を生成させ、該コハク酸を回収することを特徴とするコハク酸の製造方法。
The gene encoding isocitrate triase and the gene encoding malate synthase are under the control of the fructose-1,6-diphosphate aldolase gene promoter, which is a promoter that functions in a medium containing saccharides as the main carbon source. by placing, the isocitrate lyase and coryneform bacterium or treated product of the coryneform bacterium in which the activity of malate synthase has been modified to enhance the reaction solution containing carbonate ion, bicarbonate ion or carbon dioxide gas A method for producing succinic acid, comprising reacting glucose or sucrose in an anaerobic atmosphere to produce succinic acid and recovering the succinic acid.
前記細菌が、さらに、ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が、非改変株に比べて10%以下に低減化するように改変された細菌である、請求項に記載の方法。 The method according to claim 1 , wherein the bacterium is further modified so that lactate dehydrogenase activity is reduced to 10% or less compared to an unmodified strain. 請求項1または2に記載の方法によりコハク酸を製造する工程、及び得られたコハク酸を重合させる工程を含む、コハク酸含有ポリマーの製造方法。 The manufacturing method of a succinic-acid containing polymer including the process of manufacturing a succinic acid by the method of Claim 1 or 2 , and the process of polymerizing the obtained succinic acid.
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