JP5663859B2 - Non-amino organic acid producing bacteria and method for producing non-amino organic acid - Google Patents
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Description
本発明は、新規な非アミノ有機酸生産菌およびそれを用いた非アミノ有機酸の製造に関するものである。 The present invention relates to a novel non-amino organic acid-producing bacterium and production of a non-amino organic acid using the same.
コハク酸などの非アミノ有機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 non-amino organic acids such as 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非アミノ有機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、非アミノ有機酸の生成量、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。 In addition, aerobic bacteria such as coryneform bacteria are once cultured under aerobic conditions, and after growing the cells, they are collected and washed, and non-amino organic acids are used as stationary cells without aeration of oxygen. A production method is 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 using a simple medium. However, the amount of non-amino organic acid produced, the concentration, and the amount per cell There was room for improvement, such as improvement in production speed and simplification of the manufacturing process.
組換え微生物を用いた非アミノ有機酸の発酵生産方法として、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コリネ型細菌を用いる方法などが報告されていたが(例えば、特許文献5参照)、糖の取り込みに関与するsugar phosphotransferase(PTS)の活性を増強させた細菌を用いて非アミノ有機酸を製造することは、これまで報告されていなかった。そして、非特許文献2にはptsS遺伝子の破壊株が開示されており、ptsSがスクロースの取り込みに関与することが示唆されているが、ptsS遺伝子の発現を増強した株については開示されておらず、ptsSとコハク酸などの非アミノ有機酸生産との関係は不明であった。 As a method for fermentative production of non-amino organic acids using recombinant microorganisms, a method using coryneform bacteria in which the activity of phosphoenolpyruvate carboxylase is enhanced has been reported (for example, see Patent Document 5). The production of non-amino organic acids using bacteria with enhanced activity of sugar phosphotransferase (PTS), which is involved in the uptake of NO, has not been reported so far. Non-Patent Document 2 discloses a ptsS gene-disrupted strain, which suggests that ptsS is involved in sucrose uptake, but does not disclose a strain with enhanced ptsS gene expression. The relationship between ptsS and the production of non-amino organic acids such as succinic acid was unclear.
本発明の課題は、より生産効率の高い非アミノ有機酸の製造方法を提供することにある。 The subject of this invention is providing the manufacturing method of non-amino organic 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、ptsS遺伝子の発現が非改変株と比較して増強するように改変され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スクロースに作用させることにより、消費スクロース当たりのコハク酸などの非アミノ有機酸の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 problems, the present inventor obtained a bacterium or a treated product thereof modified so that the expression of the ptsS gene is enhanced as compared with the unmodified strain. It was found that the yield of non-amino organic acids such as succinic acid per sucrose consumed per sucrose was increased by acting on sucrose in a reaction solution containing ions or carbon dioxide gas, and the present invention was completed.
すなわち本発明によれば、以下の発明が提供される。
(1)非アミノ有機酸生産能を有し、ptsS遺伝子の発現が非改変株と比較して増強されるように改変された細菌。
(2)ptsS遺伝子が配列番号10のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、PtsS活性を有するタンパク質をコードする、(1)に記載の細菌。
(3)さらに、ラクテートデヒドロゲナーゼ活性が非改変株と比較して低減するように改変された、(1)又は(2)に記載の細菌。
(4)さらに、ピルビン酸カルボキシラーゼ活性が非改変株と比較して増強するように改変された、(1)〜(3)のいずれかに記載の細菌。
(5)さらに、アセテートキナーゼ、ホスフォオランスアセチラーゼ、ピルベートオキシダーゼおよびアセチルCoAハイドロラーゼから選択される1種類以上の酵素の活性が非改変株と比較して低減されるように改変された、(1)〜(4)のいずれかに記載の細菌。
(6)コリネ型細菌である、(1)〜(5)のいずれかに記載の細菌。
(7)コリネ型細菌が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)又はブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)である、(6)に記載の細菌。
(8)(1)〜(7)のいずれかに記載の細菌またはその処理物を、炭酸イオン、重炭酸イオン又は二酸化炭素ガスを含有する反応液中でスクロースに作用させることによって反応液中に非アミノ有機酸を生成・蓄積させ、該非アミノ有機酸を採取することを特徴とする非アミノ有機酸の製造方法。
(9)スクロースを嫌気的雰囲気下で作用させることを特徴とする、(8)に記載の方法。
(10)非アミノ有機酸がコハク酸である、(8)又は(9)に記載の方法。
(11)(10)に記載の方法によりコハク酸を製造する工程、及び前記工程で得られたコハク酸を重合する工程を含む、コハク酸含有ポリマーの製造方法。
(12)(10)に記載の方法によりコハク酸を製造する工程、及び前記工程で得られたコハク酸を原料としてコハク酸誘導体を合成する工程を含む、コハク酸誘導体の製造方法。
That is, according to the present invention, the following inventions are provided.
(1) A bacterium that has a non-amino organic acid-producing ability and has been modified so that expression of the ptsS gene is enhanced as compared to a non-modified strain.
(2) The bacterium according to (1), wherein the ptsS gene has a homology of 80% or more with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10 and encodes a protein having PtsS activity.
(3) The bacterium according to (1) or (2), which is further modified so that lactate dehydrogenase activity is reduced as compared with an unmodified strain.
(4) The bacterium according to any one of (1) to (3), further modified so that pyruvate carboxylase activity is enhanced as compared with an unmodified strain.
(5) Further, the activity of one or more enzymes selected from acetate kinase, phosphoorance acetylase, pyruvate oxidase and acetyl-CoA hydrolase was modified so as to be reduced as compared with an unmodified strain. The bacterium according to any one of (1) to (4).
(6) The bacterium according to any one of (1) to (5), which is a coryneform bacterium.
(7) The bacterium according to (6), wherein the coryneform bacterium is Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, or Brevibacterium lactofermentum.
(8) In the reaction solution, the bacterium according to any one of (1) to (7) or a processed product thereof is allowed to act on sucrose in a reaction solution containing carbonate ion, bicarbonate ion, or carbon dioxide gas. A method for producing a non-amino organic acid, comprising producing and accumulating a non-amino organic acid and collecting the non-amino organic acid.
(9) The method according to (8), wherein sucrose is allowed to act in an anaerobic atmosphere.
(10) The method according to (8) or (9), wherein the non-amino organic acid is succinic acid.
(11) A method for producing a succinic acid-containing polymer, comprising a step of producing succinic acid by the method according to (10) and a step of polymerizing succinic acid obtained in the step.
(12) A method for producing a succinic acid derivative, comprising a step of producing succinic acid by the method described in (10), and a step of synthesizing a succinic acid derivative using succinic acid obtained in the step as a raw material.
本発明の製造方法によれば、スクロースを用いたコハク酸などの非アミノ有機酸の製造において、消費スクロース当たりの非アミノ有機酸の収率を向上させ、効率よく非アミノ有機酸を製造することができる。
得られた非アミノ有機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、得られた非アミノ有機酸を原料として重合反応を行うことにより非アミノ有機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, in the production of a non-amino organic acid such as succinic acid using sucrose, the yield of the non-amino organic acid per consumed sucrose is improved and the non-amino organic acid is efficiently produced. Can do.
The obtained non-amino organic acid can be used for food additives, pharmaceuticals, cosmetics and the like. Moreover, a non-amino organic acid containing polymer can also be manufactured by performing a polymerization reaction using the obtained non-amino organic 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。
本発明の細菌は、非アミノ有機酸生産能を有し、ptsS遺伝子の発現が非改変株と比較して増強するように改変された細菌である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The bacterium of the present invention is a bacterium which has a non-amino organic acid-producing ability and has been modified so that expression of the ptsS gene is enhanced as compared with the unmodified strain.
ここで、「非アミノ有機酸生産能を有する」とは、該細菌を培地中で培養したときに該培
地中に非アミノ有機酸を生成蓄積することができることをいう。非アミノ有機酸はアミノ酸以外の有機酸を意味するが、コハク酸、リンゴ酸、フマル酸、クエン酸、イソクエン酸、2−オキソグルタル酸、シス−アコニット酸およびピルビン酸が好ましく、コハク酸、リンゴ酸、フマル酸などのジカルボン酸がより好ましく、コハク酸が特に好ましい。
Here, “having the ability to produce a non-amino organic acid” means that a non-amino organic acid can be produced and accumulated in the medium when the bacterium is cultured in the medium. Non-amino organic acids mean organic acids other than amino acids, but succinic acid, malic acid, fumaric acid, citric acid, isocitric acid, 2-oxoglutaric acid, cis-aconitic acid and pyruvic acid are preferred, and succinic acid, malic acid Dicarboxylic acids such as fumaric acid are more preferred, and succinic acid is particularly preferred.
本発明におけるptsS遺伝子とは、ホスホエノールピルビン酸のリン酸基をスクロースに転移させ、同時にCytoplasmに取り込む活性(EC2.7.1.69:以下、PtsS活性という)を有するタンパク質をコードする遺伝子を意味する。PtsS活性は、例えば、J Bacteriol. 1989 Jan;171(1):263-71に記載の方法により測定することができる。 The ptsS gene in the present invention means a gene encoding a protein having an activity of transferring a phosphate group of phosphoenolpyruvate to sucrose and simultaneously incorporating it into Cytoplasm (EC2.7.1.69: hereinafter referred to as PtsS activity). . PtsS activity can be measured, for example, by the method described in J Bacteriol. 1989 Jan; 171 (1): 263-71.
「ptsS遺伝子の発現が増強した」とは、野生株などの非改変株と比較してptsS遺伝子の発現量が増加したことを意味する。ptsS遺伝子の発現量は、非改変株と比較して、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。 “Enhanced expression of the ptsS gene” means that the expression level of the ptsS gene is increased as compared to a non-modified strain such as a wild-type strain. The expression level of the ptsS gene is preferably enhanced 1.5 times or more per unit cell weight, and more preferably enhanced 2 times or more, compared to the unmodified strain.
本発明の細菌は、本来的に非アミノ有機酸生産能を有する細菌又は育種により非アミノ有機酸生産能を付与された細菌において、ptsS遺伝子の発現量を増強させる改変を行ったものでもよいし、ptsS遺伝子の発現量を増強させる改変を行うことにより非アミノ有機酸生産能を有するようになったものでもよい。育種により非アミノ有機酸生産能を付与する手段としては、変異処理、遺伝子組換え処理などが挙げられ、例えば、コハク酸生産能を付与する場合は、後述するようなラクテートデヒドロゲナーゼ活性を低減するような改変やピルビン酸カルボキシラーゼ活性を増強するような改変などが挙げられる。 The bacterium of the present invention may be one that has been modified to enhance the expression level of the ptsS gene in a bacterium that originally has a non-amino organic acid-producing ability or a bacterium that has been given a non-amino organic acid-producing ability by breeding. Further, it may be modified so as to have a non-amino organic acid-producing ability by performing a modification that enhances the expression level of the ptsS gene. Examples of means for imparting non-amino organic acid-producing ability by breeding include mutation treatment and gene recombination treatment. For example, when imparting succinic acid-producing ability, lactate dehydrogenase activity as described below is reduced. And other modifications that enhance pyruvate carboxylase activity.
本発明に用いる細菌は、以下に示すような細菌を親株として用い、該親株を改変するこ
とによって得ることができる。親株の種類は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細菌、ブレビバクテリウム属に属する細菌又はアースロバクター属に属する細菌が挙げられ、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)に属する細菌が挙げられる。
The bacterium used in the present invention can be obtained by using a bacterium as shown below as a parent strain and modifying the parent strain. The kind of the parent strain is not particularly limited, but is preferably a coryneform bacterium, a Bacillus bacterium, or a Rhizobium bacterium, and more preferably a coryneform bacterium.
Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus pumilus (Bacillus subtilis), Bacillus subtilis (Bacillus subtilis), Bacillus amyloliquefaciens (Bacillus subtilis)
pumilus), Bacillus stearothermophilus and the like, and Rhizobium etli and the like as the genus Rhizobium.
Examples of coryneform bacteria include bacteria belonging to the genus Corynebacterium, bacteria belonging to the genus Brevibacterium, or bacteria 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 Bacteria 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. Brevibacterium flavum is currently sometimes 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, Brevibacterium flavum MJ-233 strain and its mutant MJ-233 AB-41 strain are respectively Corynebacterium glutamicum MJ- It shall be the same strain as 233 strain and 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。 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.
ptsS遺伝子の発現量の増強は、遺伝子組換え法、例えば、ptsS遺伝子のコピー数を高めること、またはこ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。
ptsS遺伝子の発現量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、PtsS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、配列番号9の塩基配列を有するコリネバクテリウム・グルタミカム由来の遺伝子を挙げることができる。また、ptsS遺伝子は、PtsS活性を有するタンパク質をコードするものである限り、上記塩基配列の相補配列を有する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80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは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、ptsS遺伝子は、配列番号10のアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の相同性を有し、PtsS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。
さらに、ptsS遺伝子は、配列番号10のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加された配列を有し、PtsS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。ここで、1または数個とは、好ましくは、1〜20個、より好ましくは1〜10個、特に好ましくは1〜5個を意味する。
The expression level of the ptsS gene can be enhanced by gene recombination, for example, by increasing the copy number of the ptsS gene or by replacing the promoter of this gene.
In the case of modification so that the expression level of the ptsS gene is enhanced, the gene that can be used is not particularly limited as long as it encodes a protein having PtsS activity. For example, Corynebacterium glutamicum having the base sequence of SEQ ID NO: 9 Mention may be made of genes derived from them. In addition, as long as the ptsS gene encodes a protein having PtsS activity, DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA having a complementary sequence of the above base sequence, or with the above base sequence, 80% or more, preferably It may be a homologue such as DNA having a homology of 90% or more, more preferably 95% or more, particularly 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.
The ptsS gene has a homology of 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 99% or more with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10, and encodes a protein having PtsS activity. It may be DNA.
Further, the ptsS gene may be a DNA encoding a protein having a PtsS activity, having a sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10. . Here, one or several means preferably means 1 to 20, more preferably 1 to 10, particularly preferably 1 to 5.
また、ブレビバクテリウム・フラバムMJ-233以外のコリネ型細菌、または他の微生物又は動植物由来のptsS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ptsS遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、または配列番号9とのホモロジー等に基いてPtsS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。 Further, coryneform bacteria other than Brevibacterium flavum MJ-233, or ptsS genes derived from other microorganisms or animals and plants can also be used. A ptsS gene derived from a microorganism or animal or plant is isolated from a chromosome of a microorganism, animal or plant, etc., based on a gene whose base sequence has already been determined, or a gene encoding a protein having PtsS activity based on homology with SEQ ID NO: 9, etc. Those having a determined base 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.
ptsS遺伝子の発現量を増強するためには、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。
ptsS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 expression level of the ptsS gene, 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 plasmid vector into which the ptsS 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.
ptsS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、ptsS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、ptsS遺伝子の発現量の増強は、公知の相同組換え法によって染色体上でptsS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、ptsS遺伝子の発現量の増強は、宿主染色体上でptsS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 ptsS 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-233 strain By transforming (FERM BP-1497), coryneform bacteria with increased expression of the ptsS gene can be obtained.
Transformation is performed by, for example, the electric pulse method (Res. Microbiol., Vol. 144, p.181-185, 1993).
Etc.
Further, the expression level of the ptsS gene can be enhanced by making multiple copies of the ptsS gene on the chromosome by a known homologous recombination method.
Further, the expression level of the ptsS gene can be enhanced by replacing or modifying the promoter of the ptsS 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、ptsS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ptsS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。
このように、プロモーターを適宜選択することによって、ptsS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、ptsS遺伝子の発現増強を達成することができる。
The promoter for expressing the ptsS gene or the promoter used for replacing the promoter of the ptsS gene on the chromosome in the introduction by the above-described recombinant plasmid or homologous recombination on the chromosome can function in the host bacteria. The promoter is not particularly limited, but a promoter whose transcriptional activity is not suppressed under anaerobic conditions is preferable, and examples thereof include a tac promoter used in E. coli and a trc promoter.
Thus, the expression level of the ptsS gene can be controlled by appropriately selecting a promoter.
As mentioned above, although the example using coryneform bacteria was described, also when using other bacteria, the expression enhancement of a ptsS gene can be achieved by the same method.
本発明の細菌は、ptsS遺伝子の発現増強に加えて、ラクテートデヒドロゲナーゼ(LDHともよぶ)活性が低減するように改変された細菌であってもよい。ここで、「LDH活性が低減された」とは、非改変株と比較してLDH活性が低下していることをいう。LDH活性は、非改変株と比較して、単位菌体重量当たり10%以下に低減化されていることが好ましい。また、LDH活性は完全に欠損していてもよい。LDH活性が低下したことは、公知の方法(L.Kanarek and R.L.Hill, J. Biol. Chem.239, 4202 (1964))によりLDH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LDH活性の低減した株の具体的な作製方法としては、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活性が低減されptsS遺伝子の発現が増強されたコリネ型細菌は、例えば、LDH遺伝子が破壊された細菌を作製し、該細菌をptsS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活性低減のための改変操作とptsS遺伝子の発現増強のため改変操作はどちらを先に行ってもよい。
The bacterium of the present invention may be a bacterium modified so that lactate dehydrogenase (also referred to as LDH) activity is reduced in addition to the enhanced expression of the ptsS gene. Here, “LDH activity is reduced” means that LDH activity is reduced as compared to an unmodified strain. The LDH activity is preferably reduced to 10% or less per unit cell weight as compared to the unmodified strain. LDH activity may be completely absent. The decrease in LDH activity can be confirmed by measuring LDH activity by a known method (L. Kanarek and RL Hill, J. Biol. Chem. 239, 4202 (1964)). As a specific method for producing a strain having a reduced LDH activity of a coryneform bacterium, 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). A coryneform bacterium with reduced LDH activity and enhanced expression of the ptsS gene can be obtained, for example, by producing a bacterium with a disrupted LDH gene and transforming the bacterium with a recombinant vector containing the ptsS gene. it can. However, either the modification operation for reducing LDH activity or the modification operation for enhancing expression of the ptsS gene may be performed first.
また、本発明に用いる細菌は、ptsS遺伝子の発現増強に加えて、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、単位菌体重量あたり好ましくは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。PC活性が増強されたことは、公知の方法(Magasanikの方法[J.Bacteriol., 158, 55-62, (1984)])によりPC活性を測定することによって確認することができる。このような細菌は、例えば、ptsS遺伝子の発現が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活性の増強とptsS遺伝子の発現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 enhanced expression of the ptsS gene. “The PC activity is enhanced” means that the PC activity is preferably increased by 1.5 times or more, more preferably by 3 times or more per unit cell weight relative to an unmodified strain such as a wild strain or a parent strain. Say. The enhanced PC activity can be confirmed by measuring the PC activity by a known method (Magasanik's method [J. Bacteriol., 158, 55-62, (1984)]). Such a bacterium can be obtained, for example, by introducing the pc gene into a coryneform bacterium having enhanced expression of the ptsS gene. Any modification operation for enhancing PC activity and ptsS gene expression may be performed first.
pc遺伝子の導入は、上記ptsS遺伝子の導入と同様にして行うことができる。具体的には、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、pc遺伝子は、該コリネバクテリウム・グルタミカム由来のpc遺伝子とストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA、または該遺伝子の塩基配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の相同性を有するDNAであって、PC活性を有するタンパク質をコードするDNAも好適に用いることができる。
さらに、コリネバクテリウム・グルタミカム以外のコリネ型細菌、または他の微生物又は動植物由来のpc遺伝子を使用することもできる。特に、以下に示す微生物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 in the same manner as the introduction of the ptsS gene. Specifically, for example, it can be carried out 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, for example, a pc gene derived from Corynebacterium glutamicum (Peters-Wendisch, PG et al. Microbiology, vol. 144 (1998) p915-927) can be used. Further, the pc gene is DNA that hybridizes with the pc gene derived from Corynebacterium glutamicum under stringent conditions, or the base sequence of the gene is 80% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more. Particularly preferably, DNA having a homology of 99% or more and encoding a protein having PC activity can also be suitably used.
Furthermore, pc genes derived from coryneform bacteria other than Corynebacterium glutamicum, or from other microorganisms or animals and plants can also be used. In particular, the microorganism or animal or plant-derived pc gene shown below has a known sequence (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)]
さらに、本発明の細菌は、ptsS遺伝子の発現増強に加えて、アセテートキナーゼ(以下、ACKとも呼ぶ)、ホスフォトランスアセチラーゼ(以下、PTAとも呼ぶ)、ピルベートオキシダーゼ(以下、POXBとも呼ぶ)およびアセチルCoAハイドロラーゼ(以下、ACHとも呼ぶ)からなる群より選ばれる1種類以上の酵素の活性が低減するように改変された細菌であってもよい。 Furthermore, in addition to enhancing the expression of the ptsS gene, the bacterium of the present invention comprises acetate kinase (hereinafter also referred to as ACK), phosphotransacetylase (hereinafter also referred to as PTA), pyruvate oxidase (hereinafter also referred to as POXB). And a bacterium modified so as to reduce the activity of one or more enzymes selected from the group consisting of acetyl-CoA hydrolase (hereinafter also referred to as ACH).
PTAとACKはいずれか一方を活性低下させてもよいが、酢酸の副生を効率よく低減させるためには、両方の活性を低下させることがより好ましい。
「PTA活性」とは、アセチルCoAにリン酸を転移してアセチルリン酸を生成する反応を触媒する活性をいう。「PTA活性が低減するように改変された」とは、PTA活性が、非改変株、例えば野生株よりも低くなったことをいう。PTA活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり30%以下に低下していることが好ましく、単位菌体重量当たり10%以下に低下していることがより好ましい。また、PTA活性は完全に消失していてもよい。PTA活性が低下したことは、Klotzschらの方法(Klotzsch, H. R., Meth Enzymol. 12, 381-386(1969))
により、PTA活性を測定することによって確認することができる。
Either PTA or ACK may decrease the activity, but it is more preferable to decrease both activities in order to efficiently reduce the byproduct of acetic acid.
“PTA activity” refers to the activity of catalyzing the reaction of transferring phosphoric acid to acetyl-CoA to produce acetyl phosphate. “Modified to reduce PTA activity” means that the PTA activity is lower than that of an unmodified strain such as a wild strain. The PTA activity is preferably reduced to 30% or less per unit cell weight, more preferably 10% or less per unit cell weight, compared to the unmodified strain. Moreover, PTA activity may be completely lost. The decrease in PTA activity is based on the method of Klotzsch et al. (Klotzsch, HR, Meth Enzymol. 12, 381-386 (1969)).
Can be confirmed by measuring the PTA activity.
「ACK活性」は、アセチルリン酸とADPから酢酸を生成する反応を触媒する活性をいう。「ACK活性が低減するように改変された」とは、ACK活性が、非改変株、例えば野生株よりも低くなったことをいう。ACK活性は非改変株と比較して、菌体当たり30%以下に低下していることが好ましく、菌体当たり10%以下に低下していることがより好ましい。また、ACK活性は完全に消失していてもよい。ACK活性が低下したことは、Ramponiらの方法(Ramponi G., Meth. Enzymol. 42,409-426(1975))により、ACK活性を測定することによって確認することができる。 “ACK activity” refers to the activity of catalyzing the reaction of producing acetic acid from acetyl phosphate and ADP. “Modified to reduce ACK activity” means that ACK activity is lower than that of an unmodified strain, for example, a wild strain. The ACK activity is preferably reduced to 30% or less per microbial cell, and more preferably 10% or less per microbial cell, compared to the unmodified strain. Further, the ACK activity may be completely lost. The decrease in ACK activity can be confirmed by measuring the ACK activity by the method of Ramponi et al. (Ramponi G., Meth. Enzymol. 42, 409-426 (1975)).
なお、コリネバクテリウム・グルタミカム(ブレビバクテリウム・フラバムに分類されるものも含む)においては、Microbiology. 1999 Feb;145 (Pt 2):503-13に記載されているように、両酵素はpta−ackオペロン(GenBank Accession No. X89084)にコードされているため、pta遺伝子を破壊した場合は、PTA及びACKの両酵素の活性を低下させることができる。 In Corynebacterium glutamicum (including those classified as Brevibacterium flavum), both enzymes are pta as described in Microbiology. 1999 Feb; 145 (Pt 2): 503-13. Since it is encoded by the ack operon (GenBank Accession No. X89084), when the pta gene is disrupted, the activities of both PTA and ACK enzymes can be reduced.
PTAおよびACKの活性低下は、公知の方法、例えば、相同組換えを利用する方法やsacB遺伝子を用いる方法(Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73)に従ってこれらの遺伝子を破壊することによって行うことができる。具体的には、特開2006-000091号公報や後
述の実施例に開示された方法に従って行うことができる。pta遺伝子およびack遺伝子としては、上記GenBank Accession No. X89084の塩基配列を有する遺伝子のほか、宿主染色体上のpta遺伝子およびack遺伝子と相同組換えを起こす程度の相同性を有する遺伝子を用いることもできる。ここで、相同組換えを起こす程度の相同性とは、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上である。また、上記遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るDNAであれば、相同組換えは起こり得る。
The decrease in PTA and ACK activity can be achieved by disrupting these genes according to known methods, for example, using homologous recombination or using the sacB gene (Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73). Can be done. Specifically, it can be performed according to the method disclosed in JP-A-2006-000091 and the examples described later. As the pta gene and the ack gene, in addition to the gene having the base sequence of the above GenBank Accession No. X89084, a gene having a degree of homology that causes homologous recombination with the pta gene and the ack gene on the host chromosome can also be used. . Here, the homology that causes homologous recombination is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. In addition, homologous recombination can occur as long as it is a DNA that can hybridize with the above gene under stringent conditions.
「POXB活性」は、ピルビン酸と水から酢酸を生成する反応を触媒する活性をいう。「POXB活性が低減するように改変された」とは、POXB活性が、非改変株、例えば野生株よりも低くなったことをいう。POXB活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり30%以下に低下していることが好ましく、10%以下に低下していることがより好ましい。「低下」には活性が完全に消失した場合も含まれる。POXB活性が低下したことは、Changらの方法(Chang Y. and Cronan J. E. JR, J.Bacteriol.151,1279-1289(1982))により、POXB活性を測定することによって確認することができる。 “POXB activity” refers to the activity of catalyzing the reaction of producing acetic acid from pyruvic acid and water. “Modified to reduce POXB activity” means that POXB activity is lower than that of an unmodified strain such as a wild strain. The POXB activity is preferably reduced to 30% or less per unit cell weight, more preferably 10% or less, compared to the unmodified strain. “Decrease” includes the case where the activity is completely lost. The decrease in POXB activity can be confirmed by measuring POXB activity by the method of Chang et al. (Chang Y. and Cronan J. E. JR, J. Bacteriol. 151, 1279-1289 (1982)).
POXB活性の低下は、公知の方法、例えば、相同組換えを利用する方法やsacB遺伝子を用いる方法(Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73)に従ってpoxB遺伝子を破壊することにより行うことができる。具体的には、WO2005/113745や後述の実施例に開示された方法に従って行うことができる。poxB遺伝子としては、例えば、GenBank Accession No.Cgl2610(GenBank Accession No. BA000036の2776766-2778505番目の相補鎖)の塩基配列を有する遺伝子が挙げられるが、宿主細菌の染色体DNA上のpoxB遺伝子と相同組換えを起こす程度の相同性を有していればよいため、該配列の相同遺伝子も使用することができる。ここで、相同組換えを起こす程度の相同性とは、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上である。また、上記遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るDNAであれば、相同組換えは起こり得る。 The decrease in POXB activity can be achieved by disrupting the poxB gene according to a known method such as a method using homologous recombination or a method using the sacB gene (Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73). It can be carried out. Specifically, it can be performed according to the methods disclosed in WO2005 / 113745 and the examples described later. Examples of the poxB gene include GenBank Accession No. A gene having the base sequence of Cgl2610 (the complementary strand of 2776766-2778505 of GenBank Accession No. BA000036) is mentioned, but it has homology to the extent that homologous recombination occurs with the poxB gene on the chromosomal DNA of the host bacterium. Therefore, a homologous gene of the sequence can also be used. Here, the homology that causes homologous recombination is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. In addition, homologous recombination can occur as long as it is a DNA that can hybridize with the above gene under stringent conditions.
「ACH活性」は、アセチルCoAから酢酸を生成する反応を触媒する活性をいう。「ACH活性が低減するように改変された」とは、ACH活性が、非改変株、例えば野生株よりも低くなったことをいう。ACH活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり30%以下に低下していることが好ましく、10%以下に低下していることがより好ましい。尚、「低下」には
活性が完全に消失した場合も含まれる。ACH活性は、Gergely,J.,らの方法(Gergely,J., Hele,P. & Ramkrishnan,C.V. (1952) J.Biol.Chem. 198 p323-334)により測定することが出来る。
“ACH activity” refers to the activity of catalyzing the reaction of producing acetic acid from acetyl CoA. “Modified to reduce ACH activity” means that ACH activity is lower than that of a non-modified strain such as a wild-type strain. The ACH activity is preferably reduced to 30% or less per unit cell weight, more preferably 10% or less, compared to the unmodified strain. The “decrease” includes the case where the activity is completely lost. ACH activity can be measured by the method of Gergely, J., et al. (Gergely, J., Hele, P. & Ramkrishnan, CV (1952) J. Biol. Chem. 198 p323-334).
ACH活性の低下は、公知の方法、例えば、相同組換えを利用する方法やsacB遺伝子を用いる方法(Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73)に従ってach遺伝子を破壊することによって行うことができる。具体的には、WO2005/113744や後述の実施例に開示された方法に従って行うことができる。ach遺伝子としては、例えば、GenBank Accession No.Cgl2569(GenBank Accession No.BA000036の2729376..2730917番目の相補鎖)の塩基配列を有する遺伝子が挙げられるが、宿主細菌の染色体DNA上のach遺伝子と相同組換えを起こす程度の相同性を有していればよいため、該配列の相同遺伝子も使用することができる。ここで、相同組換えを起こす程度の相同性とは、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上である。また、上記遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るDNAであれば、相同組換えは起こり得る。 The decrease in ACH activity can be achieved by disrupting the ach gene according to a known method, for example, a method using homologous recombination or a method using the sacB gene (Schafer, A. et al. Gene 145 (1994) 69-73). It can be carried out. Specifically, it can be carried out according to the methods disclosed in WO2005 / 113744 and examples described later. Examples of the ach gene include GenBank Accession No. The gene has the base sequence of Cgl2569 (the 2729376..2730917 complementary strand of GenBank Accession No. BA000036). Therefore, a homologous gene of the sequence can also be used. Here, the homology that causes homologous recombination is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. In addition, homologous recombination can occur as long as it is a DNA that can hybridize with the above gene under stringent conditions.
なお、本発明において使用する細菌は、ptsS遺伝子の発現量を増強する改変に加え、上記改変のうちの2種類以上の改変を組み合わせて得られる細菌であってもよい。複数の改変を行う場合、その順番は問わない。 In addition, the bacterium used in the present invention may be a bacterium obtained by combining two or more of the above modifications in addition to the modification that enhances the expression level of the ptsS gene. When making a plurality of modifications, the order does not matter.
コハク酸などの非アミノ有機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スクロースを含む培地で増殖させながら、スクロースと反応させることによって製造することができる。また、増殖させて得られた菌体をスクロースを含む反応液中でスクロース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 bacterium in the production reaction of a non-amino organic acid such as succinic acid, a slant culture in a solid medium such as an agar medium may be used for the direct reaction. However, the bacterium is previously cultured in a liquid medium (seed It is preferable to use those cultured. The bacteria thus seed-cultured can be produced by reacting with sucrose while growing on a medium containing sucrose. Moreover, it can manufacture also by making the microbial cell obtained by making it grow react with sucrose in the reaction liquid containing sucrose. 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.
スクロースの使用濃度は特に限定されないが、非アミノ有機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、反応の進行に伴うスクロースの減少にあわせ、スクロースの追加添加を行っても良い。 The concentration of sucrose used is not particularly limited, but it is advantageous to make it as high as possible as long as it does not inhibit the production of non-amino organic acid, usually 5 to 30% (W / V), preferably 10 to 20%. The reaction is carried out within the range of (W / V). Further, additional sucrose may be added as the sucrose decreases with the progress of the reaction.
上記スクロース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非アミノ有機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 sucrose is not particularly limited, and may be a medium for culturing bacteria or a buffer solution such as a phosphate buffer. 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 it is a nitrogen source that can be assimilated by the microorganism to produce a non-amino organic acid. Specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolysate, casein Various organic and inorganic nitrogen compounds such as degradation products, peptone, yeast extract, meat extract, corn steep liquor and the like can be mentioned. 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、例えばスクロースと炭酸イオン、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, sucrose 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。非アミノ有機酸生産反応時の温度は、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 non-amino organic acid production 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(菌体増殖)時は、通気、攪拌し酸素を供給することが必要である。一方、非アミノ有機酸の生成反応は、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。この場合、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によって嫌気的雰囲気にすることができる。 When culturing bacteria (cell growth), it is necessary to supply oxygen by aeration and agitation. On the other hand, the production reaction of the non-amino organic acid may be performed by aeration and stirring, but may be performed in an anaerobic atmosphere without aeration and without supplying oxygen. In this case, an anaerobic atmosphere may be obtained by a method such as sealing the container and reacting without aeration, supplying an inert gas such as nitrogen gas, reacting, or venting an inert gas containing carbon dioxide gas. it can.
反応液(培養液)中に蓄積した非アミノ有機酸は、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非アミノ有機酸を分離・精製することができる。 The non-amino organic 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, and separating and purifying the non-amino organic acid from the solution by crystallization or column chromatography be able to.
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などの非アミノ有機酸を製造した後に、得られた非アミノ有機酸を原料として重合反応を行うことにより非アミノ有機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、特に、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非アミノ有機酸または該非アミノ有機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。 Further, in the present invention, after producing a non-amino organic acid such as succinic acid by the above-described method of the present invention, a non-amino organic acid-containing polymer is produced by performing a polymerization reaction using the obtained non-amino organic acid as a raw material. can do. 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. In particular, succinic acid produced in the present invention is processed into polymers such as polyester and polyamide. Can be used. 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 non-amino organic acid obtained by the production method of the present invention or the composition containing the non-amino organic acid can be used for food additives, pharmaceuticals, cosmetics and the like.
非アミノ有機酸がコハク酸である場合、上記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用いてコハク酸誘導体を製造することができる。ここでコハク酸誘導体としては、コハク酸塩、無水コハク酸、無水マレイン酸、コハク酸エステル、コハク酸イミド、1,4-ジアミノブタン、コハク酸ニトリル、2−ピロリドン、N-メチルピロリドン(NMP)、N-エチルピロリドン(NEP)、1,4−ブタンジオール(1,4-BG)、テトラヒドロフラン(THF)、γ−ブチロラクトン(GBL)、ポリテトラメチンエーテルグリコール(PTMG)などが挙げられる。例えば、コハク酸を水素化することによって、1,4−ブタンジオールを製造することができる。1,4−ブタンジオールは、ポリブチレンサクシネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、テトラヒドロフラン(溶媒)、N-メチルピロリドンやN-ビニルピロリドンの前駆体であるγ−ブチロラクタンの原料等に用いられる。
When the non-amino organic acid is succinic acid, a succinic acid derivative can be produced using the obtained succinic acid after producing succinic acid by the method of the present invention. Here, as the succinic acid derivative, succinic acid salt, succinic anhydride, maleic anhydride, succinic acid ester, succinimide, 1,4-diaminobutane, succinic acid nitrile, 2-pyrrolidone, N-methylpyrrolidone (NMP) N-ethylpyrrolidone (NEP), 1,4-butanediol (1,4-BG), tetrahydrofuran (THF), γ-butyrolactone (GBL), polytetramethine ether glycol (PTMG) and the like. For example, 1,4-butanediol can be produced by hydrogenating succinic acid. 1,4-Butanediol is used as a raw material for polybutylene succinate resin, polybutylene terephthalate resin, tetrahydrofuran (solvent), γ-butyrolactan, which is a precursor of N-methylpyrrolidone and N-vinylpyrrolidone.
[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.
<ptsS増強株の作製>
(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、(NH4)2SO4 7g、KH2PO4 0.5g、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MJ233株を対数増殖期後期まで培養し、遠心分離(10000g、5分)により菌体を集めた。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。
<Preparation of ptsS enhanced strain>
(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 The bacterial flavum strain MJ233 was cultured until the late logarithmic growth phase, and the cells were collected by centrifugation (10000 g, 5 minutes). The obtained cells were suspended in 0.15 mL of a 10 mM NaCl / 20 mM Tris buffer solution (pH 8.0) / 1 mM EDTA · 2Na solution containing lysozyme at a concentration of 10 mg / 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 amount of phenol / chloroform solution, shake gently at room temperature for 10 minutes, and then centrifuge (5,000 × g, 20 minutes, 10-12 ° C.) to obtain a supernatant. The fraction was collected and sodium acetate was added to a concentration of 0.3 M, and then twice as much 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)ptsS遺伝子プロモーター置換用プラスミドの構築
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来ptsS遺伝子のN末端領域のDNA断片の取得は、上記(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1および配列番号2)を用いたPCRによって行った。反応液組成:鋳型DNA1μL、Ex−Taq DNAポリメラーゼ(タカラバイオ社製)0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.2μM 各々プライマー、0.25μM dNTPs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1分からなるサイクルを30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4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0.6kbの断片を検出し、これをptsS遺伝子N末端断片とした。
(B) Construction of plasmid for ptsS gene promoter replacement Obtaining the DNA fragment of the N-terminal region of the ptsS gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain has been reported using the DNA prepared in (A) above as a template and the entire genome sequence. It was carried out by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2) designed on the basis of the gene sequence (GenBank Database Accession No. AP005276) of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain. Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, Ex-Taq DNA polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.) 0.2 μL, 1-fold concentration buffer, 0.2 μM each primer, 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 1 minute was repeated 30 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 4 minutes. Confirmation of the amplification product is carried out by separation by 1.0% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMC BioProducts) gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining.
An approximately 0.6 kb fragment was detected and used as the ptsS gene N-terminal fragment.
一方、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来で構成的に高発現するTZ4プロモーター断片はプラスミドpMJPC17.2(特開2005−95169)を鋳型とし、配列番号3および配列番号4に記載の合成DNAを用いたPCRにより調製した。反応液組成:鋳型DNA1μL、Ex−Taqポリメラーゼ(タカラバイオ社製)0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.2μM 各々プライマー、0.25μM dNTPs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30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0.2kbの断片を検出し、これをTZ4プロモーター断片とした。 On the other hand, the TZ4 promoter fragment derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain is constitutively highly expressed using plasmid pMJPC17.2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-95169) as a template and using the synthetic DNAs described in SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4. Prepared by PCR. Composition of reaction solution: Template DNA 1 μL, Ex-Taq polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.) 0.2 μL, 1 × concentration attached buffer, 0.2 μM each primer, 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 30 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 3 minutes. Confirmation of the amplification product is performed by separation by 1.0% agarose (SeaKem GTG agarose: manufactured by FMCBioProducts) gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.2 kb is detected, which is detected as TZ4. A promoter fragment was used.
TZ4プロモーターとptsS遺伝子N末端領域が連結したDNA断片の取得は、上記にて調製した両断片を鋳型として、配列番号5および配列番号6の合成DNAを用いたクロスオーバーPCRによって行った。反応液組成:各々鋳型DNA1μL、Ex−Taq
DNAポリメラーゼ(タカラバイオ社製)0.2μL、1倍濃度添付バッファー、0.2μM 各々プライマー、0.25μM dNTPs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1分からなるサイクルを30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4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0.8kbの断片を検出した。得られたTZ4プロモーターとptsS遺伝子N末端領域が連結したDNA断片はQIAquick PCR Purification Kit(QIAGEN社製)を用いて精製後、制限酵素EcoRIおよびKpnIで消化した。このDNA断片を同制限酵素で処理し
た大腸菌ベクターpHSG299(タカラバイオ社製)と混合し、ライゲーションキットver.2(タカラバイオ社製)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、50μg/mLカナマシンおよび50μg/mLX−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、常法により液体培養した後、プラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAは制限酵素EcoRIおよびKpnIで切断することにより約0.8kbの挿入断片が認められ、これをpHSGptsSと命名した。
A DNA fragment in which the TZ4 promoter and the ptsS gene N-terminal region were linked was obtained by crossover PCR using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6 using both of the fragments prepared above as templates. Reaction solution composition: template DNA 1 μL, Ex-Taq each
DNA polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.) 0.2 μL, 1 × concentration attached buffer, 0.2 μM each primer, 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 1 minute was repeated 30 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 4 minutes. Confirmation of the amplification product was performed 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 0.8 kb was detected. The obtained DNA fragment in which the TZ4 promoter and the ptsS gene N-terminal region were linked was purified using QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by QIAGEN) and then digested with restriction enzymes EcoRI and KpnI. This DNA fragment was mixed with Escherichia coli vector pHSG299 (manufactured by Takara Bio Inc.) treated with the same restriction enzyme, and 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 kana machine and 50 μg / mL X-Gal. Clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture by a conventional method, and then plasmid DNA was purified. The obtained plasmid DNA was cleaved with restriction enzymes EcoRI and KpnI, and an inserted fragment of about 0.8 kb was recognized. This was named pHSGptsS.
(C)プロモーター置換によるptsS増強株の作製
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH(ピルベートカルボキシラーゼ遺伝子の発現が強化され、ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子が破壊された株:特開2005−95169)の形質転換に用いたプラスミドDNAは、上記pHSGptsSのプラスミドDNAを用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,53,159,1970)により形質転換した大腸菌JM110株から再調製した。ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/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カナマイシン 25μg/mL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、NaCl
5g、グルコース 20g、及び寒天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は、pHSGptsSがブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのptsS遺伝子とブレビバク
テリウム・フラバムMJ233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組み換えを起こした結果、ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子が挿入されているはずである。ゲノム上のptsS遺伝子のプロモーターがTZ4プロモーターに置換されたことの確認は、LBG培地にて液体培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し、TZ4プロモーターおよびptsS遺伝子の領域を検出することによって確認できる。これらの領域をPCR増幅するためのプライマー(配列番号7および配列番号8)を用いて分析すると、プロモーター置換型では608bpのDNA断片を認めるはずである。上記方法にてカナマイシン耐性菌株を分析した結果、TZ4プロモーターが挿入された株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PtsS/PC−4/ΔLDHと命名した。
(C) Production of ptsS-enhanced strain by promoter replacement Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH (Strain in which expression of pyruvate carboxylase gene is enhanced and lactate dehydrogenase gene is disrupted: JP-A-2005-95169) Plasmid DNA used for transformation was re-prepared from E. coli JM110 strain transformed with the above pHSGptsS plasmid DNA by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 53, 159, 1970). Transformation of the Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain was performed by the electric pulse method (Res. Microbiol. Vol. 144, p. 181-185, 1993), and the obtained transformant was treated with 25 μg / kanamycin. LBG agar medium containing mL [trypton 10 g, yeast extract 5 g, NaCl
5 g, glucose 20 g, and agar 15 g were dissolved in 1 L of distilled water]. Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pHSGptsS cannot replicate in the Brevibacterium flavum MJ233 strain, the ptsS gene of the plasmid and the same gene on the genome of Brevibacterium flavum MJ233 strain As a result of homologous recombination, a kanamycin resistance gene derived from the plasmid should be inserted on the genome. Confirmation that the promoter of the ptsS gene on the genome has been replaced by the TZ4 promoter is to directly subject the cells obtained by liquid culture in LBG medium to a PCR reaction and detect the TZ4 promoter and the ptsS gene region. Can be confirmed. When these regions are analyzed using primers (SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8) for PCR amplification, a 608 bp DNA fragment should be observed in the promoter-substituted form. As a result of analyzing the kanamycin resistant strain by the above method, a strain into which the TZ4 promoter was inserted was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / PtsS / PC-4 / ΔLDH.
<ptsS増強株の評価>
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、蒸留水:1000mLにメスアップ)100mLを500mLの三角フラスコに入れ、120℃、20分加熱滅菌した。これを室温まで冷やし、0.22μmのメンブレンフィルター(MILLIPORE社製)により滅菌した50%スクロース水溶液を4mL、無菌濾過した5%カナマイシン水溶液を50μL添加し、実施例1(C)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PtsS/PC−4/ΔLDH株または対照株であるブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株(特開2005−95169)を接種して16時間30℃にて種培養した。但し、MJ233/PC−4/ΔLDH株の培養は、カナマイシン非添加で行った。
<Evaluation of ptsS enhanced strain>
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, heptahydrate Product: 20 mg, manganese sulfate / hydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, distilled water: made up to 1000 mL) 100 mL is put into a 500 mL Erlenmeyer flask And sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes. This was cooled to room temperature, 4 mL of 50% sucrose aqueous solution sterilized by a 0.22 μm membrane filter (MILLIPORE), and 50 μL of 5% kanamycin aqueous solution filtered aseptically were added, and the Brevibacterium prepared in Example 1 (C) was added. Inoculation with Um flavum MJ233 / PtsS / PC-4 / ΔLDH strain or Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain (JP 2005-95169) as a control strain and seed culture at 30 ° C. for 16 hours did. However, MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain was cultured without kanamycin.
得られた全培養液を4000×g、7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、硫酸アンモニウム66g、蒸留水:1000mLにメスアップ)にOD660の吸光度が20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に、基質溶液(スクロース:40g、炭酸水素アンモニウム:63g、及び蒸留水:1000mL)0.5mLを加えて、20%炭酸ガス、80%窒素雰囲気下、39℃で6時間反応させた。 The obtained whole culture solution was collected by centrifugation at 4000 × g for 7 minutes, and a cell suspension medium (magnesium sulfate 7-hydrate: 1 g, ferrous sulfate 7-hydrate: 40 mg, sulfuric acid Manganese 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, ammonium sulfate 66 g, distilled water: In order to make the absorbance of OD 660 20 in 1000 mL). Add 0.5 mL of the substrate solution (sucrose: 40 g, ammonium hydrogen carbonate: 63 g, and distilled water: 1000 mL) to 0.5 mL of the above cell suspension in a 4 mL reactor, 20% carbon dioxide, 80% nitrogen The reaction was carried out at 39 ° C. for 6 hours under atmosphere.
反応後、上述の条件で遠心分離し、上清の有機酸濃度を分析した結果、対照株であるブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株の消費スクロース当たりのコハク酸収率(重量)が67%であったのに対して、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PtsS/PC−4/ΔLDH株は83%であり、ptsS増強がコハク酸の対糖収率の改善に有効であることが示された。 After the reaction, the mixture was centrifuged under the conditions described above, and the organic acid concentration in the supernatant was analyzed. As a result, the yield of succinic acid per sucrose consumed by the control strain Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain (weight) ) Was 67%, whereas the Brevibacterium flavum MJ233 / PtsS / PC-4 / ΔLDH strain was 83%, and the enhancement of ptsS was effective in improving the yield of succinic acid to sugar. It has been shown.
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