JP5841749B2 - Recombinant microorganism - Google Patents

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本発明は、有用なタンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子の発現増強方法、及び当該方法を用いたタンパク質又はポリペプチドの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for enhancing expression of a gene encoding a useful protein or polypeptide, and a method for producing a protein or polypeptide using the method.

微生物による有用物質の工業的生産は、アルコール飲料や味噌、醤油等の食品の醸造をはじめとして、アミノ酸、有機酸、核酸関連物質、抗生物質、糖質、脂質、タンパク質等の工業的生産など、多岐に渡って実施されている。またその用途も、食品をはじめとして、医薬、洗剤、化粧品等の日用品、あるいは各種化成品原料に至るまで、幅広い分野に広がっている。   Industrial production of useful substances by microorganisms includes brewing foods such as alcoholic beverages, miso and soy sauce, industrial production of amino acids, organic acids, nucleic acid-related substances, antibiotics, carbohydrates, lipids, proteins, etc. It is carried out in various ways. In addition, its use has been extended to a wide range of fields from foods to daily necessities such as medicines, detergents, cosmetics, and various chemical raw materials.

微生物を用いた有用物質の工業的生産における一つの重要課題として、当該有用物質の生産性向上が挙げられる。従来、当該課題を解決するため、突然変異等の遺伝学的手法による高生産菌の育種が行われてきた。特に最近では、微生物遺伝学、バイオテクノロジーの発展により、遺伝子組換え技術等を用いた、より効率的な高生産菌の育種が行われている。更に、近年のゲノム解析技術の急速な発展を受け、対象とする微生物のゲノム情報を解読し、これらを積極的に産業に応用する試みもなされている。   One important issue in the industrial production of useful substances using microorganisms is to improve the productivity of the useful substances. Conventionally, in order to solve the problem, breeding of high-producing bacteria by genetic techniques such as mutation has been performed. Particularly recently, with the development of microbial genetics and biotechnology, more efficient breeding of high-producing bacteria using genetic recombination technology has been carried out. Furthermore, in response to the rapid development of genome analysis technology in recent years, attempts have been made to decode genome information of target microorganisms and actively apply them to industry.

近年、枯草菌ゲノムに存在する約4100種類の遺伝子の破壊株が網羅的に研究され、271個の遺伝子が成育に必須であることが報告されている(非特許文献1)。また、本出願人は、枯草菌の遺伝子破壊株を網羅的に解析し、枯草菌ゲノムの大領域を欠失させ、各種酵素の生産性に優れた変異株の創出に成功している(特許文献1)。   In recent years, about 4100 types of disrupted strains of genes present in the Bacillus subtilis genome have been extensively studied, and it has been reported that 271 genes are essential for growth (Non-patent Document 1). In addition, the present applicant has exhaustively analyzed gene-disrupted strains of Bacillus subtilis, and has succeeded in creating mutant strains excellent in productivity of various enzymes by deleting a large region of the Bacillus subtilis genome (patents). Reference 1).

グルタミン及びグルタミン酸は、全ての生体物質への窒素ドナーとなることから、窒素代謝において極めて重要な化合物であると考えられている。一般的にグルタミン合成経路は、グルタミン合成酵素によって触媒されることが知られており、枯草菌ではGlnAがその役割を担っている(非特許文献2)。   Glutamine and glutamic acid are considered to be extremely important compounds in nitrogen metabolism because they become nitrogen donors to all biological substances. In general, the glutamine synthesis pathway is known to be catalyzed by glutamine synthase, and GlnA plays a role in Bacillus subtilis (Non-patent Document 2).

GlnAはglnRAオペロンの2番目の遺伝子によりコードされており、このオペロンの発現は、glnRAオペロンの1番目の遺伝子glnRによりコードされる転写抑制因子GlnRにより抑制される(非特許文献3)。GlnRは窒素源が豊富にある条件下で、glnRAオペロンの転写を抑制する因子である。一方、窒素源が枯渇した条件下では、枯草菌の窒素代謝におけるグローバルレギュレーターTnrAがglnRAオペロンの転写抑制因子として機能することが知られている。   GlnA is encoded by the second gene of the glnRA operon, and the expression of this operon is suppressed by the transcriptional repression factor GlnR encoded by the first gene glnR of the glnRA operon (Non-patent Document 3). GlnR is a factor that suppresses transcription of the glnRA operon under conditions where the nitrogen source is abundant. On the other hand, under conditions where the nitrogen source is depleted, it is known that the global regulator TnrA in nitrogen metabolism of Bacillus subtilis functions as a transcriptional repressor of the glnRA operon.

また、Fisherらの報告によると、GlnR及びTnrAをコードする遺伝子が欠失した株では、それぞれ窒素豊富条件下及び窒素枯渇条件下でglnAの発現量が向上することが判明している(非特許文献4)。   In addition, according to a report by Fisher et al., It has been found that the expression level of glnA is improved in a nitrogen-deficient condition and a nitrogen-depleted condition in a strain lacking a gene encoding GlnR and TnrA, respectively (non-patent document). Reference 4).

グルタミン合成酵素遺伝子の改変による、生物の機能改変に関する報告が数多くなされている。例えば、納豆菌のグルタミン合成酵素遺伝子を高発現させてアンモニア臭を低減する方法(特許文献2)、グルタミン合成酵素遺伝子の負の制御因子(グルタミンシンテターゼアデニリルトランスフェラーゼ(GlnE蛋白質)及びグルタミンシンテターゼ調節蛋白質PII)を欠失させて、グルタミン製造能力を向上させる方法(特許文献3)、コリネ型細菌のグルタミン合成酵素遺伝子を変異させてグルタミン製造量を増加させる方法(特許文献4)、BCG株にグルタミン合成酵素遺伝子を導入して、アラニン・セリンによる生育阻害を解消させる方法(特許文献5)、植物においてグルタミン合成酵素遺伝子を高発現させ、成長速度、乾燥重量を増加させる方法(特許文献6)、真核生物細胞(CHO細胞等)の形質転換にグルタミン合成酵素遺伝子を利用する(グルタミン代謝欠損の是正をマーカーとして形質転換株を選抜する)方法(特許文献7)が報告されている。   There have been many reports on the functional modification of organisms by modifying the glutamine synthetase gene. For example, a method of reducing the odor of ammonia by highly expressing a glutamine synthetase gene of Bacillus natto (Patent Document 2), a negative regulator of glutamine synthetase gene (glutamine synthetase adenylyltransferase (GlnE protein) and glutamine synthetase regulation) A method of increasing the production of glutamine by deleting protein PII) (Patent Document 3), a method of increasing glutamine production by mutating the glutamine synthetase gene of coryneform bacteria (Patent Document 4), A method for eliminating growth inhibition by alanine / serine by introducing a glutamine synthetase gene (Patent Document 5), A method for increasing the growth rate and dry weight by highly expressing a glutamine synthase gene in plants (Patent Document 6) , Glutami for transformation of eukaryotic cells (CHO cells, etc.) Synthase gene utilizing (singles transformants corrective glutamine metabolism deficiency as markers) method (Patent Document 7) have been reported.

しかしながら、遺伝子組換え体による組換えタンパク質又はペプチドの生産と、グルタミン合成酵素の発現量との間の関係については何ら報告されていない。   However, there is no report on the relationship between the production of a recombinant protein or peptide by a gene recombinant and the expression level of glutamine synthase.

特開2007−130013号公報JP 2007-130013 A 特開2007−143467号公報JP 2007-143467 A 国際公開第2006/001380号パンフレットInternational Publication No. 2006/001380 Pamphlet 国際公開第2007/074857号パンフレットInternational Publication No. 2007/074857 Pamphlet 特表2006−508633号公報JP 2006-508633 A 特開2010−68805号公報JP 2010-68805 A 特表2009−504160号公報Special table 2009-504160

K.Kobayashiら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA,100,4678−4683,2003K. Kobayashi et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100, 4678-4683, 2003 Gene,32,427(1984)Gene, 32, 427 (1984) Mol.Microbiol.,32,223(1999)Mol. Microbiol. , 32, 223 (1999) J.Bacteriol.,188,2578(2006)J. et al. Bacteriol. , 188, 2578 (2006)

本発明は、有用なタンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子の発現増強方法、及び当該方法を用いたタンパク質又はポリペプチドの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for enhancing expression of a gene encoding a useful protein or polypeptide, and a method for producing a protein or polypeptide using the method.

本発明者らは、異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子を導入した宿主微生物において、glnA遺伝子の発現量を増加させることにより、当該異種タンパク質又はポリペプチドの生産が顕著に向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have found that production of a heterologous protein or polypeptide is markedly improved by increasing the expression level of the glnA gene in a host microorganism into which a gene encoding a heterologous protein or polypeptide is introduced. The present invention has been completed.

すなわち本発明は、以下の(1)から(14)に係るものである。
(1) 異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子を導入した宿主微生物において、glnA遺伝子の発現を増強することを特徴とする、当該異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子の発現増強方法。
(2) glnA遺伝子の発現の増強が、glnA遺伝子の転写抑制因子の欠失又は不活性化により行われる、前記(1)記載の方法。
(3) 前記転写抑制因子が、GlnR及び/又はTnrAである、前記(2)記載の方法。
(4) 宿主微生物がバチルス属に属する細菌である、前記(1)から(3)のいずれか1つに記載の遺伝子の発現増強方法。
(5) 前記バチルス属に属する細菌が枯草菌である、前記(4)記載の遺伝子の発現増強方法。
(6) 異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子を導入した宿主微生物を用いた、異種タンパク質又は異種ポリペプチドの製造方法であって、glnA遺伝子の発現を増強することを特徴とする、前記異種タンパク質又は異種ポリペプチドの製造方法。
(7) glnA遺伝子の発現の増強が、glnA遺伝子の転写抑制因子の欠失又は不活性化により行われる、前記(6)記載の製造方法。
(8) 前記転写抑制因子が、GlnR及び/又はTnrAである、前記(7)記載の製造方法。
(9) 異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子の上流に、転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域から選ばれる1以上の領域が作動可能に連結されている、前記(6)から(8)のいずれか1つに記載の製造方法。
(10) 異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子の上流に、転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域からなる3領域が作動可能に連結されている、前記(6)から(8)のいずれか1つに記載の製造方法。
(11) 前記分泌シグナル領域が、バチルス属細菌のセルラーゼ遺伝子由来のものであり、前記転写開始制御領域及び前記翻訳開始制御領域が、当該セルラーゼ遺伝子の上流0.6〜1kb領域由来のものである、前記(9)又は(10)記載の製造方法。
(12) 前記転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域からなる3領域が、配列番号4で示される塩基配列からなるセルラーゼ遺伝子の塩基番号1〜659の塩基配列、又は当該塩基配列のいずれかと70%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA断片、又は当該塩基配列の一部が欠失した塩基配列からなるDNA断片である、上記(10)記載の製造方法。
(13) 宿主微生物がバチルス属に属する細菌である、前記(6)から(12)のいずれか1つに記載の製造方法。
(14) 前記バチルス属に属する細菌が枯草菌である、前記(13)記載の製造方法。
That is, the present invention relates to the following (1) to (14).
(1) A method for enhancing expression of a gene encoding a heterologous protein or polypeptide, comprising enhancing the expression of the glnA gene in a host microorganism into which the gene encoding the heterologous protein or polypeptide is introduced.
(2) The method according to (1) above, wherein the glnA gene expression is enhanced by deletion or inactivation of a transcriptional repression factor of the glnA gene.
(3) The method according to (2) above, wherein the transcription repressing factor is GlnR and / or TnrA.
(4) The gene expression enhancing method according to any one of (1) to (3), wherein the host microorganism is a bacterium belonging to the genus Bacillus.
(5) The method for enhancing gene expression according to (4), wherein the bacterium belonging to the genus Bacillus is Bacillus subtilis.
(6) A method for producing a heterologous protein or polypeptide using a host microorganism into which a gene encoding a heterologous protein or heterologous polypeptide is introduced, characterized by enhancing the expression of the glnA gene. A method for producing a protein or heterologous polypeptide.
(7) The production method according to (6), wherein the glnA gene expression is enhanced by deletion or inactivation of a transcriptional repression factor of the glnA gene.
(8) The production method according to (7), wherein the transcription repressing factor is GlnR and / or TnrA.
(9) The above (6), wherein one or more regions selected from a transcription initiation control region, a translation initiation control region and a secretion signal region are operably linked upstream of a gene encoding a heterologous protein or polypeptide. To (8). The production method according to any one of (8).
(10) From the above (6) to (8), three regions comprising a transcription initiation control region, a translation initiation control region and a secretion signal region are operably linked upstream of a gene encoding a heterologous protein or polypeptide. ). The manufacturing method as described in any one of.
(11) The secretion signal region is derived from a cellulase gene of a Bacillus bacterium, and the transcription initiation control region and the translation initiation control region are derived from a 0.6-1 kb region upstream of the cellulase gene. The method according to (9) or (10).
(12) The three regions comprising the transcription initiation control region, the translation initiation control region, and the secretion signal region are the base sequence of base numbers 1 to 659 of the cellulase gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 4, or the base sequence The production method according to the above (10), which is a DNA fragment consisting of a base sequence having 70% or more identity with any one, or a DNA fragment consisting of a base sequence from which a part of the base sequence is deleted.
(13) The production method according to any one of (6) to (12), wherein the host microorganism is a bacterium belonging to the genus Bacillus.
(14) The production method according to (13), wherein the bacterium belonging to the genus Bacillus is Bacillus subtilis.

本願発明の組換え枯草菌を用いれば、目的の異種タンパク質又は異種ポリペプチドを効率よく大量生産することが可能となる。   Use of the recombinant Bacillus subtilis of the present invention makes it possible to efficiently mass-produce the target heterologous protein or polypeptide.

SOE−PCRによる遺伝子欠失用DNA断片の調製、及び当該DNA断片を用いて標的遺伝子を欠失する(薬剤耐性遺伝子と置換)方法を模式的に示した図。The figure which showed typically the method of preparing the DNA fragment for gene deletion by SOE-PCR, and deleting the target gene using the said DNA fragment (it replaces with a drug resistance gene). 168ΔglnR、168ΔtnrA株、168ΔglnRΔtnrA株及び親株である枯草菌168株の培養後の、培養液上清のアルカリセルラーゼ活性を示す図。The figure which shows the alkaline cellulase activity of the culture supernatant after culture | cultivation of 168 (DELTA) glnR, 168 (DELTA) tnrA strain | stump | stock, 168 (DELTA) glnR (DELTA) tnrA strain | stump | stock, and the parent strain Bacillus subtilis 168 strain | stump | stock.

本発明で使用される宿主微生物としては、バチルス(Bacillus)属細菌や、クロストリジウム(Clostridium)属細菌等のグラム陽性細菌が挙げられ、中でもバチルス属細菌が好ましい。更に、全ゲノム情報が明らかにされ、遺伝子工学、ゲノム工学技術が確立されている点、またタンパク質を菌体外に分泌生産させる能力を有する点から、枯草菌(Bacillus subtilis)がより好ましい。   Examples of the host microorganism used in the present invention include Gram-positive bacteria such as Bacillus bacteria and Clostridium bacteria, with Bacillus bacteria being preferred. Furthermore, Bacillus subtilis is more preferable from the viewpoint that whole genome information has been clarified, genetic engineering and genome engineering techniques have been established, and that the protein has the ability to secrete and produce proteins outside the cells.

枯草菌(Bacillus subtilis)とは、好気性のグラム陽性桿菌で、芽胞を形成する真正細菌の一種である。枯草菌は、全ゲノム情報が明らかにされ、遺伝子工学、ゲノム工学技術が確立されており、またタンパク質と菌体外に分泌生産させる能力を有するため、本願発明にとり有用な微生物といえる。   Bacillus subtilis is an aerobic Gram-positive rod and is a kind of eubacteria that form spores. Bacillus subtilis is a useful microorganism for the present invention because it has been clarified in whole genome information, has established genetic engineering and genomic engineering techniques, and has the ability to secrete and produce proteins and extracellularly.

本願発明において用いる枯草菌としては特に限定されないが、異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子の発現量増強の観点から、具体的には、枯草菌Bacillus subtilis Marburg No.168(枯草菌168株)、又は当該株を基に、そのゲノムの大領域を欠失させて構築した枯草菌MGB874株が挙げられる(特許文献1)。   The Bacillus subtilis used in the present invention is not particularly limited, but specifically, from the viewpoint of enhancing the expression level of a gene encoding a heterologous protein or heterologous polypeptide, specifically, Bacillus subtilis Marburg No. 168 (Bacillus subtilis 168 strain) or Bacillus subtilis MGB874 strain constructed by deleting a large region of the genome based on the strain (Patent Document 1).

glnA遺伝子は、グルタミン酸とアンモニアからATPのエネルギーを利用してグルタミンを合成する酵素であるグルタミン合成酵素(GlnA)をコードする遺伝子である。glnA遺伝子は、Genbankにおいて多くの生物種由来の当該遺伝子が登録・公開されており、例えば枯草菌のglnA遺伝子は、GenbankアクセッションNo.NC_000964として登録・公開されている。   The glnA gene is a gene encoding glutamine synthase (GlnA), which is an enzyme that synthesizes glutamine from glutamic acid and ammonia using the energy of ATP. The glnA gene has been registered and published in Genbank, and for example, the glnA gene of Bacillus subtilis is Genbank Accession No. It is registered and published as NC_000964.

本発明においては、配列番号1の塩基配列を有するglnA遺伝子と塩基配列において70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上、更により好ましくは98%以上の同一性を有し、グルタミン酸からのグルタミン合成活性を有するタンパク質をコードする遺伝子も、当該glnA遺伝子に相当する遺伝子と考えられ、本発明において発現増強されるglnA遺伝子に含まれるものとする。なお、アミノ酸配列及び塩基配列の同一性はLipman−Pearson法(Science,227,1435(1985))によって計算することができる。具体的には、遺伝情報処理ソフトウェアGenetyx−Win(ソフトウェア開発)のホモロジー解析(Search homology)プログラムを用いて、Unit size to compare(ktup)を2として解析を行うことにより算出される。   In the present invention, the glnA gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and the nucleotide sequence are 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and even more preferably 98% or more. And a gene encoding a protein having glutamine synthesis activity from glutamic acid is also considered to be a gene corresponding to the glnA gene, and is included in the glnA gene whose expression is enhanced in the present invention. In addition, the identity of an amino acid sequence and a base sequence can be calculated by Lipman-Pearson method (Science, 227, 1435 (1985)). Specifically, it is calculated by performing an analysis by setting Unit size to compare (ktup) as 2 using a homology analysis (Search homology) program of genetic information processing software Genetyx-Win (software development).

本発明において、glnA遺伝子の発現を増強する方法としては、宿主微生物細胞内のglnA遺伝子のコピー数を増加させることによって行っても良いが、glnA遺伝子の発現を抑制する因子、例えば転写抑制因子の欠失又は不活性化により行っても良い。後者の場合、欠失又は不活性化される当該転写抑制因子としては、GlnR及びTnrAが挙げられ、いずれか一方を欠失又は不活性化してもよく、両方を欠失又は不活性化してもよい。   In the present invention, the method of enhancing the expression of glnA gene may be performed by increasing the copy number of glnA gene in the host microorganism cell. It may be performed by deletion or inactivation. In the latter case, the transcriptional repressor to be deleted or inactivated includes GlnR and TnrA, either one of which may be deleted or inactivated, or both of which may be deleted or inactivated. Good.

GlnRとは、窒素源が豊富にある条件下でglnRAオペロンの転写を抑制する因子であり、一方TnrAとは、窒素源が枯渇した条件下でglnRAオペロンの転写を抑制するグローバルレギュレーターである。ゆえに、窒素源が豊富にある条件においてはGlnRをコードするglnR遺伝子を欠失又は不活性化してglnA遺伝子の発現を増強するのが好ましく、一方、窒素源が枯渇した条件においてはTnrAをコードするtnrA遺伝子を欠失又は不活性化してglnA遺伝子の発現を増強するのが好ましい。   GlnR is a factor that suppresses transcription of the glnRA operon under conditions where the nitrogen source is abundant, while TnrA is a global regulator that suppresses transcription of the glnRA operon under conditions where the nitrogen source is depleted. Therefore, it is preferable to delete or inactivate the glnR gene encoding GlnR under conditions rich in nitrogen sources to enhance the expression of the glnA gene, while under conditions depleted of nitrogen sources, it encodes TnrA. Preferably, the expression of the glnA gene is enhanced by deleting or inactivating the tnrA gene.

本発明においては、配列番号2の塩基配列を有するglnR遺伝子と塩基配列において70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上、更により好ましくは98%以上の同一性を有し、窒素源が豊富にある条件下でglnRAオペロンの転写を抑制する因子であるタンパク質をコードする遺伝子も、当該glnR遺伝子に相当する遺伝子と考えられ、本発明においてglnA遺伝子の発現増強のために欠失又は不活性化する転写抑制因子の遺伝子に含まれる。   In the present invention, the glnR gene having the base sequence of SEQ ID NO: 2 and the base sequence are 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and still more preferably 98% or more. The gene encoding a protein that is a factor that suppresses the transcription of the glnRA operon under the condition that the nitrogen source is abundant is also considered to be a gene corresponding to the glnR gene. Included in genes of transcriptional repressors that are deleted or inactivated to enhance expression.

本発明においては、配列番号3の塩基配列を有するtnrA遺伝子と塩基配列において70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上、更により好ましくは98%以上の同一性を有し、窒素源が枯渇した条件下でglnRAオペロンの転写を抑制するグローバルレギュレーターであるタンパク質をコードする遺伝子も、当該tnrA遺伝子に相当する遺伝子と考えられ、本発明においてglnA遺伝子の発現増強のために欠失又は不活性化する転写抑制因子の遺伝子に含まれる。   In the present invention, the tnrA gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 and the nucleotide sequence are 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and even more preferably 98% or more. And a gene that encodes a protein that is a global regulator that suppresses transcription of the glnRA operon under conditions where the nitrogen source is depleted, is also considered to be a gene corresponding to the tnrA gene. Included in genes of transcriptional repressors that are deleted or inactivated to enhance expression.

本発明における、glnR及び/又はtnrA遺伝子の削除又は不活性化の具体例として、SOE(splicing by overlap extension)−PCR法(Gene,77,61(1989))によって調製される削除用DNA断片を用いた二重交差法による削除方法について説明するが、本発明における遺伝子削除方法はこの方法に限定されるものではない。   As a specific example of deletion or inactivation of glnR and / or tnrA gene in the present invention, a deletion DNA fragment prepared by SOE (splicing by overlap extension) -PCR method (Gene, 77, 61 (1989)) Although the deletion method by the double crossing method used will be described, the gene deletion method in the present invention is not limited to this method.

本方法で用いる削除用DNA断片は、削除対象遺伝子の上流に隣接する約0.2〜3kb断片と、同じく下流に隣接する約0.2〜3kb断片の間に、薬剤耐性マーカー遺伝子断片を挿入して構築した断片である。まず、1回目のPCRによって、削除対象遺伝子の上流断片及び下流断片、並びに薬剤耐性マーカー遺伝子断片の3断片を調製するが、この際、例えば、上流断片の下流末端に薬剤耐性マーカー遺伝子の上流側10〜30塩基対配列、逆に下流断片の上流末端には薬剤耐性マーカー遺伝子の下流側10〜30塩基対配列が付加されるようにデザインされたプライマーを用いる(図1)。   The deletion DNA fragment used in this method has a drug resistance marker gene fragment inserted between the approximately 0.2 to 3 kb fragment adjacent to the upstream of the gene to be deleted and the approximately 0.2 to 3 kb fragment adjacent to the downstream. It is a fragment constructed by First, an upstream fragment and a downstream fragment of a gene to be deleted and three fragments of a drug resistance marker gene fragment are prepared by the first PCR. In this case, for example, at the upstream end of the drug resistance marker gene at the downstream end of the upstream fragment, A primer designed to add a 10 to 30 base pair sequence, and conversely, a downstream 10 to 30 base pair sequence of the drug resistance marker gene is used at the upstream end of the downstream fragment (FIG. 1).

次いで、1回目に調製した3種類のPCR断片を鋳型とし、上流断片の上流側プライマーと下流断片の下流側プライマーを用いて2回目のPCRを行うことによって、上流断片の下流末端及び下流断片の上流末端に付加した薬剤耐性マーカー遺伝子配列において、薬剤耐性マーカー遺伝子断片とのアニーリングが生じ、PCR増幅の結果、上流側断片と下流側断片の間に、薬剤耐性マーカー遺伝子が挿入されたDNA断片が得られる(図1)。   Next, using the three types of PCR fragments prepared in the first round as a template, and performing the second round of PCR using the upstream primer of the upstream fragment and the downstream primer of the downstream fragment, the downstream end of the upstream fragment and the downstream fragment In the drug resistance marker gene sequence added to the upstream end, annealing with the drug resistance marker gene fragment occurs, and as a result of PCR amplification, a DNA fragment in which the drug resistance marker gene is inserted is inserted between the upstream fragment and the downstream fragment. Is obtained (FIG. 1).

表1又は2に示したプライマーセットと適当な鋳型DNAを用い、Pyrobest DNAポリメーラーゼ(宝酒造)などの一般のPCR用酵素キット等を用いて、“PCR Protocols.Current Methods and Applications”,Edited by B.A.White,Humana Press,pp251(1993)、Gene,77,61,(1989)等に示される通常の条件によりSOE−PCRを行うことによって、各遺伝子の削除用DNA断片が得られる。   Using the primer set shown in Table 1 or 2 and an appropriate template DNA, using a general PCR enzyme kit such as Pyrobest DNA Polymerase (Takara Shuzo), “PCR Protocols. Current Methods and Applications”, Edited by B. et al. A. DNA fragments for deletion of each gene can be obtained by performing SOE-PCR under the normal conditions shown in White, Humana Press, pp251 (1993), Gene, 77, 61, (1989) and the like.

かくして得られた削除用DNA断片を、コンピテント法等によって細胞内に導入すると、削除対象遺伝子の上流及び下流の、上記削除用DNA断片との相同領域おいて、細胞内での遺伝子組換えが生じ、削除対象遺伝子が薬剤耐性遺伝子で置換された細胞を、薬剤耐性マーカーによる選抜により単離できる(図1)。即ち、表1又は2に示したプライマーセットを用いて調製した削除用DNA断片を導入した場合、薬剤を含む寒天培地上に生育するコロニーを単離し、目的の遺伝子が削除されて薬剤耐性遺伝子と置換していることを、ゲノムを鋳型としたPCR法などによって確認すればよい。   When the DNA fragment for deletion thus obtained is introduced into the cell by a competent method or the like, gene recombination in the cell is carried out in the region homologous to the DNA fragment for deletion upstream and downstream of the gene to be deleted. The resulting cells in which the gene to be deleted has been replaced with a drug resistance gene can be isolated by selection with a drug resistance marker (FIG. 1). That is, when a deletion DNA fragment prepared using the primer set shown in Table 1 or 2 is introduced, a colony that grows on an agar medium containing the drug is isolated, and the target gene is deleted and the drug resistance gene and The substitution may be confirmed by a PCR method using the genome as a template.

以上のようにして得られた、glnA遺伝子の発現が増強された宿主微生物に、目的とする異種タンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子を導入し、当該異種タンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子を発現させた場合に、glnA遺伝子の発現が増強されない宿主微生物と比較し、当該異種タンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子の発現が増強される。   A gene encoding a target heterologous protein or polypeptide is introduced into the host microorganism with enhanced glnA gene expression obtained as described above, and the gene encoding the heterologous protein or polypeptide is expressed. In this case, the expression of the gene encoding the heterologous protein or polypeptide is enhanced as compared with a host microorganism in which the expression of the glnA gene is not enhanced.

なお、ポリペプチドとは一般に、直鎖状に連結したアミノ酸のポリマーを指し、タンパク質とは一般に、50以上のアミノ酸からなる1つ以上のポリペプチドのことを指すが、本願においてはこれらの用語は交換可能に用いられるものとする。   A polypeptide generally refers to a polymer of amino acids linked in a straight chain, and a protein generally refers to one or more polypeptides composed of 50 or more amino acids. It shall be used interchangeably.

異種タンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子を細胞内で発現させるためには、当該遺伝子を含むDNA断片を、適切なベクターに挿入した発現プラスミドを構築し、当該発現プラスミドを宿主に導入して形質転換する必要がある。当該発現ベクターとしては、宿主微生物として枯草菌を用いる場合、枯草菌体内で自立複製可能なベクターが好適であり、例えばシャトルベクターpHY300PLK等が挙げられるが、特に限定されない。あるいは、当該DNA断片に宿主ゲノムとの適当な相同領域を結合したDNA断片を用い、宿主ゲノムに直接組み込むことによって組換え枯草菌を得てもよい。   In order to express a gene encoding a heterologous protein or polypeptide in a cell, an expression plasmid in which a DNA fragment containing the gene is inserted into an appropriate vector is constructed, and the expression plasmid is introduced into a host for transformation. There is a need to. As the expression vector, when Bacillus subtilis is used as the host microorganism, a vector capable of autonomous replication in Bacillus subtilis is preferable, and examples thereof include the shuttle vector pHY300PLK, but are not particularly limited. Alternatively, a recombinant Bacillus subtilis may be obtained by using a DNA fragment obtained by binding an appropriate homologous region with the host genome to the DNA fragment and directly integrating the DNA fragment into the host genome.

当該組換え枯草菌を用いて異種タンパク質又はポリペプチドを製造する場合、上記目的タンパク質又はポリペプチドの遺伝子の上流に、当該遺伝子の転写、翻訳、分泌を制御する制御領域を、適切な形で結合させるのが望ましい。かかる制御領域としては、プロモーター及び転写開始点を含む転写開始制御領域、リボソーム結合部位及び開始コドンを含む翻訳開始領域並びに分泌シグナルペプチド領域から選ばれる1以上の領域などが挙げられる。特に転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域からなる3領域が結合されていることが好ましく、更に分泌シグナルペプチド領域がバチルス(Bacillus)属細菌のセルラーゼ遺伝子由来のものであり、転写開始制御領域及び翻訳開始制御領域が当該セルラーゼ遺伝子の開始コドンから始まる長さ0.6〜1kbの上流領域であるものが、異種タンパク質又はポリペプチド遺伝子と作動可能に連結されていることが望ましい。例えば、特開2000−210081号公報や特開平4−190793号公報等に記載されているバチルス(Bacillus)属細菌、すなわちKSM−S237株(FERM BP−7875)、KSM−64株(FERM BP−2886)由来のセルラーゼ遺伝子の転写開始制御領域、翻訳開始領域及び分泌シグナルペプチド領域が目的のタンパク質又はポリペプチドの構造遺伝子と作動可能に連結されていることが望ましい。より具体的には、前記転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域からなる3領域が、配列番号4で示される塩基配列からなるセルラーゼ遺伝子の塩基番号1〜659の塩基配列、又は当該塩基配列のいずれかと70%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上の同一性を有し、且つ遺伝子の転写、翻訳、分泌に関わる機能を有する塩基配列からなるDNA断片、又は当該塩基配列の一部が欠失した塩基配列からなるDNA断片が、上記の異種タンパク質又はポリペプチド遺伝子と作動可能に連結していることが望ましい。ここで、上記塩基配列の一部が欠失した塩基配列からなるDNA断片とは、上記塩基配列の一部を欠失しているが、遺伝子の転写、翻訳、分泌に関わる機能を保持しているDNA断片を意味する。また、ここで、作動可能に連結されている(operably linked)とは、上記の制御配列が機能してコード配列によりコードされた目的タンパク質の発現が制御されうる位置関係で、当該制御配列と当該コード配列とが配置していることを指す。具体例としては、プロモーターとそれに隣接する目的遺伝子とが、当該プロモーターの方向に沿って、当該遺伝子が発現しうる状態で配置していることを指す。また、ここで、ストリンジェントな条件とは、例えば[Molecular cloning−a Laboratory manual 2nd edition(Sambrookら、1989)]に記載の条件等が挙げられる。例えば、6×SSC(1×SSCの組成:0.15M 塩化ナトリウム、0.015M クエン酸ナトリウム、pH7.0)、0.5% SDS、5×デンハート液及び100mg/mL ニシン精子DNAを含む溶液中で、プローブと共に65℃で8〜16時間インキュベートし、ハイブリダイズさせる条件が挙げられる。   When producing a heterologous protein or polypeptide using the recombinant Bacillus subtilis, a control region that controls transcription, translation, and secretion of the gene is linked in an appropriate form upstream of the gene of the target protein or polypeptide. It is desirable to let them. Examples of such a control region include a transcription initiation control region including a promoter and a transcription initiation site, a translation initiation region including a ribosome binding site and an initiation codon, and one or more regions selected from a secretory signal peptide region. In particular, it is preferable that three regions comprising a transcription initiation control region, a translation initiation control region, and a secretion signal region are combined, and the secretion signal peptide region is derived from a cellulase gene of a bacterium belonging to the genus Bacillus, and transcription initiation It is desirable that the control region and the translation initiation control region are upstream regions of 0.6 to 1 kb in length starting from the start codon of the cellulase gene and are operably linked to a heterologous protein or polypeptide gene. For example, bacteria belonging to the genus Bacillus described in JP 2000-210081, JP 4-190793, etc., that is, KSM-S237 strain (FERM BP-7875), KSM-64 strain (FERM BP- It is desirable that the transcription initiation regulatory region, translation initiation region and secretory signal peptide region of the cellulase gene derived from 2886) be operably linked to the structural gene of the target protein or polypeptide. More specifically, the three regions consisting of the transcription initiation control region, the translation initiation control region and the secretion signal region are base sequences of base numbers 1 to 659 of the cellulase gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 4, or A nucleotide sequence having the identity of 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, particularly preferably 95% or more with any one of the nucleotide sequences, and having a function relating to gene transcription, translation and secretion It is desirable that a DNA fragment consisting of or a DNA fragment consisting of a base sequence from which a part of the base sequence is deleted is operably linked to the heterologous protein or polypeptide gene. Here, a DNA fragment consisting of a base sequence from which a part of the base sequence has been deleted is a part of the base sequence that has been deleted, but retains functions related to gene transcription, translation, and secretion. Means a DNA fragment. Here, operably linked means that the control sequence functions and the expression of the target protein encoded by the coding sequence can be controlled. Refers to the arrangement of the coding sequence. As a specific example, it means that a promoter and a target gene adjacent thereto are arranged in a state where the gene can be expressed along the direction of the promoter. Here, the stringent conditions include, for example, conditions described in [Molecular cloning-a Laboratory manual 2nd edition (Sambrook et al., 1989)]. For example, 6 × SSC (1 × SSC composition: 0.15 M sodium chloride, 0.015 M sodium citrate, pH 7.0), 0.5% SDS, 5 × Denhardt's solution and a solution containing 100 mg / mL herring sperm DNA Among them, conditions for incubation with a probe at 65 ° C. for 8 to 16 hours to hybridize can be mentioned.

本発明の組換え枯草菌を用いて生産する異種タンパク質又はポリペプチドとしては、例えば食品用、医薬用、化粧用、洗浄用、繊維処理用、検査用に用いられる各種産業用酵素や、生理活性ペプチドなどが挙げられる。また、産業用酵素の機能別には、酸化還元酵素(オキシドレダクターゼ)、転移酵素(トランスフェラーゼ)、加水分解酵素(ヒドロラーゼ)、脱離酵素(リアーゼ)、異性化酵素(イソメラーゼ)、合成酵素(リガーゼ/シンセターゼ)等が含まれるが、好適にはセルラーゼ、α−アミラーゼ、プロテアーゼ等の加水分解酵素が挙げられ、より好ましくはセルラーゼが挙げられる。   Examples of the heterologous protein or polypeptide produced using the recombinant Bacillus subtilis of the present invention include, for example, various industrial enzymes used for foods, pharmaceuticals, cosmetics, washings, textiles, and testing, and physiological activities. Peptide etc. are mentioned. In addition, the functions of industrial enzymes are classified into oxidoreductase (oxidoreductase), transferase (transferase), hydrolase (hydrolase), elimination enzyme (lyase), isomerase (isomerase), synthetic enzyme (ligase / Synthase) and the like, preferably, hydrolases such as cellulase, α-amylase and protease, more preferably cellulase.

より具体的な例として、配列番号5で示されるアミノ酸配列からなるバチルス属細菌KSM−S237(FERM BP−7875)由来のアルカリセルラーゼや、配列番号6で示されるアミノ酸配列からなるバチルス属細菌KSM−64株(FERM BP−2886)由来のアルカリセルラーゼ、配列番号5又は6で示されるアミノ酸配列の1個もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列を有するアルカリセルラーゼが挙げられ、更には、当該アミノ酸配列と70%、好ましくは80%、より好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるセルラーゼが挙げられる。   More specific examples include alkaline cellulase derived from Bacillus bacterium KSM-S237 (FERM BP-7875) having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 5, and Bacillus bacterium KSM- having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6. Alkaline cellulase derived from 64 strains (FERM BP-2886), alkaline cellulase having an amino acid sequence in which one or several amino acids of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 5 or 6 are deleted, substituted or added, Furthermore, a cellulase comprising an amino acid sequence having 70%, preferably 80%, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and particularly preferably 98% or more identity with the amino acid sequence.

また、α−アミラーゼの具体例としては、微生物由来のα−アミラーゼが挙げられ、特にバチルス属細菌由来の液化型アミラーゼや、配列番号7で示されるアミノ酸配列からなるバチルス属細菌KSM−K38株(FERM BP−6946)由来のアルカリアミラーゼ、当該アミノ酸配列と70%、好ましくは80%、より好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるアミラーゼ、配列番号7で示されるアミノ酸配列において1〜数個のアミノ酸が置換、欠失若しくは付加されたアミノ酸配列からなりアミラーゼ活性を有するタンパク質が挙げられる。また、プロテアーゼの具体例としては、微生物由来、特にバチルス属細菌由来のセリンプロテアーゼや金属プロテアーゼや、配列番号8で示されるアミノ酸配列からなるバチルス クラウジ(Bacillus clausii)KSM−K16株(FERM BP−3376)由来のアルカリプロテアーゼ、あるいは当該アミノ酸配列と70%、好ましくは80%、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、さらにより好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりプロテアーゼ活性を有するタンパク質、配列番号8で示されるアミノ酸配列において1〜数個のアミノ酸が置換、欠失若しくは付加されたアミノ酸配列からなりプロテアーゼ活性を有するタンパク質が挙げられる。   Further, specific examples of α-amylase include microorganism-derived α-amylase, and in particular, liquefied amylase derived from Bacillus bacteria, and Bacillus bacteria KSM-K38 strain comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7 ( FERM BP-6946) -derived alkaline amylase, 70%, preferably 80%, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more of the amino acid sequence. And a protein having an amylase activity consisting of an amino acid sequence in which one to several amino acids are substituted, deleted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7. Specific examples of the protease include serine proteases derived from microorganisms, particularly bacteria derived from the genus Bacillus, metal proteases, and Bacillus clausii strain KSM-K16 (FERM BP-3376) comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8. ) Or an amino acid sequence having 70%, preferably 80%, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, and even more preferably 98% or more identity with the amino acid sequence. Examples thereof include a protein having activity, a protein having a protease activity comprising an amino acid sequence in which one to several amino acids are substituted, deleted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8.

上記の組換え枯草菌を用いた異種タンパク質又はポリペプチドの製造は、上記異種タンパク質又はポリペプチドの遺伝子を上記のとおり宿主となる枯草菌変異株に導入して得られる菌株を、例えば同化性の炭素源、窒素源、その他の必須成分を含む培地に接種して培養して行うことができる。培養方法は、原則的には一般的な微生物の培養方法であってもよく、通常、液体培養による振盪培養、通気撹拌培養等の好気的条件下で実施するのが好ましい。培養終了後、培養液を遠心分離し、得られる上清又は菌体から、目的の異種タンパク質又はポリペプチドを、硫安沈殿やクロマトグラフィなどを適宜組み合わせ、常法に従い抽出・精製することにより得ることができる。   Production of a heterologous protein or polypeptide using the above-mentioned recombinant Bacillus subtilis can be achieved by introducing a strain obtained by introducing the heterologous protein or polypeptide gene into a Bacillus subtilis mutant as a host as described above, for example, Inoculation can be performed by inoculating a medium containing a carbon source, a nitrogen source, and other essential components. In principle, the culture method may be a general method for culturing microorganisms, and is usually preferably performed under aerobic conditions such as shaking culture by liquid culture and aeration and agitation culture. After completion of the culture, the culture solution is centrifuged, and the desired heterologous protein or polypeptide can be obtained from the resulting supernatant or bacterial body by appropriately combining ammonium sulfate precipitation, chromatography, etc., and extraction and purification according to a conventional method. it can.

以下の実施例において、本発明の方法について説明するが、本願発明は以下の実施例に限定されるものではない。   In the following examples, the method of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following examples.

以下に、本発明の組換え微生物の構築方法及び当該組換え微生物を用いたタンパク質の製造方法について具体的に説明する。   Hereinafter, a method for constructing the recombinant microorganism of the present invention and a method for producing a protein using the recombinant microorganism will be specifically described.

以下の実施例におけるDNA断片増幅のためのポリメラーゼ連鎖反応(PCR)には、GeneAmp PCR System(アプライドバイオシステムズ)を使用し、Pyrobest DNA Polymerase(タカラバイオ)と付属の試薬類を用いてDNA増幅を行った。PCRの反応液組成は、適宜希釈した鋳型DNAを1μL、センスプライマー及びアンチセンスプライマーを各々20pmol、及びPyrobest DNA Polymeraseを2.5U添加して、反応液総量を50μLとした。PCRの反応条件は、98℃で10秒間、55℃で30秒間及び72℃で1〜5分間(目的増幅産物に応じて調整。目安は1kbあたり1分間)の3段階の温度変化を30回繰り返した後、72℃で5分間反応させること、とした。   For the polymerase chain reaction (PCR) for DNA fragment amplification in the following examples, GeneAmp PCR System (Applied Biosystems) is used, and DNA amplification is performed using Pyrobest DNA Polymerase (Takara Bio) and attached reagents. went. The PCR reaction solution composition was 1 μL of appropriately diluted template DNA, 20 pmol each of sense primer and antisense primer, and 2.5 U of Pyrobest DNA Polymerase to make the total reaction solution volume 50 μL. PCR reaction conditions were 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 1 to 5 minutes (adjusted according to the target amplification product. The standard is 1 minute per 1 kb). After repeating, the reaction was carried out at 72 ° C. for 5 minutes.

また、以下の実施例において、遺伝子の上流・下流とは、複製開始点からの位置ではなく、上流とは各操作・工程において対象として捉えている遺伝子の開始コドンの5’側に続く領域を示し、一方、下流とは各操作・工程において対象として捉えている遺伝子の終始コドンの3’側に続く領域を示す。   Further, in the following examples, the upstream and downstream of a gene is not a position from the replication start point, and the upstream is a region continuing on the 5 ′ side of the start codon of the gene captured as a target in each operation / step. On the other hand, “downstream” indicates a region continuing 3 ′ of the stop codon of the gene taken as a target in each operation / step.

更に、以下の実施例における各遺伝子及び遺伝子領域の名称は、Nature,390,249−256,(1997)で報告され、JAFAN:Japan Functional Analysis Network for Bacillus subtilis(BSORF DB)でインターネット公開(http://bacillus.genome.ad.jp/、2004年3月10日更新)された枯草菌ゲノムデータに基づいて記載している。   Furthermore, the names of the genes and gene regions in the following examples are reported in Nature, 390, 249-256, (1997), and are published on the Internet at JAFAN: Japan Functional Analysis Network for Bacillus subtilis (BSORF DB): http: //Bacillus.genome.ad.jp/, updated on March 10, 2004).

枯草菌の形質転換はコンピテントセル法(J.Bacteriol.,93,1925(1967))にて行った。すなわち、枯草菌株をSPI培地(0.20%硫酸アンモニウム、1.40%リン酸水素二カリウム、0.60%リン酸二水素カリウム、0.10%クエン酸三ナトリウム二水和物、0.50%グルコース、0.02%カザミノ酸(Difco)、5mM硫酸マグネシウム、0.25μM塩化マンガン、50μg/mlトリプトファン)において37℃で、生育度(OD600)の値が1程度になるまで振盪培養した。振盪培養後、培養液の一部を9倍量のSPII培地(0.20%硫酸アンモニウム、1.40%リン酸水素二カリウム、0.60%リン酸二水素カリウム、0.10%クエン酸三ナトリウム二水和物、0.50%グルコース、0.01%カザミノ酸(Difco)、5mM硫酸マグネシウム、0.40μM塩化マンガン、5μg/mlトリプトファン)に接種し、更に生育度(OD600)の値が0.4程度になるまで振盪培養することで、枯草菌株のコンピテントセルを調製した。   Transformation of Bacillus subtilis was performed by a competent cell method (J. Bacteriol., 93, 1925 (1967)). That is, Bacillus subtilis strains were treated with SPI medium (0.20% ammonium sulfate, 1.40% dipotassium hydrogen phosphate, 0.60% potassium dihydrogen phosphate, 0.10% trisodium citrate dihydrate, 0.50. The cells were cultured with shaking at 37 ° C. in% glucose, 0.02% casamino acid (Difco), 5 mM magnesium sulfate, 0.25 μM manganese chloride, 50 μg / ml tryptophan until the growth degree (OD600) was about 1. After shaking culture, a portion of the culture broth was added to 9 times the amount of SPII medium (0.20% ammonium sulfate, 1.40% dipotassium hydrogen phosphate, 0.60% potassium dihydrogen phosphate, 0.10% tricitrate citrate). Sodium dihydrate, 0.50% glucose, 0.01% casamino acid (Difco), 5 mM magnesium sulfate, 0.40 μM manganese chloride, 5 μg / ml tryptophan), and the growth degree (OD600) is A competent cell of Bacillus subtilis strain was prepared by shaking culture to about 0.4.

次いで調製したコンピテントセル懸濁液(SPII培地における培養液)100μlに各種DNA断片を含む溶液(SOE−PCRの反応液等)5μを添加し、37℃で1時間振盪培養後、適切な薬剤を含むLB寒天培地(1%トリプトン、0.5%酵母エキス、1%NaCl、1.5%寒天)に全量を塗沫した。37℃における静置培養の後、生育したコロニーを形質転換体として分離した。得られた形質転換体のゲノムを抽出し、これを鋳型とするPCRによって目的とするゲノム構造の改変が為されたことを確認した。   Next, 5 μ of a solution containing various DNA fragments (such as SOE-PCR reaction solution) is added to 100 μl of the prepared competent cell suspension (culture medium in SPII medium), and after shaking culture at 37 ° C. for 1 hour, an appropriate drug is obtained. LB agar medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract, 1% NaCl, 1.5% agar) containing the whole amount was smeared. After stationary culture at 37 ° C., the grown colonies were isolated as transformants. The genome of the obtained transformant was extracted, and it was confirmed that the intended genomic structure was altered by PCR using this as a template.

目的のタンパク質を発現するプラスミドの宿主微生物への導入は、プロトプラスト形質転換法(Mol.Gen.Genet.,168,111(1979))により行った。組換え微生物によるタンパク質生産の際の培養には、LB培地(1%トリプトン、0.5%酵母エキス、1%NaCl)、2×L−マルトース培地(2%トリプトン、1%酵母エキス、1%NaCl、7.5%マルトース、7.5ppm硫酸マンガン4−5水和物)を用いた。   The plasmid expressing the protein of interest was introduced into the host microorganism by the protoplast transformation method (Mol. Gen. Genet., 168, 111 (1979)). For protein production by recombinant microorganisms, LB medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract, 1% NaCl), 2 × L-maltose medium (2% tryptone, 1% yeast extract, 1% NaCl, 7.5% maltose, 7.5 ppm manganese sulfate 4-5 hydrate).

実施例1:glnR欠失株の構築
glnR(配列番号1)はglnR−glnAオペロンの先頭に位置する遺伝子であり、本遺伝子を欠失する際には、glnRの下流遺伝子であるglnA(配列番号2)の発現に影響を与えない形で欠失株の構築を行わなければならない。そこで、本研究では、glnRの構造遺伝子をネオマイシン耐性遺伝子のORF(open reading frame)と置換する方法で欠失株を構築した。枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、表1に示したglnRFW1とglnR/NmR、及びglnR/NmFとglnRRVの各プライマーセットを用いて、ゲノム上のglnR遺伝子の上流に隣接する1.0kbp断片(A)、及び下流に隣接する1.0kbp断片(B)をそれぞれ調製した。また、ネオマイシン耐性遺伝子を有するプラスミドpUB110(Plasmid 15:93−103.(1986))を鋳型として、表1に示したneof2及びneor2のプライマーセットを用いて、ネオマイシン耐性遺伝子(C)を調製した。次に、得られた(A)(B)(C)3断片を混合して鋳型とし、glnRFW2とglnRRV2のプライマーを用いてPCRを行ない、3断片を(A)−(C)−(B)の順になる様に結合させ、遺伝子欠失用のDNA断片を得た(図1参照)。このDNA断片を用いて、コンピテント法により枯草菌168株の形質転換を行い、ネオマイシン(10mg/L)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。得られた形質転換体からゲノムDNAを抽出し、これを鋳型とするPCRによってglnR遺伝子がネオマイシン耐性遺伝子と置換され、glnR遺伝子欠失株となっていることを確認した。以上のようにして得られたglnR欠失株を168ΔglnR株とした。
Example 1: Construction of a glnR-deficient strain glnR (SEQ ID NO: 1) is a gene located at the beginning of the glnR-glnA operon. When this gene is deleted, glnA (SEQ ID NO: 1) is a downstream gene of glnR. The deletion strain must be constructed in a manner that does not affect the expression of 2). Therefore, in this study, deletion strains were constructed by replacing the structural gene of glnR with the ORF (open reading frame) of the neomycin resistance gene. 1. Genomic DNA extracted from Bacillus subtilis strain 168 is used as a template, and each primer set of glnRFW1 and glnR / NmR and glnR / NmF and glnRRV shown in Table 1 is used to be adjacent to the upstream of the glnR gene on the genome. A 0 kbp fragment (A) and a downstream 1.0 kbp fragment (B) were prepared, respectively. Further, a neomycin resistance gene (C) was prepared using the plasmid pUB110 (Plasmid 15: 93-103. (1986)) having a neomycin resistance gene as a template and using the primer set of neof2 and neor2 shown in Table 1. Next, the 3 fragments obtained (A), (B), and (C) were mixed to form a template, PCR was performed using the primers for glnRFW2 and glnRRV2, and the 3 fragments were (A)-(C)-(B) The DNA fragments for gene deletion were obtained (see FIG. 1). Using this DNA fragment, Bacillus subtilis 168 strain was transformed by a competent method, and colonies grown on LB agar medium containing neomycin (10 mg / L) were isolated as transformants. Genomic DNA was extracted from the resulting transformant, and it was confirmed that the glnR gene was replaced with the neomycin resistance gene by PCR using this as a template, resulting in a glnR gene deletion strain. The glnR deletion strain obtained as described above was designated as 168ΔglnR strain.

Figure 0005841749
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実施例2:tnrA欠失株の構築
枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、表2に示したtnrAFW1とtnrA/spR、及びtnrA/sp FとtnrARVの各プライマーセットを用いて、ゲノム上のtnrA遺伝子(配列番号3)の上流に隣接する1.0kbp断片(A)、及び下流に隣接する1.0kbp断片(B)をそれぞれ調製した。また、スペクチノマイシン耐性遺伝子を有するプラスミドpDG1727(Gene,167,335,(1995))を鋳型として、表2に示すspf及びsprのプライマーセットを用いて、スペクチノマイシン耐性遺伝子(C)を調製した。次に、得られた(A)(B)(C)3断片を混合して鋳型とし、tnrAFW2とtnrARV2のプライマーを用いてPCRを行ない、3断片を(A)−(C)−(B)の順になる様に結合させ、遺伝子欠失用のDNA断片を得た(図1参照)。このDNA断片を用いて、コンピテント法により枯草菌168株の形質転換を行い、スペクチノマイシン(0.5μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。得られた形質転換体からゲノムDNAを抽出し、これを鋳型とするPCRによってtnrA遺伝子がスペクチノマイシン耐性遺伝子と置換され、tnrA遺伝子欠失株となっていることを確認した。以上のようにして得られたtnrA欠失株を168ΔtnrA株とした。
Example 2: Construction of tnrA deletion strain Using genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 strain as a template, and using each of tnrAFW1 and tnrA / spR and tnrA / sp F and tnrARV primer sets shown in Table 2, A 1.0 kbp fragment (A) adjacent to the upstream of the above tnrA gene (SEQ ID NO: 3) and a 1.0 kbp fragment (B) adjacent to the downstream were respectively prepared. Further, a spectinomycin resistance gene (C) was prepared using the plasmid pDG1727 (Gene, 167, 335, (1995)) having a spectinomycin resistance gene as a template and using the spf and spr primer sets shown in Table 2. did. Next, the obtained (A), (B) and (C) 3 fragments were mixed and used as a template, PCR was performed using primers of tnrAFW2 and tnrARV2, and the 3 fragments were (A)-(C)-(B) The DNA fragments for gene deletion were obtained (see FIG. 1). Using this DNA fragment, Bacillus subtilis 168 strain was transformed by a competent method, and colonies grown on LB agar medium containing spectinomycin (0.5 μg / mL) were isolated as transformants. Genomic DNA was extracted from the obtained transformant, and it was confirmed that the tnrA gene was replaced with a spectinomycin-resistant gene by PCR using this as a template, resulting in a tnrA gene-deficient strain. The tnrA deletion strain obtained as described above was designated as 168ΔtnrA strain.

Figure 0005841749
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実施例3 glnR、tnrA2重欠失株の構築
実施例2で得た形質転換用DNAを用いて、実施例1にて得られた168ΔglnR株の形質転換をコンピテント法により行い、スペクチノマイシン(0.5μg/mL)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。得られた形質転換体からゲノムDNAを抽出し、これを鋳型とするPCRによってtnrA遺伝子がスペクチノマイシン耐性遺伝子と置換され、tnrA遺伝子欠失株となっていることを確認した。以上のようにして得られた変異株を168ΔglnRΔtnrA株とした。
Example 3 Construction of glnR, tnrA double deletion strain Using the transformation DNA obtained in Example 2, transformation of the 168ΔglnR strain obtained in Example 1 was carried out by a competent method, and spectinomycin ( Colonies that grew on the LB agar medium containing 0.5 μg / mL) were isolated as transformants. Genomic DNA was extracted from the obtained transformant, and it was confirmed that the tnrA gene was replaced with a spectinomycin-resistant gene by PCR using this as a template, resulting in a tnrA gene-deficient strain. The mutant strain obtained as described above was designated as 168ΔglnRΔtnrA strain.

実施例4:セルラーゼ生産性評価
実施例1にて得られた168ΔglnR、168ΔtnrA株、168ΔglnRΔtnrA株及び親株である枯草菌168株にアルカリセルラーゼ遺伝子を導入した。具体的には、バチルス属細菌 KSM−S237株(FERM BP−7875)由来のS237セルラーゼ遺伝子(特開2000−210081号公報参照)(配列番号4)をコードするDNA断片(3.1kb;配列番号4の塩基番号13〜3124)を鋳型として、表3に示されるプライマーEgl−S237.F及びプライマーEgl−S237.Rのプライマーセットを用いてPCRを行い、シャトルベクターpHY300PLKのBamHI制限酵素切断点に挿入された組換えプラスミドpHY−S237を構築し、プロトプラスト形質転換法によって各菌株に導入した。
Example 4 Cellulase Productivity Evaluation An alkaline cellulase gene was introduced into the 168ΔglnR, 168ΔtnrA strain, 168ΔglnRΔtnrA strain and the parent strain Bacillus subtilis 168 obtained in Example 1. Specifically, a DNA fragment (3.1 kb; SEQ ID NO: 4) encoding an S237 cellulase gene (see Japanese Patent Laid-Open No. 2000-210081) (SEQ ID NO: 4) derived from Bacillus genus KSM-S237 strain (FERM BP-7875) 4 base numbers 13 to 3124) as a template, primer Egl-S237. F and primer Egl-S237. PCR was performed using the R primer set to construct a recombinant plasmid pHY-S237 inserted into the BamHI restriction enzyme cleavage point of the shuttle vector pHY300PLK and introduced into each strain by protoplast transformation.

これによって得られた菌株を5mLのLB培地で30℃において15時間振盪培養を行い、更にこの培養液0.6mLを30mLの2×L−マルトース培地(2%トリプトン、1%酵母エキス、1%塩化ナトリウム、7.5%マルトース、7.5ppm硫酸マンガン4−5水和物、15ppmテトラサイクリン)に接種し、30℃で3日間、振盪培養を行った(この際、測定誤差を算出する目的で培養を3回行っている)。培養後、遠心分離によって菌体を除いた培養液上清のアルカリセルラーゼ活性を測定し、菌体外に分泌生産されたアルカリセルラーゼの量を求めた。セルラーゼ活性測定については、1/7.5M リン酸緩衝液(pH7.4、和光純薬)で適宜希釈したサンプル溶液50μLに0.4mM p−ニトロフェニル−β−D−セロトリオシド(生化学工業)を50μL加えて混和し、30℃にて反応を行った際に遊離するp−ニトロフェノール量を420nmにおける吸光度(OD420nm)変化により定量した。1分間に1μmolのp−ニトロフェノールを遊離させる酵素量を1Uとし、生産性比較は、親株の生産性を100%とする相対値により比較した(表4、表中の値は平均値±標準偏差(N=3)を示す)。この結果、glnRを欠失した168ΔglnR株は親株と比較して高いアルカリセルラーゼの分泌生産が認められた(図2)。   The obtained strain was shake-cultured in 5 mL of LB medium at 30 ° C. for 15 hours, and 0.6 mL of this culture solution was further added to 30 mL of 2 × L-maltose medium (2% tryptone, 1% yeast extract, 1% Sodium chloride, 7.5% maltose, 7.5 ppm manganese sulfate 4-5 hydrate, 15 ppm tetracycline) was inoculated and subjected to shaking culture at 30 ° C. for 3 days (in this case, for the purpose of calculating measurement errors) The culture is performed 3 times). After culturing, the alkaline cellulase activity of the culture supernatant after removing the cells by centrifugation was measured, and the amount of the alkaline cellulase secreted and produced outside the cells was determined. For the measurement of cellulase activity, 0.4 mM p-nitrophenyl-β-D-cellotrioside (Seikagaku Corporation) was added to 50 μL of a sample solution appropriately diluted with 1 / 7.5 M phosphate buffer (pH 7.4, Wako Pure Chemical Industries). Was mixed, and the amount of p-nitrophenol released when the reaction was carried out at 30 ° C. was quantified by the change in absorbance at 420 nm (OD 420 nm). The amount of enzyme that liberates 1 μmol of p-nitrophenol per minute was set to 1 U, and productivity comparison was made based on relative values with the productivity of the parent strain being 100% (Table 4, values in the table are average values ± standard) Deviation (N = 3)). As a result, 168ΔglnR strain lacking glnR showed higher secretion of alkaline cellulase than the parent strain (FIG. 2).

Figure 0005841749
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Claims (6)

異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子を導入した枯草菌において、glnR遺伝子の欠失又は不活性化によりglnA遺伝子の発現を増強することを特徴とする、当該異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子の発現増強方法。 In Bacillus subtilis introduced with a gene encoding a heterologous protein or polypeptide, the gene encoding the heterologous protein or polypeptide is characterized by enhancing the expression of the glnA gene by deletion or inactivation of the glnR gene A method for enhancing gene expression. 異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子を導入した枯草菌を用いた、異種タンパク質又は異種ポリペプチドの製造方法であって、glnR遺伝子の欠失又は不活性化によりglnA遺伝子の発現を増強することを特徴とする、前記異種タンパク質又は異種ポリペプチドの製造方法。 A method for producing a heterologous protein or polypeptide using Bacillus subtilis into which a gene encoding a heterologous protein or polypeptide is introduced, wherein the expression of the glnA gene is enhanced by deletion or inactivation of the glnR gene A method for producing the heterologous protein or polypeptide, characterized in that 異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子の上流に、転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域から選ばれる1以上の領域が作動可能に連結されている、請求項記載の製造方法。 The production method according to claim 2 , wherein at least one region selected from a transcription initiation control region, a translation initiation control region and a secretion signal region is operably linked upstream of a gene encoding a heterologous protein or polypeptide. . 異種タンパク質又は異種ポリペプチドをコードする遺伝子の上流に、転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域からなる3領域が作動可能に連結されている、請求項記載の製造方法。 The production method according to claim 2 , wherein three regions comprising a transcription initiation control region, a translation initiation control region and a secretion signal region are operably linked upstream of a gene encoding a heterologous protein or polypeptide. 前記分泌シグナル領域が、バチルス属細菌のセルラーゼ遺伝子由来のものであり、前記転写開始制御領域及び前記翻訳開始制御領域が、当該セルラーゼ遺伝子の上流0.6〜1kb領域由来のものである、請求項3又は4記載の製造方法。 The secretory signal region is derived from a cellulase gene of a Bacillus bacterium, and the transcription initiation control region and the translation initiation control region are derived from a 0.6-1 kb region upstream of the cellulase gene. 3. The production method according to 3 or 4 . 前記転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域からなる3領域が、配列番号4で示される塩基配列からなるセルラーゼ遺伝子の塩基番号1〜659の塩基配列、又は当該塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA断片である、請求項4又は5記載の製造方法 The transcriptional initiation regulatory region, the translation initiation regulatory region and 3 regions consisting of secretion signal region, the nucleotide sequence of the nucleotide numbers 1 to 659 of cellulase gene comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 4, or the nucleotide sequence and 90% more a DNA fragment comprising the nucleotide sequence identity with, the production method according to claim 4 or 5, wherein
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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