JP5951968B2 - L−アスパラギンの製造法 - Google Patents
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- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Description
エシェリヒア属に属する微生物などにおいて、L−アスパラギンは、asnA遺伝子にコードされるアスパラギン合成酵素A(非特許文献1)とasnB遺伝子にコードされるアスパラギン合成酵素B(非特許文献2)によって生合成される。
一方、ansA遺伝子にコードされるL−アスパラギン分解酵素Iが細胞質に(非特許文献3)、ansB遺伝子にコードされるL−アスパラギン分解酵素IIがペリプラズムに局在することが報告されている(非特許文献4)。また、iaaA遺伝子産物がアスパラギン分解活性を持つことも明らかにされている(非特許文献5)。
細胞内へのL−アスパラギンの取り込みに関してはサルモネラのansP遺伝子産物であるL−アスパラギンパーミアーゼが関与することが報告されている(非特許文献6)。
しかしながら、エシェリヒア属に属する微生物を含む微生物において、これらの遺伝子を改変することにより、培養液中に著量のL−アスパラギンを生成、蓄積することを報告した知見は存在しない。また、該微生物において、細胞外へのL−アスパラギンの排出に関与する因子に関する知見は報告されておらず、この因子を改変することによって、該微生物の培養液中へのL−アスパラギン生産量が増大することを報告した知見は存在しない。
(1)親株の染色体DNA上にあるL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子に塩基の欠失、置換または付加が導入されたことにより、親株に比べ該蛋白質の活性が低下、または喪失しており、かつL−アスパラギンを生産する能力を有する微生物を培地に培養し、培養物中にL−アスパラギンを生成、蓄積させ、該培養物中からL−アスパラギンを採取することを特徴とするL−アスパラギンの製造法。
(2)微生物が、親株に比べL−アスパラギン合成活性が増強した微生物である、上記(1)記載の製造法。
(3)微生物が、親株の染色体DNA上にあるL−アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子に塩基の欠失、置換または付加が導入されたことにより、親株に比べ該蛋白質の活性が低下、または喪失した微生物である、上記(1)または(2)記載の製造法。
(4)微生物が、親株に比べL−アスパラギン排出活性が増強した微生物である、上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の製造法。
(5)親株に比べL−アスパラギン排出活性が増強した微生物が、以下の[1]〜[6]のいずれかに記載のDNAを有する組換え体DNAで親株を形質転換して得られる微生物である、上記(4)記載の製造法。
[1]配列番号14で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質をコードするDNA
[2]配列番号14で表されるアミノ酸配列において、1以上のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNA
[3]配列番号14で表されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNA
[4] 配列番号13で表される塩基配列を有するDNA
[5]配列番号13で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNA
[6]配列番号13で表される塩基配列と80%以上の同一性を有する塩基配列からなり、かつL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNA
(6)微生物が、エシェリヒア属に属する微生物である、上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の製造法。
1.本発明の製造法に用いられる微生物
本発明の製造法で用いられる微生物としては、以下の(1)〜(4)のいずれかに記載の微生物をあげることができる。
(1)親株の染色体DNA上にあるL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子に塩基の欠失、置換または付加が導入されたことにより、親株に比べ該蛋白質の活性が低下、または喪失しており、かつL−アスパラギンを生産する能力を有する微生物
親株に比べL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質の活性が低下、または喪失した微生物は、親株の染色体DNA上に存在するL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子の塩基配列に、塩基の欠失、置換または付加を導入することにより得られる、(a)親株に比べ、該蛋白質の比活性が80%以下、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは20%以下、特に好ましくは10%以下、最も好ましくは0%に低下した微生物、および(b)親株に比べ、該遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が80%以下、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは20%以下、特に好ましくは10%以下、最も好ましくは0%に低下した微生物、をあげることができる。より好ましくは該遺伝子の一部または全部が欠損した微生物をあげることができる。
L−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子としては、L−アスパラギンを分解する活性を有する蛋白質をコードする遺伝子であればいずれでもよいが、具体的には以下の[1]〜[12]からなる群より選ばれる遺伝子、
[1]配列番号2で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質をコードする遺伝子、
[2]配列番号4で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質をコードする遺伝子、
[3]配列番号6で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質をコードする遺伝子、
[4]配列番号2で表されるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子、
[5]配列番号4で表されるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子、
[6]配列番号6で表されるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子、
[7]配列番号1で表される塩基配列を有する遺伝子、
[8]配列番号3で表される塩基配列を有する遺伝子、
[9]配列番号5で表される塩基配列を有する遺伝子、
[10]配列番号1で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子、
[11]配列番号3で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子、および、
[12]配列番号5で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子、
をあげることができる。
転写調節領域としては、染色体DNA上におけるコーディング領域の5’末端より上流側100塩基、好ましくは50塩基からなるDNAをあげることができ、プロモーター領域としては、-10および-35領域に相当する領域をあげることができる。
L−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子への塩基の欠失、置換または付加の導入は、該蛋白質の活性を親株より低下または喪失させる塩基の欠失、置換または付加であれば、塩基の種類および数に制限はないが、塩基の欠失としては、プロモーターおよび転写調節領域は、好ましくは10塩基以上、より好ましくは20塩基以上、さらに好ましくは全部の領域の欠失、コーディング領域は、好ましくは10塩基以上、より好ましくは20塩基以上、さらに好ましくは100塩基以上、特に好ましくは200塩基以上、最も好ましくはコーディング領域全部の欠失をあげることができる。
塩基の付加としては、コーディング領域の5’末端から150番目以内の塩基、好ましくは100番目以内の塩基、より好ましくは50番目以内の塩基、特に好ましくは30番目以内の塩基、最も好ましくは20番目以内の塩基の直後に、50塩基以上、好ましくは100塩基以上、より好ましくは200塩基以上、さらに好ましくは500塩基以上、特に好ましくは1kb以上のDNA断片を付加することをあげることができ、特に好ましくはクロラムフェニコール耐性遺伝子およびカナマイシン耐性遺伝子などの挿入をあげることができる。
また、コーディング領域の5’末端から150番目以内の塩基、好ましくは100番目以内の塩基、より好ましくは50番目以内の塩基、特に好ましくは30番目以内の塩基、最も好ましくは20番目以内に1〜2塩基を付加または欠失して、フレームシフト変異を導入する付加または欠失を挙げることができる(Journal of Biological Chemistry 272:8611-8617(1997)、Proceedings of the National Academy of Sciences,USA 95 5511-5515(1998)、Journal of Biological Chemistry 266, 20833-20839(1991))。
アミノ酸配列や塩基配列の同一性は、Karlin and AltschulによるアルゴリズムBLAST[Pro. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 5873(1993)] やFASTA [Methods Enzymol., 183, 63 (1990)]を用いて決定することができる。このアルゴリズムBLASTに基づいて、BLASTNやBLASTXとよばれるプログラムが開発されている[J. Mol. Biol., 215, 403(1990) ]。BLASTに基づいてBLASTNによって塩基配列を解析する場合には、パラメータは例えばScore=100、wordlength=12とする。また、BLASTに基づいてBLASTXによってアミノ酸配列を解析する場合には、パラメータは例えばscore=50、wordlength=3とする。BLASTとGapped BLASTプログラムを用いる場合には、各プログラムのデフォルトパラメーターを用いる。これらの解析方法の具体的な手法はよく知られている。
親株に比べ、該蛋白質の活性が低下または喪失した微生物であることは、例えば、親株および該微生物を培養し、培養物を超音波等で処理したあと、該処理物にL−アスパラギンを加え、分解されたL−アスパラギン量をHPLCで測定、比較することにより確認できる。
親株に比べ、該遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が低下または喪失した微生物であることは、例えば、該遺伝子の転写量を、ノーザン・ブロッティングにより、または該蛋白質の生産量をウェスタン・ブロッティングにより、親株と比較することにより確認することができる。
上記したストリンジェントな条件下でハイブリダイズ可能なDNAとしては、例えばBLASTやFASTA等を用いて上記したパラメータ等に基づいて計算したときに、配列番号1、3または5で表される塩基配列からなるDNAと少なくとも80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するDNAをあげることができる。
L−アスパラギンを生産する能力とは、本発明に用いる微生物を培地に培養したときに、L−アスパラギンを培養物から回収できる程度に生産する能力をいう。
本明細書において親株とは、遺伝子改変、および形質転換等の対象となる元株のことをいう。遺伝子導入による形質転換の対象となる元株は宿主株ともいう。元株及び宿主株は野生株であってもよいし、人為的操作により例えばL−アスパラギンの生産能が野生株より向上した変異株であってもよい。
エシェリヒア・コリとしては、エシェリヒア・コリK-12株、B株、W株およびB/r株からなる群より選ばれる野生株またはその変異株を、好ましくは、エシェリヒア・コリXL1-Blue、エシェリヒア・コリXL2-Blue、エシェリヒア・コリDH1、エシェリヒア・コリMC1000、エシェリヒア・コリATCC 12435、エシェリヒア・コリW1485、エシェリヒア・コリJM109、エシェリヒア・コリHB101、エシェリヒア・コリNo.49、エシェリヒア・コリW3110、エシェリヒア・コリNY49、エシェリヒア・コリMP347、エシェリヒア・コリNM522、エシェリヒア・コリBL21、エシェリヒア・コリME8415、エシェリヒア・コリATCC9637等を挙げることができる。
(2)親株の微生物に比べL−アスパラギン合成活性が増強した微生物
本発明の製造法で用いられる微生物としては、(1)に記載の微生物を親株として、該親株の微生物に比べL−アスパラギン合成活性が増強しており、かつL−アスパラギンを生産する能力を有する微生物をあげることができる。
本明細書において、L−アスパラギン合成活性とは、糖からL−アスパラギンを合成する活性、好ましくはL−アスパラギン酸を基質としてL−アスパラギンを合成する活性をいう。
親株の微生物に比べL−アスパラギン合成活性が増強した微生物としては、(a)親株の染色体DNA上にあるL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードする遺伝子を改変することにより得られる、i)親株の微生物に比べ、該蛋白質の比活性が増強した微生物、ならびにii)親株の微生物に比べ、該遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が増大した微生物、および(b)該蛋白質をコードするDNAを有する組換え体DNAで親株の微生物を形質転換することにより、親株よりも該遺伝子のコピー数が増大した微生物を挙げることができる。
上記(a)のi)に記載の微生物としては、親株が有する該蛋白質のアミノ酸配列において1アミノ酸以上、好ましくは1〜10アミノ酸、より好ましくは1〜5アミノ酸、さらに好ましくは1〜3アミノ酸が置換しているアミノ酸配列を有する蛋白質を有しているため、親株の該蛋白質と比較して、その比活性が増強した変異型蛋白質を有する微生物をあげることができる。
親株に比べ、該蛋白質の比活性が増強した微生物であることは、例えば、親株および変異型蛋白質を有する微生物を培養し、培養物を超音波等で処理したあと、該処理物にL-アスパラギン酸とその他の基質を加え、合成されたL−アスパラギン量をHPLCで測定、比較することにより確認できる。
上記(a)のii)に記載の微生物としては、親株の染色体DNA上に存在する該遺伝子の転写調節領域またはプロモーター領域の塩基配列において1塩基以上、好ましくは1〜10塩基、より好ましくは1〜5塩基、さらに好ましくは1〜3塩基の塩基が置換しているプロモーター領域を有しているため、親株と比較して、該遺伝子の発現量が増大した微生物、および親株の染色体DNA上に存在する該遺伝子のプロモーター領域を公知の強力なプロモーター配列と置換して得られる、該遺伝子の発現量が増大した微生物をあげることができる。
親株に比べ、該遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が増大した微生物であることは、例えば、該遺伝子の転写量を、ノーザン・ブロッティングにより、または該蛋白質の生産量をウェスタン・ブロッティングにより、親株と比較することにより確認することができる。
上記(b)に記載の微生物としては、該蛋白質をコードするDNAを有する組換え体DNAで親株の微生物を形質転換することにより、染色体DNA上において該遺伝子のコピー数が増大した微生物、およびプラスミドDNAとして染色体DNA外に該遺伝子を保有させた微生物を挙げることができる。
親株の染色体DNA上において該遺伝子のコピー数が増大した微生物、およびプラスミドDNAとして染色体DNA外に該遺伝子を保有させた微生物であることは、例えば、微生物が元来、染色体DNA上に有する該遺伝子を増幅することはできないが、形質転換により導入された該遺伝子は増幅可能なプライマーセットを用いてPCRにより増幅産物を確認する方法、および該遺伝子の転写量をノーザン・ブロッティングにより、または該蛋白質の生産量をウェスタン・ブロッティングにより、親株と比較する方法等により確認することができる。
L−アスパラギン合成活性を有する蛋白質としては、該活性を有する蛋白質であればいずれでもよいが、具体的には以下の[1]〜[6]からなる群より選ばれる蛋白質、
[1]配列番号8で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質、
[2]配列番号10で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質、
[3]配列番号8で表されるアミノ酸配列において、1以上のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質、
[4]配列番号10で表されるアミノ酸配列において、1以上のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質、
[5]配列番号8で表されるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質、および
[6]配列番号10で表されるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質、
をあげることができる。
上記において、1以上のアミノ酸残基が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつアスパラギン合成活性を有する蛋白質は、後述の部位特異的変異導入法を用いて、例えば配列番号8または10で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質をコードするDNAに部位特異的変異を導入することにより取得することができる。
欠失、置換または付加されるアミノ酸残基の数は特に限定されないが、上記の部位特異的変異法等の周知の方法により欠失、置換または付加できる程度の数であり、1個から数十個、好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜10個、さらに好ましくは1〜5個である。
欠失、置換または付加は同時に生じてもよく、置換または付加されるアミノ酸は天然型と非天然型とを問わない。天然型アミノ酸としては、L−アラニン、L−アスパラギン、L−アスパラギン酸、L−アルギニン、L−グルタミン、L−グルタミン酸、グリシン、L−ヒスチジン、L−イソロイシン、L−ロイシン、L−リジン、L−メチオニン、L−フェニルアラニン、L−プロリン、L−セリン、L−スレオニン、L−トリプトファン、L−チロシン、L−バリン、L−システインなどが挙げられる。
A群:ロイシン、イソロイシン、ノルロイシン、バリン、ノルバリン、アラニン、2-アミノブタン酸、メチオニン、O-メチルセリン、t-ブチルグリシン、t-ブチルアラニン、シクロヘキシルアラニン
B群:アスパラギン酸、グルタミン酸、イソアスパラギン酸、イソグルタミン酸、2-アミノアジピン酸、2-アミノスベリン酸
C群:アスパラギン、グルタミン
D群:リジン、アルギニン、オルニチン、2,4-ジアミノブタン酸、2,3-ジアミノプロピオン酸
E群:プロリン、3-ヒドロキシプロリン、4-ヒドロキシプロリン
F群:セリン、スレオニン、ホモセリン
G群:フェニルアラニン、チロシン
アミノ酸配列の同一性は、上記1(1)記載のアルゴリズムBLASTやFASTAを用いて決定することができる。
配列番号8または10で表されるアミノ酸配列において1以上のアミノ酸残基が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなる蛋白質が、アスパラギン合成活性を有する蛋白質であることは、例えばDNA組換え法を用いて活性を確認したい蛋白質を発現する形質転換体を作製し、培地で培養し、培養物中のL−アスパラギン量を測定することにより確認することができる。
L−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードするDNAとしては、該活性を有する蛋白質をコードするDNAであればいずれでもよいが、具体的には以下の[7]〜[13]からなる群より選ばれるDNA、
[7]上記[1]〜[6]のいずれかに記載の蛋白質をコードするDNA、
[8]配列番号7で表される塩基配列を有するDNA、
[9]配列番号9で表される塩基配列を有するDNA、
[10]配列番号7で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードするDNA、
[11]配列番号9で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードするDNA、
[12]配列番号7で表される塩基配列と80%以上の同一性を有する塩基配列からなり、かつL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードするDNA、および、
[13]配列番号9で表される塩基配列と80%以上の同一性を有する塩基配列からなり、かつL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードするDNA、
をあげることがでる。
上記のストリンジェントな条件下でハイブリダイズ可能なDNAとしては、例えば上記したBLASTやFASTA等を用いて上記したパラメータ等に基づいて計算したときに、配列番号7または9で表される塩基配列からなるDNAと少なくとも80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するDNAをあげることができる。
(3)親株の微生物に比べL−アスパラギン取込活性が低下、または喪失した微生物
本発明の製造法で用いられる微生物としては、上記(1)または(2)に記載の微生物を親株として、該親株の染色体DNA上にあるL−アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子に塩基の欠失、置換または付加が導入されたことにより、親株に比べ該蛋白質の活性が低下、または喪失しており、かつL−アスパラギンを生産する能力を有する微生物をあげることができる。
本明細書において、L−アスパラギン取込活性とは、細胞外から細胞内にL−アスパラギンを取込む活性をいう。
親株に比べL−アスパラギン取込活性を有する蛋白質の活性が低下、または喪失した微生物は、染色体DNA上に存在する変異が入っていない野生型のL−アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子の塩基配列に、塩基の欠失、置換または付加を導入することにより得られる、(a)親株に比べ、該蛋白質の比活性が80%以下、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは20%以下、特に好ましくは10%以下、最も好ましくは0%に低下した微生物、および(b)親株に比べ、該遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が80%以下、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、さらに好ましくは20%以下、特に好ましくは10%以下、最も好ましくは0%に低下した微生物、をあげることができる。より好ましくは該遺伝子の一部または全部が欠損した微生物をあげることができる。
L−アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子としては、L−アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子であればいずれでもよいが、具体的には以下の[1]〜[4]からなる群より選ばれる遺伝子、
[1]配列番号12で表されるアミノ酸配列からなる蛋白質をコードする遺伝子、
[2]配列番号12で表されるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子、
[3]配列番号11で表される塩基配列からなる遺伝子、および、
[4]配列番号11で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつL−アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子、
をあげることができる。
L−アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子への塩基の欠失、置換または付加の導入、およびアミノ酸配列や塩基配列の同一性についての記載は、上記1(1)の記載と同じである。
親株に比べ、L−アスパラギン取込活性を有する蛋白質の活性が低下または喪失した微生物であることは、例えば、親株および該微生物をL−アスパラギンを含む培地で培養し、培養液中と微生物細胞内のL−アスパラギン比を比較することにより確認できる。
親株に比べ、該蛋白質をコードする遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が低下または喪失した微生物であることは、例えば、該遺伝子の転写量を、ノーザン・ブロッティングにより、または該蛋白質の生産量をウェスタン・ブロッティングにより、親株と比較することにより確認することができる。
上記したストリンジェントな条件下でハイブリダイズ可能なDNAとしては、例えばBLASTやFASTA等を用いて上記したパラメータ等に基づいて計算したときに、配列番号11で表される塩基配列からなるDNAと少なくとも80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するDNAをあげることができる。
(4)親株の微生物に比べL−アスパラギン排出活性が増強した微生物
本発明の製造法で用いられる微生物としては、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の微生物を親株として、該親株に比べL−アスパラギン排出活性が増強しており、かつL−アスパラギンを生産する能力を有する微生物をあげることができる。
本明細書において、L−アスパラギン排出活性とは、細胞内から細胞外にL−アスパラギンを排出する活性をいう。
親株の微生物に比べL−アスパラギン排出活性が増強した微生物としては、(a)親株の染色体DNA上にあるL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードする遺伝子を改変することにより得られる、i)親株の微生物に比べ、該蛋白質の比活性が増強した微生物、ならびにii)親株の微生物に比べ、該遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が増大した微生物、および(b)該蛋白質をコードするDNAを有する組換え体DNAで親株の微生物を形質転換することにより、親株よりも該遺伝子のコピー数が増大した微生物を挙げることができる。
上記(a)のi)に記載の微生物としては、親株が有する該蛋白質のアミノ酸配列において1アミノ酸以上、好ましくは1〜10アミノ酸、より好ましくは1〜5アミノ酸、さらに好ましくは1〜3アミノ酸が置換しているアミノ酸配列を有する蛋白質を有しているため、親株の該蛋白質と比較して、その活性が増強した変異型蛋白質を有する微生物をあげることができる。
親株に比べ、該蛋白質の比活性が増強した微生物であることは、例えば、該蛋白質をコードするDNAで親株を形質転換して得られる形質転換株の培養物とL−アスパラギンとを緩衝液中に存在せしめ、水性媒体中に生成、蓄積したL−アスパラギン量を該親株のそれと比較することにより確認できる。
上記(a)のii)に記載の微生物としては、親株の染色体DNA上に存在する該遺伝子の転写調節領域またはプロモーター領域の塩基配列において1塩基以上、好ましくは1〜10塩基、より好ましくは1〜5塩基、さらに好ましくは1〜3塩基の塩基が置換しているプロモーター領域を有しているため、親株と比較して、該遺伝子の発現量が増大した微生物、および親株の染色体DNA上に存在する該遺伝子のプロモーター領域を公知の強力なプロモーター配列と置換して得られる、該遺伝子の発現量が増大した微生物をあげることができる。
親株に比べ、該遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が増大した微生物であることは、例えば、該遺伝子の転写量を、ノーザン・ブロッティングにより、または該蛋白質の生産量をウェスタン・ブロッティングにより、親株と比較することにより確認することができる。
上記(b)に記載の微生物としては、該蛋白質をコードするDNAを有する組換え体DNAで親株の微生物を形質転換することにより、染色体DNA上において該遺伝子のコピー数が増大した微生物、およびプラスミドDNAとして染色体DNA外に該遺伝子を保有させた微生物を挙げることができる。
親株の染色体DNA上において該遺伝子のコピー数が増大した微生物、およびプラスミドDNAとして染色体DNA外に該遺伝子を保有させた微生物であることは、例えば、微生物が元来、染色体DNA上に有する該遺伝子を増幅することはできないが、形質転換により導入された該遺伝子は増幅可能なプライマーセットを用いてPCRにより増幅産物を確認する方法、および該遺伝子の転写量をノーザン・ブロッティングにより、または該蛋白質の生産量をウェスタン・ブロッティングにより、親株と比較する方法等により確認することができる。
L−アスパラギン排出活性を有する蛋白質としては、該活性を有する蛋白質であればいずれでもよいが、具体的には以下の[1]〜[3]からなる群より選ばれる蛋白質、
[1]配列番号14で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質、
[2]配列番号14で表されるアミノ酸配列において、1以上のアミノ酸が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質、および、
[3]配列番号14で表されるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質、
をあげることができる。
上記において、1以上のアミノ酸残基が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなり、かつアスパラギン排出活性を有する蛋白質は、後述の部位特異的変異導入法を用いて、例えば配列番号14で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質をコードするDNAに部位特異的変異を導入することにより、取得することができる。
欠失、置換または付加されるアミノ酸残基の数は特に限定されないが、上記の部位特異的変異法等の周知の方法により欠失、置換または付加できる程度の数であり、1個から数十個、好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜10個、さらに好ましくは1〜5個である。
アミノ酸配列の同一性は、上記1(1)記載のアルゴリズムBLASTやFASTAを用いて決定することができる。
配列番号14で表されるアミノ酸配列において1以上のアミノ酸残基が欠失、置換または付加されたアミノ酸配列からなる蛋白質が、L−アスパラギン排出活性を有する蛋白質であることは、例えばDNA組換え法を用いて活性を確認したい蛋白質を発現する形質転換体を作製し、培地で培養し、菌体中のL−アスパラギン排出活性を測定することにより確認することができる。
L−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNAとしては、該活性を有する蛋白質をコードするDNAであればいずれでもよいが、具体的には以下の[4]〜[7]からなる群より選ばれるDNA、
[4]上記[1]〜[3]のいずれかに記載の蛋白質をコードするDNA、
[5]配列番号13で表される塩基配列を有するDNA、
[6]配列番号13で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNA、および、
[7]配列番号13で表される塩基配列と80%以上の同一性を有する塩基配列からなり、かつL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNA、
をあげることがでる。
上記のストリンジェントな条件下でハイブリダイズ可能なDNAとしては、例えば上記したBLASTやFASTA等を用いて上記したパラメータ等に基づいて計算したときに、配列番号13で表される塩基配列からなるDNAと少なくとも80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは97%以上、特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有するDNAをあげることができる。
2.本発明の製造法で用いられる微生物の造成法
(1)上記1(1)の微生物の造成法
上記1(1)の微生物は、例えば、L−アスパラギン分解活性を有する微生物を親株とし、該親株のL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質の活性を、通常の突然変異処理法、組換えDNA技術による遺伝子置換法等を用いて、低下、または喪失させることにより得ることができる。
突然変異処理法としては、例えば、N−メチル−N’−ニトロ−N−ニトロソグアニジン(NTG)を用いる方法(微生物実験マニュアル、1986年、131頁、講談社サイエンティフィック社)、紫外線照射法等をあげることができる。
L−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子は、例えば上記1(1)のL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子の塩基配列に基づき設計することができるプローブDNAを用いた、微生物、好ましくはエシェリヒア属、エンテロバクター属、パントエア属、クレブシエラ属、セラチア属、エルビニア属、サルモネア属またはモルガネラ属に属する微生物、より好ましくはエシェリヒアの染色体DNAライブラリーに対するサザンハイブリダイゼーション、または該塩基配列に基づき設計することができるプライマーDNAを用いた、上記微生物の染色体DNAを鋳型としたPCR [PCR Protocols, Academic Press (1990)]により取得することができる。
取得したDNAをそのまま、あるいは適当な制限酵素などで切断し、常法によりベクターに組み込み、得られた組換え体DNAを宿主細胞に導入した後、通常用いられる塩基配列解析方法、例えばジデオキシ法 [Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 74, 5463 (1977)]または3700 DNAアナライザー(アプライドバイオシステムズ社製)等の塩基配列分析装置を用いて分析することにより、該DNAの塩基配列を決定することができる。
組換え体DNAの導入方法としては、宿主細胞へDNAを導入する方法であればいずれも用いることができ、例えば、カルシウムイオンを用いる方法[Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 69, 2110 (1972)]、プロトプラスト法(特開昭63-248394)、エレクトロポレーション法[Nucleic Acids Res., 16, 6127 (1988)]等をあげることができる。
更に、決定されたDNAの塩基配列に基づいて、パーセプティブ・バイオシステムズ社製8905型DNA合成装置等を用いて化学合成することにより目的とするDNAを調製することもできる。
試験管内でL−アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子に1以上の塩基の置換、欠失、または付加を導入する方法としては、例えばMolecular cloning:a laboratory manual,3rd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press(2001)〔以下、モレキュラー・クローニング第3版と略す〕、Current Protocols in Molecular Biology,JohnWiley & Sons(1987-1997)(以下、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジーと略す)、Nucleic Acids Research, 10, 6487(1982)、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79, 6409(1982)、Gene,34,315(1985)、Nucleic Acids Research, 13, 4431(1985)、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82, 488(1985)等に記載されている部位特異的変異導入法に準ずる方法をあげることができる。
上記の方法で調製した遺伝子を、相同組換え等により親株の染色体DNA上の目的の領域と置換する方法としては、導入したい宿主細胞内では自律複製できない薬剤耐性遺伝子を有するプラスミドDNAと連結して作製できる相同組換え用プラスミドを用いる方法をあげることができ、エシェリヒア・コリで頻用される相同組換えを利用した方法としては、ラムダファージの相同組換え系を利用して、塩基の欠失、置換または付加を導入する方法[Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 6641-6645(2000)]をあげることができる。
親株に比べ、L−アスパラギン分解活性を有する蛋白質の活性が低下または喪失した微生物であることは、上記1(1)記載の方法で確認することができる。
(2)上記1(2)の微生物の造成法
上記1(2)の微生物のうち、(a)親株の染色体DNA上にあるL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードする遺伝子を改変することにより得られる、i)親株の微生物に比べ、該蛋白質の比活性が増強した微生物は、例えば、上記2(1)の方法で造成される微生物を親株として、該親株のL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質の比活性を、通常の突然変異処理法、組換えDNA技術による遺伝子置換法等を用いて増強させることにより得ることができる。
突然変異処理法は、上記1(1)の方法をあげることができる。
上記のようにして取得されるDNAとして、例えば、配列番号8または10で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質をコードするDNA、および配列番号7または9で表される塩基配列を有するDNAをあげることができる。
上記1(2)の微生物のうち、(a)親株の染色体DNA上にあるL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードする遺伝子を改変することにより得られる、ii)親株の微生物に比べ、該遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が増大した微生物は、例えば、上記2(1)の方法で造成される微生物を親株として、該親株のL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質の遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量を、通常の突然変異処理法、組換えDNA技術による遺伝子置換法等を用いて、増強させることにより得ることができる。
突然変異処理法は、上記2(1)の方法をあげることができる。
組換えDNA技術による遺伝子置換法は、親株が有するL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードする遺伝子の転写調節領域およびプロモーター領域、例えば該蛋白質の開始コドンの上流側200bp、好ましくは100bpの塩基配列を有するDNAを試験管内における変異処理、またはエラープローンPCRなどに供することにより該DNAに変異を導入した後、親株の染色体DNA上に存在するL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードする遺伝子と、上記2(1)記載の相同組換え法を用いて置換する方法をあげることができる。
そのようなプロモーターとしては、親株としてエシェリヒア属に属する微生物を用いる場合、エシェリヒア・コリで機能するtrpプロモーター(Ptrp)、lacプロモーター(Plac)、PLプロモーター、PRプロモーター、PSEプロモーター等の、エシェリヒア・コリやファージ等に由来するプロモーターを、親株としてバチルス属に属する微生物を用いる場合、バチルス・サチルスで機能するSPO1プロモーター、SPO2プロモーター、penPプロモーター等をあげることができる。またPtrpを2つ直列させたプロモーター、tacプロモーター、lacT7プロモーター、let Iプロモーターなどの人為的に造成したプロモーターもあげることができる。
上記方法にて取得した微生物が、親株の微生物に比べ、L−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードする遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が増大した微生物であることは、上記1(2)の方法で確認することができる。
上記1(2)の微生物のうち、(b)L−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードするDNAを有する組換え体DNAで親株の微生物を形質転換することにより、親株よりも該蛋白質をコードする遺伝子のコピー数が増大した微生物は、以下の方法で取得することができる。
発現ベクターとしては、上記宿主細胞において自律複製可能または染色体中への組込が可能で、L−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードするDNAを転写できる位置にプロモーターを含有しているものが用いられる。
発現ベクターとしては、例えば、宿主細胞にエシェリヒア・コリを用いる場合、pColdI(タカラバイオ社製)、pCDF-1b、pRSF-1b(いずれもノバジェン社製)、pMAL-c2x(ニューイングランドバイオラブス社製)、pGEX-4T-1(ジーイーヘルスケアバイオサイエンス社製)、pTrcHis(インビトロジェン社製)、pSE280(インビトロジェン社製)、pGEMEX-1(プロメガ社製)、pQE-30(キアゲン社製)、pET-3(ノバジェン社製)、pKYP10(特開昭58-110600)、pKYP200[Agric. Biol. Chem., 48, 669(1984)]、pLSA1[Agric. Biol. Chem., 53, 277 (1989)]、pGEL1[Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 82, 4306 (1985)]、pBluescriptII SK(+)、pBluescript II KS(-)(ストラタジーン社製)、pTrS30 [エシェリヒア・コリ JM109/pTrS30(FERM BP-5407)より調製]、pTrS32 [エシェリヒア・コリ JM109/pTrS32(FERM BP-5408)より調製]、pTK31[APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY、 2007、 Vol. 73、No. 20、p.6378-6385] pPAC31 (WO98/12343)、pUC19 [Gene, 33, 103 (1985)]、pSTV28(タカラバイオ社製)、pUC118(タカラバイオ社製)、pPA1(特開昭63-233798)等を例示することができる。
L−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードするDNAを発現ベクターに結合させた組換え体DNAにおいては、転写終結配列は必ずしも必要ではないが、構造遺伝子の直下に転写終結配列を配置することが好ましい。
また、上記の方法で得られるL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードするDNAを、上記2(1)の相同組換え法を用いることで、染色体DNAの任意の位置に組み込むことによっても、親株よりも該蛋白質をコードする遺伝子のコピー数が増大した微生物を取得することができる。
上記の方法で取得した微生物が、親株よりもL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードする遺伝子のコピー数が増大した微生物であることは、上記1(2)の方法を用いて確認することができる。
(3)上記1(3)の微生物の造成法
上記1(3)の微生物は、例えば、上記2(1)または(2)の方法で取得できる微生物を親株とし、該親株のL−アスパラギン取込活性を有する蛋白質の活性を、通常の突然変異処理法、組換えDNA技術による遺伝子置換法等を用いて、低下、または喪失させることにより得ることができる。
突然変異処理法は、上記1(1)の方法をあげることができる。
L−アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子は、例えば上記1(3)のL−アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子の塩基配列に基づき設計することができるプローブDNAを用いて、上記2(1)のPCRを用いた方法等により取得することができる。
試験管内でL−アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子に1以上の塩基の置換、欠失、または付加を導入する方法、および、上記の方法で調製した遺伝子を、相同組換え等により親株の染色体DNA上の目的の領域と置換する方法は、上記2(1)の方法と同じである。
親株に比べ、L−アスパラギン取込活性を有する蛋白質の活性が低下または喪失した微生物であることは、上記1(3)の方法で確認することができる。
(4)上記1(4)の微生物の造成法
上記1(4)の微生物のうち、(a)親株の染色体DNA上にあるL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードする遺伝子を改変することにより得られる、i)親株の微生物に比べ、該蛋白質の比活性が増強した微生物は、例えば、上記2(1)〜(3)のいずれかに記載の方法で造成される微生物を親株として、該親株のL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質の比活性を、通常の突然変異処理法、組換えDNA技術による遺伝子置換法等を用いて、増強させることにより得ることができる。
突然変異処理法は、上記2(1)の方法をあげることができる。
上記のようにして取得されるDNAとして、例えば、配列番号14で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質をコードするDNA、および配列番号13で表される塩基配列を有するDNAをあげることができる。
上記1(4)の微生物のうち、(a)親株の染色体DNA上にあるL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードする遺伝子を改変することにより得られる、ii)親株の微生物に比べ、該遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が増大した微生物は、例えば、上記2(1)〜(3)のいずれかに記載の方法で造成される微生物を親株として、該親株のL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質の遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量を、通常の突然変異処理法、組換えDNA技術による遺伝子置換法等を用いて、増強させることにより得ることができる。
突然変異処理法は、上記1(1)の方法をあげることができる。
組換えDNA技術による遺伝子置換法は、親株が有するL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードする遺伝子の転写調節領域およびプロモーター領域、例えば該蛋白質の開始コドンの上流側200bp、好ましくは100bpの塩基配列を有するDNAを試験管内における変異処理、またはエラープローンPCRなどに供することにより該DNAに変異を導入した後、親株の染色体DNA上に存在するL−アスパラギン合成活性を有する蛋白質をコードする遺伝子と、上記2(1)の相同組換え法を用いて置換する方法をあげることができる。
そのようなプロモーターとしては、上記2(2)のプロモーターをあげることができる。
上記方法にて取得した微生物が、親株に比べ、L−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードする遺伝子の転写量または該蛋白質の生産量が増大した微生物であることは、上記1(4)の方法で確認することができる。
上記1(4)の微生物のうち、(b)L−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNAを有する組換え体DNAで親株の微生物を形質転換することにより、親株よりも該蛋白質をコードする遺伝子のコピー数が増大した微生物は、以下の方法で取得することができる。
発現ベクターとしては、上記宿主細胞において自律複製可能または染色体中への組込が可能で、L−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNAを転写できる位置にプロモーターを含有しているものが用いられる。
発現ベクターとしては、例えば、宿主細胞にエシェリヒア・コリを用いる場合、上記2(2)の発現ベクターをあげることができる。
リボソーム結合配列であるシャイン−ダルガノ(Shine-Dalgarno)配列と開始コドンとの間を適当な距離(例えば6〜18塩基)に調節したプラスミドを用いることが好ましい。
L−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNAを発現ベクターに結合させた組換え体DNAにおいては、転写終結配列は必ずしも必要ではないが、構造遺伝子の直下に転写終結配列を配置することが好ましい。
また、上記の方法で得られるL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNAを、上記2(1)の相同組換え法を用いることで、染色体DNAの任意の位置に組み込むことによっても、親株よりも該蛋白質をコードする遺伝子のコピー数が増大した微生物を取得することができる。
上記の方法で取得した微生物が、親株よりもL−アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードする遺伝子のコピー数が増大した微生物であることは、上記1(4)の方法を用いて確認することができる。
3.本発明のL-アスパラギンの製造法
上記2の方法で調製することができる微生物を培地に培養し、培養物中にL−アスパラギンを生成、蓄積させ、該培養物からL−アスパラギンを採取することにより、L−アスパラギンを製造することができる。
炭素源としては、使用する微生物の資化できる炭素源であればいずれでもよく、例えばグルコース、糖蜜、フラクトース、シュークロース、マルトース、でんぷん加水分解物等の糖類、エタノール、グリセロールのようなアルコール類、酢酸、乳酸、コハク酸等の有機酸類などをあげることができる。
無機塩としては、リン酸第一水素カリウム、リン酸第二水素カリウム、硫酸アンモニウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、炭酸カルシウム等を用いることができる。
さらに必要に応じて本発明の微生物が生育に要求する物質(例えばアミノ酸要求性の微生物であれば要求アミノ酸)を添加することができる。
微生物が、L-アスパラギンを生成、蓄積する能力を有することは、該微生物を培地に培養し、該培地中に生成、蓄積するL-アスパラギンを公知の方法、例えばHPLCを用いた分析またはバイオアッセイ等により容易に確認することができる。
(a)遺伝子欠損用マーカー遺伝子の構築
相同組換えを用いたエシェリヒア・コリの遺伝子欠損および遺伝子置換のためのマーカー遺伝子として用いるcat遺伝子およびsacB遺伝子を以下の方法で単離した。
配列番号15および16で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとして用い、pHSG396を鋳型としてPCRを行い、cat遺伝子の上流約200bpから下流約100bpを含むDNA断片を得た。PCRはKOD-Plus-(東洋紡績社製)を用いて、添付説明書に従って行った。また配列番号17および18で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとして用い、常法により調製したバチルス・ズブチリス168株の野生型株のゲノムDNAを鋳型としてPCRを行い、sacB遺伝子の上流約300bpから下流約100bpを含むDNA断片を得た。
(b)ansA遺伝子欠損株の造成
配列番号19および20で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチド、および配列番号22および23で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをそれぞれプライマーセットとして用い、常法により調製したエシェリヒア・コリ W3110株のゲノムDNAを鋳型として一回目のPCRを行い、それぞれansA遺伝子の開始コドン付近からその上流約1500bp、およびansA遺伝子の終止コドン付近からその下流約1500bpを含むDNA断片を取得した。
上記オリゴヌクレオチドのうち、配列番号20で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドは配列番号16で表される塩基配列と相補的な配列を、配列番号22で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドは配列番号18で表される塩基配列と相補的な配列を、それぞれその一部に有しており、各々のオリゴヌクレオチドをプライマーに用いて得られる増幅産物が、マーカー遺伝子であるcat-sacB断片を挟み込んだ形で連結できるように設計されている。
上記オリゴヌクレオチドのうち、配列番号21で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドと配列番号24で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドは互いに相補的な配列を一部に有しており、各々のオリゴヌクレオチドをプライマーに用いて得られる増幅産物がこの部分で連結されることでansA遺伝子が欠損するように設計されている。
次に、λリコンビナーゼをコードする遺伝子を含むプラスミドpKD46[Datsenko, K.A., Warner, B.L., Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America, Vol. 97. 6640-6645(2000)]を保持するエシェリヒア・コリ W3110株に、上記で取得したcat-sacB断片の挿入されたansA周辺領域を含むDNA断片をエレクトロポレーションにより導入した。
得られた形質転換体からクロラムフェニコール感受性かつシュクロース耐性を示した株を選択した。選択された株の中からさらにアンピシリン感受性を示す株、すなわちpKD46が脱落した株を選択し、その株について配列番号19および23で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをプライマーセットに用いてコロニーPCRを行い、ansA遺伝子が欠損していることを確認した。
(c)ansB遺伝子欠損株の造成
配列番号25および26で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチド、および配列番号28および29で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをそれぞれプライマーセットとして用い、常法により調製したエシェリヒア・コリW3110株のゲノムDNAを鋳型として一回目のPCRを行い、それぞれ、ansB遺伝子の開始コドン付近からその上流約1500bp、およびansB遺伝子の終止コドン付近からその下流約1500bpを含むDNA断片を取得した。
また、配列番号25ならびに27で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチド、および配列番号29ならびに30で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをそれぞれプライマーセットに用い、エシェリヒア・コリW3110株のゲノムDNAを鋳型として一回目のPCRを行い、それぞれ、ansB遺伝子の開始コドン付近からその上流約1500bp、およびansB遺伝子の終止コドン付近からその下流約1500bpを含むDNA断片を取得した。
上記で取得したDNA断片、およびエシェリヒア・コリ W3110株にpKD46を形質転換して得られた株を用い、上記(2)(b)に準じた方法により、ansB遺伝子が欠損した株を取得し、エシェリヒア・コリW3110ansB株と命名した。
(d)iaaA遺伝子欠損株の造成
配列番号31ならびに32で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチド、および配列番号34ならびに35で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをそれぞれプライマーセットとして用い、常法により調製したエシェリヒア・コリW3110株のゲノムDNAを鋳型として一回目のPCRを行い、それぞれansA遺伝子の開始コドン付近からその上流約1500bp、およびansA遺伝子の終止コドン付近からその下流約1500bpを含むDNA断片を取得した。
精製した両DNA断片と、cat-sacB断片を等モルの比率で混合したものを鋳型として配列番号31および35で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをプライマーセットに用いて二回目のPCRを行い、反応液をアガロースゲル電気泳動に供して約6kbのDNA断片を分離し、cat-sacB断片が挿入されたiaaA周辺領域を含むDNA断片を得た。
精製した両DNA断片を等モルの比率で混合し、これを鋳型として配列番号31および35で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをプライマーセットに用いて二回目のPCRを行い、反応液をアガロースゲル電気泳動に供して約2.5kbのDNA断片を分離し、iaaA遺伝子が欠損したiaaA周辺領域を含むDNA断片を得た。
(e)ansP遺伝子欠損株の造成
配列番号37および38で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチド、並びに配列番号40および41で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをそれぞれプライマーセットとして用い、常法により調製したエシェリヒア・コリW3110株のゲノムDNAを鋳型として一回目のPCRを行い、それぞれ、ansP遺伝子の開始コドン付近からその上流約1500bp、およびansP遺伝子の終止コドン付近からその下流約1500bpを含むDNA断片を取得した。
精製した両方DNA断片と、cat-sacB断片を等モルの比率で混合したものを鋳型として配列番号37および41で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをプライマーセットに用いて二回目のPCRを行い、反応液をアガロースゲル電気泳動に供して約6kbのDNA断片を分離し、cat-sacB断片が挿入されたansP周辺領域を含むDNA断片を得た。
精製した両DNA断片を等モルの比率で混合し、これを鋳型として配列番号37および41で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをプライマーセットに用いて二回目のPCRを行い、反応液をアガロースゲル電気泳動に供して約2.5kbのDNA断片を分離し、ansP遺伝子が欠損したansP周辺領域を含むDNA断片を得た。
(f)argA遺伝子欠損株の造成
配列番号43ならびに44で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチド、および配列番号46ならびに47で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをそれぞれプライマーセットとして用い、常法により調製したエシェリヒア・コリW3110株のゲノムDNAを鋳型として一回目のPCRを行い、それぞれ、argA遺伝子の開始コドン付近からその上流約1500bp、およびargA遺伝子の終止コドン付近からその下流約1500bpを含むDNA断片を取得した。
精製した両DNA断片と、cat-sacB断片を等モルの比率で混合したものを鋳型として配列番号43および47で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをプライマーセットに用いて二回目のPCRを行い、反応液をアガロースゲル電気泳動に供して約6kbのDNA断片をQiaquick Gel Extraction Kitを用いて分離し、cat-sacB断片が挿入されたargA周辺領域を含むDNA断片を得た。
表1は、各遺伝子欠損株における欠損遺伝子名を示す。
エシェリヒア・コリW3110株の染色体DNAを鋳型とし、配列番号49ならびに配列番号50で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチド、および配列番号51ならびに配列番号52で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとして用いてPCR反応を行い、それぞれ、asnA遺伝子領域を含む約1.0 kbのDNA断片(以下、asnA遺伝子増幅断片という)、およびasnB遺伝子領域を含む約1.7 kbのDNA断片(以下、asnB遺伝子増幅断片という)を得た。
また、trpプロモーターを含むエシェリヒア・コリの発現ベクターpTK31(APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY、 2007、 Vol. 73、No. 20、p. 6378-6385)を制限酵素HindIIIおよびBamHIで消化後、上記と同様の方法により約4.9 kbのDNA断片を精製した。
エシェリヒア・コリW3110株の染色体DNAを鋳型とし、配列番号53および54で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドをプライマーセットとして用いてPCRを行い、約0.9 kbのDNA断片が増幅したことを確認し、該DNA断片を常法に従って精製した。該DNA断片およびtrpプロモーターを含む発現ベクターpTrS30[エシェリヒア・コリJM109/pTrS30(FERM BP-5407)より調製]をそれぞれ制限酵素HindIII、SacIで消化し、アガロースゲル電気泳動によりDNA断片を分離した後、rarD遺伝子を含む約0.9 kbの断片とpTrs30の制限酵素消化断片とをライゲーションキット(タカラバイオ社製)を用いて連結した。
選択した形質転換体のコロニーより公知の方法に従ってプラスミドを抽出し、制限酵素を用いてその構造を解析することにより、trpプロモーター下流にrarD遺伝子が連結されたプラスミドであるpTrs_rarDが取得されていることを確認した。
上記と同様の方法で連結し、得られた連結体DNAを用いてエシェリヒア・コリNM522株を形質転換した後、クロラムフェニコール耐性を指標に形質転換体を選択した。
実施例2で造成したプラスミドpTK_asnBを用いて、エシェリヒア・コリW3110株、実施例1で造成したエシェリヒア・コリW3110 ansA株、エシェリヒア・コリW3110 ansB株、エシェリヒア・コリW3110 ansAansB株、エシェリヒア・コリW3110 ansAansBiaaA株、エシェリヒア・コリW3110 ansAansBiaaAansP株、およびエシェリヒア・コリW3110 ansAansBiaaAansPargA株を形質転換し、それぞれW3110/pTK_asnB、W3110ansA/pTK_asnB、W3110ansB/pTK_asnB、W3110ansAansB/pTK_asnB、W3110ansAansBiaaA/pTK_asnB、W3110ansAansBiaaAansP/pTK_asnB、W3110ansAansBiaaAansPargA/pTK_asnBを得た。
また、実施例2で造成したプラスミドpTK_asnAを用いて、実施例1で造成したエシェリヒア・コリW3110 ansAansBiaaA株を形質転換し、W3110ansAansBiaaA/pTK_asnAを得た。
また、プラスミドpTK31を用いて、実施例1で造成したエシェリヒア・コリW3110 ansAansBiaaA株を形質転換し、W3110ansAansBiaaA/pTK31を得た。
また、上記操作で得られた形質転換体W3110ansAansBiaaA/pTK_asnB、W3110ansAansBiaaAasnP/pTK_asnB、およびW3110ansAansBiaaAasnPargA/pTK_asnBに実施例3で造成したプラスミドpSTV_rarDを形質転換し、W3110ansAansBiaaA/pTK_asnB/pSTV_rarD、W3110ansAansBiaaAasnP/pTK_asnB/pSTV_rarD、およびW3110ansAansBiaaAasnPargA /pTK_asnB/pSTV_rarDを得た。
(a)試験管培養によるL−アスパラギンの製造
上記操作で得られた形質転換体のうち、W3110/pTK_asnB、W3110ans/pTK_asnB、W3110ansB/pTK_asnB、W3110ansAansB/pTK_asnB、W3110ansAansBiaaA/pTK_asnB、W3110ansAansBiaaA/pTK_asnA、およびW3110ansAansBiaaA株/pTK31をそれぞれLBプレート上で30℃にて一晩培養し、LB培地5mLが入った太型試験管に植菌して、30℃で12時間、振盪培養した。必要に応じて、100mg/Lのカナマイシン、25mg/Lのクロラムフェニコールを添加した。試験管生産培地[グルコース 30g/L、硫酸マグネシウム7水和物 0.5 g/L、イーストエキストラクト 2g/L、硫酸アンモニウム 20g/L、リン酸二水素カリウム 2 g/L、塩化ナトリウム0.6 g/L、チアミン塩酸塩 100mg/L、硫酸第一鉄七水和物 20 mg/L、硫酸マンガン五水和物 20 mg/L、100 mg/L L-イソロイシン、100 mg/L ウラシル、水酸化ナトリウム溶液によりpH7.5に調整後、炭酸カルシウム 30 g/L、グルコースおよび硫酸マグネシウム7水和物水溶液は別途オートクレーブし、冷却した後混合]が5mL入った太型試験管に0.5mL植菌し、30℃で48時間、振盪培養した。
培養終了後、培養液を適当に希釈した後、遠心し、その上清のL-アスパラギン濃度をHPLCにて定量した。HPLC分析は、分離カラムにDevelosil ODS-HG-3 3.0 X 100 mm、移動相として、クエン酸三ナトリウム二水和物2.94 g/L、硫酸ナトリウム(無水)1.42 g/L、1-プロパノール16.7 ml/L、ラウリル硫酸ナトリウム3 g/Lを硫酸によってpH2.4に調整した溶液を、反応相として、ほう酸18.5 g/L、水酸化ナトリウム 10.7 g/L、Brij-35(20%液) 3.5 ml/L、o-フタルアルデヒド 0.6 g/L、N-アセチル−L−システイン 4.9 g/Lを用い、カラム温度は60℃で行った。アミノ酸の検出、定量は、分離カラムからの移動相溶出液と、反応相溶液とを混合した後、励起波長360nm、吸収波長440nmの蛍光分析により行った。結果を表2に示す。
W3110ansAansBiaaA/pTK_asnB、W3110ansAansBiaaA/pTK_asnB/pSTV_rarD、W3110ansAansBiaaAansP/pTK_asnB/pSTV_rarD、およびW3110ansAansBiaaAansPargA /pTK_asnB/pSTV_rarDを、それぞれ50mg/Lのカナマイシンおよび25 mg/Lのクロラムフェニコールを含むLBプレート上で30℃にて一晩培養し(W3110ansAansBiaaA/pTK_asnBは50mg/Lのカナマイシンのみを含むLBプレート)、グルコース15g/L、イーストエキストラクト10g/L、NaCl 2.5g/L、CaCO3 15g/L、50mg/Lカナマイシン、25 mg/Lクロラムフェニコールからなる培地(W3110ansAansBiaaA/pTK_asnBは50mg/L カナマイシンのみを含む培地)200mlが入ったバッフル付き2リットル三角フラスコへ植菌して、30℃で12時間、振盪培養した。
培養終了後、80mLの培養物を600mlの発酵培地[グルコース30g/L(別途オートクレーブにて調製)、コーンスティープリカー3g/L、硫酸アンモニウム 20g/L、リン酸二水素カリウム 44.2g/L、硫酸マグネシウム7水和物2.5g/L、硫酸ナトリウム0.7g/L、塩化カルシウム2水和物 0.23g/L、硫酸第一鉄七水和物 20mg/L、硫酸マンガン7水和物10mg/L、硫酸亜鉛7水和物 2mg/L、硫酸銅5水和物2mg/L、塩化ニッケル6水和物 2mg/L、塩化コバルト6水和物 2mg/L、ベータアラニン50mg/L、ニコチン酸50mg/L、チアミン塩酸塩40mg/L、ビオチン490μg/L、100mg/L L-イソロイシン、100mg/L ウラシル]が入ったジャーファーメンターに接種し、1200rpmで攪拌しながら35℃、2L/分の通気量で培養した。培養中、pHを7.3に維持するためにアンモニア溶液を加えた。argA欠失株の培養には、上記600mLの発酵培地に1g/LのL−アルギニンを添加した。
培養物中のグルコースが完全に消費された時点よりフィード培地[グルコース550g/L]を流加して、該フィード培地を400ml添加するまで培養を継続した。培養終了後、培養液を適当に希釈した後、遠心し、その上清のL-アスパラギンの蓄積濃度をHPLCにて定量した。結晶が培養液中に析出している場合は十分に懸濁した状態で希釈するよう留意した。 表3にL-アスパラギンの蓄積濃度を示す。
配列番号16−人工配列の説明:合成DNA
配列番号17−人工配列の説明:合成DNA
配列番号18−人工配列の説明:合成DNA
配列番号19−人工配列の説明:合成DNA
配列番号20−人工配列の説明:合成DNA
配列番号21−人工配列の説明:合成DNA
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配列番号53−人工配列の説明:合成DNA
配列番号54−人工配列の説明:合成DNA
Claims (4)
- 親株の染色体DNA上にあるL-アスパラギン分解活性を有する蛋白質をコードする遺伝子に塩基の欠失、置換または付加が導入されたことにより、親株に比べ該蛋白質の活性が低下、または喪失しており、かつL-アスパラギンを生産する能力を有する、以下の[1]〜[5]のいずれかに記載のDNAを有する組換え体DNAで親株を形質転換して得られる微生物を培地に培養し、培養物中にL-アスパラギンを生成、蓄積させ、該培養物中からL-アスパラギンを採取することを特徴とするL-アスパラギンの製造法。
[1]配列番号14で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質をコードするDNA
[2]配列番号14で表されるアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が欠失、置換、または付加されたアミノ酸配列からなり、かつL-アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNA
[3]配列番号14で表されるアミノ酸配列と95%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつL-アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNA
[4]配列番号13で表される塩基配列を有するDNA
[5]配列番号13で表される塩基配列と95%以上の同一性を有する塩基配列からなり、かつL-アスパラギン排出活性を有する蛋白質をコードするDNA - 微生物が、親株に比べL-アスパラギン合成活性が増強した微生物である、請求項1記載の製造法。
- 微生物が、親株の染色体DNA上にあるL-アスパラギン取込活性を有する蛋白質をコードする遺伝子に塩基の欠失、置換または付加が導入されたことにより、親株に比べ該蛋白質の活性が低下、または喪失した微生物である、請求項1または2記載の製造法。
- 微生物が、エシェリヒア属に属する微生物である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造法。
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