JP6053691B2 - 硫黄含有アミノ酸の発酵による製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、L−メチオニン、L−システイン、L−シスチン、L−ホモシステイン及びL−ホモシスチンの群から選択されている硫黄含有アミノ酸の発酵による製造方法に関する。
硫黄含有アミノ酸は、大きな経済的重要性を有する。L−システインは、食品添加剤として、薬理学的作用物質(例えば、N−アセチルシステイン)のための出発材料として、そして、化粧品のために使用される。アミノ酸L−メチオニンは、動物飼料において重要な役割を果たす。L−メチオニンは、脊椎動物の代謝において、生合成によって製造できない必須アミノ酸である。そのため、動物飼育では、メチオニンが栄養と共に十分な量で摂取されることが確実にされなければならない。しかし、L−メチオニンは、典型的な飼料植物(例えば、ダイズ又は穀類)中で、特にブタ及び家禽用の典型的な飼料植物中で、しばしば、最適な動物栄養を保証するには余りに少ない量で存在するため、メチオニンを添加剤として動物飼料に混和することが好ましい。D−メチオニンは、脊椎動物によって、生物学的活性のあるL−メチオニンに移行されることができる。したがって、動物飼料には大抵は、D−メチオニン及びL−メチオニンからのラセミ体が添加される。L−ホモシステインは、動物によってトランスメチル化を介してL−メチオニンへ変換されることができ、したがってL−メチオニンを置き換えることができる。
先行技術では、メチオニンのようなアミノ酸は、化学合成によって製造される。この場合に、まずアクロレイン及びメチルメルカプタンが3−メチルチオプロピオンアルデヒドへと変換され、これは再度シアニド、アンモニア及び一酸化炭素によってヒダントインを生じる。ヒダントインは最終的に、ラセミ体(双方の立体異性体D−メチオニン又はL−メチオニンの等モル混合物)へと加水分解されることができる。この分子の生物学的活性形態は専らL体が示すため、飼料に含まれるD体は、代謝において、脱アミン化及びトランスアミン化によって初めて活性のあるL体へと移行されなければならない。
メチオニンとは対照的に、他の大抵の天然のタンパク質構成(proteinogen)アミノ酸は、主として、微生物による発酵によって製造される。この場合に、微生物が、天然アミノ酸合成のための相応する生合成経路を使用することが利用される。さらに、多くの発酵プロセスは、コスト的に好ましい出発材料、例えばグルコース及び無機塩を用いて極めて好ましい製造コストを達成し、そしてさらに、それぞれのアミノ酸の生物学的活性のあるL体を提供する。
しかし、アミノ酸の生合成経路は、野生型株中で厳しい代謝制御が課せられ、前記制御によって、アミノ酸は細胞の自家需要時にのみ製造されることが保証される。したがって、効率的な製造プロセスのための重要な前提条件は、野生型生物とは対照的に、劇的に増加した生産能力を所望のアミノ酸製造のために示す、適した微生物が提供可能であることである。
そのようなアミノ酸過剰生産微生物は、典型的な突然変異法/選択法によって及び/又は現代的な、狙いを定めた組み換え技術によって("metabolic engineering")作出されることができる。後者では、最初に、その変化、活性化又は不活性化によってアミノ酸過剰生産を引き起こす遺伝子又はアレルが同定される。次に、この遺伝子/アレルは、分子生物学的技術によって、微生物株へと導入されるか又は不活性化され、その結果、最適な過剰生産が達成される。しかし大抵は、複数の種々の処置の組み合わせによって初めて、本当に効率的な生産が生じる。
大腸菌(E. coli)及びC.グルタミクム(C. glutamicum)では、L−システインはL−セリンから生化学的に誘導される。L−セリンは、O−アセチルセリンとしてのセリン−アセチルトランスフェラーゼCysEによって活性化される。引き続き、O−アセチルセリン(チオール)−リアーゼは、スルフィドの形で還元した硫黄を移し、それによって、L−システインが発生する。C.グルタミクムとは対照的に、大腸菌は、2つの異なるO−アセチルセリン(チオール)−リアーゼを有し、ここで、o−アセチルセリン(チオール)−リアーゼB(「CysM」)は、チオスルファートもo−アセチルセリンに移すことができる。それによって、S−スルホシステインが発生し、これは引き続き、今日まで特定されていないやり方でL−システイン及びスルフィド又はスルファートへと分解される(Kredich N.M. (1996) in Neidhardt FC et al . (Hrsg.) "Escherichia coli and Salmonella", 第2版、514-527頁)。
L−メチオニンは、リシン及びトレオニンと一緒にアスパラギン酸から誘導される。硫黄は、L−システインの形で(中間生成物としてのシスタチオニンを介して)トランス硫化によってL−メチオニンへ導入される(C.グルタミクム及び大腸菌中;大腸菌中では唯一の経路)。それと並行して、例えば、C.グルタミクムでは、直接的スルフヒドリル化の経路が存在し、ここでは、スルフィドはL−ホモシステインの形で同化される(B-J Hwang, H-J Yeom, Y Kim, H-S Lee, 2002, J Bacteriol., 184(5) : 1277-1286)。L−メチオニンのC1基は、C1代謝に由来し、かつ、メチオニン合成酵素MetE及びMetHからL−ホモシステインに移される(Review: Greene RC (1996) in Neidhardt FC et al . (Hrsg.) "E-scherichia coli and Salmonella", 第2版, 542-560頁)。C.グルタミクムでのL−メチオニン生合成は、Rueckert et al .で記載されている(Rueckert C, Puehler A, Kalinowski J, 2003, J Biotechnol., 104 ( 1-3 ) : 213-28)。L−メチオニンの発酵による生産のための株及び方法は、例えば、大腸菌(WO2006/001616 , W02009/ 043803)及びC.グルタミクム(WO2009/144270)に関して記載されている。
硫黄源としてのチオスルファートの使用は、硫黄含有アミノ酸の生産の際に(スルファートに対して)顕著により高い理論収率を可能にする(Kroemer JO, Wittmann C, Schroeder H, Heinzle E, Metab Eng., 2006, 8(4), pp. 353-369並びにWO2007/020295)。チオスルファートの利点は、次のように明らかにされる:スルファート(SO4 2-)では、硫黄原子は酸化段階+6で存在する。同化のためには、酸化段階−2(スルフィド=S2-)に還元されなくてはならない。スルファートからスルフィドへの還元のためには、細胞は2個のATP及び4個のNADPH(8個の電子)を消費しなければならない。チオスルファート中、中心硫黄原子は酸化段階+5を有し、末端硫黄原子は酸化段階−1を有する(両方の硫黄原子の平均的な形式的酸化段階は+2)。したがって、チオスルファートの両方の硫黄原子の還元には、8個の電子のみが必要であり、これに対して、2個のスルファートの還元では、16個の電子が必要である。
大腸菌を用いたL−システインの生産のためのS供給源としてのチオスルファートの使用は、例えば、DE 10 2007 007 333及びWO2001/27307に記載されている。
WO2007/077041では、大腸菌でのL−メチオニン生産もまた、スルファートの代わりのチオスルファートの使用によって、著しく改善されることが示されている。
今日までは、チオスルファートの使用がC.グルタミクムでも、L−メチオニン生産の改善を生じることはまだなお実験的に示されていない。WO2007/020295(240頁)では、C.グルタミクムが硫黄源としてのNa−チオスルファートを用いて多くのバイオマスを形成することが示される。このことは、より少ないATP及びNADPH消費のための指標として評価された。チオスルファートを用いたL−メチオニン生産は、実際には検証されていない。
大腸菌では、チオスルファートは、スルファート−/チオスルファートトランスポーターCysPUWA-Sbpによって取り込まれる(Kredich N.M. (1996) 、Neidhardt FC et al . (Hrsg.) "Escherichia coli and Salmonella", 第2版、514-527頁)。CysP及びSbpは、2つの異なる原形質周辺(periplasmatische)結合タンパク質である。CysPはチオスルファートのための、そしてSbpはスルファートのための高い親和性を有する。CysAは、ATP結合性成分を形成する。CysU及びCysWは、膜貫通成分である。WO2009/043803では、大腸菌でcysPUWAMオペロンの発現が増強され、それによって、L−メチオニン生産の改善が達成された。C.グルタミクムでは、チオスルファートの吸収に関して何も知られていない。推定上のスルファート吸収システムのノックアウト突然変異体CysZ (cg3112)は、なおS供給源としてのチオスルファートを用いて成長可能である(Rueckert C. et al. (2005), BMC Genomics., Vol. 6(121))。したがって、CysZは、チオスルファート輸送を(単独で)担うものでない。
O−アセチルセリン(チオール)−リアーゼB(=CysM, EC 2.5.1.47)は、大腸菌が、L−システイン及びL−メチオニンの合成のためのS供給源としてチオスルファートを利用することを可能にする。この酵素は、S−スルホシステイン(R−S−SO3)及びアセタートの、o−アセチルセリン及びチオスルファートからの形成を触媒作用する。引き続き、S−スルホシステインは、今日まで特定されていないやり方で、L−システイン及びスルフィド又はスルファートへと分解される(Kredich N.M. (1996) in Neidhardt FC et al . (Hrsg.) "Escherichia coli and Salmonella", 第2版、514-527頁)。スルファートは、3つの工程において、ATP−スルフリラーゼ(CysDN)、APS−キナーゼ(CysC)及びPAPS−スルホトランスフェラーゼ(CysH)によってスルフィド(SO3 2-)へと還元される。引き続き、スルフィドは、NADPHスルフィドレダクターゼによって更にスルフィド(S2-)へと還元され、これは、o−アセチルセリン−(チオール)−リアーゼA(CysK)及びo−アセチルセリン−(チオール)−リアーゼB(CysM)によって第2のL−システイン分子の合成のために使用されることができる。
C.グルタミクムは、最少培地中でS供給源としてのチオスルファートを用いて成長できる(Rueckert C. et al . (2005), BMC Genomics., Vol. 6(121))。但し、C.グルタミクムは、O−アセチルセリン(チオール)−リアーゼB("CysM")を有しない(Rueckert und Kalinowski (2008) in A. Burkovski (ed.) "Corynebacteria : Genomics and Molecular Biology", Caister Academic Press)。チオスルファートは、したがって、他のやり方で同化されなければならない。
本発明の課題は、硫黄含有アミノ酸、特にL−メチオニンのより高い過剰生産を可能にする方法及び微生物株を提供することである。
前記課題は、次の工程
a)それぞれの出発株に比較して高められたチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有する腸内細菌科(Enterobacteriaceae)の微生物又はコリネバクテリウム科(Corynebacteriaceae)の微生物を準備する工程、
b)a)からの微生物を、無機硫黄源としてのチオ硫酸塩又はチオ硫酸塩と硫酸塩とからの混合物を含む培地中で発酵させて、発酵ブロスを得る工程、及び
c)b)からの発酵ブロス中で硫黄含有アミノ酸を濃縮する工程、
を含む、L−メチオニン、L−システイン、L−シスチン、L−ホモシステイン及びL−ホモシスチンの群から選択されている硫黄含有アミノ酸の発酵による製造方法によって解決される。
さらに、本発明は、次の工程
a)チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を過剰発現する、腸内細菌科(Enterobacteriaceae)の微生物又はコリネバクテリウム科(Corynebacteriaceae)の微生物を準備する工程、
b)a)からの微生物を、無機硫黄源としてのチオ硫酸塩又はチオ硫酸塩と硫酸塩とからの混合物を含む培地中で発酵させて、発酵ブロスを得る工程、及び
c)b)からの発酵ブロス中で硫黄含有アミノ酸を濃縮する工程、
を含む、L−メチオニン、L−システイン、L−シスチン、L−ホモシステイン及びL−ホモシスチンの群から選択されている硫黄含有アミノ酸の発酵による製造方法を提供する。
チオ硫酸サルファートランスフェラーゼは、「ロダネーゼ」(EC 2.8.1.1)とも称され、チオスルファートの還元された硫黄原子をシアニド(CN-)へと移す酵素である。
いくつかのチオ硫酸サルファートランスフェラーゼは、代わりの基質、例えばジヒドロリポアートにも還元された硫黄原子を移すことができる(Alexander K., Volini M, 1987, J. Biol. Chem., 262: 6595-6604)。データバンク「Clusters of Orthologous Groups of proteins" (COG)」では、カテゴリーCOG0607「ロダネーゼ関連スルファートランスフェラーゼ」においてその時点で168個のホモログのスルファートランスフェラーゼが全3つのライフドメイン中に見出される(Tatusov RL, Fedorova ND, Jackson JD, Jacobs AR, Kiryutin B, Koonin EV, Krylov DM, Mazumder R, Mekhedov SL, Nikolskaya AN, Rao BS, Smirnov S, Sverdlov AV, Vasudevan S, Wolf YI, Yin JJ, Natale DA, 2003, BMC Bioinformatics , 4:41; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/COG/)。ロダネーゼは、1又は複数の特徴的なロダネーゼ類似ドメインを有する("Rhodanese-like domain"; PFAM-Datenbank PF00581, http ://pfam.sanger.ac.uk/; Gliubich F, Gazerro M, Zanotti G, Delbono S, Bombieri G, Berni R , 1996, J Biol Chem., 271 (35) : 21054-61)。
サッカロミセス・セレビジエS288cからの遺伝子RDL2(Rhodanese-Like Protein)は、149個のアミノ酸長のタンパク質Rdl2pをコードする。これは、ロダネーゼ類似ドメインを有する("Rhodanese-like domain", PFAM-Datenbank PF00581, http://pfam. sanger.ac.uk/)。Rdl2pが、チオ硫酸スルファートランスフェラーゼ(ロダネーゼ、EC 2.8.1.1)であることが実験的に示されている(Foster MW, Forrester MT, Stamler JS, 2009, Proc Natl Acad Sei USA, 106 (45) : 18948-53)。配列番号1は、遺伝子RDL2のDNA配列を示す。配列番号2は、RDL2によりコードされたタンパク質Rdl2pのアミノ酸配列を示す。
大腸菌は、十分に特定されたロダネーゼGlpE及びPspEの他に(Adams H, Teertstra W, Koster M, Tommassen J, 2002, FEBS Lett. 518:173-6)、7個の更なるパラロガス酵素であってロダネーゼ類似ドメインを有するものを有する(Cheng H, Donahue JL, Battle SE, Ray WK, Larson TJ, 2008, Open Microbiol J., 2:18-28):
YgaPは、N末端のロダネーゼ類似ドメイン及び2つの膜貫通ドメインを有する。これは、in vitroロダネーゼ活性を示す(Ahmed, F., 2003, Dissertation)、
YbbBは、tRNA−2−セレノウリジン合成酵素であり、かつ、N末端のロダネーゼ類似ドメインを有する(Wolfe MD, Ahmed F, Lacourciere GM, Lauhon CT, Stadtman TC, Larson TJ, 2004, J Biol Chem., 279 (3) : 1801-1809)、
ThiIは、チアミンの合成に必要であり、かつ、tRNA中の8位で、ウリジンを4−チオウリジンへと変換させる際に重要な役割を果たす(Palenchar PM, Buck CJ, Cheng H, Larson TJ, Mueller EG, 2000, J Biol Chem., 275 ( 12 ) : 8283-8286)、
SseAは、3−メルカプトピルバート:シアニドスルファートランスフェラーゼであり、これは好ましくはチオスルファートの代わりに3−メルカプトピルバートをシアニドに移す(Colnaghi R, Cassinelli G, Drummond M, Forlani F, Pagani S, 2001, FEBS Lett., 500 (3) : 153-156)。この酵素は、2つのロダネーゼ類似ドメインを有する、
ORF ynjEは、3つのロダネーゼ類似ドメインを有する推定上のサルファートランスフェラーゼをコードする(Haenzelmann P, Dahl JU, Kuper J, Urban A, Mueller-Theissen U, Leimkuehler S, Schindelin H., 2009, Protein Sei., 18 ( 12 ) : 2480-2491)、
ORF yibNは、C末端のロダネーゼ類似ドメインを有する推定上のサルファートランスフェラーゼをコードする、
ORF yceAは、ロダネーゼ類似ドメインを有する推定上のサルファートランスフェラーゼをコードする。
コリネバクテリウム・グルタミカム中では、少なくとも7個のORFsが仮想上のスルファートランスフェラーゼをコードする:
ORF thtR (=cg0803, NCgl0671)は、2つのロダネーゼ類似ドメイン及び301個のアミノ酸長を有する推定上のサルファートランスフェラーゼをコードする、
ORF sseA2 (=cg1613, NCgll369)は、2つのロダネーゼ類似ドメイン及び289個のアミノ酸長を有する推定上のサルファートランスフェラーゼをコードする、
ORF cg3000 (=NCg12616)は、1つのロダネーゼ類似ドメイン及び96個のアミノ酸長を有する推定上のサルファートランスフェラーゼをコードする、
ORF cg0073 (=NCg10053)は、1つのロダネーゼ類似ドメイン及び97個のアミノ酸長を有する推定上のサルファートランスフェラーゼをコードする、
ORF cg0074 (=NCg10054)は、1つのロダネーゼ類似ドメイン及び197個のアミノ酸長を有する推定上のサルファートランスフェラーゼをコードする、
ORF sseA1 (=cg3073, NCg12678)は、2つのロダネーゼ類似ドメイン及び274個のアミノ酸長を有する推定上のサルファートランスフェラーゼをコードする、
ORF cg3319 (=NCg12890)は、1つのロダネーゼ類似ドメイン及び312個のアミノ酸長を有する推定上のサルファートランスフェラーゼをコードする。
ウシ(Bos taurus)からのチオ硫酸サルファートランスフェラーゼは、2つのロダネーゼ類似ドメインを有し、かつ、十分に特定されている(Cannella C, Costa M, Pensa B, Ricci G, Pecci L, Cavallini D., 1981, Eur J Biochem., 119 ( 3 ) : 491-495)。
本方法の好ましい一実施態様において、微生物は、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする1又は複数の遺伝子を過剰発現し、ここで前記チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドは、以下のa)〜d)から選択されている:
a)ポリペプチドRdl2p, GlpE, PspE, YgaP, ThiI, YbbB, SseA, YnjE, YceA, YibN, NCgl0671, NCgll369, NCgl2616, NCgl0053, NCgl0054, NCgl2678, NCgl2890からなるか又はこれを含むポリペプチド、哺乳類からのチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ、例えばウシレバー(Bos taurus)からのチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ、好ましくはRdl2p, GlpE, PspE、特に好ましくはRdl2p、
b)配列番号2に示したアミノ酸配列からなるか又はこれを含むポリペプチド、
c)a)又はb)のアミノ酸配列と70%以上同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチド、ここで前記ポリペプチドはチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を示す、
d)配列番号2に示したアミノ酸配列に対して1〜45個のアミノ酸残基の欠失、置換、挿入及び/又は付加を含むアミノ酸配列を有するポリペプチド、ここで前記ポリペプチドはチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を示す。
上述の通り、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドは、a)又はb)に挙げた酵素の変形をも含み、これはa)又はb)に挙げた配列のアミノ酸配列と70%以上同一であるアミノ酸配列を有し、ここで前記変形は、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有する。好ましい一実施態様において、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも98%又は少なくとも99%前記アミノ酸配列と同一である、即ち、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも98%又は少なくとも99%のアミノ酸位置が、前記したアミノ酸配列のものと同一である変形が含まれている。パーセンテージの同一性は、好ましくはアミノ酸又は核酸領域の全長にわたり算出される。多数のアルゴリズムを基礎とする一連のプログラムを当業者は配列比較のために利用する。この関連において、Needleman及びWunsch又はSmith及びWatermanのアルゴリズムは、特に信頼のある結果を生じる。配列のアラインメントのために、プログラムPileUp (J. Mol. Evolution., 25, SSI-360, 1987, Higgins et al . , CABIOS, 5 1989: 151-153)又はプログラムGap及びBestFit[Needleman and Wunsch (J. Mol. Biol. 48; 443-453 (1970))及びSmith and Waterman (Adv. Appl. Math. 2; 482-489 (1981))]が提供され、これはソフトウェアパケットGCG[Genetics Computer Group, 575 Science Drive, Madi-son, Wisconsin, USA 53711 (1991)]に属する。配列同一性のための上記パーセント値は、好ましくはプログラムGAPを用いて全配列領域にわたり算出される。
さらに、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドは、a)又はb)に挙げた酵素の断片をも含む。この断片は、上記活性を示す。チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドの断片は、本特許出願の意味合いにおいて、好ましくは少なくとも30個、少なくとも50個又は少なくとも80個の、前述のアミノ酸配列の1の相前後したアミノ酸残基を含む。
上述の通り、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドは、配列番号2に示したアミノ酸配列に関して1〜45個のアミノ酸残基の欠失、置換、挿入及び/又は付加を含むアミノ酸配列を有する、a)又はb)で挙げた酵素の変形も含み、ここで前記ポリペプチドはチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を示す。好ましい一実施態様において、前記アミノ酸配列は、配列番号2に示したアミノ酸配列に関して1〜40個、更に好ましくは1〜30個、更に好ましくは1〜20個、好ましくは1〜15個、さらにより好ましくは1〜10個、最も好ましくは1〜5個のアミノ酸残基の欠失、置換、挿入及び/又は付加を含む。
更なる好ましい一方法において、ポリペプチドは、サッカロミセス・セレビジエS288cからの遺伝子RDL2の野生型配列に相応する、配列番号1のヌクレオチド配列を含む遺伝子によってコードされる。
さらに、ポリペプチドが、配列番号3のヌクレオチド配列を含む遺伝子によってコードされることが好ましい。コドン使用頻度は、ここでは大腸菌のものにわずかに適合されている。
更なる好ましい方法において、ポリペプチドは、配列番号4のヌクレオチド配列を含む遺伝子によってコードされる。コドン使用頻度は、ここでは、大腸菌のものに強力に適合されている。
さらに好ましくは、前記ポリペプチドは、配列番号5のヌクレオチド配列を含む遺伝子によってコードされる。コドン使用頻度は、ここでは、完全に大腸菌のものに適合されている。
本発明の実施の際には、好ましくは、チオ硫酸スルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子の発現は、1又は複数の以下の措置によって高められる:
a)本方法のために使用される微生物中で出発株に対して増強した発現を生じるプロモーターの制御下での遺伝子の発現。この場合に、例えば大腸菌のgapA遺伝子の構成的GAPDHプロモーターが、又は、誘導可能なlac-, tac-, trc-, lambda-, ara-又はtet-プロモーターが使用される(Review: Makrides SC. Micro-biol Rev. 1996 Sep; 60(3) : 512-38)
b)チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子のコピー数を出発株に対して高める。このことは、例えば、高められたコピー数でプラスミド中へ遺伝子を挿入することによって、又は、より多くのコピーで微生物の染色体中へ遺伝子を組み込むことによって、達成されることができる(Baneyx F, 1999, Curr. Opin. Bio- technol . 10, 411-421)
c)本方法のために使用される微生物中で出発株に対して増強した翻訳を生じるリボソーム結合部位の使用下で遺伝子の発現が行われる(Makrides SC. Microbiol Rev. 1996 Sep; 60 ( 3 ) : 512-38)
d)本方法のために使用される微生物に関する遺伝子のコドン使用頻度(codon usage)の最適化によって遺伝子発現を増強する(Welch, Villalobos, Gustafsson and Minshull, J R Soc Interface, 2009, 6:467-76頁)。遺伝子のコドン使用頻度を生物に適合するための尺度として、例えば、"Codon Adaptation Index" (CAI)が適する(Sharp PM, Li WH, 1987, Nucleic Acids Res., 15(3) : 1281-95)
e)遺伝子から転写されるmRNA中のmRNA二次構造の減少によって遺伝子発現を増強する(Kudla G, Murray AW, Tollervey D, Plotkin JB., Science, 2009 Apr 10 ; 324 ( 5924 ) : 255-8 ; Welch, Villalobos, Gustafsson and Minshull, J R Soc Interface, 2009, 6.467-76頁)
f)遺伝子から転写されるmRNA中のRNA−ポリメラーゼ−ターミネーターの除去によって遺伝子発現を増強する(Welch, Villalobos, Gustafsson and Minshull, J R Soc Interface, 2009, 6: 467-76頁)
g)遺伝子から転写されるmRNA中のmRNA安定化配列の使用下で遺伝子発現を実施する(Carrier TA, Keasling JD, Biotechnol Prog., 1997, Nov-Dec; 13 (6) : 699-708)。例として、配列ARNmstl7が、大腸菌の遺伝子metFのmRNAの安定化のために挙げられることができる(WO2009/043803)。
本発明の方法の更なる一実施態様において、チオ硫酸塩が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩及びその混合物の群から選択した塩、好ましくはアンモニウム塩であることが好ましい。
さらに、硫酸塩が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩(及び混合物)の群から選択した塩、好ましくはアンモニウム塩であることが好ましい。
好ましくは、培地又は発酵ブロス中のチオ硫酸塩の濃度は、0.05g/kg〜100g/kg、好ましくは0.1g/kg〜20g/kg、特に好ましくは0.2g/kg〜12g/kgである。
好ましい一方法において、培地又は発酵ブロス中のチオ硫酸塩の濃度は、発酵の間に、少なくとも0.05g/kg〜100g/kg、好ましくは0.1g/kg〜20g/kg、特に好ましくは0.2g/kg〜12g/kgに維持される。
更なる好ましい一方法において、発酵の間に、チオ硫酸塩の割合は、培地中及び発酵ブロス中の無機硫黄の全含有量に対して少なくとも5mol%に維持される。
本発明の方法は、バッチ法、流加培養法、繰り返し流加培養法及び連続法として構成されていてよい。
さらに、硫黄含有アミノ酸は、発酵ブロスから固形生成物として又は液状生成物中に溶解して獲得されてよい。
本発明の好ましい方法において、生産すべき硫黄含有アミノ酸は、L−メチオニンである。
さらに好ましくは、微生物は、エシェリキア属、特に好ましくは大腸菌種である。
代わりの方法において、微生物は、コリネバクテリウム属、特に好ましくはコリネバクテリウム・グルタミカム種である。
本発明の特に好ましい方法において、微生物は次のものから選択されている:
−出発株に比較して、アスパラギン酸キナーゼの高められた活性及び/又は発現及び調節タンパク質McbRの減弱又は欠失を有するコリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)、
−出発株に比較して、アスパラギン酸キナーゼの高められた活性及び/又は発現及び調節タンパク質MetJの減弱又は欠失を有する大腸菌(Escherichia coli)。
本発明はさらに、
−出発株に比較して、アスパラギン酸キナーゼの高められた活性及び/又は発現及び調節タンパク質McbRの減弱又は欠失を有するコリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)、
−出発株に比較して、アスパラギン酸キナーゼの高められた活性及び/又は発現及び調節タンパク質MetJの減弱又は欠失を有する大腸菌(Escherichia coli)から選択されている微生物を提供し、ここで前記微生物はL−メチオニンを排出又は生産し、それぞれの出発株に比較して高められたチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有する。
さらに、本発明は、
−出発株に比較して、アスパラギン酸キナーゼの高められた活性及び/又は発現及び調節タンパク質McbRの減弱又は欠失を有するコリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)、
−出発株に比較して、アスパラギン酸キナーゼの高められた活性及び/又は発現及び調節タンパク質MetJの減弱又は欠失を有する大腸菌(Escherichia coli)から選択されている微生物であって、
L−メチオニンを排出又は生産し、
チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を過剰発現する微生物を提供する。
L−メチオニンを排出又は生産するC.グルタミクム株は、好ましくは、アスパラギン酸キナーゼ(EC 2.7.2.4)の増強した酵素活性を示し、ここでフィードバック耐性アレルが好ましい。コリネバクテリウムでは、このアスパラギン酸キナーゼは遺伝子lysCによってコードされる。さらに、(遺伝子mcbRによってコードされる)調節タンパク質McbRの減弱又は欠失によって硫黄利用の増加が行われる。McbRは、C.グルタミクム中の全硫黄利用カスケードのリプレッサーである(Rey DA, Nentwich SS, Koch DJ, Rueckert C, Puehler A, Tauch A, Kalinowski J., Mol Microbiol . , 2005, 56 ( 4 ) : 871-887)。
L−メチオニンを排出又は生産する大腸菌株は、好ましくはアスパラギン酸キナーゼ(EC 2.7.2.4)の増強した酵素活性を示し、ここでフィードバック耐性アレルが好ましい。大腸菌中では、3つの異なるアスパラギン酸キナーゼが存在し、これは遺伝子thrA, metL又はlysCによってコードされる。さらに、遺伝子metJによってコードされる調節タンパク質MetJの減弱又は欠失によって、L−メチオニン生合成の増加が起こる。MetJは、大腸菌中のL−メチオニン生合成の主要リプレッサーである。
さらに好ましくは、微生物は、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする1又は複数の遺伝子を過剰発現し、ここで前記チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドは、以下のa)〜d)から選択されている:
a)ポリペプチドRdl2p, GlpE, PspE, YgaP, ThiI, YbbB, SseA, YnjE, YceA, YibN, NCgl0671, NCgll369, NCgl2616, NCgl0053, NCgl0054, NCgl2678, NCgl2890からなるか又はこれを含むポリペプチド、哺乳類からのチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ、例えばウシレバー(Bos taurus)からのチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ、好ましくはRdl2p, GlpE, PspE、特に好ましくはRdl2p、
b)配列番号2に示したアミノ酸配列からなるか又はこれを含むポリペプチド、
c)a)又はb)のアミノ酸配列と70%以上同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチド、ここで前記ポリペプチドはチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を示す、
d)配列番号2に示したアミノ酸配列に対して1〜45個のアミノ酸残基の欠失、置換、挿入及び/又は付加を含むアミノ酸配列を有するポリペプチド、ここで前記ポリペプチドはチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を示す。
更に、微生物の出発株が、好ましくは、大腸菌(Escherichia coli)MG1655、大腸菌(Escherichia coli)W3110、大腸菌(Escherichia coli)DH5α、大腸菌(Escherichia coli)DH10B、大腸菌(Escherichia coli)BW2952、大腸菌(Escherichia coli)REL606、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)R、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)DSM20411(旧名称 ブレビバクテリウム・フラバム)、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)DSM20412(旧名称 ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)DSM1412(旧名称 ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum))、コリネバクテリウム・エフェシエンス(Corynebacterium efficiens)YS-314T(=DSM44549)、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)ATCC21608、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)DSM17322からなる群から誘導されている。
更なるL−メチオニン排出又は生産株は、例えば、生産プラスミドpME101-thrA*l-cysE-Pgap-metA*llを含む大腸菌生産株MG1655 ΔmetJ Ptrc-metH Ptrc-metF PtrcF-cysPUWAM PtrcF-cysJIH Ptrc09-gcvTHPである(WO2009/043803)。
大腸菌生産株MG1655ΔmetJ Ptrc-metH Ptrc-metF PtrcF-cysPUWAM PtrcF-cysJIH Ptrc09-gcvTHPのクローニングは、特許出願WO2009/043803に記載されている。この株は、野生型大腸菌株K12 MG1655に基づく。この株のゲノム中には、以下の変更が導入されている:
・L−メチオニン生合成のリプレッサーのための遺伝子metJが欠失されている、
・遺伝子metH(コバラミン依存性メチオニン合成酵素をコード)の上流に、強力なtrcプロモーターが挿入されている、
・遺伝子metF(5,10−メチレンテトラヒドロホラートレダクターゼ(5,10- Methylentetrahydrofolat-Reduktase)をコード)の上流に、強力なtrcプロモーターが挿入されている、
・オペロンcysPUWAMの上流に、強力なtrcFプロモーターが挿入されている。cysPUWAはスルファート/チオスルファート吸収トランスポーターをコードする。cysMはシステイン合成酵素Bをコードする、
・オペロンcysJIHの上流に、強力なtrcFプロモーターが挿入されている。cysJIはスルフィドレダクターゼをコードし、cysHは3′−ホスホ−アデニルイルスルファート−レダクターゼをコードする、
・オペロンgcvTHPの上流に、強力なtrc09プロモーターが挿入されている。gcvT、gcvH及びgcv Pはグリシン−切断−システムの3つの要素をコードする。
大腸菌生産プラスミドpMElOl-thrA* 1-cysE-Pgap-metA* 11のクローニングは、特許出願WO2007/077041に記載されている。これは、ベクターpCL1920を基礎とする低コピー数のプラスミド(low copy plasmid)である(Lerner, C.G. and Inouye, M., Nucl . Acids Res. (1990) 18:4631 [PMID: 2201955])。空プラスミドpMElOlはlacIq遺伝子を有し、これは、lac-リプレッサーの強力発現したアレルをコードする。Lacリプレッサーによって下流の複製可能な強力なtrcプロモーターを、遺伝子thrA*lがクローニングする。これは大腸菌からのアスパラギン酸キナーゼ/ホモセリンデヒドロゲナーゼThrAのフィードバック耐性変形をコードする。同じ配向において、その後ろに、遺伝子cysEが、その天然プロモーターと一緒に存在する。これは大腸菌からのセリン−アセチルトランスフェラーゼをコードする。cysEの下流には、大腸菌からの強力gapAプロモーターが続き、前記プロモーターは遺伝子metA*11の発現を制御する。metA*11は、大腸菌からのホモセリンO−スクシニルトランスフェラーゼのフィードバック耐性変形をコードする。
更なるL−メチオニン排出又は生産微生物の例として以下株を挙げることができる:
−C.グルタミクムM1179 (=DSM17322) (WO2007/011939)
−大腸菌TF4076BJF metA#10 + metYX(Lm)(W02008/127240 ; 46頁)
−大腸菌W3110ΔJ/pKP451(EP 1 445 310 B1 7頁、実施例4)
−大腸菌WΔthrBCΔmetJmetK32 pMWPthrmetA4Δ5Δ9(Yoshihiro Usuda and Osamu Kurahashi, 2005, Applied and Environmental Microbiology, Vol.71, No.6, p. 3228-3234)
−W3110/pHC34(WO01/27307 13頁、実施例3)。
種々の適した微生物の更なる例は、Gomes et al .で記載されている(Enzyme and Microbial Technology 37 (2005), 3-18)。
更なる好ましい一実施態様において、L−メチオニン生産細菌は、次の群から選択される1又は複数の特徴を有する:
1)チオスルファート−/スルファート−トランスポートシステムCysPUWA (EC 3.6.3.25)の1又は複数の要素をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
2)3′−ホスホアデノシン−5′−ホスホスルファートレダクターゼCysH (EC 1.8.4.8)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
3)スルフィドレダクターゼCysJI (EC 1.8.1.2)の1又は複数の要素をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
4)システイン合成酵素A CysK (EC 2.5.1.47)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
5)システイン合成酵素B CysM (EC 2.5.1.47)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
6)アセチルトランスフェラーゼCysE (EC 2.3.1.30)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
7)グリシン切断システムGcvTHP- Lpd (EC 2.1.2.10, EC 1.4.4.2, EC 1.8.1.4)の1又は複数の要素をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
8)リポイル合成酵素LipA (EC 2.8.1.8)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
9)リポイル−タンパク質−リガーゼLipB (EC 2.3.1.181)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
10)ホスホグリセラートデヒドロゲナーゼSerA (EC 1.1.1.95)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
11)3−ホスホセリンホスファターゼSerB (EC 3.1.3.3)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
12)3−ホスホセリン/ホスホヒドロキシトレオニンアミノトランスフェラーゼSerC (EC 2.6.1.52)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
13)セリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼGlyA (EC 2.1.2.1)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
14)アスパルトキナーゼI及びホモセリンデヒドロゲナーゼI ThrA (EC 2.7.2.4, EC 1.1.1.3)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
15)アスパルタートキナーゼLysC (EC 2.7.2.4)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
16)ホモセリン−デヒドロゲナーゼHom (EC 1.1.1.3)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
17)ホモセリン−O−アセチルトランスフェラーゼMetX (EC 2.3.1.31)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
18)ホモセリン−O−スクシニルトランスフェラーゼMetA (EC 2.3.1.46)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
19)シスタチオニンガンマ−合成酵素MetB (EC 2.5.1.48)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
20)β−C−S−リアーゼAecD(EC 4.4.1.8、β−リアーゼとも称される)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
21)シスタチオニン β−リアーゼMetC(EC 4.4.1.8)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
22)B12独立性ホモシステインS−メチルトランスフェラーゼMetE (EC 2.1.1.14)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
23)B12依存性ホモシステインS−メチルトランスフェラーゼMetH (EC 2.1.1.13)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
24)メチレンテトラヒドロホラートレダクターゼ(EC 1.5.1.20)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
25)コリネバクテリウム・グルタミクムからのL−メチオニンエキスポーターBrnFEの1又は複数の要素をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
26)大腸菌からのバリンエキスポーターYgaZH(b2682, b2683)の1又は複数の要素をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
27)大腸菌からの推定トランスポーターYjeH (b4141)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
28)ピリジンヌクレオチドトランスヒドロゲナーゼPntAB (EC 1.6.1.2)の1又は複数の要素をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
29)O−スクシニルホモセリンスルフヒドリラーゼMetz (EC 2.5.1.48)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
30)ホスホエノールピルバートカルボキシラーゼPyc (EC 4.1.1.31)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド。
好ましい特徴は、ここでは、次の群からの1又は複数のものである:
1)チオスルファート−/スルファート−トランスポートシステムCysPUWA (EC 3.6.3.25)の1又は複数の要素をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
2)3′−ホスホアデノシン−5′−ホスホスルファートレダクターゼCysH (EC 1.8.4.8)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
3)スルフィドレダクターゼCysJI (EC 1.8.1.2)の1又は複数の要素をコードする過剰したポリヌクレオチド、
4)システイン合成酵素A CysK (EC 2.5.1.47)をコードする過剰したポリヌクレオチド、
5)システイン合成酵素B CysM (EC 2.5.1.47)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
6)セリンA−セチルトランスフェラーゼCysE (EC 2.3.1.30)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
7)グリシン切断システムGcvTHP- Lpd (EC 2.1.2.10, EC 1.4.4.2, EC 1.8.1.4)の1又は複数の要素をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
8)リポイル合成酵素LipA (EC 2.8.1.8)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
9)リポイル−タンパク質リガーゼLipB (EC 2.3.1.181)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
10)ホスホグリセラートデヒドロゲナーゼSerA (EC 1.1.1.95)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
11)3−ホスホセリンホスファターゼSerB (EC 3.1.3.3)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
12)3−ホスホセリン/ホスホヒドロキシトレオニンアミノトランスフェラーゼSerC (EC 2.6.1.52)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
13)セリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼGlyA (EC 2.1.2.1)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
14)アスパルトキナーゼI及びホモセリンデヒドロゲナーゼI ThrA (EC 2.7.2.4, EC 1.1.1.3)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
15)アスパルタートキナーゼLysC (EC 2.7.2.4)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
16)ホモセリン−デヒドロゲナーゼHom (EC 1.1.1.3)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
17)ホモセリン−アセチルトランスフェラーゼMetX (EC 2.3.1.31)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
18)ホモセリン−O−トランススクシニラーゼMetA (EC 2.3.1.46)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
19)シスタチオニンγ−合成酵素MetB (EC 2.5.1.48)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
20)β−C−S−リアーゼAecD (EC 4.4.1.8、β−リアーゼとも称される)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
21)シスタチオニンβ−リアーゼMetC (EC 4.4.1.8)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
22)B12独立性ホモシステインS−メチルトランスフェラーゼMetE (EC 2.1.1.14)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
23)B12依存性ホモシステインS−メチルトランスフェラーゼMetH (EC 2.1.1.13)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
24)メチレンテトラヒドロホラートレダクターゼMetF (EC 1.5.1.20)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド。
特にとりわけ好ましい特徴は、ここでは、次の群から選択されている:
1)アスパルトキナーゼI及びホモセリンデヒドロゲナーゼI ThrA (EC 2.7.2.4, EC 1.1.1.3)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
2)アスパルタートキナーゼLysC (EC 2.7.2.4)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
3)ホモセリン−デヒドロゲナーゼHom (EC 1.1.1.3)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
4)ホモセリン−アセチルトランスフェラーゼMetX (EC 2.3.1.31)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
5)ホモセリン−O−トランススクシニラーゼMetA (EC 2.3.1.46)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
6)シスタチオニンγ−合成酵素MetB (EC 2.5.1.48)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
7)β−C−S−リアーゼAecD (EC 4.4.1.8、β−リアーゼとも称される)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
8)シスタチオニンβ−リアーゼMetC (EC 4.4.1.8)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
9)B12独立性ホモシステインS−メチルトランスフェラーゼMetE (EC 2.1.1.14)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
10)B12依存性ホモシステインS−メチルトランスフェラーゼMetH (EC 2.1.1.13)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド、
11)メチレンテトラヒドロホラートレダクターゼMetF (EC 1.5.1.20)をコードする過剰発現したポリヌクレオチド。
C.グルタミクム中のL−メチオニン生産の改善には、場合によって、次の群から選択した1又は複数の遺伝子を減弱することが適切である:
a)グルコース−6−ホスファート−イソメラーゼ(Pgi, EC Nr. 5.3.1.9)をコードする遺伝子pgi、
b)ホモセリンキナーゼ(ThrB, EC Nr. 2.7.1.39)をコードする遺伝子thrB、
c)S−アデノシルメチオニン合成酵素(MetK, EC Nr 2.5.1.6)をコードする遺伝子metK、
d)ジヒドロジピコリナート合成酵素(DapA, EC Nr. 4.2.1.52)をコードする遺伝子dapA、
e)ホスホエノールピルバラートカルボキシキナーゼ(Pck, EC Nr. 4.1.1.49)をコードする遺伝子pck、
f)シスタチオニン−γ−リアーゼ(Cg3086, EC Nr. 4.4.1.1)をコードする遺伝子cg3086、
g)シスタチオニン−β−合成酵素(Cg2344, EC Nr. 4.2.1.22)をコードする遺伝子cg2344、
h)調節タンパク質Cg3031をコードする遺伝子cg3031、
i)L−メチオニン生合成の転写調節因子(McbR)をコードする遺伝子mcbR、
j)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニットをコードする遺伝子metQ、
k)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニットをコードする遺伝子metN、
l)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニットをコードする遺伝子metl、
m)L−メチオニントランスポーター(MetP)をコードする遺伝子metP。
大腸菌中のL−メチオニン生産の改善には、場合によって、次の群から選択した1又は複数の遺伝子を減弱することが適切である:
a)L−メチオニン生合成の転写調節因子(MetJ)をコードする遺伝子metJ (b3938, ECK3930)、
b)グルコース−6−ホスファート−イソメラーゼ(Pgi, EC Nr. 5.3.1.9)をコードする遺伝子pgi (b4025, ECK4017)、
c)ホモセリンキナーゼ(ThrB, EC 2.7.1.39)をコードする遺伝子thrB (b0003, ECK0003)、
d)S−アデノシルメチオニン合成酵素(MetK, EC Nr. 2.5.1.6)をコードする遺伝子metK (b2942, ECK2937)、
e)ジヒドロジピコリナート合成酵素(DapA, EC Nr. 4.2.1.52)をコードする遺伝子dapA (b2478, ECK2474)、
f)ホスホエノールピルバートカルボキシキナーゼ(Pck, EC Nr. 4.1.1.49)をコードする遺伝子pck (b3403, ECK3390)、
g)ホルミルテトラヒドロホラートヒドロラーゼ(PurU, EC Nr. 3.5.1.10)をコードする遺伝子purU (bl232, ECK1227)、
h)ピルバートキナーゼII(PykA, EC Nr. 2.7.1.40)をコードする遺伝子pykA (bl854, ECK1855)、
i)ピルバートキナーゼI(PykF, EC 2.7.1.40)をコードする遺伝子pykF (bl676, ECK1672)、
j)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニットをコードする遺伝子metQ(b0197, ECK0197)、
k)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニットをコードする遺伝子metI(b0198, ECK0198)、
l)L−メチオニントランスポーター(MetQNI)のサブユニットをコードする遺伝子metN (b0199, ECK0199)、
m)デオキシシチジン5′−トリホスファートデアミナーゼ(Dcd, EC Nr. 3.5.4.13)をコードする遺伝子dcd (b2065, ECK2059)、
n)推定N−アシルトランスフェラーゼ(YncA, Metabolie Explorer WO2010/020681)をコードする遺伝子yncA (bl448, ECK1442)、
o)調節性sRNA FnrSをコードする遺伝子fnrS (b4699, ECK4511)。
発明の詳細な説明
本発明は、L−メチオニン、L−システイン、L−シスチン、L−ホモシステイン及びL−ホモシスチンの群から選択されている硫黄含有アミノ酸の発酵による製造方法に関する。本方法は、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼの酵素活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を過剰発現する、腸内細菌科の微生物又はコリネバクテリウム科の微生物を用いて実施される。
ここでは、「遺伝子」との概念は、デオキシリボ核酸(DNA)の断片を意味し、前記断片は、まずリボ核酸(RNA)の製造(転写)のための情報を、そして、前記リボ核酸はタンパク質(ポリペプチド)(ここでは、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼの活性を有するポリペプチド)の製造(翻訳)のための情報、を含む。遺伝子又はポリヌクレオチドが、タンパク質製造のための情報を含むとの事実を、遺伝子又はRNAによるタンパク質又はポリペプチドのコーディング(coding)とも呼ぶ。内在遺伝子又はポリヌクレオチドとは、種の集団中に存在するオープンリーディングフレーム(ORF)、遺伝子又はアレル或いはそのポリヌクレオチドが理解される。「遺伝子」及び「ORF」(オープンリーディングフレーム)との概念は、本発明では同義に使用される。
「ポリヌクレオチド」との概念は、一般に、ポリリボヌクレオチド及びポリデオキシリボヌクレオチドを指し、ここでは改変されていないRNA又はDNA又は改変されたRNA又はDNAであってよい。
「ポリペプチド」との概念は、2又はそれより多いペプチド結合を介して結合したアミノ酸を含むペプチド又はタンパク質を指す。ポリペプチド及びタンパク質との概念は同義に使用される。タンパク質は、全細胞の基本構成要素に属する。タンパク質は細胞に構造を付与するのみでなく、物質を輸送し、化学反応を触媒作用し、そしてシグナル物質を認識する分子「機械」、である。
「タンパク質構成アミノ酸(proteinogenen Aminosaeure)」とは、天然タンパク質中で、即ち、微生物、植物、動物及びヒトのタンパク質中で発生するアミノ酸が理解される。それには、特に、L−アスパラギン酸、L−アスパラギン、L−トレオニン、L−セリン、L−グルタミン酸、L−グルタミン、グリシン、L−アラニン、L−システイン、L−バリン、L−メチオニン、L−イソロイシン、L−ロイシン、L−チロシン、L−フェニルアラニン、L−ヒスチジン、L−リシン、L−トリプトファン、L−プロリン及びL−アルギニン並びにセレンシステインの群から選択されたL−アミノ酸が属する。この場合に、タンパク質構成アミノ酸は常にα−アミノ酸である。アミノ酸グリシンを除き、全てのタンパク質構成アミノ酸に関して、α−炭素原子は非対称である(分子はキラルである)。前記アミノ酸各々のうち2つのエナンチオマーが存在する。この場合に、双方のエナンチオマーのうち1つだけが、タンパク質を構成し、即ち、L−アミノ酸である。タンパク質の増成に必要な装置−リボソーム、tRNA、アミノアシル−tRNA合成酵素(これはtRNAにアミノ酸を負荷させる)その他−は、それ自体でキラルでもあり、そして、L−変形のみ認識できる。
「遺伝子発現」(略して「発現」)との概念は、一般に、遺伝情報をフェノタイプに表出させることを指す。より狭い意味合いでは、遺伝子発現は、RNAへの遺伝子の転写、酵素活性を有してよいポリペプチドへのRNAの続く翻訳を指す。
「過剰発現」との概念は、一般に、出発株(親株)又は野生型株に比較した、リボ核酸、タンパク質又は酵素の細胞内濃度又は活性の向上が理解される。本発明では、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ遺伝子又はチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ−ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドが過剰発現される。
「出発株」(親株)とは、1又は複数のアミノ酸、ペプチド又はタンパク質の生産性を高めるための処置、又は、1又は複数の酵素活性を高めるための処置(例えば、過剰発現を生じる処置)が実施される微生物が理解される。出発株は、野生型株であってもよいが、既に事前に変化させた株であってもよい(例えば、生産株)。
細胞の「野生型」とは、好ましくは、そのゲノムが進化によって天然に発生した状態にある細胞を指す。この概念は、細胞全体に対しても個々の遺伝子に対しても使用される。したがって、特に、「野生型」との概念には、その遺伝子配列が少なくとも部分的に組み換え方法を用いてヒトによって変更されている細胞又は遺伝子は属さない。
本発明の意味合いにおいて得られる突然変異体は、使用される出発株又は親株に比較して、発酵プロセスにおいて所望のアミノ酸の高められた排出又は生産を示す。この場合に、アミノ酸は周囲媒体へと放出されるか又は細胞内に貯蔵される(蓄積)。
「増強」又は「高められた活性」との概念は、この関連において、相応するDNAによりコードされる微生物中の1又は複数の酵素の細胞内酵素活性の向上を記載する。
基本的に、酵素活性の増加は、例えば、酵素をコードする1又は複数の遺伝子配列のコピー数を高めること、強力プロモーターを使用すること、又は、増加した活性を有する相応する酵素をコードする遺伝子若しくはアレルを利用すること、及び、場合によってこれら処置を組み合わせること、によって達成される。本発明に応じて遺伝子工学によって変更させた細胞は、例えば、形質転換、形質導入、コンジュゲーション又は前記方法とベクターとの組み合わせによって作製され、前記ベクターは、所望の遺伝子、前記遺伝子のアレル又はその部分及び前記遺伝子発現を可能にするベクターを含む。非相同性発現は、特に、細胞染色体への遺伝子又はアレルの組み込み、又は、染色体外複製ベクターによって達成される。
DE-A-100 31 999は、細胞中の酵素活性を高めるための手段に関する概要を、ピルビン酸カルボキシラーゼを例にとって与えており、この文献は参照として導入され、そして、細胞中の酵素活性を高めるための手段に関するその開示内容は、本発明の開示の一部を形成する。
酵素活性の向上は、例えば、相応するポリヌクレオチドのコピー数を染色体で又は染色体外で少なくとも1コピー高めることによって達成される。
コピー数を高めるための広く知られた方法は、相応するポリヌクレオチドをベクター、好ましくはプラスミド中に取り入れ、これが細菌によって複製されることにある。
腸内細菌科のための適したプラスミドベクターは、例えば、pACYC184から誘導されたクローニングベクター(Bartolome et al . ; Gene 102: 75-78 (1991)), pTrc99A (Amann et al.; Gene 69: 301-315 (1988))又はpSC1Ol誘導体(Vocke und Bastia; Proceedings of the National Academy of Sciences USA 80(21) : 6557-6561 (1983))である。さらに、特に適しているのは、pCL1920から誘導されたプラスミド(Lerner, C.G. and Inouye, M., Nucl . Acids Res. (1990) 18:4631 [PMID: 2201955])である。「Bacterial Artificial Chromosomes(BAC)」から誘導されたプラスミドベクター、例えばpCC1BAC (EPICENTRE Biotechnologies , Madison, U.S.A.)は、同様に、大腸菌中の相応するポリヌクレオチドのコピー数を高めるのに適している。
C.グルタミクムのための適したプラスミドベクターは、例えば、pZl (Menkel et al . , Applied and Environmental Microbiology 64: 549-554 (1989))、pEKExl (Eikmanns et al . , Gene 107: 69-74 (1991))又はpHS2-l (Sonnen et al . , Gene 107: 69-74 (1991))である。これは、クリプティックプラスミドpHM1519, pBLl又はpGAlに基づく。他のプラスミドベクター、例えば、pCG4 (US 4, 489, 160)又はpNG2 (Serwold-Davis et al . , FEMS Microbiology Letters 66: 119-124 (1990))又はpAGl (US 5,158,891)に基づくものは、同じように使用されてよい。C.グルタミクム中のプラスミドとの主題に関する概要文献は、Tauch et al. (Journal of Biotechnology 104, 27-40 (2003))で見出される。
さらに、ベクターとして、トランスポゾン、挿入エレメント(IS-Elemente)又はファージが使用できる。そのような遺伝子システムは、例えば特許公報US 4,822,738, US 5,804,414及びUS 5,804414に記載されている。同様に、WO 92/02627に記載のISエレメント ISaBl又はプラスミドpXZ10142のトランスポゾンTn 45("Handbook of Corynebacterium glutamicum" (編者: L. Eggeling及び M. Bott)に引用)は、使用されることができる。
過剰発現を達成するための他の広く知られた方法は、染色体遺伝子増幅方法である。この方法では、興味をもたれるポリヌクレオチドの少なくとも1の追加コピーが、細菌の染色体中へと導入される。そのような増幅方法は、例えばWO 03/014330又はWO 03/040373に記載されている。
過剰発現の達成のための更なる方法は、相応する遺伝子又はアレルをプロモーター又は発現カセットと機能的に連結することにある(operably linked)。C.グルタミクムのための適したプロモーターは、例えば、Patek et alによる概要文献(Journal of Biotechnology 104(1-3), 311-323 (2003))の図1に記載されている。同様に、Vasicova et al (Journal of Bacteriology 181, 6188-6191 (1999))によって記載されるdapA-プロモーターの変形、例えばプロモーターA25が使用できる。さらに、C.グルタミクムのgapプロモーター(EP 06007373)が使用できる。
大腸菌に関しては、例えばAmann et al . (Gene 69(2), 301-315 (1988))及びAmann及びBrosius (Gene 40(2-3), 183-190 (1985))によって記載のプロモーターT3, T7, SP6, M13, lac, tac及びtrcが知られており、これは部分的にC.グルタミクムのためにも使用できる。そのようなプロモーターは、例えば、問題となる遺伝子の上流に、典型的には開始コドンから約1〜500核酸塩基間隔をあけて導入されることができる。US 5,939,307では、発現カセット又はプロモーター、例えばtacプロモーター、trpプロモーター、lppプロモーター又はPLプロモーター及びファージλのPRプロモーターを、例えば、染色体トレオニンオペロンの上流に導入することによって、発現向上が達成できたことが記載されている。同様にして、ギアボックスプロモーター又はnarプロモーターを使用するファージT7プロモーターが使用できる。そのような発現カセット又はプロモーターは、EP 0 593 792に記載のように、プラスミド結合遺伝子を過剰発現するために使用することもできる。lacIQアレルの使用によって、再度、プラスミド結合遺伝子の発現が制御される(Glascock及びWeickert, Gene 223, 221-231 (1998))。プロモーターの活性を、1又は複数のヌクレオチド交換による、1又は複数の挿入及び/又は1又は複数の欠失による、その配列の改変によって高めることがさらに可能である。
過剰発現の処置によって、相応するポリペプチドの活性又は濃度は、一般に、過剰発現を生じる処置前の相応する出発株(野生型又は出発微生物)中のポリペプチドの活性又は濃度に対して、少なくとも10%、25%、50%、75%、100%、150%、200%、300%、400%又は500%、最大1000%又は2000%まで、高められる。
チオ硫酸サルファートランスフェラーゼの酵素活性の測定方法は、例えば、Cheng H, Donahue JL, Battie SE, Ray WK, Larson TJ, 2008, Open Microbiol J., 2:18-28 及びAlexander K., Volini M, 1987, J. Biol. Chem., 262: 6595-6604に記載されている。
前述の酵素又は遺伝子の発現は、一次元及び二次元のタンパク質ゲル分離及び相応する評価ソフトウェアを用いた引き続くタンパク質濃度光学的同定を用いて、ゲル中で検出可能である。酵素活性の向上が、相応する遺伝子の発現の向上にのみ基づく場合には、酵素活性の向上の定量化は簡単に、野生型と遺伝子工学によって変化させた細胞との間での一次元又は二次元タンパク質分離の比較によって決定されることができる。細菌でのタンパク質ゲルの慣用の調製方法及びタンパク質の同定方法は、Hermann et al . (Electrophoresis , 22: 1712.23 (2001)によって記載の方法である。タンパク質濃度は、同様に、検出するタンパク質に特異的な抗体を用いたウェスタンブロットハイブリダイゼーション(Sambrook et al . , Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y. USA, 1989 )及び濃度測定のための相応するソフトウェアを用いた引き続く光学的評価(Lohaus及びMeyer (1989) Biospektrum, 5: 32-39; Lottspeich (1999), Angewandte Chemie 111: 2630-2647)によって、分析されることができる。DNA結合タンパク質の活性は、DNAバンドシフトアッセイ(ゲルシフト(Gelretardation)とも称される)を用いて測定されることができる(Wilson et al . (2001) Journal of Bacteriology, 183: 2151-2155)。他の遺伝子の発現に対するDNA結合タンパク質の作用は、レポーター遺伝子アッセイの様々な十分に記載の方法によって検出されることができる(Sambrook et al . , Molecular Cloning: a laboratory manual, 2nd Ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y. USA, 1989)。細胞内酵素活性は、様々な記載の方法(Donahue et al . (2000) Journal of Bacteriology 182 (19) : 5624-5627; Ray et al . (2000) Journal of Bacteriology 182 (8) : 2277-2284; Freed-berg et al . (1973) Journal of Bacteriology 115 (3) : 816-823)によって測定されることができる。以下の記載において、所定の酵素の活性測定のための具体的方法が挙げられていない場合には、この測定は、酵素活性の増加の測定及び酵素活性の減少の測定を、好ましくはHermann et al . , Electophoresis , 22: 1712-23 (2001), Lohaus et al . , Biospektrum 5 32-39 (1998) , Lottspeich, Angewandte Chemie 111: 2630-2647 (1999)及びWilson et al . , Journal of Bacteriology 183: 2151-2155 (2001)に記載の方法を用いて行う。
酵素活性の増加が、内在性遺伝子の突然変異によって実現される場合には、この種の突然変異は、典型的な方法、例えばUV照射又は突然変異誘発性化学薬品により狙いを定めないで生じさせてもよいし、又は、遺伝子工学的手法、例えば(1又は複数の)欠失、(1又は複数の)挿入及び/又は(1又は複数の)ヌクレオチド交換により狙いを定めて生じさせられてもよい。この突然変異によって、遺伝子工学的に変更した細胞が得られる。酵素の特に好ましい突然変異体は、特に、もはやフィードバック阻害可能でないか、又は、少なくとも野生型酵素に比較してフィードバック阻害が少ない酵素である。
酵素活性の向上が酵素発現の向上によって実現される場合には、例えば、相応する遺伝子のコピー数を高めるか又はプロモーター領域及び調節領域又はリボソーム結合部位(構造遺伝子の上流にある)を突然変異させる。同様に、構造遺伝子の上流に組み込まれる発現カセットが作用する。誘導可能なプロモーターによって、更に、発現を任意の各時間点で増加させることが可能である。しかし、さらに、酵素遺伝子には、調節配列として、いわゆる「エンハンサー」が配置されていてもよく、これはRNAポリメラーゼ及びDNAの間の改善された相互作用を介して同様に高められた遺伝子発現をひきおこす。mRNAの寿命を延長するための処置によって、同様に発現は改善される。さらに、酵素タンパク質の分解の防止によって、同様に酵素活性は増強される。遺伝子又は遺伝子コンストラクトは、この場合に、種々のコピー数を有してプラスミド中に存在するか、又は染色体中に組み込まれ、かつ増幅されている。代わりに、更に、当該遺伝子の過剰発現が、培地組成の変更及び培養実施によって達成されることができる。そのための指示は、当業者は特にMartin et al . (Bio/Technology 5, 137-146 (1987))、Guerrero et al . (Gene 138, 35-41 (1994))、Tsuchiya及びMorinaga (Bio/Technology 6, 428-430 (1988))、Eikmanns et al . (Gene 102, 93-98 (1991)), EP-A-0 472 869中、US 4,601,893中、Schwarzer及びPuehlerに(Bio/Technology 9, 84-87 (1991)、Reinscheid et al (Applied and Environmental Microbiology 60, 126-132 (1994))中、LaBarre et al . (Journal of Bacteriology 175, 1001-1007 (1993))で、WO-A-96/15246で、Malumbres et al . (Gene 134, 15-24 (1993) に、JP-A-10-229891中、Jensen及びHammer(Biotechnology and Bioengineering 58, 191-195 (1998)) に、及び遺伝子学及び分子生物学の既知の教科書に見出す。前述の処置は、突然変異と同様に、遺伝子工学によって変化させた細胞を生じる。
さらに、遺伝子増幅方法を染色体中への組み込みによって適用することができるプラスミドベクターも適し、これは例えばReinscheid et al . (Applied and Environmental Microbiology 60: 126-132 (1994))によってhom-thrB-オペロンの重複又は増幅のために記載されている。この方法では、完全遺伝子がプラスミドベクター中にクローニングされ、これは宿主(典型的には大腸菌)中で複製されることができるが、しかし、コリネバクテリウム・グルタミカム中では複製されることができない。ベクターとして、例えばpSUP301 (Simon et al . , Bio/Technology 1: 784-791 (1983)), pK18mob又はpK19mob (Schaefer et al . , Gene 145: 69-73 (1994)), pGEM-T (Promega Corporation, Madison, Wisconsin, USA), pCR2.1-TOPO (Shuman, Journal of Biological Chemistry 269: 32678-84 (1994)), pCR-BluntII-TOPO (Invitrogen, Groningen, オランダ), pEMl (Schrumpf et al . , Journal of Bacteriology 173: 4510-4516))又はpBGS8 (Spratt et al . , Gene 41: 337-342 (1986))が考慮される。増幅すべき遺伝子を含むプラスミドベクターは、引き続き、コンジュゲーション又は形質転換によって、所望のコリネバクテリウム・グルタミカム株中へと移される。コンジュゲーション方法は、例えばSchaefer et al . , Applied and Environmental Microbiology 60: 756-759 (1994)で記載される。形質転換方法は、例えばThierbach et al . , Applied Microbiology and Biotechnology 29: 356-362 (1988), Dunican及びShivnan, Bio/Technology 7: 1067-1070 (1989) 及びTauch et al., FEMS Microbiology Letters 123: 343-347 (1994)で記載される。「cross-over」結果を用いた相同組み換え後に、発生する株は、当該遺伝子の少なくとも2個のコピーを含む。大腸菌のための類似方法は、例えばLink, A.J., Phillips, D. and Church, G.M. (1997), J. Bacteriology 179: 6228-6237で記載されている。
染色体中のDNAの挿入又は欠失には、リコンビナーゼ媒介方法も使用でき、これは例えばDatsenko KA, Wanner BL . , 2000, Proc Natl Acad Sei USA., 97 ( 12 ) : 6640-5によって記載されている。
以上の及び以下の説明で使用する表現「その野生型又は出発株に対して増加した酵素活性」とは、好ましくは常に、少なくとも2倍、特に好ましくは少なくとも10倍、さらに好ましくは少なくとも100倍、さらにより好ましくは少なくとも1000倍、最も好ましくは少なくとも10000倍増加した、そのつどの酵素の活性を理解することができる。さらに、「その野生型又は出発株に対して増加した酵素活性」を有する本発明の細胞は、特に、その野生型又は出発株が酵素活性を有しないか又は少なくとも検出可能な酵素活性を有しなくて、酵素活性向上後に初めて、例えば過剰発現によって、検出可能な酵素活性を示す細胞も含む。この関連において、「過剰発現」又は以下の説明で使用した表現「発現の向上」との概念は、出発細胞、例えば野生型細胞が、発現を示さないか又は少なくとも検出可能な発現を示さず、組み換え方法後に初めて検出可能な酵素発現が誘発される、という場合も含む。
本発明の処置によって得られる単離された細菌は、使用される出発株又は親株に比較して、発酵プロセスにおいて所望のアミノ酸の高められた排出又は生産を示す。
単離された細菌とは、本発明による、出発株に対して高められたチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を示す、単離されたか又は作製された突然変異体及び組み換え細菌、特に、腸内細菌科又はコリネバクテリウム科の細菌を理解することができる。
生成物濃度(体積あたりの生成物)、生成物収率(消費した炭素源あたりの形成された生成物)及び生成物形成(体積及び時間あたりの形成された生成物)又は他のプロセスパラメーター及びその組み合わせの群から選択される1又は複数のパラメーターに関する単離された細菌又はその使用下での発酵プロセスの能力は、出発株又は親株又はその使用下での発酵プロセスに対して少なくとも0.5%、少なくとも1%、少なくとも1.5%又は少なくとも2%改善される。
本発明の方法では、細菌は連続的に−例えばPCT/EP2004/008882に記載のように−又は不連続的にバッチ方法(batch cultivation)又はフェドバッチ方法(供給方法、fed batch)又は繰り返した流加バッチ方法(繰り返し供給方法)において、L−アミノ酸生産の目的で培養されることができる。既知の培養方法に関する一般的要約は、Chmielによる教科書(Bioprozesstechnik 1. Einfuehrung in die Bioverfahrenstechnik (Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, 1991))又はStorhasによる教科書(Bioreaktoren und periphere Einrichtungen (Vieweg Verlag, Braunschweig/Wiesbaden, 1994))から提供可能である。
使用されるべき培養培地又は発酵培地は、適切に、そのつどの株の要求を満たさなければならない。種々の微生物の培養培地の記載は、ハンドブックAmerican Society for Bacteriologyの"Manual of Methods for General Bacteriology" (Washington D.C., USA, 1981)に含まれている。培養培地及び発酵培地又は培地の概念は、相互に交換可能である。
炭素源として、糖及び炭水化物、例えばグルコース、サッカロース、ラクトース、フルクトース、マルトース、糖蜜、サトウダイコン又はサトウキビ製造からのサッカロース含有溶液、デンプン、デンプン加水分解物及びセルロース、油脂、例えばダイズ油、ヒマワリ油、ピーナッツ油及びヤシ脂、脂肪酸、例えば、パルミチン酸、ステアリン酸及びリノール酸、アルコール、例えばグリセリン、メタノール及びエタノール及び有機酸、例えば酢酸が使用できる。前記物質は、単独で又は混合して使用できる。
窒素源として、有機窒素含有化合物、例えばペプトン、酵母エキス、肉エキス、麦芽エキス、コーンスティープリカー、ダイズ粉及び尿素又は無機化合物、例えば硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム、炭酸アンモニウム及び硝酸アンモニウムが使用できる。窒素源は、単独で又は混合して使用できる。
リン源として、リン酸、リン酸二水素カリウム又はリン酸水素二カリウム又は相応するナトリウム含有塩が使用できる。
硫黄源として、本発明によれば、ジチオ硫酸塩(チオ硫酸塩)が使用され、これは場合によって、他の硫黄源、例えば硫酸塩、亜硫酸塩又は亜チオン酸塩と一緒に使用される。
さらに、培養培地は、塩、例えば塩化物塩、金属(例えばナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム及び鉄を含む)塩、例えば硫酸マグネシウム又は硫酸鉄を含まなくてはならず、これは成長のために必要である。最後に、必須成長物質、例えばアミノ酸、例えばホモセリン及びビタミン、例えばチアミン、ビオチン又はパントテン酸を、前述の物質に追加して使用できる。
培養培地には、その上、それぞれのアミノ酸の適した前駆物質が添加されていてよい。
前述の使用物質は、培地に1個のバッチの形で添加されるか、又は、好適に培養の間に供給されてよい。
培地のpH制御には、塩基性化合物、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア又はアンモニア水又は酸性化合物、例えばリン酸又は硫酸が好適に使用される。pHは、一般に、6.0〜9.0、好ましくは6.5〜8の値に調節される。泡発生の制御のために、消泡剤、例えば脂肪酸ポリグリコールエステルが使用できる。プラスミドの安定性の維持のために、培地には適した選択的作用物質、例えば抗生物質が添加されることができる。好気条件を維持するには、酸素又は酸素含有ガス混合物、例えば空気が培地中に導入される。過酸化水素で濃縮されている液体の使用は、同様に可能である。場合によって、発酵は過圧で、例えば0.03〜0.2MPaの圧力で行われる。培地の温度は、通常は20℃〜45℃、好ましくは25℃〜40℃にある。バッチ方法では、培養は、所望のアミノ酸の最大値が形成される限り続行される。この目的は、通常は10時間〜160時間の間に達成される。連続的方法では、より長期の培養期間が可能である。
適した発酵培地は、特にUS 6,221,636、US 5,840,551、US 5,770,409、US 5,605,818、US 5,275,940 及びUS 4,224,409に記載されている。
L−アミノ酸の測定方法は、先行技術から知られている。分析は、例えばSpackman et al . (Analytical Chemistry, 30, (1958), 1190)が記載のように、イオン交換クロマトグラフィと引き続くニンヒドリン誘導体化を用いて行われてよく、又は、逆相HPLCによって行われてよく、これはLindroth et al. (Analytical Chemistry (1979) 51: 1167-1174)が記載のとおりである。
このようにして製造した発酵ブロスは、引き続き、固体又は液体の生成物へと加工される。
発酵ブロスとは、微生物が所定の時間にわたり所定の温度で培養された発酵培地が理解される。発酵培地又は発酵の間に使用される培地は、微生物の増殖及び所望のアミノ酸の形成を確実にする全ての物質又は成分を含む。
発酵の終了時に、発生する発酵ブロスは、相応して、a)微生物細胞の培養の結果として発生する微生物バイオマス、b)発酵の進行中に形成される所望のアミノ酸、c)発酵の進行中に形成される有機的副生成物及びd)使用した1又は複数の発酵培地の又は使用物質、例えばビタミン、例えばビオチン、アミノ酸、例えばホモセリン又は塩、例えば硫酸マグネシウムの、発酵によって消費されない成分、を含む。
有機的副生成物には、発酵の際に使用される微生物によって場合によってそのつどの所望のL−アミノ酸の他に生成され、かつ場合によって排出される物質が属する。それには、所望のアミノ酸に比較して30%、20%又は10%未満を構成するL−アミノ酸が属する。それには、さらに、1〜3個のカルボキシル基を有する有機酸、例えば酢酸、乳酸、クエン酸、リンゴ酸又はフマル酸が属する。最終的に、それには、糖、例えばトレハロースも属する。
産業上の目的のため適した典型的発酵ブロスは、40g/kg〜180g/kg又は50g/kg〜150g/kgのアミノ酸含有量を有する。バイオマス(乾燥したバイオマスとして)の含有量は、一般に、20〜50g/kgである。
図1は、"pMA-RDL2"プラスミド(配列番号8)を示す図である。
実施例:
実施例1:遺伝子RDL2の合成及びクローニング
S.セレビシエからのORFs RDL2(配列番号1)の発現のために、ヌクレオチド配列(GENEART AG; Regensburg, ドイツ国)をde novo合成し、これは上流配列("upstream"、配列番号6)、ORF RDL2配列("RDL2"、配列番号1)並びに下流配列("downstream"、配列番号7)からなる。上流配列は、制限酵素PacI及びFseIのための認識部位並びにリボソーム結合部位を含む。下流配列は、第2の停止コドンTAAを含み、その後に、大腸菌MG1655からのrnpB遺伝子のT1ターミネーターが続く。その後ろには、制限酵素PmeI及びSbfIのための認識配列が続く。合成後に、SacI及びKpnIでヌクレオチド配列を切断し、そして、同様にSacI及びKpnIで切断したプラスミドpMA (ampR)へとクローニングした。生じるプラスミドを、"pMA-RDL2"(配列番号8、図1)と呼ぶ。
ORF RDL2によってコードされるタンパク質Rdl2p(配列"RDL2p"、配列番号2)のアミノ酸配列から出発して、3つの異なるDNA配列を作製し、これは野生型アミノ酸配列を有するRdl2pタンパク質をコードする。この配列を、"RDL2a"(配列番号3)、"RDL2b"(配列番号4)及び"RDL2c"(配列番号5)と呼んだ。これら3つの配列をそのつど、上記した上流及び下流配列と一緒にde novo合成し、そして、上記のようにプラスミドpMA(GENEART AG; Regensburg, ドイツ国)中へクローニングした。生じるプラスミドを、pMA-RDL2a、pMA-RDL2b及びpMA-RDL2cと呼んだ。前述の変法は、本方法のために使用される微生物のコドン使用頻度(codon usage)の最適化の点で異なる。そして、コドン使用頻度に関する適合のための値は次のとおりである:
RDL2 :コドン使用頻度は適合させていない("codon adaptation index" CAI=0,27)。
RDL2a:コドン使用頻度は大腸菌に軽く適合させてある(CAI=0,38)
RDL2b:コドン使用頻度は大腸菌に強く適合させてある(CAI=0,72)
RDL2c: コドン使用頻度は完全に大腸菌に適合させてある(CAI=1)。
実施例2:プラスミドpMElOl-thrA*l-cysE-Pgap-metA*llへのORFs RDL2 , RDL2a, RDL2b並びにRDL2cのクローニング
大腸菌への発現のために、RDL2タンパク質をコードする4つの遺伝子変形をそのつど大腸菌生産プラスミドpMElOl-thrA*1- cysE-Pgap-metA* 11 (WO2007/ 077041)へとmetA*llの下流にクローニングした。
そのために、遺伝子を、それぞれプライマーRDL2-t4-f(配列番号11)及びRDL2-r(配列番号12)を用いて、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)の適用下で、Phusion DNAポリメラーゼ(Finnzymes Oy, Espoo, フィンランド)を用いて増幅した。テンプレートとして、実施例1からのプラスミドpMA-RDL2, pMA-RDL2a, pMA-RDL2b及びpMA-RDL2cを使用した:
Figure 0006053691
804 bpサイズのPCR産物及びプラスミドpMElOl-thrA* 1- cysE-PgapA-metA* 11を、制限酵素SalI及びSbfIを用いて分解し、ライゲーションし、大腸菌株DH5α中に形質転換した。プラスミドを有する細胞を、培養によって、50μg/mlのストレプトマイシンを有するLB寒天上で、選択した。成功したクローニングを、プラスミドDNA単離後に、制限酵素AgeIを用いた制御切断(Kontrollspaltung)によって検出した。最後に、クローニングしたDNA断片を、以下プライマーを用いて配列決定した:
Figure 0006053691
発生したプラスミドを、pME-RDL2, pME-RDL2a, pME-RDL2b及びpME-RDL2cと呼んだ。
実施例3:大腸菌MG1655ΔmetJ Ptrcr-metH Ptrc-metF PtrcF-cysPUWAM PtrcF-cysJIH Ptrc09-gcvTHPの形質転換
L−メチオニン生産大腸菌株MG1655ΔmetJ metA*ll Ptrc-metH Ptrc-metF PtrcF-cysPUWAM PtrcF-cysJIH(以下、DM2219と呼ぶ)を、特許公報WO 2009/043803 A2に記載する。
この株をそれぞれプラスミドpME-RDL2, pME-RDL2a, pME-RDL2b及びpME-RDL2cで並びにプラスミドpMElOl- thrA* 1- cysE-PgapA-metA* 11 (WO2009/043803 A2 )で形質転換し、そして、プラスミドを有する細胞を50μg/mlのストレプトマイシンを有するLB寒天上で選択した。形質転換体を1%のグルコース及び50μg/mlのストレプトマイシンを有する各々10mlのLB液体培地中に移して接種し(ueberimpfen)、16時間37℃で培養した。引き続き、グリセリンを最終濃度10%で添加し、培養物を−70℃で凍結させた。
実施例4:大腸菌L−メチオニン生産株の評価
大腸菌L−メチオニン生産株の性能を、100mlのエルレンマイヤーフラスコ中での生産試験によって評価した。予備培養物として、そのつど10mlの予備培養培地(2.5g/lのグルコース及び90%の最小培地PC1を有する10%LB培地)を、100μlの細胞培養物で接種し、10時間37℃で培養した。そして、引き続き各10mlのPC1最少培地(表1)をOD600nm 0.2(Eppendorf Bio-Photometer; Eppendorf AG, Hamburg, ドイツ国)に接種し、24時間37℃で培養した。細胞外L−メチオニン濃度を、アミノ酸分析機(Sykam GmbH, Eresing, ドイツ国)を用いてイオン交換クロマトグラフィ及びニンヒドリン検出を用いたポストカラム誘導体化によって決定した。細胞外グルコース濃度を、YSI 2700 Select Glucose Analyzer (YSI Life Sciences, Yellow Springs, Ohio, USA)を用いて決定した。このデータは、ORF RDL2, RDL2a, RDL2b又はRDL2cの発現が、L−メチオニン濃度を顕著に高めることを示す(表2)。
表1:最小培地PC1
Figure 0006053691
表2:種々のプラスミドを有する大腸菌DM2219株の発酵ブロス中のL−メチオニン濃度
Figure 0006053691
実施例5:ORFs RDL2 , RDL2a, RDL2b並びにRDL2cのプラスミドpEC-XT99Aへのクローニング
ORFs RDL2, RDL2a, RDL2b並びにRDL2cのC.グルタミクム中の発現のためのベースベクターとして、大腸菌−C.グルタミクム−シャトル−発現プラスミドpEC-XT99A(EP1085094B1)を使用した。実施例1からのプラスミドpMA-RDL2 , pMA-RDL2a, pMA-RDL2b及びpMA-RDL2cを、それぞれ制限酵素StuI及びNaeIを用いて切断し、0.8%のアガロースゲル中で分離した。638 bpのサイズのDNA断片を、ゲルから切り出し、DNAを抽出した(QIAquick Gel Extraction Kit, QIAGEN, Hilden,ドイツ国)。発現プラスミドpEC-XT99Aを、制限酵素Ecll36IIで切断した。引き続き、そのつど638 bpのサイズのDNA断片をReady-To-Go Ligation Kit (Amersham GE Healthcare Europe GmbH, Freiburg, ドイツ国)の使用下でライゲーションした。大腸菌株DH5 (Invitrogen GmbH; Darmstadt; ドイツ国)を、ライゲーションバッチを用いて形質転換し、プラスミドを有する細胞を5μg/mlのテトラサイクリンを有するLB寒天上で選択した。
プラスミドDNAの単離後に、成功したクローニングを、制限酵素PmeI及びSacIIを用いた制御切断によって検出した。最後に、このプラスミドを、以下プライマーを用いて配列決定した:
Figure 0006053691
プラスミド固有のtrcプロモーター及びRDL2をコードするORFsが等しく配向している(orientieren)プラスミドコンストラクトを、次のように呼んだ:pEC-RDL2, pEC-RDL2a, pEC-RDL2b及びpEC-RDL2c。
実施例6:C.グルタミクムM1179の形質転換
コリネバクテリウム・グルタミカム株M1179は、エチオニン耐性L−メチオニン生産株である(WO2007/011939)。これは、Deutschen Sammlung fuer Mikroorganismen und Zellkulturen(DSMZ, Braunschweig,ドイツ国)で、2005年5月18日に、ブダペスト協定に一致して、DSM17322として寄託されている。
プラスミドpEC-RDL2, pEC-RDL2a, pEC-RDL2b, pEC-RDL2c又はpEC-XT99Aを、Tauch et al. (1994, FEMS Microbiological Letters, 123: 343-347)による電気穿孔条件によって、M1179株中に電気穿孔した。
プラスミドを有する細胞の選択を、5μg/mlのテトラサイクリンを有するLB寒天上で行った。形質転換体のプラスミドを単離し(Peters-Wendisch et al . , 1998, Microbiology 144, 915-927)、制限切断及びゲル電気泳動によって検証した。そうして発生した株を、M1179/pEC-RDL2, M1179/pEC-RDL2a, M1179/pEC-RDL2b, M1179/pEC-RDL2c及びM1179/pEC-XT99Aと呼ぶ。
実施例7:C.グルタミクムL−メチオニン生産株の評価
製造したC.グルタミクム株M1179/pEC-RDL2, M1179/pEC-RDL2a, M1179/pEC-RDL2b, M1179/pEC-RDL2c及びM1179/pEC-XT99Aを、L−メチオニン生産に適した栄養培地中で培養し、そして、L−メチオニン含有量を培養上清中で決定した。
そのために、株をまず寒天プレート(カナマイシン(25mg/l)を有する脳−心臓−寒天)上に塗り、24時間33℃でインキュベーションした。この寒天プレート培養物から細胞を5mg/lのテトラサイクリンを有する各10ml培地HH (脳−心臓ブイヨン、Merck, Darmstadt,ドイツ国)中に移して接種し、24時間100mlのエルレンマイヤーフラスコ中で33℃で240rpmで振盪させた。そして、引き続き各10mlのPM培地(表3)を、OD660nm 0.1(Genios, Tecan Deutschland GmbH, Crailsheim, ドイツ国)に接種し、24時間33℃でじゃま板を備えた100mlのエルレンマイヤーフラスコ中で培養した。
表3:PM培地
Figure 0006053691
24時間後に、ODを660nmで決定し(Genios, Tecan Deutschland GmbH, Crailsheim, ドイツ国)、形成されたL−メチオニン濃度を測定した。L−メチオニンを、アミノ酸分析機(Sykam GmbH, Eresing,ドイツ国)を用いてイオン交換クロマトグラフィ及びニンヒドリン検出を用いたポストカラム誘導体化によって決定した。表4は、培養物の光学密度及びL−メチオニン濃度を示す。ORF RDL2, RDL2a, RDL2b又はRDL2cの発現は、L−メチオニン濃度の顕著な増加を結果として有した。
表4:種々のプラスミドを有するC.グルタミクムM1179株の発酵ブロス中のメチオニン濃度
Figure 0006053691

Claims (15)

  1. 次の工程
    a)チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を過剰発現する、腸内細菌科(Enterobacteriaceae)の微生物又はコリネバクテリウム科(Corynebacteriaceae)の微生物を準備する工程、
    b)a)からの微生物を、チオ硫酸塩又はチオ硫酸塩と硫酸塩とからの混合物の群からの無機硫黄源を含む培地中で発酵させて、発酵ブロスを得る工程、及び
    c)b)からの発酵ブロス中で硫黄含有アミノ酸を濃縮する工程、
    を含む、L−メチオニン、L−システイン、L−シスチン、L−ホモシステイン及びL−ホモシスチンの群から選択されている硫黄含有アミノ酸の発酵による製造方法。
  2. 微生物が、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする1又は複数の遺伝子を過剰発現し、前記チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドは次のa)〜d)
    a)ポリペプチドRdl2p, GlpE, PspE, YgaP, ThiI, YbbB, SseA, YnjE, YceA, YibN, NCgl0671, NCgl1369, NCgl2616, NCgl0053, NCgl0054, NCgl2678, NCgl2890からなるか又はこれを含むポリペプチド、哺乳類からのチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ、
    b)配列番号2に示したアミノ酸配列からなるか又はこれを含むポリペプチド、
    c)a)又はb)のアミノ酸配列と90%以上同一であるアミノ酸配列を有するポリペプチド、ここで前記ポリペプチドはチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を示す、
    d)配列番号2に示したアミノ酸配列に対して1〜個のアミノ酸残基の欠失、置換、挿入及び/又は付加を含むアミノ酸配列を有するポリペプチド、ここで前記ポリペプチドはチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を示す、
    から選択されている請求項1記載の方法。
  3. チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子の発現を、次の群
    a)本方法のために使用される微生物中で出発株に対して増強した発現を生じるプロモーターの制御下での遺伝子の発現、
    b)チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子のコピー数を出発株に対して増加、
    c)本方法のために使用される微生物中で出発株に対して増強した翻訳を生じるリボソーム結合部位の使用下での遺伝子の発現の実施、
    d)本方法のために使用される微生物に関するコドン使用頻度(codon usage)の最適化による遺伝子発現の増強、
    e)遺伝子から転写されるmRNA中のmRNA二次構造の減少による遺伝子発現の増強、
    f)遺伝子から転写されるmRNA中のRNA−ポリメラーゼ−ターミネーターの除去による遺伝子発現の増強、
    g)遺伝子から転写されるmRNA中のmRNA安定化配列の使用下での遺伝子発現の実施、
    から選択した1又は複数の手段によって高める請求項1又は2記載の方法。
  4. チオ硫酸塩が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩及びそれらの混合物の群から選択した塩である請求項1からのいずれか1項記載の方法。
  5. 硫酸塩が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩及びそれらの混合物の群から選択した塩である請求項1からのいずれか1項記載の方法。
  6. 発酵の間に、チオ硫酸塩の割合を、培地中及び発酵ブロス中の無機硫黄の全含有量に対して少なくとも5mol%に維持する請求項1からのいずれか1項記載の方法。
  7. 硫黄含有アミノ酸が、L−メチオニンである請求項1からのいずれか1項記載の方法。
  8. 微生物が、エシェリキア(Escherichia)属である請求項1からのいずれか1項記載の方法。
  9. 微生物の種が、大腸菌(Escherichia coli)である、請求項7記載の方法。
  10. 微生物が、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属である請求項1からのいずれか1項記載の方法。
  11. 微生物の種が、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)である、請求項10記載の方法。
  12. 微生物が、
    −出発株に比較して、アスパラギン酸キナーゼの高められた活性及び/又は発現、並びに調節タンパク質McbRの減弱又は欠失を有するコリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)、
    −出発株に比較して、アスパラギン酸キナーゼの高められた活性及び/又は発現、並びに調節タンパク質MetJの減弱又は欠失を有する大腸菌(Escherichia coli)
    から選択されていることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項記載の方法。
  13. −出発株に比較して、アスパラギン酸キナーゼの高められた活性及び/又は発現、並びに調節タンパク質McbRの減弱又は欠失を有するコリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)、
    −出発株に比較して、アスパラギン酸キナーゼの高められた活性及び/又は発現、並びに調節タンパク質MetJの減弱又は欠失を有する大腸菌(Escherichia coli)
    から選択され、L−メチオニンを排出又は生産する微生物において、
    微生物がチオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を過剰発現する微生物。
  14. 微生物が、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を過剰発現し、チオ硫酸サルファートランスフェラーゼ活性を有する前記ポリペプチドが請求項に定義されている請求項13記載の微生物。
  15. 出発株が、大腸菌(Escherichia coli)MG1655、大腸菌(Escherichia coli)W3110、大腸菌(Escherichia coli)DH5α、大腸菌(Escherichia coli)DH10B、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)R、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)DSM20411(旧名称 ブレビバクテリウム・フラバム)、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)DSM20412(旧名称 ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum))、コリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)DSM1412(旧名称 ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum))、コリネバクテリウム・エフェシエンス(Corynebacterium efficiens)YS-314T(=DSM44549)、及びコリネバクテリウム・グルタミクム(Corynebacterium glutamicum)ATCC21608からなる群からの微生物から誘導されている請求項13または14のいずれか1項記載の微生物。
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