JP6059416B2 - Microorganism in which lysis is inhibited, method for producing the microorganism, method for producing protein using the microorganism, and method for inhibiting lysis of microorganism - Google Patents
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Description
本発明は、溶菌が抑制された微生物、当該微生物の製造方法、当該微生物を用いたタンパク質又はポリペプチドの製造方法、及び微生物の溶菌抑制方法に関する。 The present invention relates to a microorganism in which lysis is suppressed, a method for producing the microorganism, a method for producing a protein or polypeptide using the microorganism, and a method for inhibiting lysis of the microorganism.
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、醤油等の食品類をはじめとし、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、その種類は多岐に渡っており、またその用途についても食品、医薬や、洗剤、化粧品等の日用品、或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。 The industrial production of useful substances by microorganisms includes a wide variety of types including foods such as alcoholic beverages, miso and soy sauce, as well as amino acids, organic acids, nucleic acid-related substances, antibiotics, carbohydrates, lipids, proteins, etc. In addition, its application has been extended to a wide range of fields from foods, medicines, daily necessaries such as detergents and cosmetics to various chemical raw materials.
こうした微生物による有用物質の工業生産においては、その生産性の向上が重要な課題の一つであり、その手法として、突然変異等の遺伝学的手法による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生産菌の育種が行われるようになっており、遺伝子組換えのための宿主微生物の開発が進められている。例えば、枯草菌(Bacillus subtilis)Marburg No.168系統株の様に宿主微生物として安全かつ優良と認められた微生物菌株に更に改良を加えた菌株が開発されている。 In industrial production of useful substances by such microorganisms, improvement of productivity is one of the important issues, and breeding of produced bacteria by genetic techniques such as mutation has been performed as a technique. In recent years, the development of microbial genetics and biotechnology has led to more efficient breeding of production microorganisms using genetic recombination techniques, and the development of host microorganisms for genetic recombination has been promoted. It has been. For example, a strain obtained by further improving a microbial strain recognized as safe and excellent as a host microorganism, such as Bacillus subtilis Marburg No.168 strain, has been developed.
このような微生物を用いた物質生産を行う場合、用いる微生物の溶菌現象を制御しうることが望ましく、これまでに、微生物の溶菌抑制方法として種々の方法が提案されている。例えば、細胞壁溶解酵素をコードしている遺伝子を欠損させることで微生物の溶菌を抑制する方法(特許文献1及び非特許文献1参照)、細胞壁溶解酵素阻害タンパク質の高発現によって細胞壁溶解酵素を失活させる方法(特許文献2参照)、細胞壁溶解酵素に対する耐性を向上させる方法(特許文献3参照)等が提案されている。 In the case of producing a substance using such a microorganism, it is desirable to be able to control the lysis phenomenon of the microorganism to be used, and various methods have been proposed so far as methods for inhibiting lysis of microorganisms. For example, a method for suppressing lysis of microorganisms by deleting a gene encoding a cell wall lytic enzyme (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1), and inactivating cell wall lytic enzyme by high expression of cell wall lytic enzyme inhibitory protein And a method for improving resistance to cell wall lytic enzymes (see Patent Document 3) have been proposed.
本発明は、物質生産の宿主となるような微生物において溶菌を抑制する方法及び溶菌が抑制された微生物を提供することを課題とする。また、本発明は、溶菌が抑制された微生物を用いたタンパク質等の目的物質の製造方法を提供することを課題とする。さらに、本発明は、溶菌が抑制された微生物の製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a method for suppressing lysis in a microorganism that is a host for substance production and a microorganism in which lysis is suppressed. Another object of the present invention is to provide a method for producing a target substance such as a protein using a microorganism in which lysis is suppressed. Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for producing a microorganism in which lysis is suppressed.
発明者らは、上記課題に鑑み、細胞分裂や細胞の増殖に関して重要な因子である細胞壁溶解酵素(以下、細胞壁分解酵素又は溶菌酵素ともいう)群そのものに対して欠失等の人為的操作を行うことなく、微生物の溶菌を効果的に抑制し、タンパク質等の目的物質の生産性を向上させる方法を探索した。そして、細胞壁溶解酵素が細菌の細胞壁に存在するアニオン性ポリマーと結合することに着目し、細胞壁のアニオン性ポリマー量を減少させることで、細胞壁に対する細胞壁溶解酵素の結合力の低下を図れば、新たな溶菌抑制手法となりうると考えた。この考えの下、細胞壁のアニオン性ポリマー量を減少させる方法を鋭意検討したところ、枯草菌由来の細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子の発現を抑制することで、細胞壁のテイコ酸量が低下すること、その結果、細胞壁のテイコ酸量が低下した微生物では溶菌が抑制されることを見出した。さらに、この微生物が、タンパク質等の目的物質生産のために好適に用いることができることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。 In view of the above problems, the inventors have performed artificial manipulation such as deletion on a group of cell wall lytic enzymes (hereinafter also referred to as cell wall degrading enzymes or lytic enzymes) that are important factors for cell division and cell proliferation. We searched for a method to effectively suppress the lysis of microorganisms and improve the productivity of target substances such as proteins. Focusing on the fact that cell wall lytic enzymes bind to anionic polymers present in bacterial cell walls, and reducing the amount of anionic polymer in the cell walls, the binding force of cell wall lytic enzymes to the cell walls can be reduced. We thought that it might become a technique for suppressing lysis Based on this idea, we intensively studied a method for reducing the amount of anionic polymer in the cell wall, and by suppressing the expression of cell wall teichoic acid synthase-related gene derived from Bacillus subtilis, the amount of teichoic acid in the cell wall decreases, As a result, it was found that lysis was suppressed in microorganisms with a reduced amount of teichoic acid in the cell wall. Furthermore, the present inventors have found that this microorganism can be suitably used for producing target substances such as proteins, and have completed the present invention.
本発明は、枯草菌が有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子又は当該遺伝子に相当する遺伝子のうち少なくとも1つの遺伝子が発現抑制され、溶菌が抑制された微生物に関する。
また、本発明は、上記微生物を用いるタンパク質又はポリペプチドの製造方法に関する。
また、本発明は、枯草菌が有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子又は当該遺伝子に相当する遺伝子を有する微生物において、枯草菌が有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子又は当該遺伝子に相当する遺伝子のうち少なくとも1つの遺伝子を発現抑制する工程を含む微生物の溶菌抑制方法に関する。
さらに、本発明は、枯草菌が有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子又は当該遺伝子に相当する遺伝子のうち少なくとも1つの遺伝子の発現を抑制することを特徴とする、溶菌が抑制された微生物の製造方法に関する。
The present invention relates to a microorganism in which expression of at least one gene of a cell wall teichoic acid synthase-related gene of Bacillus subtilis or a gene corresponding to the gene is suppressed and lysis is suppressed.
The present invention also relates to a method for producing a protein or polypeptide using the microorganism.
The present invention also relates to a cell wall teichoic acid synthase-related gene possessed by Bacillus subtilis or a microorganism corresponding to the gene, wherein at least one of the cell wall teichoic acid synthase-related gene possessed by Bacillus subtilis or the gene corresponding to the gene. The present invention relates to a method for suppressing lysis of microorganisms, which comprises a step of suppressing expression of one gene.
Furthermore, the present invention relates to a method for producing a microorganism with suppressed lysis characterized by suppressing the expression of at least one gene of a cell wall teichoic acid synthase-related gene or a gene corresponding to the gene possessed by Bacillus subtilis. About.
本発明によれば、物質生産の宿主となるような微生物において、溶菌を抑制する方法及び溶菌が抑制された微生物を提供することができる。また、本発明によれば、溶菌が抑制された微生物を用いることで、タンパク質やポリペプチド等の目的物質を効率よく製造する方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、溶菌が抑制された微生物の製造方法を提供することができる。
本発明に係る微生物は、例えば野生株と比較して溶菌速度が速い変異型微生物株において、その溶菌を有意に抑制しうるものであり、目的物質生産の過程において当該微生物株を長時間培養すること、すなわち目的物質の生産を長時間効率的に行うことができる。更に、細胞壁溶解による菌体内タンパク質や核酸などの漏出がなく、培養液から目的タンパク質等を容易に回収することができる。そのため、本発明に係る微生物を用いることで、目的物質の生産性を向上させた生産系を構築することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to provide a method for suppressing lysis and a microorganism in which lysis is suppressed in a microorganism that is a host for substance production. Further, according to the present invention, a method for efficiently producing a target substance such as a protein or polypeptide can be provided by using a microorganism in which lysis is suppressed. Furthermore, according to the present invention, a method for producing a microorganism in which lysis is suppressed can be provided.
The microorganism according to the present invention can significantly suppress the lysis in a mutant microbial strain having a faster lysis rate than, for example, a wild strain, and the microorganism strain is cultured for a long time in the course of production of the target substance. That is, the target substance can be efficiently produced for a long time. Furthermore, there is no leakage of intracellular proteins or nucleic acids due to cell wall lysis, and the target protein and the like can be easily recovered from the culture solution. Therefore, by using the microorganism according to the present invention, it is possible to construct a production system in which the productivity of the target substance is improved.
本発明に係る微生物は、枯草菌が有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子又は当該遺伝子に相当する遺伝子のうち少なくとも1つの遺伝子が発現抑制されたものである。より詳細には、本発明に係る微生物は、例えば野生型と比較して溶菌速度が速い変異株において、上記細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子又は当該遺伝子に相当する遺伝子を少なくとも1つ発現抑制等して、その溶菌を有意に抑制したものであり、微生物を用いたタンパク質等の目的物質の生産系に好適に用いることができるものである。 The microorganism according to the present invention is a cell wall teichoic acid synthase-related gene possessed by Bacillus subtilis or a gene in which expression of at least one of genes corresponding to the gene is suppressed. More specifically, the microorganism according to the present invention, for example, suppresses the expression of at least one cell wall teichoic acid synthase-related gene or a gene corresponding to the gene in a mutant strain having a faster lysis rate than the wild type. Thus, the lysis is significantly suppressed, and it can be suitably used in a production system for a target substance such as a protein using a microorganism.
一般的に、細菌は各種の溶菌酵素を有しており、これらの酵素は概して等電点が高く、細胞壁に対する結合ドメインを有し、細胞壁の構成成分であるアニオン性ポリマーとイオン結合する。細菌の細胞壁には細胞壁テイコ酸(メジャーテイコ酸及びマイナーテイコ酸)、テイクロン酸、リポテイコ酸等のアニオン性ポリマーが存在する。中でもメジャーテイコ酸とペプチドグリカンとが結合してなる細胞壁テイコ酸の存在比率が高いことが知られている。しかしながら、溶菌酵素による細胞壁溶解には複数の因子が関係しており、メジャーテイコ酸をはじめとする細胞壁のアニオン性ポリマー量を低下させることで、細菌における溶菌現象を抑制しうるか否かといった知見は得られていない。本発明は、アニオン性ポリマーとしてメジャーテイコ酸とペプチドグリカンとが結合してなる細胞壁テイコ酸を低減化することで、細胞壁と溶菌酵素との間の静電相互作用の低減化を図り、新たな溶菌抑制技術を確立するという新規知見に基づいてなされたものである。
すなわち、本発明に係る微生物は、枯草菌が有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子又は当該遺伝子に相当する遺伝子のうち少なくとも1つを発現抑制させることで、細胞壁の構成成分であるアニオン性ポリマー量が低減し、細胞壁と溶菌酵素との間のイオン結合力が低下し、本来は野生型と比較して溶菌しやすかった変異型微生物等であってもその溶菌を有意に抑制することを可能としたものである。そして、このような溶菌を抑制しうる微生物は、長時間の培養に適し、ひいては目的物質の生産率向上に資するため、タンパク質やポリペプチド等の目的物質生産を行うための宿主として有用である。
以下、本発明について詳細に説明する。
Generally, bacteria have various lytic enzymes, and these enzymes generally have a high isoelectric point, have a binding domain for the cell wall, and ionic bond with an anionic polymer that is a constituent of the cell wall. Bacterial cell walls contain anionic polymers such as cell wall teichoic acid (major teichoic acid and minor teichoic acid), teicuronic acid, and lipoteichoic acid. Among them, it is known that the abundance ratio of cell wall teichoic acid formed by combining major teichoic acid and peptidoglycan is high. However, there are multiple factors involved in cell wall lysis by lytic enzymes, and the knowledge of whether or not the lysis phenomenon in bacteria can be suppressed by reducing the amount of anionic polymers in the cell wall including major teichoic acid Not obtained. The present invention reduces the cell wall teichoic acid formed by binding major teichoic acid and peptidoglycan as an anionic polymer, thereby reducing the electrostatic interaction between the cell wall and the lytic enzyme, and a new lysis It was made based on the new knowledge of establishing a suppression technology.
That is, the microorganism according to the present invention suppresses the expression of at least one of a cell wall teichoic acid synthase-related gene or a gene corresponding to the gene possessed by Bacillus subtilis, so that the amount of anionic polymer that is a constituent component of the cell wall is reduced. Reduced ionic binding force between cell wall and lytic enzyme, enabling to significantly suppress lysis even for mutant microorganisms that were originally easier to lyse than wild type Is. A microorganism capable of suppressing such lysis is suitable as a host for producing a target substance such as a protein or a polypeptide because it is suitable for long-term culture and thus contributes to an improvement in the production rate of the target substance.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明に係る微生物は、野生型と比較して、枯草菌が有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子又は当該遺伝子に相当する遺伝子のうち少なくとも1つの遺伝子が発現抑制されている。枯草菌が有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子とは、枯草菌の細胞表層に特異的に存在しているメジャーテイコ酸とペプチドグリカンとが結合してなる細胞壁テイコ酸の生合成に関与する一連の酵素群をコードする遺伝子群をいい、具体的には枯草菌由来のtagA遺伝子、tagB遺伝子、tagD遺伝子、tagF遺伝子、tagG遺伝子、tagH遺伝子及びtagO遺伝子が挙げられる(例えば、A.Formstone et al.,Journal of Bacteriology,Vol.190,p.1812-1821(2008)参照)。これらの遺伝子群のうち、少なくとも1つの働きを抑制できれば、細胞壁テイコ酸(メジャーテイコ酸)生合成系全体を阻害しうるため、本発明の微生物においては上記遺伝子群のうち少なくとも1種以上の遺伝子についてその機能を抑制できればよい。中でも、細胞壁テイコ酸量の低下という観点からは、メジャーテイコ酸(ポリグリセロールリン酸鎖)の付加反応を触媒する酵素をコードするtagF遺伝子の機能が抑制されていることが好ましい。 In the microorganism according to the present invention, the expression of at least one of the cell wall teichoic acid synthase-related gene or the gene corresponding to the gene of Bacillus subtilis is suppressed as compared with the wild type. Bacillus subtilis cell wall teichoic acid synthase-related genes are a series of enzymes involved in the biosynthesis of cell wall teichoic acid formed by binding major teichoic acid and peptidoglycan specifically present on the cell surface of Bacillus subtilis. A group of genes encoding a group, specifically, tagA gene derived from Bacillus subtilis, tagB gene, tagD gene, tagF gene, tagG gene, tagH gene and tagO gene (for example, A. Formstone et al., Journal of Bacteriology, Vol. 190, p.1812-1821 (2008)). If at least one function of these gene groups can be suppressed, the entire cell wall teichoic acid (major teichoic acid) biosynthesis system can be inhibited. Therefore, in the microorganism of the present invention, at least one gene of the above gene group is used. As long as the function can be suppressed. Among them, from the viewpoint of reducing the amount of cell wall teichoic acid, it is preferable that the function of the tagF gene encoding an enzyme that catalyzes the addition reaction of major teichoic acid (polyglycerol phosphate chain) is suppressed.
本発明において発現抑制の対象となる遺伝子は、上述のように枯草菌において細胞壁テイコ酸の生合成に関与する一連の酵素群をコードする遺伝子群である枯草菌の細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子群及び当該遺伝子に相当する遺伝子であって、具体的には下記表1に示される枯草菌由来のtagA遺伝子、tagB遺伝子、tagD遺伝子、tagF遺伝子、tagG遺伝子、tagH遺伝子及びtagO遺伝子、並びに当該遺伝子に相当する遺伝子群の中から選択されるものである。なお、表中の各遺伝子の名称、番号及び機能等は、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/、2003年6月17日更新)された枯草菌ゲノムデーターに基づいて記載している。また、枯草菌由来のtagA遺伝子の塩基配列及び当該遺伝子をコードするタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号1及び8に示す。枯草菌由来のtagB遺伝子の塩基配列及び当該遺伝子をコードするタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号2及び9に示す。枯草菌由来のtagD遺伝子の塩基配列及び当該遺伝子をコードするタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号3及び10に示す。枯草菌由来のtagF遺伝子の塩基配列及び当該遺伝子をコードするタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号4及び11に示す。枯草菌由来のtagG遺伝子の塩基配列及び当該遺伝子をコードするタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号5及び12に示す。枯草菌由来のtagH遺伝子の塩基配列及び当該遺伝子をコードするタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号6及び13に示す。枯草菌由来のtagO遺伝子の塩基配列及び当該遺伝子をコードするタンパク質のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号7及び14に示す。 In the present invention, the genes whose expression is to be suppressed are, as described above, the cell wall teichoic acid synthase-related gene group of Bacillus subtilis that is a gene group encoding a series of enzymes involved in the biosynthesis of cell wall teichoic acid in Bacillus subtilis. And a gene corresponding to the gene, specifically, the tagA gene, tagB gene, tagD gene, tagF gene, tagG gene, tagH gene and tagO gene derived from Bacillus subtilis shown in Table 1 below, and the gene It is selected from the corresponding gene group. The names, numbers, functions, etc. of each gene in the table were reported in Nature, 390, 249-256, (1997) and published on the Internet at JAFAN: Japan Functional Analysis Network for Bacillus subtilis (BSORF DB) (http: //Bacillus.genome.ad.jp/, updated on June 17, 2003), based on genome data of Bacillus subtilis. Further, the base sequence of the tagA gene derived from Bacillus subtilis and the amino acid sequence of the protein encoding the gene are shown in SEQ ID NOs: 1 and 8, respectively. The base sequence of the tagB gene derived from Bacillus subtilis and the amino acid sequence of the protein encoding the gene are shown in SEQ ID NOs: 2 and 9, respectively. The base sequence of the tagD gene derived from Bacillus subtilis and the amino acid sequence of the protein encoding the gene are shown in SEQ ID NOs: 3 and 10, respectively. The base sequence of the tagF gene derived from Bacillus subtilis and the amino acid sequence of the protein encoding the gene are shown in SEQ ID NOs: 4 and 11, respectively. The base sequence of the tagG gene derived from Bacillus subtilis and the amino acid sequence of the protein encoding the gene are shown in SEQ ID NOs: 5 and 12, respectively. The base sequence of the tagH gene derived from Bacillus subtilis and the amino acid sequence of the protein encoding the gene are shown in SEQ ID NOs: 6 and 13, respectively. The nucleotide sequence of the tagO gene derived from Bacillus subtilis and the amino acid sequence of the protein encoding the gene are shown in SEQ ID NOs: 7 and 14, respectively.
後述するように、本発明の微生物の宿主は枯草菌に限定されるものではなく、枯草菌以外の微生物から作製してもよい。枯草菌以外の微生物を宿主として用いる場合には、用いる宿主に応じて枯草菌の有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子群に相当する遺伝子を特定し、当該遺伝子を発現抑制等させることで本発明の微生物を得ることができる。
本発明において、「枯草菌の有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子」とは、上述した枯草菌のtagA遺伝子、tagB遺伝子、tagD遺伝子、tagF遺伝子、tagG遺伝子、tagH遺伝子又はtagO遺伝子と機能的に一致する又は等価な遺伝子と定義する。ここで、機能的に一致する又は等価な遺伝子とは、枯草菌のtagA遺伝子、tagB遺伝子、tagD遺伝子、tagF遺伝子、tagG遺伝子、tagH遺伝子又はtagO遺伝子と機能的に均等であり、該遺伝子によりコードされたタンパク質が細胞壁テイコ酸の生合成系に関与するものをいう。具体的には、以下の(1)又は(2)の遺伝子が挙げられる。これらは「枯草菌の有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子」として、本発明において発現抑制等すべき遺伝子に含まれる。
As will be described later, the host of the microorganism of the present invention is not limited to Bacillus subtilis, and may be prepared from a microorganism other than Bacillus subtilis. When a microorganism other than Bacillus subtilis is used as a host, a gene corresponding to a cell wall teichoic acid synthase-related gene group possessed by Bacillus subtilis is identified according to the host to be used, and the expression of the gene is suppressed. Microorganisms can be obtained.
In the present invention, "a gene corresponding to a cell wall teichoic acid synthase-related gene of Bacillus subtilis" refers to the aforementioned Bacillus subtilis tagA gene, tagB gene, tagD gene, tagF gene, tagG gene, tagH gene or tagO gene. It is defined as a functionally identical or equivalent gene. Here, the functionally equivalent or equivalent gene is functionally equivalent to the tagA gene, tagB gene, tagD gene, tagF gene, tagG gene, tagH gene or tagO gene of Bacillus subtilis and is encoded by the gene. Is a protein involved in the biosynthesis system of cell wall teichoic acid. Specifically, the following genes (1) or (2) can be mentioned. These are included in genes that should be suppressed in the present invention as “genes corresponding to cell wall teichoic acid synthase-related genes of Bacillus subtilis”.
(1)配列番号1〜7のいずれかで示される枯草菌由来のtagA遺伝子、tagB遺伝子、tagD遺伝子、tagF遺伝子、tagG遺伝子、tagH遺伝子又はtagO遺伝子の塩基配列において、当該塩基配列と70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上の同一性を有する塩基配列からなり、且つ当該遺伝子と機能的に一致する又は等価な遺伝子。
(2)配列番号1〜7のいずれかで示される枯草菌由来のtagA遺伝子、tagB遺伝子、tagD遺伝子、tagF遺伝子、tagG遺伝子、tagH遺伝子又はtagO遺伝子の塩基配列において、1から数個の塩基配列が欠失、置換、挿入及び/又は付加された塩基配列からなり、且つ当該遺伝子と機能的に一致する又は等価な遺伝子。
これらの「枯草菌の有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子」としては、バチルス属に属する菌類由来の遺伝子が好ましい。
なお、本発明においてアミノ酸配列および塩基配列の同一性はLipman-Pearson法(Science,227,1435,(1985))によって計算される。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、パラメータである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。
(1) In the base sequence of the tagA gene, tagB gene, tagD gene, tagF gene, tagG gene, tagH gene or tagO gene derived from Bacillus subtilis represented by any one of SEQ ID NOs: 1 to 7, the base sequence and 70% or more A gene consisting of a base sequence having an identity of preferably 80% or more, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more, and functionally equivalent to or equivalent to the gene. .
(2) One to several nucleotide sequences in the base sequence of the tagA gene, tagB gene, tagD gene, tagF gene, tagG gene, tagH gene or tagO gene derived from Bacillus subtilis represented by any one of SEQ ID NOs: 1 to 7 Is a gene whose nucleotide sequence is deleted, substituted, inserted and / or added, and which is functionally identical or equivalent to the gene.
As these “genes corresponding to cell wall teichoic acid synthase-related genes of Bacillus subtilis”, genes derived from fungi belonging to the genus Bacillus are preferable.
In the present invention, the identity of the amino acid sequence and the base sequence is calculated by the Lipman-Pearson method (Science, 227, 1435, (1985)). Specifically, it is calculated by performing analysis with a unit size to compare (ktup) of 2 as a parameter using a homology analysis (Search homology) program of genetic information processing software Genetyx-Win (software development).
「枯草菌の有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子」の具体的な例としては、バチルス・サブティリス(Bacillus subtilis)W23株のtarO遺伝子、tarA遺伝子、tarB遺伝子、tarI遺伝子、tarJ遺伝子、tarK遺伝子、tarL遺伝子、tarD遺伝子、tarF遺伝子、(Microbiology,148,815-824,(2002))、スタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)のtarO遺伝子、tarA遺伝子、tarB遺伝子、tarI遺伝子、tarJ遺伝子、tarK遺伝子、tarL遺伝子、tarD遺伝子、tarF遺伝子(J.Bacteriol.,190,3046-3056,(2008))等が挙げられる。上記の微生物では、細胞壁テイコ酸がグリセロールリン酸の代わりにリビトールリン酸で構成されることが知られている。また、Bacillus subtilis W23株の上記tarA遺伝子等によって、枯草菌168株のtagA遺伝子等の機能が相補できるという報告もある(J.Bacteriol.,186,7865-7873,(2004))。
以下、枯草菌の有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子及び当該遺伝子に相当する遺伝子を纏めて、単にテイコ酸合成酵素関連遺伝子ともいう。
Specific examples of "a gene corresponding to a cell wall teichoic acid synthase-related gene of Bacillus subtilis " include the tarO gene, tarA gene, tarB gene, tarI gene, tarJ gene of Bacillus subtilis W23 strain , tarK gene, tarL gene, tarD gene, tarF gene, (Microbiology, 148,815-824, (2002 )), tarO gene, tarA gene of Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus), tarB gene, tarI gene, tarJ Gene, tarK gene, tarL gene, tarD gene, tarF gene (J. Bacteriol., 190, 3046-3056, (2008)). In the above microorganisms, it is known that cell wall teichoic acid is composed of ribitol phosphate instead of glycerol phosphate. There is also a report that the functions of the tagA gene of Bacillus subtilis 168 can be complemented by the tarA gene of Bacillus subtilis W23 (J. Bacteriol., 186, 7865-7873, (2004)).
Hereinafter, cell wall teichoic acid synthase-related genes possessed by Bacillus subtilis and genes corresponding to the genes are collectively referred to as simply teichoic acid synthase-related genes.
換言すると、本発明に係る微生物は、上述したようなテイコ酸合成酵素関連遺伝子を有する微生物から作製することができる。但し、本発明に係る微生物は、テイコ酸合成酵素関連遺伝子を有することが知られている微生物から作製されたものに限定されるものではない。つまり、本発明に係る微生物としては、上述したテイコ酸合成酵素関連遺伝子の塩基配列又はタンパク質のアミノ酸配列に基づいて、遺伝子配列やタンパク質のアミノ酸配列を格納したデータベースから上述した同一性を基準としてテイコ酸合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子を検索することで、テイコ酸合成酵素関連遺伝子を有するものとして同定された微生物を用いてもよい。
細胞壁にテイコ酸が存在するという点から、本発明に係る微生物は、グラム陽性菌から作製されることが好ましく、枯草菌などのバチルス属、ストレプトコッカス(Streptococcus)属、リステリア(Listeria)属、スタフィロコッカス(Staphylococcus)属、エンテロコッカス(Enterococcus)属、ラクトバシラス(Lactobacillus)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、クロストリジウム(Clostridium)属に属する菌類から作製されることが好ましく、バチルス(Bacillus)属に属する菌類から作製することがより好ましい。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、またタンパク質又はポリペプチドを菌体外に分泌生産させる能力を有する点から、本発明に係る微生物は枯草菌から作製することが特に好ましい。本発明の微生物は、これらの宿主微生物を親微生物として構築されるものである。また、これらの親微生物は、野生型の微生物に限定されず、例えば種々の突然変異を有する変異株を対象とすることもできる。
In other words, the microorganism according to the present invention can be prepared from a microorganism having a teichoic acid synthase-related gene as described above. However, the microorganism according to the present invention is not limited to those prepared from microorganisms known to have a teichoic acid synthase-related gene. That is, the microorganism according to the present invention is based on the above-described identity from a database storing gene sequences and protein amino acid sequences based on the above-described base sequence of the teichoic acid synthase-related gene or the amino acid sequence of the protein. A microorganism identified as having a teichoic acid synthase-related gene by searching for a gene corresponding to the acid synthase-related gene may be used.
In view of the presence of teichoic acid in the cell wall, the microorganism according to the present invention is preferably prepared from a Gram-positive bacterium, such as Bacillus, Bacillus subtilis, Streptococcus, Listeria, Staphylo. Preferably, the fungus belongs to the genus Bacillus, preferably from the genus Staphylococcus, Enterococcus, Lactobacillus, Corynebacterium, Clostridium. It is more preferable to prepare from. Furthermore, the microorganism according to the present invention is a Bacillus subtilis from the point that whole genome information has been clarified, genetic engineering and genome engineering techniques have been established, and the ability to secrete and produce proteins or polypeptides outside the cells. It is particularly preferable to prepare from The microorganism of the present invention is constructed with these host microorganisms as parent microorganisms. These parent microorganisms are not limited to wild-type microorganisms, and for example, mutant strains having various mutations can be targeted.
さらに、溶菌が有意に抑制された微生物を得るという本発明の趣旨に鑑みれば、上述したようなテイコ酸合成酵素関連遺伝子を有する微生物であって、且つ野性株に比較してその溶菌速度が速い微生物株を用いて本発明に係る微生物を作製することも好ましい態様である。このような野性株に比較してその溶菌速度が速い微生物株は、その溶菌速度を測定することで特定することが可能である。一般に、細菌を培養し続けると、細菌の溶菌が進行に伴って培養液の濁度が減少する。従って、溶菌速度は、培養時間に対する培地濁度の減少率として算出することができる。すなわち、横軸を培養時間とし、縦軸を培地濁度として得られるグラフの傾きを溶菌速度とすることができる。なお、培地濁度は、例えば600nmにおける吸光度として分光光度計により測定することができる。実際の溶菌速度の測定及び比較については、後述する実施例2を参照することができる。
同様に、本発明の微生物において、テイコ酸合成酵素関連遺伝子の発現抑制の結果、当該微生物の溶菌が抑制されているかについても、上記のようにして確認することができる。具体的には、テイコ酸合成酵素関連遺伝子の発現を抑制した変異型微生物と発現を抑制していない野生型微生物とを培養し、その培地濁度や溶菌速度を比較することで、溶菌が抑制されたことを確認できる。
野性株に比較してその溶菌速度が速い微生物株として具体的には、上述したようなテイコ酸合成酵素関連遺伝子を有するバチルス属等に属する細菌類であって、且つ野性株に比べて溶菌速度が、例えば、野生株に比べて2〜3倍、好ましくは3〜10倍速い微生物株が挙げられる。
Furthermore, in view of the gist of the present invention to obtain a microorganism in which lysis is significantly suppressed, it is a microorganism having a teichoic acid synthase-related gene as described above, and its lysis rate is faster than that of a wild strain. It is also a preferred embodiment to produce a microorganism according to the present invention using a microorganism strain. A microorganism strain having a higher lysis rate than such a wild strain can be identified by measuring the lysis rate. In general, when bacteria are continuously cultured, the turbidity of the culture solution decreases as bacterial lysis progresses. Therefore, the lysis rate can be calculated as the rate of decrease in medium turbidity with respect to the culture time. That is, the slope of the graph obtained with the horizontal axis as the culture time and the vertical axis as the medium turbidity can be the lysis rate. The medium turbidity can be measured with a spectrophotometer as the absorbance at 600 nm, for example. For measurement and comparison of the actual lysis rate, Example 2 described later can be referred to.
Similarly, in the microorganism of the present invention, it can also be confirmed as described above whether lysis of the microorganism is suppressed as a result of the suppression of the expression of the teichoic acid synthase-related gene. Specifically, culturing is suppressed by cultivating mutant microorganisms that suppress the expression of teichoic acid synthase-related genes and wild-type microorganisms that do not suppress the expression, and compare the medium turbidity and lysis rate. Can be confirmed.
Specifically, as a microbial strain whose lysis rate is faster than that of a wild strain, it is a bacterium belonging to the genus Bacillus having a teichoic acid synthase-related gene as described above, and the lysis rate compared to a wild strain. However, for example, a microbial strain that is 2 to 3 times, preferably 3 to 10 times faster than the wild type strain.
なかでも本発明に係る微生物は、野性株に比べて、少なくとも1種のプロテアーゼの活性が低下している又は活性を有しない微生物株(以下、プロテアーゼ欠損株ともいう)であることが好ましい。
一般に、微生物を用いたタンパク質等の目的物質の工業的生産には、その生産効率を向上させるべく種々の改良を加えた変異株が用いられる。例えば、目的物質としてタンパク質を生産させる場合、野生型の微生物は多種多様な内在性のタンパク質分解酵素(プロテアーゼ、ペプチダーゼ)を有しており、これらが目的のタンパク質を分解し、外来タンパク質の生産において障害になることがある。そのため、これらのタンパク質分解酵素遺伝子を欠損させる等の改変を加えた変異型微生物を用いることによって、生産される目的タンパク質の分解を防ぐ試みが行われている。このようにして改変された変異株は、プロテアーゼを欠損しているので、有用タンパク質等の物質生産のための宿主として好適である。しかしながら、このようなプロテアーゼ活性が著しく低い細胞では、細胞壁溶解酵素がプロテアーゼによる分解を受けず、細胞表層に蓄積するため、定常期に溶菌が観察されるとの報告がある(J.Biosci.Bioeng.,103,13-21,(2007)参照)。
そこで、本発明に係る微生物としてこのようなプロテアーゼ変異株を用い、当該変異株のテイコ酸合成酵素関連遺伝子を発現抑制等することで溶菌を抑制でき、タンパク質等の目的物質を生産する系において、当該微生物を比較的長期に亘って培養することができる。その結果、目的物質の生産効率を向上させることができ、物質の製造コストを低減することができる。なお、本発明で好ましく用いられるプロテアーゼ欠損株は、ぺプチダーゼ活性が低下している又は活性を有しない微生物株を包含するものである。
Among them, the microorganism according to the present invention is preferably a microorganism strain (hereinafter also referred to as a protease-deficient strain) in which the activity of at least one protease is reduced or not active as compared to a wild strain.
In general, for industrial production of target substances such as proteins using microorganisms, mutant strains with various improvements added to improve the production efficiency are used. For example, when a protein is produced as a target substance, wild-type microorganisms have a wide variety of endogenous proteolytic enzymes (proteases, peptidases), which degrade the target protein and produce a foreign protein. May be an obstacle. Therefore, attempts have been made to prevent degradation of the target protein produced by using mutant microorganisms with modifications such as deletion of these proteolytic enzyme genes. Since the mutant strain modified in this manner is deficient in protease, it is suitable as a host for production of substances such as useful proteins. However, in such cells with extremely low protease activity, cell wall lytic enzymes are not decomposed by proteases and accumulate on the cell surface layer, and there is a report that lysis is observed in the stationary phase (J. Biosci. Bioeng). ., 103, 13-21, (2007)).
Therefore, using such a protease mutant strain as a microorganism according to the present invention, lysis can be suppressed by suppressing the expression of the teichoic acid synthase-related gene of the mutant strain, and in a system for producing a target substance such as a protein, The microorganism can be cultured for a relatively long time. As a result, the production efficiency of the target substance can be improved, and the production cost of the substance can be reduced. The protease-deficient strain preferably used in the present invention includes microbial strains that have reduced or no peptidase activity.
本発明で好ましく用いられるプロテアーゼ欠損株として具体的には、野生株が本来有している複数のプロテアーゼ遺伝子のうち1又は複数のプロテアーゼ遺伝子が欠失等している変異株が挙げられ、例えば、枯草菌において主要な細胞外アルカリプロテアーゼであるAprE、或いは中性プロテアーゼであるNprEをコードする遺伝子、或いはそれら両遺伝子が欠損した変異型微生物(J.Bacteriol.,158,411,(1984)、J.Bacteriol.,160,15,(1984)、J.Bacteriol.,160,442,(1984)参照)、枯草菌由来の8種類(aprE遺伝子、nprB遺伝子、nprE遺伝子、bpr遺伝子、vpr遺伝子、mpr遺伝子、epr遺伝子、wprA遺伝子及びaprX遺伝子)のプロテアーゼ、ペプチダーゼの遺伝子について遺伝子が欠損微生物、更にはこれら8種類のプロテアーゼ、ペプチダーゼの遺伝子が全て欠損した枯草菌株(Appl.Environ.Microbiol.,68,3261,(2002)参照)、前記8種類のプロテアーゼ遺伝子の他に、更に枯草菌由来のaprX遺伝子を欠損した微生物(特開2006-174707号公報、J.Biosci.Bioeng.,104,135-143,(2007)参照)が知られており、これらは本発明において好ましく用いることができる。 Specific examples of protease-deficient strains preferably used in the present invention include mutant strains in which one or more protease genes are deleted among the plurality of protease genes originally possessed by the wild strain, for example, Mutant microorganisms (J. Bacteriol., 158, 411, (1984), J, deficient in genes encoding AprE , the major extracellular alkaline protease in Bacillus subtilis, or NprE , a neutral protease, or both genes) , Bacteriol., 160, 15, (1984), J. Bacteriol., 160, 442, (1984)), 8 types derived from Bacillus subtilis ( aprE gene, nprB gene, nprE gene, bpr gene, vpr gene, mpr genes, epr gene, wprA gene and aprX gene) protease, peptidase gene gene-deficient microorganism for the further these eight protease, peptidase gene All missing B. subtilis strain (Appl.Environ.Microbiol., 68,3261, (2002 ) see), in addition to the eight protease gene, further microorganisms deficient in aprX gene from Bacillus subtilis (JP 2006-174707 No., J. Biosci. Bioeng., 104, 135-143, (2007)), and these can be preferably used in the present invention.
本発明は細胞壁と溶菌酵素との静電的相互作用を低減化することで溶菌を抑制するものであるため、本発明で用いることができるプロテアーゼ欠損株としては、溶菌酵素を分解しうるプロテアーゼが活性低下している又は活性を有しない株であることが好ましい。溶菌酵素としては、リゾチーム、グルコサミニダーゼ、アミダーゼ、L,D-エンドペプチダーゼ、D,L-エンドペプチダーゼ等が挙げられる。なかでも、LytC(アミダーゼ)、LytE及びLytF(D,L-エンドペプチダーゼ)等の溶菌酵素は、細胞壁テイコ酸量の減少に特に強く影響を受けるため、本発明の微生物はこれらの酵素の溶菌作用を好ましく抑制することができる。
上述した溶菌酵素を分解しうるプロテアーゼをコードする遺伝子としては、例えば、枯草菌由来のaprX遺伝子、aprE遺伝子、nprB遺伝子、nprE遺伝子、bpr遺伝子、vpr遺伝子、mpr遺伝子、epr遺伝子、及びwprA遺伝子が挙げられ、これらの遺伝子又は当該遺伝子に相当する遺伝子を欠失、不活性化等したプロテアーゼ欠損株を好ましく用いることができる。なお、枯草菌の有するプロテアーゼをコードする遺伝子に相当する遺伝子とは、前述した枯草菌の有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子と同様に定義され、枯草菌の有するプロテアーゼをコードする遺伝子と機能的に一致する遺伝子と定義できる。また、その同一性の範囲及び算出方法についても、枯草菌の有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子について前述したのと同様の範囲及び方法である。
具体的には、aprE、nprB、nprE、bpr、vpr、mpr、epr、wprA及びaprXの各遺伝子又は当該遺伝子に相当する9種類の遺伝子より選ばれる1以上の遺伝子を欠失又は不活性化させたものが好ましく、なかでも、aprX遺伝子、主要な細胞外アルカリプロテアーゼをコードするaprE遺伝子及び中性プロテアーゼをコードするnprE遺伝子、又は当該遺伝子に相当する3種の遺伝子を欠失又は不活性化させたものがより好ましく、aprE、nprB、nprE、bpr、vpr、mpr、epr、wprA及びaprXの各遺伝子の全て、又は当該遺伝子に相当する9種類の遺伝子の全てを欠失又は不活性化させたものが特に好ましい。これらのプロテアーゼ遺伝子について、遺伝子番号及び遺伝子機能等を下記表2に示す。なお、表中の各遺伝子の名称、番号及び機能等は、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/、2003年6月17日更新)された枯草菌ゲノムデーターに基づいて記載している。さらに、これらのプロテアーゼ遺伝子及び該遺伝子を欠失したプロテアーゼ欠損株についての詳細は、特開2006−174707号公報の記載を参照することができる。溶菌酵素を分解しうるプロテアーゼをコードする遺伝子を欠失又は不活性化させる方法としては、後述するテイコ酸合成酵素関連遺伝子の発現抑制方法として示した方法に従い行うことができ、特に、遺伝子を欠失又は変異の導入による不活性化等によって遺伝子を破壊する手法を好ましく用いることができる。また、特開2006−174707号公報の記載を参照することもできる。
Since the present invention suppresses lysis by reducing the electrostatic interaction between the cell wall and the lytic enzyme, the protease-deficient strain that can be used in the present invention includes a protease capable of degrading the lytic enzyme. It is preferable that the strain has a reduced activity or no activity. Examples of the lytic enzyme include lysozyme, glucosaminidase, amidase, L, D-endopeptidase, D, L-endopeptidase and the like. Among them, lytic enzymes such as LytC (amidase), LytE, and LytF (D, L-endopeptidase) are particularly strongly affected by a decrease in the amount of cell wall teichoic acid. Can be preferably suppressed.
Examples of the gene encoding a protease capable of degrading the lytic enzyme described above include aprX gene, aprE gene, nprB gene, nprE gene, bpr gene, vpr gene, mpr gene, epr gene, and wprA gene derived from Bacillus subtilis. A protease deficient strain in which these genes or a gene corresponding to the gene is deleted or inactivated can be preferably used. The gene corresponding to the gene encoding the protease possessed by Bacillus subtilis is defined in the same manner as the gene corresponding to the cell wall teichoic acid synthase-related gene possessed by Bacillus subtilis described above, and the gene encoding the protease possessed by Bacillus subtilis. It can be defined as a gene functionally consistent with The range of identity and the calculation method are also the same range and method as described above for the gene corresponding to the cell wall teichoic acid synthase-related gene of Bacillus subtilis.
Specifically, one or more genes selected from aprE , nprB , nprE , bpr , vpr , mpr , epr , wprA and aprX genes or nine genes corresponding to the genes are deleted or inactivated. Among them, the aprX gene, the aprE gene encoding the major extracellular alkaline protease and the nprE gene encoding the neutral protease, or the three genes corresponding to the gene are deleted or inactivated. More preferably, all of the aprE , nprB , nprE , bpr , vpr , mpr , epr , wprA and aprX genes, or all nine genes corresponding to the genes have been deleted or inactivated. Those are particularly preferred. Table 2 below shows the gene numbers and gene functions of these protease genes. The names, numbers, functions, etc. of each gene in the table were reported in Nature, 390, 249-256, (1997), and published on the Internet on JAFAN: Japan Functional Analysis Network for Bacillus subtilis (BSORF DB) (http: //Bacillus.genome.ad.jp/, updated June 17, 2003), based on genome data of Bacillus subtilis. Furthermore, details of these protease genes and protease-deficient strains lacking the genes can be referred to the description in JP-A No. 2006-174707. As a method for deleting or inactivating a gene encoding a protease capable of degrading a lytic enzyme, it can be carried out according to the method shown as a method for suppressing the expression of a teichoic acid synthase-related gene, which will be described later. A method of destroying a gene by inactivation by loss or introduction of mutation can be preferably used. Reference can also be made to the description of JP-A-2006-174707.
さらに、本発明において好ましく用いられるプロテアーゼ欠損株としては、欠失対象のプロテアーゼの転写を正に制御している転写因子の発現を抑制した株を挙げることができる。例えば、枯草菌において、この転写因子としてはspo0A遺伝子によってコードされる転写因子を挙げることができる。spo0A遺伝子を欠失した枯草菌変異株は、特定のプロテアーゼ(具体的には、前述のaprE、bpr、epr、mpr、nprB、nprE、vpr及びwprAの各遺伝子によってコードされるプロテアーゼ)の生産量が低いといった特徴を有している(J.Biosci.Bioeng.103,13(2007)参照)。もちろん、枯草菌以外の細菌においても、spo0A遺伝子の相同遺伝子を欠失させることによって、当該細菌由来のプロテアーゼ欠損株を作製することができる。なお、spo0A遺伝子の相同遺伝子とは、前述した枯草菌の有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子と同様に定義され、枯草菌の有するspo0A遺伝子と機能的に一致する遺伝子と定義できる。また、その同一性の範囲及び算出方法についても、枯草菌の有する細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子について前述したのと同様の範囲及び方法である。枯草菌由来のspo0A遺伝子によりコードされるSpo0Aタンパク質は、スポア形成の主要な転写制御因子である。spoOA遺伝子の相同遺伝子としては、例えば、スポア形成細菌のスポア形成の主要な転写制御因子をコードするspo0A遺伝子が挙げられる。
枯草菌由来のspo0A遺伝子について、遺伝子番号及び遺伝子機能等を下記表2に示す。さらに、spo0A遺伝子及び該遺伝子を欠失したプロテアーゼ欠損株についての詳細は、特開2005−295830号公報の記載を参照することができる。野生株と比較して、細菌株のspo0A遺伝子又はその相同遺伝子の発現を低下させる方法としては、後述するテイコ酸合成酵素関連遺伝子の発現抑制方法として示した方法に従い行うことができ、特に、遺伝子を欠失又は変異の導入による不活性化等によって遺伝子を破壊する手法を好ましく用いることができる。また、特開2005−295830号公報の記載を参照することもできる。
Furthermore, examples of the protease-deficient strain preferably used in the present invention include strains that suppress the expression of a transcription factor that positively controls transcription of the protease to be deleted. For example, in Bacillus subtilis, examples of the transcription factor include a transcription factor encoded by the spo0A gene. Bacillus subtilis mutants lacking the spo0A gene are produced in a specific amount of protease (specifically, the proteases encoded by the aforementioned aprE , bpr , epr , mpr , nprB , nprE , vpr and wprA genes). (See J. Biosci. Bioeng. 103, 13 (2007)). Of course, in bacteria other than Bacillus subtilis, a protease-deficient strain derived from the bacteria can be prepared by deleting the homologous gene of spo0A gene. The spo0A gene homologous gene is defined in the same manner as the gene corresponding to the cell wall teichoic acid synthase-related gene of Bacillus subtilis described above, and can be defined as a gene functionally identical to the spo0A gene of Bacillus subtilis. The range of identity and the calculation method are also the same range and method as described above for the gene corresponding to the cell wall teichoic acid synthase-related gene of Bacillus subtilis. The Spo0A protein encoded by the spo0A gene from Bacillus subtilis is a major transcriptional regulator of spore formation. Examples of the homologous gene of the spoOA gene include the spo0A gene encoding a major transcriptional control factor for spore formation in spore-forming bacteria.
Table 2 below shows the gene number and gene function of the spo0A gene derived from Bacillus subtilis. Furthermore, details of the spo0A gene and a protease-deficient strain lacking the gene can be referred to the description in JP-A No. 2005-295830. As a method for reducing the expression of the spo0A gene of a bacterial strain or a homologous gene thereof compared to a wild strain, it can be performed according to the method shown as a method for suppressing the expression of a teichoic acid synthase-related gene described below, and in particular, the gene A method of destroying a gene by inactivation by introducing a deletion or mutation can be preferably used. The description in JP-A-2005-295830 can also be referred to.
更に本発明の微生物の構築には、上述したプロテアーゼ以外の遺伝子群の欠損を組み合わせることも可能である。 Furthermore, the construction of the microorganism of the present invention can be combined with a defect in a gene group other than the protease described above.
本発明の微生物は、野生型に比べてテイコ酸合成酵素関連遺伝子の発現が抑制されているという特徴を有する。遺伝子発現抑制の手法は特に限定されず、当該遺伝子又はそれによりコードされるタンパク質の働きを、野生型微生物における本来の働きよりも有意に低下又は不活性化しうるものであればよく、通常の遺伝子工学的手法を用いることができる。例えば、テイコ酸合成酵素関連遺伝子を破壊する方法、テイコ酸合成酵素関連遺伝子の転写を抑制する方法、及びテイコ酸合成酵素関連遺伝子の翻訳を抑制する方法が挙げられる。また、テイコ酸合成酵素関連遺伝子又は該遺伝子の転写・翻訳調節領域等を直接改変してもよく、発現を制御する他の因子(例えば、転写因子やアンチセンスRNA等)を制御又は改変するものであってもよい。また、本発明に係る微生物は、上述したような遺伝子工学的手法によって人為的に野生型の微生物からテイコ酸合成酵素関連遺伝子を発現抑制させた組換え株はもちろん、このような人為的な手法によらず上記テイコ酸合成酵素関連遺伝子又は当該遺伝子に相当する遺伝子を発現抑制している自然発生的な変異体をも包含する。 The microorganism of the present invention is characterized in that the expression of teichoic acid synthase-related gene is suppressed as compared to the wild type. The method for suppressing gene expression is not particularly limited as long as it can significantly lower or inactivate the function of the gene or the protein encoded by it than the original function in a wild-type microorganism. Engineering techniques can be used. Examples thereof include a method for destroying a teichoic acid synthase-related gene, a method for suppressing transcription of a teichoic acid synthase-related gene, and a method for suppressing translation of a teichoic acid synthase-related gene. In addition, teichoic acid synthase-related genes or transcription / translation regulatory regions of the genes may be directly modified, and other factors that control expression (eg, transcription factors, antisense RNA, etc.) are controlled or modified. It may be. In addition, the microorganism according to the present invention is not only a recombinant strain in which expression of a teichoic acid synthase-related gene is artificially suppressed from a wild-type microorganism by the genetic engineering technique as described above, but also such an artificial technique. Regardless of this, naturally occurring mutants that suppress the expression of the teichoic acid synthase-related gene or a gene corresponding to the gene are also included.
以下、遺伝子発現抑制の手法について詳細に説明する。
本発明においてテイコ酸合成酵素関連遺伝子の発現抑制は、当該遺伝子の転写又は翻訳を抑制する方法であることが好ましく、転写を抑制する方法であることがより好ましい。遺伝子発現のレベルを調節しうるため、そして、テイコ酸合成酵素関連遺伝子群が生育必須遺伝子であるとの報告(例えば、Journal of General Microbiology,131,p.929−941(1991)、Journal of bacteriology,183,p.6688-6693(2001)参照)もあるためである。
Hereinafter, a method for suppressing gene expression will be described in detail.
In the present invention, suppression of expression of a teichoic acid synthase-related gene is preferably a method for suppressing transcription or translation of the gene, and more preferably a method for suppressing transcription. Since it is possible to regulate the level of gene expression and reports that teichoic acid synthase-related genes are essential genes for growth (for example, Journal of General Microbiology, 131, p.929-941 (1991), Journal of bacteriology) , 183, p.6688-6693 (2001)).
遺伝子の転写を抑制する方法としては、テイコ酸合成酵素関連遺伝子の転写が抑制されるように宿主微生物を改変する方法が好ましい。例えば、相同組換え等によって対象となる微生物のテイコ酸合成酵素関連遺伝子の転写プロモーター領域を、転写抑制型又は転写誘導型プロモーターで置換し形質転換した後、形質転換体を転写抑制又は転写誘導条件で培養する方法が挙げられる。
特に、前述したプロテアーゼ欠損株を宿主とし、該微生物のテイコ酸合成酵素関連遺伝子が転写誘導型プロモーターの制御下に発現するように当該宿主を改変することが好ましい。このように構築された微生物は、生産対象の有用タンパク質等の分解を防止することができるため、より優れた生産効率を達成することができる。
As a method for suppressing gene transcription, a method of modifying a host microorganism so that transcription of a teichoic acid synthase-related gene is suppressed is preferable. For example, the transcription promoter region of the teichoic acid synthase-related gene of the target microorganism by homologous recombination etc. is transformed with a transcriptional repressor or transcription-inducible promoter and then transformed, and the transformant is subjected to transcriptional repression or transcriptional induction conditions. And a method of culturing in the above.
In particular, it is preferable to use the aforementioned protease-deficient strain as a host and modify the host so that the teichoic acid synthase-related gene of the microorganism is expressed under the control of a transcription-inducible promoter. Microorganisms constructed in this way can prevent degradation of useful proteins and the like to be produced, and thus can achieve better production efficiency.
具体的には、転写誘導型プロモーター配列を有するベクター又は発現カセットを用いて、常法に従い宿主微生物を形質転換し、tagF遺伝子等のテイコ酸合成酵素関連遺伝子の上流に当該プロモーター配列を組み込むことが好ましい。ここで転写誘導型プロモーターとは、所定の物質の存在を条件として下流に位置する遺伝子の発現を亢進する機能を有するプロモーターを意味する。本発明に用いることができる転写誘導型プロモーターとしては特に限定されず、一例として、lacオペロンのリプレッサーであるlacIによって制御されIPTG(isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside)の存在下で下流遺伝子の発現誘導するプロモーター(Pspac)、キシロース存在下で下流遺伝子の発現誘導するプロモーター(Pxyl)(Gene,181,71-76,(1996))等を挙げることができる。 Specifically, using a vector or expression cassette having a transcription-inducible promoter sequence, a host microorganism is transformed according to a conventional method, and the promoter sequence is incorporated upstream of a teichoic acid synthase-related gene such as the tagF gene. preferable. Here, the transcription-inducible promoter means a promoter having a function of enhancing the expression of a gene located downstream on the condition of the presence of a predetermined substance. The transcription-inducible promoter that can be used in the present invention is not particularly limited. For example, expression of a downstream gene in the presence of IPTG (isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside) controlled by lacI, a repressor of the lac operon. Examples include an inducible promoter (Pspac) and a promoter (Pxyl) that induces expression of a downstream gene in the presence of xylose (Gene, 181, 71-76, (1996)).
形質転換方法としては、微生物に目的DNAを導入しうる方法であれば特に限定されるものではない。例えば、カルシウムイオンを用いる方法、一般的なコンピテントセル形質転換方法(J.Bacterial.93,1925(1967))、プロトプラスト形質転換法(Mol.Gen.Genet.168,111(1979))、エレクトロポレーション法(FEMS Microbiol.Lett.55,135(1990))又はLP形質転換方法(T.Akamatsu及びJ.Sekiguchi,Archives of Microbiology,1987,146,p.353-357;T.Akamatsu及びH.Taguchi,Bioscience,Biotechnology,and Biochemistry,2001,65,4,p.823-829)を用いることができる。
目的DNA断片が導入された形質転換体の選択は、選択マーカー等を利用することで行うことができる。例えば、ベクター又は発現カセット由来の薬剤耐性遺伝子が、形質転換時に目的DNA断片とともに宿主ゲノム中に導入された結果、形質転換体が獲得する薬剤耐性を指標に行うことができる。また、ゲノムを鋳型としたPCR法等によって、目的DNA断片の導入を確認することもできる。
The transformation method is not particularly limited as long as it is a method capable of introducing a target DNA into a microorganism. For example, a method using calcium ions, a general competent cell transformation method (J. Bacterial. 93, 1925 (1967)), a protoplast transformation method (Mol. Gen. Genet. 168, 111 (1979)), electro Polation method (FEMS Microbiol. Lett. 55, 135 (1990)) or LP transformation method (T. Akamatsu and J. Sekiguchi, Archives of Microbiology, 1987, 146, p.353-357; Taguchi, Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 2001, 65, 4, p.823-829) can be used.
Selection of a transformant introduced with a target DNA fragment can be performed by using a selection marker or the like. For example, a drug resistance gene derived from a vector or expression cassette is introduced into the host genome together with the target DNA fragment at the time of transformation, and as a result, the drug resistance acquired by the transformant can be used as an indicator. The introduction of the target DNA fragment can also be confirmed by PCR method using a genome as a template.
以下、転写誘導型プロモーターを用いたテイコ酸合成酵素関連遺伝子の発現抑制方法の一例として、ゲノム中のtagF遺伝子上流へPspac転写開始制御領域の導入を行う方法を図1に基づいて説明するが、本発明はこの手法に限定されるものではない。
まず、SD配列を含むtagF遺伝子の5’側部分配列を、特異的なプライマーを用いてPCR法によって増幅し、得られたDNA断片を制限酵素で処理する。このDNA断片を、同じく制限酵素処理したPspac転写開始制御領域を有するプラスミドと結合し、該DNA断片がPspac転写開始制御領域の下流に挿入された組換えプラスミドDNAを得る。得られた組換えプラスミド中に目的DNA断片が挿入されていることは、シークエンス等の通常の確認方法により確認することができる。なお、Pspac転写開始制御領域は枯草菌において、誘導物質にて制御が可能なプロモーターとして開発されたものである。lacリプレッサー遺伝子を共存させると、リプレッサーによりPspacプロモーターの発現は抑制されるが、誘導物質であるIPTG(isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside)を添加することによりリプレッサーが外れ、プロモーターが活性化することが知られているものである(Yansura,D.G.and D.J.Henner,Genetics and Biotechnology of Bacilli(1984)Development of an inducible promoter for controlled gene expression in Bacillus subtilis)。
次に、得られた組換えプラスミドを用いて、コンピテントセル法等の形質転換法によりプロテアーゼ欠損株の形質転換を行い、エリスロマイシン及びIPTGを含む培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離する。得られた形質転換体のゲノムを抽出し、PCR法によって、ゲノム中tagF遺伝子上流へPspac転写開始制御領域が導入されたことを確認することができる。
この形質転換体は、図1に示す様な一重交差の相同組換えが起こった結果得られたものであると考えられ、tagF本来のプロモーター(tagD上流のプロモーターでtagDEFオペロンとして発現制御されている)がspacプロモーターに置き換わり、添加するIPTG濃度を適宜変化させることでtagF遺伝子の発現を人為的に制御しうるものとなっている。発現誘導物質であるIPTGの添加濃度により、所望のレベルにテイコ酸合成酵素関連遺伝子の発現を制御することができるため、微生物の生育状況やタンパク質生産量等の要素を適宜勘案して、テイコ酸合成酵素関連遺伝子発現抑制の強さをコントロールし、よりタンパク質生産に最適な条件を確立することが可能となる。
Hereinafter, as an example of a method for suppressing expression of a teichoic acid synthase-related gene using a transcription-inducible promoter, a method for introducing a Pspac transcription initiation control region upstream of a tagF gene in a genome will be described with reference to FIG. The present invention is not limited to this method.
First, the 5'-side partial sequence of the tagF gene containing the SD sequence is amplified by PCR using specific primers, and the resulting DNA fragment is treated with a restriction enzyme. This DNA fragment is ligated with a plasmid having a Pspac transcription initiation control region treated with the same restriction enzyme to obtain a recombinant plasmid DNA in which the DNA fragment is inserted downstream of the Pspac transcription initiation control region. The insertion of the target DNA fragment into the obtained recombinant plasmid can be confirmed by a usual confirmation method such as sequencing. The Pspac transcription initiation control region was developed as a promoter that can be controlled by an inducer in Bacillus subtilis. When the lac repressor gene is present, the expression of the Pspac promoter is suppressed by the repressor, but the repressor is removed by adding IPTG (isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside), and the promoter is activated. (Yansura, D.G. and D.J. Henner, Genetics and Biotechnology of Bacilli (1984) Development of an inducible promoter for controlled gene expression in Bacillus subtilis).
Next, using the obtained recombinant plasmid, a protease-deficient strain is transformed by a transformation method such as competent cell method, and colonies grown on a medium containing erythromycin and IPTG are isolated as transformants. . The genome of the obtained transformant is extracted, and it can be confirmed by PCR that the Pspac transcription initiation control region has been introduced upstream of the tagF gene in the genome.
The transformant believed to be the homologous recombination of such single crossing shown in FIG. 1 was obtained as a result of occurring are expressed controlled as tagDEF operon tagF native promoter (TAGD upstream of the promoter ) Is replaced with the spac promoter, and the expression of the tagF gene can be artificially controlled by appropriately changing the IPTG concentration to be added. The expression of teichoic acid synthase-related gene can be controlled to a desired level by adding the concentration of IPTG, which is an expression inducer. Therefore, taking into consideration factors such as microbial growth and protein production, teichoic acid It is possible to control the strength of suppressing the expression of a synthase-related gene and to establish more optimal conditions for protein production.
遺伝子を破壊する方法では、複数存在するテイコ酸合成酵素関連遺伝子のうち少なくとも1つの遺伝子を破壊する。遺伝子の破壊は、例えば、遺伝子を欠失させるか、遺伝子に変異を導入することにより行うことができる。
遺伝子の破壊には、例えば相同組換えによる方法を用いることができる。すなわち、塩基置換や塩基挿入等によって不活性化変異を導入した標的遺伝子、又は標的遺伝子の外側領域を含むが標的遺伝子を含まない直鎖状のDNA断片等をPCR等の方法によって構築し、これを親微生物細胞内に取り込ませて親微生物ゲノムの標的遺伝子変異部位の外側2ヶ所領域、又は標的遺伝子外側2ヶ所の領域で2回交差の相同組換えを起こさせることにより、ゲノム上の標的遺伝子を欠失或いは不活性化させた遺伝子断片と置換することが可能である。或いは、標的遺伝子の一部を含むDNA断片を適当なプラスミドにクローニングして得られる環状の組換えプラスミドを親微生物細胞内に取り込ませ、標的遺伝子の一部領域に於ける相同組換えによって親微生物ゲノム上の標的遺伝子を分断することによって不活性化することも可能である。
特に、本発明微生物を構築するための親微生物として枯草菌を用いる場合、相同組換えにより標的遺伝子を欠失又は不活性化させる方法については、既にいくつかの報告例があり(Mol.Gen.Genet.,223,268(1990)等)、こうした方法を繰り返すことによって、本発明の宿主微生物を得ることができる。
In the method for disrupting a gene, at least one of a plurality of teichoic acid synthase-related genes is disrupted. The gene can be disrupted, for example, by deleting the gene or introducing a mutation into the gene.
For example, a method by homologous recombination can be used for gene disruption. That is, a target gene into which an inactivating mutation has been introduced by base substitution or base insertion, or a linear DNA fragment that contains the outer region of the target gene but does not contain the target gene is constructed by a method such as PCR. Of the target gene on the genome by causing two homologous recombination to occur in the two regions outside the target gene mutation site of the parent microorganism genome or two regions outside the target gene. Can be replaced with a deleted or inactivated gene fragment. Alternatively, a circular recombinant plasmid obtained by cloning a DNA fragment containing a part of the target gene into an appropriate plasmid is incorporated into the parent microorganism cell, and homologous recombination in a partial region of the target gene is performed. It is also possible to inactivate by disrupting the target gene on the genome.
In particular, when Bacillus subtilis is used as a parent microorganism for constructing the microorganism of the present invention, there have already been several reports on methods for deleting or inactivating a target gene by homologous recombination (Mol. Gen. Genet., 223, 268 (1990) etc.) By repeating such a method, the host microorganism of the present invention can be obtained.
また、遺伝子に変異を導入する方法として、Kunkel法、Gapped duplex法等の公知の手法又はこれに準ずる方法を採用することもできる。例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutant-K(TAKARA社製)やMutant-G(TAKARA社製))などを用いて、あるいは、TAKARA社のLA PCR in vitro Mutagenesis シリーズキットを用いて変異の導入を行ってもよい。 In addition, as a method for introducing a mutation into a gene, a known method such as the Kunkel method or the Gapped duplex method, or a method equivalent thereto can be employed. For example, using a mutagenesis kit using site-directed mutagenesis (for example, Mutant-K (TAKARA) or Mutant-G (TAKARA)), or TAKARA LA PCR in vitro Mutagenesis Mutation may be introduced using a series kit.
相同組換えにより遺伝子を欠失させる方法の一例を、図2に基づいて説明する。先ず、1回目のPCRにおいて、宿主ゲノムDNA(例えば、細菌ゲノムDNA)において、欠失対象遺伝子(例えば、テイコ酸合成酵素関連遺伝子、溶菌酵素を分解するプロテアーゼをコードする遺伝子等)に隣接する5’側領域を含むDNA断片(A断片:例えば、0.5〜3kbp)及び欠失対象遺伝子に隣接する3’側領域を含むDNA断片(C断片:例えば、0.5〜3kbp)、並びに薬剤耐性遺伝子を含むDNA断片(B断片)を、それぞれ特異的なプライマーセットを用いたPCRによって増幅し、調製する。また、この際、A断片増幅のPCRでは、A断片の3’末端にB断片の5’末端の相同配列(例えば、10〜30塩基)を付加するように設計したプライマーを用いる。同様に、C断片増幅のPCRでは、C断片の5’末端にB断片の3’末端の相同配列(例えば、10〜30塩基)を付加するように設計したプライマーを用いる。 An example of a method for deleting a gene by homologous recombination will be described with reference to FIG. First, in the first PCR, a host gene DNA (for example, bacterial genomic DNA) is adjacent to a gene to be deleted (for example, a teichoic acid synthase-related gene, a gene encoding a protease that degrades a lytic enzyme, etc.) 5 A DNA fragment containing a 'side region (A fragment: eg 0.5-3 kbp), a DNA fragment containing a 3' side region adjacent to the deletion target gene (C fragment: eg 0.5-3 kbp), and a drug A DNA fragment (B fragment) containing a resistance gene is amplified and prepared by PCR using a specific primer set. At this time, in the PCR for A fragment amplification, a primer designed to add a homologous sequence (for example, 10 to 30 bases) at the 5 'end of the B fragment to the 3' end of the A fragment is used. Similarly, in PCR for C fragment amplification, primers designed to add a homologous sequence (eg, 10 to 30 bases) at the 3 'end of the B fragment to the 5' end of the C fragment are used.
次いで、1回目のPCRで調製した3種類のPCR産物(PCR産物A、B、C)を鋳型とし、A断片のPCR増幅に使用したフォワードプライマーとC断片のPCR増幅に使用したリバースプライマーを用いて2回目のPCR(SOE(splicing by overlap extension)-PCR(Gene,77,61,(1989))を行うことによって、PCR産物Aの3’末端とPCR産物Bの5’末端との間にアニールが生じ、また同様にPCR産物Bの3’末端とPCR産物Cの5’末端との間にアニールが生じ、PCR増幅の結果、A断片−B断片−C断片の順に連結したPCR産物Dを得ることができる。 Next, using the three types of PCR products (PCR products A, B, and C) prepared in the first PCR as templates, using the forward primer used for PCR amplification of the A fragment and the reverse primer used for PCR amplification of the C fragment The second PCR (SOE (splicing by overlap extension) -PCR (Gene, 77, 61, (1989))) is performed between the 3 ′ end of PCR product A and the 5 ′ end of PCR product B. Annealing occurs, and similarly, an annealing occurs between the 3 ′ end of PCR product B and the 5 ′ end of PCR product C. As a result of PCR amplification, PCR product D is ligated in the order of A fragment-B fragment-C fragment. Can be obtained.
さらに、得られたPCR産物Dを宿主(例えば、細菌)に導入することで、宿主ゲノムDNAとPCR産物Dとの間で相同組換えが生じ、宿主ゲノムDNAの欠失対象遺伝子部位にPCR産物D中の薬剤耐性遺伝子を組み込むと同時に、宿主ゲノムDNA中の欠失対象遺伝子を欠失させることができる。この際、形質転換が行われたか否かの確認は、宿主ゲノムDNA中に組み込まれた薬剤耐性遺伝子に対応した薬剤についての耐性を指標に確認することができる。 Furthermore, by introducing the obtained PCR product D into a host (for example, a bacterium), homologous recombination occurs between the host genomic DNA and the PCR product D, and the PCR product is present at the target gene site of the host genomic DNA. At the same time that the drug resistance gene in D is incorporated, the deletion target gene in the host genomic DNA can be deleted. At this time, whether or not transformation has been performed can be confirmed using the resistance of the drug corresponding to the drug resistance gene incorporated in the host genomic DNA as an index.
また、所定の遺伝子の欠失方法としては、SOE−PCR法によって調製される欠失導入用DNA断片を挿入した欠失導入用プラスミドを用いた2段階の1重交差法を用いることもできる。本方法については、特開2006−174707号公報を参照にして実施することが可能である。 As a method for deleting a predetermined gene, a two-step single crossover method using a deletion-introducing plasmid into which a deletion-introducing DNA fragment prepared by the SOE-PCR method is inserted may be used. About this method, it is possible to implement with reference to Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-174707.
また、テイコ酸合成酵素関連遺伝子の翻訳を抑制する方法としては、いわゆるアンチセンスRNAを用いる方法が挙げられる。具体的には、テイコ酸合成酵素関連遺伝子のmRNAに対するアンチセンスRNAを転写する遺伝子を、細菌ゲノムDNAに組み込み、当該アンチセンスRNAを過剰発現させることで、テイコ酸合成酵素関連遺伝子のmRNAの翻訳が抑制される。 Moreover, as a method for suppressing the translation of teichoic acid synthase-related gene, a method using so-called antisense RNA can be mentioned. Specifically, a gene that transcribes an antisense RNA against the mRNA of a teichoic acid synthase-related gene is incorporated into bacterial genomic DNA, and the antisense RNA is overexpressed to translate the teichoic acid synthase-related gene mRNA. Is suppressed.
さらに、上述のような方法のほか、ランダムな遺伝子変異を与えた後、適当な方法によりタンパク質生産性の評価及び遺伝子解析を行うことによって、目的の微生物株を得ることもできる。例えば、ランダムにクローニングしたDNA断片を用いて上述の方法と同様な相同組換えを起こさせる方法や、親微生物にγ線等を照射する方法等が挙げられる。 Furthermore, in addition to the method described above, the target microorganism strain can also be obtained by giving a random gene mutation and then performing protein productivity evaluation and gene analysis by an appropriate method. For example, a method of causing homologous recombination similar to the above-described method using a randomly cloned DNA fragment, a method of irradiating a parent microorganism with γ rays, and the like can be mentioned.
以上の方法により構築された本発明の微生物は、タンパク質等の目的物質の製造に好適に用いることができる。微生物が生産しうる目的物質としては、用いる宿主微生物の種類に応じて最適なものを適宜選択することができ特に制限されないが、例えば、本発明に係る微生物が上述のプロテアーゼ欠損株である場合、タンパク質又はポリペプチド生産に好適に用いることができる。具体的には、本発明に係る微生物に、目的とする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することによって、当該タンパク質又はポリペプチドを高生産する組換え微生物を得ることができる。 The microorganism of the present invention constructed by the above method can be suitably used for producing a target substance such as protein. The target substance that can be produced by the microorganism is not particularly limited and can be appropriately selected according to the type of the host microorganism to be used. For example, when the microorganism according to the present invention is the above protease-deficient strain, It can be suitably used for protein or polypeptide production. Specifically, by introducing a gene encoding a target protein or polypeptide into the microorganism according to the present invention, a recombinant microorganism that highly produces the protein or polypeptide can be obtained.
本発明の微生物を用いて生産しうるタンパク質又はポリペプチドとしては、例えば洗剤、食品、繊維、飼料、化学品、医療、診断等の各種産業用途に有用な酵素や生理活性因子等のタンパク質やポリペプチドが挙げられる。また、産業用酵素の機能別には、酸化還元酵素(Oxidoreductase)、転移酵素(Transferase)、加水分解酵素(Hydrolase)、脱離酵素(Lyase)、異性化酵素(Isomerase)、合成酵素(Ligase/Synthetase)等が含まれるが、用いる宿主の種類や欠損しているプロテアーゼの種類に応じて最適な酵素を適宜選択することが好ましい。例えば、上述の溶菌酵素を分解するプロテアーゼ欠損株を用いた場合好適にはセルラーゼ、α-アミラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼ等の加水分解酵素の遺伝子が挙げられる。
具体的には、多糖加水分解酵素の分類(Biochem.J.,280,309(1991))中でファミリー5に属するセルラーゼが挙げられ、中でも微生物由来、特にバチルス属細菌由来のセルラーゼが挙げられる。より具体的な例として、特開2006−174707号公報に記載された配列番号2又は4で示されるアミノ酸配列からなるバチルス属細菌由来のアルカリセルラーゼや、当該アミノ酸配列の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、さらには、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、さらに好ましくは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。
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が好ましい。より具体的な例として、特開2006−174707号公報に記載された配列番号61で示されるアミノ酸配列からなるバチルス属細菌由来のアルカリアミラーゼや、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、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が挙げられる。尚、アミノ酸配列の同一性は前述したLipman-Pearson法(Science,227,1435,(1985))によって計算される。
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等が挙げられる。
リパーゼの具体例としては、Jaegerらの分類(Biochem.J.,343,177-183(1999))に従いTrue lipaseに分類されるリパーゼ、GDSLファミリーに分類されるリパーゼ、HSLファミリーに分類されるリパーゼの他、ファミリーIIIからVIIIに分類されるリパーゼが挙げられる。中でも、枯草菌のLipA遺伝子によってコードされるLipAタンパク質(当該タンパク質のアミノ酸配列を配列番号20に示す)や、膜に局在することが知られているセラチア(Serratia marcescens)由来のLipAタンパク質(Journal of bioscience and bioengineering,2001(4),409-415)がより好ましい。
更に、本発明により生産されるタンパク質としてはヒトなどの高等生物由来の生理活性タンパク質や酵素などが挙げられる。好適な例としては、インターフェロンα、インターフェロンβ、成長ホルモン、唾液腺アミラーゼ等が挙げられる。また、生理活性タンパク質などを構成する一部のドメイン等も発現可能であり、例えば、ヒトC型肝炎ウィルス抗体の抗原認識ドメインPreS2などが挙げられる。
Examples of the protein or polypeptide that can be produced using the microorganism of the present invention include proteins and polypeptides such as enzymes and physiologically active factors that are useful for various industrial uses such as detergents, foods, fibers, feeds, chemicals, medicine, and diagnosis. Peptides are mentioned. In addition, the functions of industrial enzymes are classified into oxidoreductase (Oxidoreductase), transferase (Transferase), hydrolase (Hydrolase), eliminase (Lyase), isomerase (Isomerase), and synthetic enzyme (Ligase / Synthetase). However, it is preferable to select an optimal enzyme appropriately depending on the type of host to be used and the type of protease that is deficient. For example, when a protease-deficient strain that degrades the lytic enzyme described above is used, genes for hydrolase such as cellulase, α-amylase, protease, and lipase are preferable.
Specifically, cellulases belonging to Family 5 are listed in the classification of polysaccharide hydrolases (Biochem. J., 280, 309 (1991)), and among them, cellulases derived from microorganisms, particularly from Bacillus bacteria. As more specific examples, alkaline cellulase derived from a Bacillus bacterium comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4 described in JP-A-2006-174707, or one or several amino acids of the amino acid sequence And alkaline cellulase having an amino acid sequence deleted, substituted or added, and 70%, preferably 80%, more preferably 90% or more, still more preferably 95% or more, particularly preferably the amino acid sequence. Include cellulases composed of amino acid sequences having 98% or more identity.
Specific examples of α-amylase include α-amylase derived from microorganisms, and liquefied amylase derived from bacteria belonging to the genus Bacillus is particularly preferable. As more specific examples, alkaline amylase derived from Bacillus bacteria consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 61 described in JP-A No. 2006-174707, the amino acid sequence and 70%, preferably 80%, An amylase consisting of an amino acid sequence having preferably 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more is mentioned. The amino acid sequence identity is calculated by the above-mentioned Lipman-Pearson method (Science, 227, 1435, (1985)).
Specific examples of proteases include serine proteases, metal proteases, and the like derived from microorganisms, particularly from Bacillus bacteria.
Specific examples of lipases include lipases classified as true lipases, lipases classified as GDSL families, and lipases classified as HSL families according to the classification of Jaeger et al. (Biochem. J., 343, 177-183 (1999)). In addition, lipases classified into families III to VIII can be mentioned. Among these, the LipA protein encoded by the LipA gene of Bacillus subtilis (the amino acid sequence of the protein is shown in SEQ ID NO: 20) and the LipA protein derived from Serratia marcescens (Journal) known to be localized in the membrane. of bioscience and bioengineering, 2001 (4), 409-415) is more preferable.
Furthermore, examples of the protein produced by the present invention include physiologically active proteins and enzymes derived from higher organisms such as humans. Preferable examples include interferon α, interferon β, growth hormone, salivary gland amylase and the like. Moreover, a part of domains constituting a physiologically active protein can be expressed, and examples thereof include the antigen recognition domain PreS2 of human hepatitis C virus antibody.
また、目的タンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子は、その上流に当該遺伝子の転写、翻訳、分泌に関わる制御領域、即ち、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及び分泌シグナルペプチド領域から選ばれる1以上の領域が適正な形で結合されていることが望ましい。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い。
上記の転写開始制御領域、翻訳開始制御領域及び分泌シグナル領域は所望の機能を有するものであれば制限は無いが、特にバチルス属細菌由来の領域が好ましい。更に分泌シグナルペプチド領域がバチルス属細菌のリパーゼ遺伝子由来のものであり、転写開始領域及び翻訳開始領域がセルラーゼ遺伝子の上流0.6〜1kb領域であるものが、目的タンパク質又はポリペプチド遺伝子と適正な形で結合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及び翻訳開始領域が分泌シグナルペプチド領域と共に目的タンパク質又はポリペプチドの構造遺伝子と適正に結合されていることが望ましい。より具体的な転写開始制御領域及び翻訳開始制御領域としては特開2006−174707号公報に記載された配列番号1で示される塩基配列の塩基番号1〜578の塩基配列、特開2006−174707号公報に記載された配列番号3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1〜615の塩基配列、また当該塩基配列に対して70%以上、80%以上若しくは90%以上の相同性(同一性)を有することが好ましく、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは96%以上、特に好ましくは97%以上、より特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA断片、あるいは上記いずれかの塩基配列の一部が欠失した塩基配列からなるDNA断片が、目的タンパク質又はポリペプチドの構造遺伝子と適正に結合されていることが望ましい。
より具体的な分泌シグナル領域としてはバチルス属細菌のリパーゼ遺伝子である配列番号19の塩基番号1〜93の塩基配列、または当該塩基配列に対して70%以上、80%以上若しくは90%以上の相同性を有することが好ましく、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは96%以上、特に好ましくは97%以上、より特に好ましくは98%以上、最も好ましくは99%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA断片、あるいは上記いずれかの塩基配列の一部が欠失した塩基配列からなるDNA断片が、目的タンパク質又はポリペプチドの構造遺伝子と適正に結合されていることが望ましい。
なお、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。
In addition, a gene encoding the target protein or polypeptide has a control region related to transcription, translation, and secretion of the gene upstream, that is, a transcription initiation control region including a promoter and a transcription initiation site, a ribosome binding site and an initiation codon. It is desirable that at least one region selected from the translation initiation region and secretory signal peptide region to be contained is bound in an appropriate form. In particular, it is preferable that three regions comprising a transcription initiation control region, a translation initiation control region, and a secretory signal region are bound.
The transcription initiation control region, translation initiation control region, and secretion signal region are not limited as long as they have a desired function, but a region derived from a bacterium belonging to the genus Bacillus is particularly preferable. Furthermore, the secretion signal peptide region is derived from a lipase gene of the genus Bacillus, and the transcription initiation region and the translation initiation region are 0.6 to 1 kb upstream of the cellulase gene, which is appropriate for the target protein or polypeptide gene. It is desirable that they are connected in a form. For example, the bacterium 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-2886) It is desirable that the transcription initiation control region and the translation initiation region of the cellulase gene are appropriately combined with the structural gene of the target protein or polypeptide together with the secretory signal peptide region. More specific transcription initiation control regions and translation initiation control regions include the nucleotide sequences of nucleotide numbers 1 to 578 of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 described in JP-A-2006-174707, and JP-A-2006-174707. The base sequence of base numbers 1 to 615 of the cellulase gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 described in the gazette and the homology (identical to the base sequence of 70% or more, 80% or more or 90% or more) More preferably 95% or more, still more preferably 96% or more, particularly preferably 97% or more, more particularly preferably 98% or more, and most preferably 99% or more. Or a DNA fragment consisting of a base sequence from which a part of any of the above base sequences is deleted is a target protein or It is desirable that are properly coupled with the structural gene of Ripepuchido.
As a more specific secretion signal region, the base sequence of base numbers 1 to 93 of SEQ ID NO: 19 which is a lipase gene of Bacillus bacteria, or 70% or more, 80% or more or 90% or more homology to the base sequence More preferably 95% or more, still more preferably 96% or more, particularly preferably 97% or more, more particularly preferably 98% or more, and most preferably 99% or more from a nucleotide sequence having identity. It is desirable that the DNA fragment or the DNA fragment consisting of the base sequence from which any of the above base sequences is deleted is appropriately bound to the structural gene of the target protein or polypeptide.
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.
上記の目的タンパク質又はポリペプチド遺伝子を含むDNA断片と適当なプラスミドベクターを結合させた組換えプラスミドを、一般的な形質転換法によって本発明に係る微生物に取り込ませることによって、目的タンパク質又はポリペプチドを生産する組換え微生物を得ることができる。また、当該DNA断片に本発明に係る微生物のゲノムとの適当な相同領域を結合したDNA断片を用い、ゲノムに直接組み込むことによっても当該組換え微生物を得ることができる。
組換え微生物を用いた目的タンパク質又はポリペプチドの生産は、当該菌株を同化性の炭素源、窒素源、その他の必須成分を含む培地に接種し、通常の微生物培養法にて培養し、培養終了後、タンパク質又はポリペプチドを採取・精製することにより行えばよい。培地の成分・組成などは特に限定されないが、好ましくは、炭素源としてマルトース又はマルトオリゴ糖を含む培地を用いれば、より良い結果が得られる。
タンパク質、ポリペプチドの採取・精製は、例えば遠心分離又はろ過による組換え微生物の分離、上清又はろ液中のタンパク質やポリペプチドの硫酸アンモニウム等の塩を加えることによる沈殿、エタノール等の有機溶媒を加えることによる沈殿、限外ろ過膜等を用いた濃縮や脱塩、イオン交換又はゲルろ過等の各種クロマトグラフィーを用いた精製等の方法を用いて行うことができる。
By incorporating a recombinant plasmid in which a DNA fragment containing the above target protein or polypeptide gene and an appropriate plasmid vector are combined into a microorganism according to the present invention by a general transformation method, the target protein or polypeptide is obtained. Recombinant microorganisms to produce can be obtained. The recombinant microorganism can also be obtained by using a DNA fragment obtained by binding an appropriate homologous region with the genome of the microorganism according to the present invention to the DNA fragment and directly integrating it into the genome.
For production of the target protein or polypeptide using recombinant microorganisms, the strain is inoculated into a medium containing an assimilable carbon source, nitrogen source, and other essential components, cultured by a conventional microorganism culture method, and the culture is completed. Thereafter, the protein or polypeptide may be collected and purified. The components and composition of the medium are not particularly limited, but preferably better results can be obtained by using a medium containing maltose or malto-oligosaccharide as a carbon source.
For collection and purification of proteins and polypeptides, for example, separation of recombinant microorganisms by centrifugation or filtration, precipitation by adding salts such as ammonium sulfate of proteins and polypeptides in the supernatant or filtrate, and organic solvents such as ethanol Precipitation by adding, concentration using a ultrafiltration membrane or the like, desalting, ion exchange, purification using various chromatographies such as gel filtration, etc. can be used.
以上のように、本発明に係る溶菌抑制方法によれば、少なくとも1種のテイコ酸合成酵素関連遺伝子を発現抑制することで、その溶菌が有意に抑制された微生物を得ることができる。本発明に係る溶菌抑制方法は、例えば野生型と比較して溶菌しやすい微生物株に対して好適に用いることができ、当該微生物株の培養を長時間に亘って継続することを可能とする。このような微生物をタンパク質等の目的物質生産に用いる場合、個々の菌体の培養時間を長くできるため、物質の生産性を向上させうる。そのため、本発明に係る微生物は、タンパク質等の目的物質の製造に好適に用いることができる。 As described above, according to the method for inhibiting lysis according to the present invention, by suppressing the expression of at least one teichoic acid synthase-related gene, a microorganism in which the lysis is significantly inhibited can be obtained. The method for inhibiting lysis according to the present invention can be suitably used for, for example, a microbial strain that is more easily lysed than the wild type, and allows the culture of the microbial strain to be continued for a long time. When such a microorganism is used for production of a target substance such as protein, the culture time of each microbial cell can be lengthened, so that the productivity of the substance can be improved. Therefore, the microorganism according to the present invention can be suitably used for production of a target substance such as protein.
以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to this.
実施例1 Dpr9/PtagF株の構築
本実施例では、プロテアーゼ遺伝子9重欠失株(Dpr9株)を宿主として用い、枯草菌由来の細胞壁テイコ酸合成酵素関連遺伝子であるtagF遺伝子発現制御株(Dpr9/PtagF)の構築方法を示す。
表3に示したプライマーtagF-21F及びtagF+444Rを用いて、tagF遺伝子のSD配列を含む5’末端DNA断片(465bp)を枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、PCRにて増幅した後、制限酵素EcoRIおよびBamHIで処理した(DNA断片A)。一方、spacプロモーター配列を有するプラスミドpMutin4(Microbiology,144,3097-3104,(1998))を制限酵素EcoRI及びBamHIで処理した後、図1に示すように、このプラスミドにtagF遺伝子のDNA断片Aを挿入した。このプラスミドDNAを大腸菌JM109株に形質転換し、得られた組換えプラスミドDNAについて目的とするDNA断片Aが挿入されていることをシーケンスにて確認し、挿入が確認されたプラスミドをpM4PtagFとした(図1:pM4PtagF)。pM4PtagFをさらに大腸菌C600株に形質転換し、ポリマー化したプラスミドDNAを得た。ポリマー化したpM4PtagFを用いて、コンピテント法により枯草菌Dpr9株(特開2006-174707号公報の実施例1〜5において作製されたKao9株)の形質転換を行った。なお、枯草菌Dpr9株(Kao9株)は、プロテアーゼ遺伝子9重欠失株であり、枯草菌のaprE遺伝子、nprB遺伝子、nprE遺伝子、bpr遺伝子、vpr遺伝子、mpr遺伝子、epr遺伝子、wprA遺伝子及びaprX遺伝子の各遺伝子を欠損した枯草菌変異株である。形質転換後、エリスロマイシン(0.3μg/mL)および1mM IPTG(Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside)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のゲノムを抽出し、PCRによってtagF遺伝子の上流領域がtagF本来のプロモーター(tagD上流のプロモーターでtagDEFオペロンとして発現制御されている)からspacプロモーターに置換された目的の変異株(Dpr9/PtagF株)が構築できたことを確認した。以上のようにして、tagF遺伝子発現制御株(Dpr9/PtagF株)を構築した。
Example 1 Construction of Dpr9 / PtagF strain In this example, a protease gene 9-deficient strain (Dpr9 strain) was used as a host, and a tagF gene expression control strain (Dpr9), which is a cell wall teichoic acid synthase-related gene derived from Bacillus subtilis. / PtagF) is shown.
Using primers tagF-21F and tagF + 444R shown in Table 3, 5'-end DNA fragment (465 bp) containing the SD sequence of tagF gene was amplified by PCR using genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 strain as a template. Then, it was treated with restriction enzymes Eco RI and Bam HI (DNA fragment A). On the other hand, plasmid pMutin4 with spac promoter sequence (Microbiology, 144,3097-3104, (1998) ) was treated with restriction enzymes Eco RI and Bam HI, and as shown in FIG. 1, DNA fragments of tagF gene in this plasmid A was inserted. This plasmid DNA was transformed into Escherichia coli JM109 strain, and it was confirmed by sequence that the desired DNA fragment A was inserted into the obtained recombinant plasmid DNA, and the plasmid confirmed to be inserted was designated as pM4PtagF ( Figure 1: pM4PtagF). pM4PtagF was further transformed into Escherichia coli C600 strain to obtain polymerized plasmid DNA. Using the polymerized pM4PtagF, transformation of Bacillus subtilis Dpr9 strain (Kao9 strain prepared in Examples 1 to 5 of JP 2006-174707 A) was performed by a competent method. Bacillus subtilis Dpr9 strain (Kao9 strain) is a 9-deficient strain of protease gene, and aprE gene, nprB gene, nprE gene, bpr gene, vpr gene, mpr gene, epr gene, wprA gene and aprX of Bacillus subtilis It is a Bacillus subtilis mutant lacking each gene of the gene. After transformation, colonies grown on LB agar medium containing erythromycin (0.3 μg / mL) and 1 mM IPTG (Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside) were isolated as transformants. Extract the genome of the resulting transformant, and the target mutant strain in which the upstream region of tagF gene is replaced by the spac promoter from the original tagF promoter (expression of tagDEF operon is controlled by the tagD upstream promoter) by PCR. It was confirmed that (Dpr9 / PtagF strain) could be constructed. A tagF gene expression control strain (Dpr9 / PtagF strain) was constructed as described above.
実施例2 Dpr9/PtagF株の溶菌抑制
実施例1で作製したDpr9/PtagF株について、その溶菌抑制作用を調べた。
実施例1にて得られたDpr9/PtagF株及び対照として枯草菌Dpr9株をLB寒天培地(Dpr9/PtagF株を培養する場合は、0.3ppmエリスロマイシンおよび1mM IPTGを含む)に植菌し、37℃で8時間培養した。その後OD600nm=0.01になるように5mLのLB培地(Dpr9/PtagF株を培養する場合は、0.3ppmエリスロマイシンおよび0.4mM IPTGを含む)で一夜30℃で振盪培養を行い、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%NaCl、7/5%マルトース、7.5ppm硫酸マンガン4-5水和物)に接種し、30℃で2日間、振盪培養を行った。培養後、培養液の濁度をOD600nmにて測定し、各菌株における溶菌速度を比較した。結果を図3に示す。
Example 2 Inhibition of Bacterial Lysis of Dpr9 / PtagF Strain The Dpr9 / PtagF strain prepared in Example 1 was examined for its lysis inhibiting action.
The Dpr9 / PtagF strain obtained in Example 1 and the Bacillus subtilis strain Dpr9 as a control were inoculated into an LB agar medium (containing 0.3 ppm erythromycin and 1 mM IPTG when culturing the Dpr9 / PtagF strain), 37 The culture was performed at 0 ° C. for 8 hours. Thereafter, shake culture is performed overnight at 30 ° C. in 5 mL of LB medium (when Dpr9 / PtagF strain is cultured, containing 0.3 ppm erythromycin and 0.4 mM IPTG) so that OD600 nm = 0.01. 0.6 mL of the solution was inoculated into 30 mL of 2 × L-maltose medium (2% tryptone, 1% yeast extract, 1% NaCl, 7/5% maltose, 7.5 ppm manganese sulfate 4-5 hydrate), 30 Shaking culture was performed at 2 ° C. for 2 days. After culturing, the turbidity of the culture solution was measured at OD 600 nm, and the lysis rate in each strain was compared. The results are shown in FIG.
図3から明らかなように、Dpr9株では培養後35時間以降に培養液濁度が低下しており、溶菌が起こっている。それに対してIPTG非存在下におけるDpr9/PtagF株の培養液濁度は低下せず、溶菌が抑制されている。このことから、Dpr9/PtagF株においては、IPTG非存在下すなわちtagF遺伝子を発現しない条件下において溶菌抑制が可能であることが示された。 As is clear from FIG. 3, in the Dpr9 strain, the culture turbidity decreased after 35 hours from the culturing, and lysis occurred. In contrast, the culture turbidity of the Dpr9 / PtagF strain in the absence of IPTG did not decrease, and lysis was suppressed. This indicates that the Dpr9 / PtagF strain can suppress lysis in the absence of IPTG, that is, under the conditions where the tagF gene is not expressed.
実施例3 Dpr9/PtagF株の細胞壁溶解酵素(溶菌酵素)活性
実施例1にて得られたDpr9/PtagF株及び対照としてDpr9株を用い、それぞれの株において細胞壁溶解酵素(溶菌酵素)活性をザイモグラム解析(J.Bacteriol.,174,464,(1992);J.Bacteriol.,175,6260,(1993)参照)にて解析した。実施例2に示した培養方法に従って、これら菌株を培養し、細胞表層の溶菌酵素を調製し(FEMS Microbiol.Lett.,112,135-140(1993))、ザイモグラム解析に用いた。結果を図4に示す。
Example 3 Cell wall lytic enzyme (lytic enzyme) activity of the Dpr9 / PtagF strain Using the Dpr9 / PtagF strain obtained in Example 1 and the Dpr9 strain as a control, the cell wall lytic enzyme (lytic enzyme) activity in each strain was zymogram. Analysis (see J. Bacteriol., 174, 464, (1992); J. Bacteriol., 175, 6260, (1993)). According to the culture method shown in Example 2, these strains were cultured, and a lytic enzyme on the cell surface was prepared (FEMS Microbiol. Lett., 112, 135-140 (1993)) and used for zymogram analysis. The results are shown in FIG.
図4から明らかなように、Dpr9株では溶菌現象が確認された培養35時間後(図3参照)において複数の細胞壁溶解酵素活性が認められた。これに対して、IPTG非存在下におけるDpr9/PtagF株では、同時間帯における細胞壁溶解酵素活性が大幅に減少することが確認された。 As is clear from FIG. 4, in the Dpr9 strain, a plurality of cell wall lytic enzyme activities were observed 35 hours after culturing in which the lysis phenomenon was confirmed (see FIG. 3). On the other hand, in the Dpr9 / PtagF strain in the absence of IPTG, it was confirmed that the cell wall lytic enzyme activity significantly decreased in the same time zone.
実施例4 Dpr9/PtagF株の細胞壁中のテイコ酸量の測定
1.枯草菌のテイコ酸の調製
実施例1にて得られたDpr9/PtagF株及び対照として枯草菌Dpr9株をLB寒天培地(Dpr9/PtagF株を培養する場合は、0.3ppmエリスロマイシンおよび1mM IPTGを含む)に植菌し、37℃で8時間培養した。その後OD600nm=0.01になるように5mLのLB培地(Dpr9/PtagF株を培養する場合は、0.3ppmエリスロマイシンおよび0.4mM IPTGを含む)で一夜30℃で振盪培養を行い、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%NaCl、7/5%マルトース、7.5ppm硫酸マンガン4-5水和物)に接種し、30℃で2日間、振盪培養を行った。遠心分離(10000rpm,10min,20℃)にて培養液濁度の合計がOD3,000程度となるように集菌し、菌体を20mlの3M LiClで懸濁した。菌懸濁液を10分間煮沸処理した後、0.1mmサイズのガラスビーズを加えてホモジナイズ処理(NISSEI Ace Homogenizer AM-8使用)を行い、菌体の破砕を顕微鏡観察により確認した。その後、約1Lのイオン交換水を加え、上清を遠心分離し(KUBOTA KR-2000c ローター:RA-6使用、3000rpm,20min,4℃)、得られた上清をさらに遠心分離した(KUBOTA KR-2000c ローター:RA-3使用、12,000rpm,10min,4℃)。沈殿物を20mlのイオン交換水に懸濁した後、20mlの8%SDSを加え、10分間煮沸処理した。その後さらに遠心分離(KUBOTA KR-2000c ローター:RA-3使用、12,000rpm,10min,室温)し、沈殿物を10mlの1M NaClに懸濁し、遠心分離(KUBOTA KR-2000c ローター:RA-3使用、12,000rpm,10min,室温)した。上記条件で懸濁および遠心分離操作を5回程繰り返し、沈殿物の洗浄を行なった。さらに沈殿物を10mlのイオン交換水に5回ほど置換処理した後、2mlのイオン交換水に懸濁した。この細胞壁懸濁液を凍結乾燥し、粉末状の細胞壁を得た。
得られた細胞壁30mgを600μLの10%TCA(トリクロロ酢酸)に懸濁し、これを65℃で10時間以上インキュベートした後、遠心分離(KUBOTA KR-2000c ローター:RA-3使用、12,000rpm,20min,室温)し、上清画分を細胞壁テイコ酸サンプルとして分取した。さらに沈殿物を1400μLのイオン交換水で懸濁し、遠心分離後、この上清画分も細胞壁テイコ酸サンプルとして分取した。
Example 4 Measurement of teichoic acid content in cell wall of Dpr9 / PtagF strain Preparation of Teichoic Acid of Bacillus subtilis Dpr9 / PtagF strain obtained in Example 1 and Bacillus subtilis Dpr9 strain as a control include LB agar medium (when Dpr9 / PtagF strain is cultured, 0.3 ppm erythromycin and 1 mM IPTG are included) ) And cultured at 37 ° C. for 8 hours. Thereafter, shake culture is performed overnight at 30 ° C. in 5 mL of LB medium (when Dpr9 / PtagF strain is cultured, containing 0.3 ppm erythromycin and 0.4 mM IPTG) so that OD600 nm = 0.01. 0.6 mL of the solution was inoculated into 30 mL of 2 × L-maltose medium (2% tryptone, 1% yeast extract, 1% NaCl, 7/5% maltose, 7.5 ppm manganese sulfate 4-5 hydrate), 30 Shaking culture was performed at 2 ° C. for 2 days. The cells were collected by centrifugation (10000 rpm, 10 min, 20 ° C.) so that the total culture turbidity was about OD3,000, and the cells were suspended in 20 ml of 3M LiCl. After the bacterial suspension was boiled for 10 minutes, 0.1 mm-sized glass beads were added and homogenized (using NISSEI Ace Homogenizer AM-8), and disruption of the bacterial cells was confirmed by microscopic observation. Then, about 1 L of ion exchange water was added, the supernatant was centrifuged (KUBOTA KR-2000c rotor: using RA-6, 3000 rpm, 20 min, 4 ° C.), and the resulting supernatant was further centrifuged (KUBOTA KR -2000c rotor: using RA-3, 12,000 rpm, 10 min, 4 ° C). After suspending the precipitate in 20 ml of ion exchanged water, 20 ml of 8% SDS was added and the mixture was boiled for 10 minutes. Thereafter, further centrifugation (KUBOTA KR-2000c rotor: using RA-3, 12,000 rpm, 10 min, room temperature), the precipitate is suspended in 10 ml of 1M NaCl, and centrifuged (KUBOTA KR-2000c rotor: using RA-3). 12,000 rpm, 10 min, room temperature). Suspension and centrifugation operations were repeated about 5 times under the above conditions to wash the precipitate. Further, the precipitate was replaced with 10 ml of ion exchange water about 5 times, and then suspended in 2 ml of ion exchange water. This cell wall suspension was freeze-dried to obtain a powdered cell wall.
30 mg of the obtained cell wall was suspended in 600 μL of 10% TCA (trichloroacetic acid) and incubated at 65 ° C. for 10 hours or more, followed by centrifugation (KUBOTA KR-2000c rotor: using RA-3, 12,000 rpm, 20 min). ), And the supernatant fraction was collected as a cell wall teichoic acid sample. Further, the precipitate was suspended in 1400 μL of ion-exchanged water, and after centrifugation, this supernatant fraction was also collected as a cell wall teichoic acid sample.
2.細胞壁中のリン酸の定量
Dpr9/PtagF株及び対照としてDpr9株の細胞壁テイコ酸量を、リン酸量を指標として定量した。上記で得られた細胞壁テイコ酸サンプルについて、リン酸の定量をモリブデンブルー法(Microbiology,143,947-956,(1997)参照)に従い行なった。結果を表4に示す。
2. Determination of phosphate in cell walls
The cell wall teichoic acid amount of the Dpr9 / PtagF strain and the Dpr9 strain as a control were quantified using the phosphoric acid amount as an index. The cell wall teichoic acid sample obtained above was quantified for phosphoric acid according to the molybdenum blue method (see Microbiology, 143, 947-956, (1997)). The results are shown in Table 4.
表4から明らかなように、Dpr9株およびDpr9/PtagF株における、細胞壁1mgの当りのリン酸量は、それぞれ1.21nmol及び0.81nmolであった。すなわち、Dpr9/PtagF株の細胞壁中のテイコ酸量は、Dpr9株と比較して約3割減少していることが確認された。アミノ酸配列情報から、TagFタンパク質は細胞壁テイコ酸の構成成分であるグリセロールリン酸のポリマー化反応を触媒していると考えられる。Dpr9/PtagF株では、IPTG非存在下ではtagF遺伝子が発現していないため、細胞壁中に含まれるグリセロールリン酸量がtagF遺伝子を発現しているDpr9株と比較して低い値となった。 As is clear from Table 4, the amounts of phosphate per 1 mg of cell wall in the Dpr9 strain and Dpr9 / PtagF strain were 1.21 nmol and 0.81 nmol, respectively. That is, it was confirmed that the amount of teichoic acid in the cell wall of the Dpr9 / PtagF strain was reduced by about 30% compared to the Dpr9 strain. From the amino acid sequence information, TagF protein is considered to catalyze the polymerization reaction of glycerol phosphate, which is a constituent of cell wall teichoic acid. In the Dpr9 / PtagF strain, since the tagF gene was not expressed in the absence of IPTG, the amount of glycerol phosphate contained in the cell wall was lower than that in the Dpr9 strain expressing the tagF gene.
実施例5 リパーゼの生産
実施例1にて得られたDpr9/PtagF株及び対照として枯草菌Dpr9株を用い、それぞれの株に、バチルス エスピー(Bacillus sp.)KSM-S237株由来のアルカリセルラーゼ遺伝子(配列番号17(当該遺伝子によりコードされるタンパク質のアミノ酸配列を、配列番号18に示す))の転写開始制御領域及び翻訳開始制御プロモーター領域(配列番号17の塩基番号13〜578の領域)、枯草菌LipAのシグナルペプチド領域、LipAの成熟領域及びlipAのターミネーター部位(配列番号19の塩基番号1〜725の領域)をコードするDNA断片がシャトルベクターpHY300PLKのBamHIおよびXbaI制限酵素切断点に挿入された組換えプラスミドpHLApm(特開2009-038985号公報参照)を、コンピテント形質転換法によって導入した。これら菌株をそれぞれDpr9/PtagF(pHLApm)株およびDpr9(pHLApm)株と命名した。Dpr9/PtagF(pHLApm)株およびDpr9(pHLApm)株は15ppmテトラサイクリンを含むLB寒天培地(Dpr9/PtagF(pHLApm)株を培養する場合は、さらに0.3ppmエリスロマイシンおよび1mM IPTGを含む)に植菌し、37℃で8時間培養した。その後OD600nm=0.01になるように5mLの15ppmテトラサイクリンを含むLB培地(Dpr9/PtagF(pHLApm)株を培養する場合は、さらに0.3ppmエリスロマイシンおよび0.4 mM IPTGを含む)で一夜30℃で振盪培養を行い、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%NaCl、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。培養後、遠心分離によって菌体を除き、培養液上清中のリパーゼを電気泳動(SDS-PAGE)によって確認した。結果を図5に示す。
Example 5 Production of Lipase Using the Dpr9 / PtagF strain obtained in Example 1 and the Bacillus subtilis Dpr9 strain as a control, an alkaline cellulase gene derived from the Bacillus sp. KSM-S237 strain ( A transcription initiation control region and a translation initiation control promoter region (regions of base numbers 13 to 578 of SEQ ID NO: 17) of SEQ ID NO: 17 (the amino acid sequence of the protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 18), Bacillus subtilis A DNA fragment encoding the signal peptide region of LipA, the mature region of LipA and the terminator site of lipA (base region 1 to 725 of SEQ ID NO: 19) is inserted into the Bam HI and Xba I restriction enzyme cleavage points of shuttle vector pHY300PLK. The recombinant plasmid pHLApm (see JP-A-2009-038985) was introduced by a competent transformation method. These strains were designated as Dpr9 / PtagF (pHLApm) strain and Dpr9 (pHLApm) strain, respectively. The Dpr9 / PtagF (pHLApm) and Dpr9 (pHLApm) strains are inoculated in an LB agar medium containing 15 ppm tetracycline (when Dpr9 / PtagF (pHLApm) strains are cultured, 0.3 ppm erythromycin and 1 mM IPTG are further included). And cultured at 37 ° C. for 8 hours. Then, overnight at 30 ° C. in LB medium containing 5 mL of 15 ppm tetracycline (additional 0.3 ppm erythromycin and 0.4 mM IPTG when culturing Dpr9 / PtagF (pHLApm) strain) so that OD600 nm = 0.01. Then, 0.6 mL of this culture solution was added to 30 mL of 2 × L-maltose medium (2% tryptone, 1% yeast extract, 1% NaCl, 7/5% maltose, 7.5 ppm manganese sulfate 4-5 Hydrate, 15 ppm tetracycline) and shaking culture at 30 ° C. for 3 days. After culture, the cells were removed by centrifugation, and the lipase in the culture supernatant was confirmed by electrophoresis (SDS-PAGE). The results are shown in FIG.
図5から明らかなように、Dpr9/PtagF株では対照のDpr9株と比較して同等のリパーゼ生産性が認められた。すなわち、Dpr9株と比較しても、tagF遺伝子の発現抑制によってタンパク質の分泌生産に負の影響を及ぼすことはなく、tagF遺伝子が発現抑制されたDpr9/PtagF株もプロテアーゼ欠失株であるDpr9株と同様に、タンパク質生産に好適に用いることができると考えられる。 As is apparent from FIG. 5, the Dpr9 / PtagF strain showed the same lipase productivity as compared to the control Dpr9 strain. In other words, even when compared with the Dpr9 strain, suppression of the expression of the tagF gene does not negatively affect the secretory production of the protein, and the Dpr9 / PtagF strain in which the expression of the tagF gene is suppressed is also a protease-deficient strain. It is thought that it can be used suitably for protein production similarly to.
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