JP6221478B2 - Method for producing organic compound using microorganism having pentose utilization ability - Google Patents

Method for producing organic compound using microorganism having pentose utilization ability Download PDF

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本発明は、ペントース利用技術に関するものであり、微生物のペントース資化能を向上させる技術、その微生物を用いることによる効率的な有機化合物の製造技術に関するものである。   The present invention relates to a pentose utilization technique, and relates to a technique for improving the pentose assimilation ability of microorganisms and an efficient organic compound production technique using the microorganisms.

糖質系バイオマスを原料とした有機化合物の発酵生産プロセスは、広く利用されており、また前記プロセスを経て得られた生産物は、種々の工業原料として利用されている。
これら発酵生産プロセスの原料として使用される糖質系バイオマスとしては、サトウキビ、デンプン、テンサイ、とうもろこし、いも、キャッサバ、サトウカエデなどの可食原料に由来するものが挙げられる。
Fermentative production processes of organic compounds using saccharide-based biomass as raw materials are widely used, and products obtained through the processes are used as various industrial raw materials.
Examples of carbohydrate biomass used as raw materials for these fermentation production processes include those derived from edible raw materials such as sugarcane, starch, sugar beet, corn, potato, cassava, and sugar maple.

しかし、これらの可食原料由来の糖は、今後の世界人口増加による可食原料価格の高騰、および天候不順や気候変動による可食原料の供給不足といった懸念がある。また食料不足の際に、可食原料を食用用途と競合して工業原料に利用することに対する倫理上の批判等の懸念もある。そこで、このような懸念のない非可食原料に由来するセルロース系バイオマスの利用が注目されている。   However, these edible material-derived sugars have concerns that the price of edible materials will rise due to the future increase in the world population, and that the supply of edible materials will be insufficient due to bad weather and climate change. There are also concerns such as ethical criticism of using edible ingredients as industrial ingredients in competition with edible uses in the event of food shortages. Therefore, the use of cellulosic biomass derived from non-edible raw materials without such concerns has attracted attention.

セルロース系バイオマスは、農業廃棄物や木質廃棄物として多種多様かつ安価に入手可能であり、将来的な食料確保の障害とならない原料である。
セルロース系バイオマスは、セルロース、ヘミセルロース、リグニンなどから構成されており、セルロースはグルコース(ヘキソース)が、ヘミセルロースはキシロースやアラビノース等のペントースが主要成分となっている。セルロース系バイオマスを原料として有機化合物を効率的に発酵生産するためには、高効率なペントース利用技術が求められている。
Cellulosic biomass is a raw material that can be obtained in a wide variety and at low cost as agricultural waste and woody waste, and does not hinder future food security.
Cellulose biomass is composed of cellulose, hemicellulose, lignin, and the like, and cellulose is mainly composed of glucose (hexose), and hemicellulose is mainly composed of pentose such as xylose and arabinose. In order to efficiently fermentatively produce organic compounds using cellulosic biomass as a raw material, highly efficient pentose utilization technology is required.

特許文献1には、アラビノーストランスポーターAraEを導入したコリネ型細菌を用いることによってキシロース消費速度を向上させ、グルコースとの同時利用も向上させたことが記載されている。
非特許文献1には、コリネ型細菌において、グルコースの取り込み経路をイノシトール輸送体IolT1、IolT2を介した経路に改変することによって、コハク酸生産が向上し得ることが記載されている。
Patent Document 1 describes that by using a coryneform bacterium into which an arabinose transporter AraE is introduced, the xylose consumption rate is improved and the simultaneous use with glucose is also improved.
Non-Patent Document 1 describes that in coryneform bacteria, succinic acid production can be improved by modifying the glucose uptake pathway to a pathway via inositol transporters IolT1 and IolT2.

国際公開WO2009/154122号パンフレットInternational Publication WO2009 / 154122 Pamphlet

Bioeng Bugs.,2011,Sep−Oct 2(5),p291−5Bioeng Bugs. , 2011, Sep-Oct 2 (5), p291-5

しかしながら、特許文献1に記載の方法は、アラビノーストランスポーターAraEを導入することによってキシロース消費速度が向上し、グルコースとの同時利用の場合の生産効率も大きく向上するものの、生産に用いる微生物の増殖が悪化するという欠点を有することが本発明者らの検討により明らかとなった。
また、非特許文献1に記載の方法は、イノシトール輸送体IolT1、IolT2を介した経路でグルコースを取り込むことによって、コハク酸生産が向上し得ることは記載されているが、炭素源としてペントースを使用することに関して何ら記載されていない。
However, although the method described in Patent Document 1 improves the xylose consumption rate by introducing the arabinose transporter AraE and greatly improves the production efficiency in the case of simultaneous use with glucose, the growth of microorganisms used for production is improved. It has been clarified by examination of the present inventors that it has a defect of worsening.
In addition, although the method described in Non-Patent Document 1 describes that succinic acid production can be improved by incorporating glucose through a route via inositol transporters IolT1 and IolT2, pentose is used as a carbon source. There is no mention of what to do.

本発明の目的は、微生物の増殖の悪化を伴うことなく、微生物のペントース資化能を向上させること、さらには、微生物を用いることにより、ペントースを含有する有機原料から有機化合物をより効率よく製造することを可能とすることである。   The object of the present invention is to improve the pentose assimilation ability of microorganisms without deteriorating the growth of microorganisms, and more efficiently produce organic compounds from organic raw materials containing pentoses by using microorganisms. It is possible to do.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、有機化合物の製造に用いる微生物においてイノシトール輸送体をコードする遺伝子を導入し、あるいは、該遺伝子の発現を増強することにより、微生物の増殖の悪化を伴うことなく、ペントース資化能が向上することを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
[1]有機化合物生産能およびペントース資化能を有し、かつ、イノシトール輸送体をコードする遺伝子が導入され、または該遺伝子の発現が非誘導株もしくは非改変株と比較して増強された、微生物またはその処理物を、水性媒体中でペントースを含有する有機原料に作用させることにより有機化合物を生産させる工程を有することを特徴とする有機化合物の製造方法。
[2]前記微生物の、イノシトール輸送体をコードする遺伝子の発現を抑制する転写因子をコードする遺伝子の発現が非改変株と比較して低減されていることを特徴とする、[1]に記載の有機化合物の製造方法。
[3]前記微生物が、イノシトールを含有する有機原料の存在下で培養されたものであることを特徴とする[1]または[2]に記載の有機化合物の製造方法。
[4]前記水性媒体が、イノシトールを含有することを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
[5]前記ペントースがキシロースであり、かつ、前記微生物が、さらに、キシロースイソメラーゼをコードする遺伝子が導入され、もしくは該遺伝子の発現が増強されていることを特徴とする、[1]〜[4]のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
[6]前記微生物が、さらに、キシルロキナーゼをコードする遺伝子が導入され、または該遺伝子の発現が増強されていることを特徴とする[5]に記載の有機化合物の製造方法。
[7]有機化合物生産能およびペントース資化能を有し、かつ、イノシトール輸送体をコードする遺伝子が導入、または該遺伝子の発現が非誘導株または非改変株と比較して増強された微生物を、ペントースを含有する有機原料の存在下で培養することを特徴とする微生物の培養方法。
[8]前記微生物が、イノシトールを含有する有機原料の存在下で培養されたものであることを特徴とする、[7]に記載の微生物の培養方法。
[9]有機化合物生産能およびペントース資化能を有し、かつ、イノシトール輸送体をコードする遺伝子の発現が非改変株と比較して増強されたものであることを特徴とする、コリネ型細菌。
[10]イノシトール輸送体をコードする遺伝子の発現を抑制する転写因子をコードする遺伝子の発現が非改変株と比較して低減されたものであることを特徴とする、[9]に記載のコリネ型細菌。
[11]前記コリネ型細菌が、さらに、キシロースイソメラーゼ遺伝子が導入されたものであることを特徴とする、[9]または[10]に記載のコリネ型細菌。
[12]前記コリネ型細菌が、さらに、キシルロキナーゼ遺伝子が導入、または該遺伝子の発現が増強されたものであることを特徴とする、[11]に記載のコリネ型細菌。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have introduced a gene encoding an inositol transporter in a microorganism used for producing an organic compound, or by enhancing the expression of the gene. The inventors have found that the ability to assimilate pentose can be improved without deteriorating the growth of microorganisms, and have completed the present invention.
That is, according to the present invention, the following inventions are provided.
[1] An organic compound-producing ability and a pentose utilization ability, and a gene encoding an inositol transporter was introduced, or expression of the gene was enhanced as compared to a non-induced strain or a non-modified strain. A method for producing an organic compound, comprising a step of producing an organic compound by allowing a microorganism or a processed product thereof to act on an organic raw material containing pentose in an aqueous medium.
[2] The expression of a gene encoding a transcription factor that suppresses the expression of a gene encoding an inositol transporter of the microorganism is reduced as compared with an unmodified strain. A method for producing the organic compound.
[3] The method for producing an organic compound according to [1] or [2], wherein the microorganism is cultured in the presence of an organic raw material containing inositol.
[4] The method for producing an organic compound according to any one of [1] to [3], wherein the aqueous medium contains inositol.
[5] The pentose is xylose, and the microorganism is further introduced with a gene encoding xylose isomerase, or the expression of the gene is enhanced [1] to [4] ] The manufacturing method of the organic compound in any one of.
[6] The method for producing an organic compound according to [5], wherein a gene encoding xylulokinase is further introduced into the microorganism, or expression of the gene is enhanced.
[7] A microorganism having an ability to produce an organic compound and a pentose utilization capacity, and a gene encoding an inositol transporter is introduced, or the expression of the gene is enhanced as compared with a non-inducible strain or a non-modified strain. A method for culturing microorganisms, comprising culturing in the presence of an organic raw material containing pentose.
[8] The method for culturing a microorganism according to [7], wherein the microorganism is cultured in the presence of an organic raw material containing inositol.
[9] A coryneform bacterium having an organic compound producing ability and a pentose assimilating ability and enhanced expression of a gene encoding an inositol transporter compared to an unmodified strain .
[10] Coryne according to [9], wherein the expression of a gene encoding a transcription factor that suppresses the expression of a gene encoding an inositol transporter is reduced as compared with an unmodified strain. Type bacteria.
[11] The coryneform bacterium according to [9] or [10], wherein the coryneform bacterium is further introduced with a xylose isomerase gene.
[12] The coryneform bacterium according to [11], wherein the coryneform bacterium is further introduced with a xylulokinase gene or enhanced expression of the gene.

本発明により、増殖の悪化を伴うことなく、微生物のペントース資化能を向上させた微生物を提供することができる。
本発明により、増殖の悪化を伴うことなく、微生物のペントース資化能を向上させた微生物の培養方法を提供することができる。
このような本発明の微生物、または本発明の培養方法を用いることにより、ペントースを含有する有機原料から有機化合物をより効率よく製造することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a microorganism having an improved ability to assimilate the pentose without causing deterioration of growth.
According to the present invention, it is possible to provide a method for culturing a microorganism in which the pentose assimilation ability of the microorganism is improved without causing deterioration of growth.
By using such a microorganism of the present invention or a culture method of the present invention, an organic compound can be more efficiently produced from an organic raw material containing pentose.

実施例1〜3および比較例1で用いたプラスミドの構造を示す。The structure of the plasmid used in Examples 1-3 and Comparative Example 1 is shown. 実施例1〜3および比較例1で用いたプラスミドの構造を示す。The structure of the plasmid used in Examples 1-3 and Comparative Example 1 is shown. 実施例1〜3および比較例1で用いたプラスミドの構造を示す。The structure of the plasmid used in Examples 1-3 and Comparative Example 1 is shown. 実施例1〜3および比較例1で用いたプラスミドの構造を示す。The structure of the plasmid used in Examples 1-3 and Comparative Example 1 is shown. 実施例1〜3および比較例1で用いたプラスミドの構造を示す。The structure of the plasmid used in Examples 1-3 and Comparative Example 1 is shown. 実施例1〜3および比較例1で用いたプラスミドの構造を示す。The structure of the plasmid used in Examples 1-3 and Comparative Example 1 is shown. 実施例1〜3および比較例1で用いたプラスミドの構造を示す。The structure of the plasmid used in Examples 1-3 and Comparative Example 1 is shown. 実施例1〜3および比較例1で用いたプラスミドの構造を示す。The structure of the plasmid used in Examples 1-3 and Comparative Example 1 is shown. 実施例11のコハク酸生産評価の結果を示す。The result of succinic acid production evaluation of Example 11 is shown. 実施例12のコハク酸生産評価の結果を示す。The result of succinic acid production evaluation of Example 12 is shown. 実施例13のコハク酸生産評価の結果を示す。The result of succinic acid production evaluation of Example 13 is shown. 比較例5のコハク酸生産評価の結果を示す。The result of the succinic acid production evaluation of Comparative Example 5 is shown. 実施例1〜3および比較例1で作製した菌株の系統図を示す。The systematic diagram of the strain produced in Examples 1-3 and Comparative Example 1 is shown.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<本発明に用いる微生物またはその処理物>
本発明に用いる微生物は、有機化合物生産能およびペントース資化能を有する微生物であり、かつ、イノシトール輸送体をコードする遺伝子が導入され、もしくは該遺伝子の発現が非誘導株または非改変株と比較して増強された微生物である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<Microorganism used in the present invention or processed product thereof>
The microorganism used in the present invention is a microorganism having an organic compound producing ability and a pentose utilization ability, and a gene encoding an inositol transporter is introduced, or the expression of the gene is compared with a non-inducible strain or a non-modified strain. And enhanced microorganisms.

また、本発明では前記微生物の菌体の処理物を使用することもできる。微生物の処理物としては、例えば、微生物の菌体をアクリルアミド、カラギーナン等で固定化した固定化菌体、菌体を破砕した破砕物、その遠心分離上清、またはその上清を硫安処理等で部分精製した画分等が挙げられる。
本発明において、「有機化合物生産能」とは、微生物を培地中で培養したときに、該微生物が該培地中に有機化合物を生成蓄積することができることをいう。
Further, in the present invention, a processed product of the microorganism can be used. Examples of the processed microorganisms include, for example, immobilized microorganisms in which microorganisms are immobilized with acrylamide, carrageenan, etc., disrupted microorganisms, centrifuged supernatants thereof, or supernatants thereof by ammonium sulfate treatment, etc. Examples include partially purified fractions.
In the present invention, “organic compound-producing ability” means that when a microorganism is cultured in a medium, the microorganism can produce and accumulate an organic compound in the medium.

微生物が生産する有機化合物は、微生物が培地中に生成蓄積することができる有機化合物であれば限定されないが、具体的には、エタノール、プロパノール、ブタノール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、グリセロール、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール等のアルコール類;1,5−ペンタメチレンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン等のアミン類;酢酸、酪酸、グリコール酸、乳酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、ピルビン酸、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸、オキサロ酢酸、シス−アコニット酸、クエン酸、イソクエン酸、2−オキソグルタル酸、2−オキソイソ吉草酸、グルタル酸、イタコン酸、アジピン酸、レブリン酸、キナ酸、シキミ酸、アクリル酸、メタクリル等のカルボン酸類;アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、リジン、アルギニン、メチオニン、ヒスチジン、システイン、セリン、トレオニン、グルタミン酸、アスパラギン酸、グルタミン、アスパラギン、フェニルアラニン、チロシン、プロリン、トリプトファン等のアミノ酸類;フェノール、カテコール、ハイドロキノン等のフェノール類;安息香酸、4−ヒドロキシ安息香
酸、プロトカテク酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族カルボン酸類;イノシン、グアノシン等のヌクレオシド類、イノシン酸、グアニル酸等のヌクレオチド;イソブチレン、イソプレン、ブタジエン等の不飽和炭化水素化合物等が挙げられる。
The organic compound produced by the microorganism is not limited as long as the microorganism is an organic compound that can be produced and accumulated in the medium. Specifically, ethanol, propanol, butanol, 1,2-propanediol, 1,3- Alcohols such as propanediol, 1,3-butanediol, 2,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, glycerol, erythritol, xylitol, sorbitol; Amines such as 1,5-pentamethylenediamine and 1,6-hexamethylenediamine; acetic acid, butyric acid, glycolic acid, lactic acid, 3-hydroxypropionic acid, pyruvic acid, succinic acid, fumaric acid, malic acid, oxaloacetic acid, Cis-aconitic acid, citric acid, isocitric acid, 2-oxoglutaric acid, 2- Carboxylic acids such as xoisovaleric acid, glutaric acid, itaconic acid, adipic acid, levulinic acid, quinic acid, shikimic acid, acrylic acid, methacryl; alanine, valine, leucine, isoleucine, lysine, arginine, methionine, histidine, cysteine, serine Amino acids such as threonine, glutamic acid, aspartic acid, glutamine, asparagine, phenylalanine, tyrosine, proline, tryptophan; phenols such as phenol, catechol, hydroquinone; benzoic acid, 4-hydroxybenzoic acid, protocatechuic acid, phthalic acid, isophthalic acid Aromatic carboxylic acids such as acid and terephthalic acid; Nucleosides such as inosine and guanosine; Nucleosides such as inosinic acid and guanylic acid; Unsaturated hydrocarbons such as isobutylene, isoprene and butadiene Compounds, and the like.

これらの中でも、発酵生産として公知の方法を採用でき、かつ、樹脂原料として使用可能であることから、アルコール類、アミン類、カルボン酸類、フェノール類が好ましく、炭素数2〜10の脂肪族アルコール類や、炭素数2〜10の脂肪族カルボン酸類がより好ましい。中でも、発酵生産性の観点から、エタノール、ブタンジオール、コハク酸がさらに好ましい。   Among these, alcohols, amines, carboxylic acids, and phenols are preferable because known methods can be employed for fermentation production and can be used as resin raw materials, and aliphatic alcohols having 2 to 10 carbon atoms. In addition, aliphatic carboxylic acids having 2 to 10 carbon atoms are more preferable. Of these, ethanol, butanediol, and succinic acid are more preferable from the viewpoint of fermentation productivity.

ここで、有機化合物生産能を有する微生物は、本来的に有機化合物生産能を有する微生物であってもよいし、育種により有機化合物生産能を付与したものでもよい。
育種により有機化合物生産能を付与する手段としては、変異処理や遺伝子組換え処理などが挙げられ、有機化合物の生合成経路における酵素遺伝子の発現強化や副生物生合成経路における酵素遺伝子の発現低減など、公知の方法を採用することができる。例えば、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸等のカルボン酸生産能を付与する場合は、後述するようなラクテートデヒドロゲナーゼ活性を低減するような改変やピルビン酸カルボキシラーゼ活性を増強するような手段などが挙げられる。エタノール、ブタノール、ブタンジオール等のアルコール生産能を付与する場合は、後述するようなラクテートデヒドロゲナーゼ活性を低減するような改変やアルコールデヒドロゲナーゼ活性を増強するような手段などが挙げられる。
Here, the microorganism having an organic compound-producing ability may be a microorganism that inherently has an organic compound-producing ability, or may be one imparted with an organic compound-producing ability by breeding.
Examples of means for imparting organic compound-producing ability by breeding include mutation treatment and gene recombination treatment. Enhancing the expression of enzyme genes in the biosynthesis pathway of organic compounds and reducing the expression of enzyme genes in the byproduct biosynthesis pathway Any known method can be employed. For example, in the case of imparting the ability to produce carboxylic acids such as succinic acid, fumaric acid, malic acid, such modifications as described below for reducing lactate dehydrogenase activity and means for enhancing pyruvate carboxylase activity are included. . In the case of imparting alcohol-producing ability such as ethanol, butanol, butanediol and the like, modifications such as those described below that reduce lactate dehydrogenase activity and means for enhancing alcohol dehydrogenase activity are included.

本発明において、「ペントース資化能」とは、微生物がペントースを炭素源として利用し、増殖または有機化合物生産することができることをいう。
微生物が炭素源として利用するペントースは、炭素源として利用可能であれば特に限定されない。具体例としては、キシロース、アラビノース、リボース、リキソース等のアルドペントース類、リブロース、キシルロース等のケトペントース等が挙げられる。
In the present invention, “pentose assimilation ability” means that a microorganism can use pentose as a carbon source to proliferate or produce an organic compound.
The pentose that a microorganism uses as a carbon source is not particularly limited as long as it can be used as a carbon source. Specific examples include aldopentoses such as xylose, arabinose, ribose and lyxose, and ketopentoses such as ribulose and xylulose.

これらの中でも、アルドペントース類が好ましく、非可食原料として利用されるヘミセルロース系バイオマスに含まれるキシロース、アラビノースがより好ましい。中でも、ヘミセルロース系バイオマス中の含有量が多いキシロースが特に好ましい。
ここで、ペントース資化能を有する微生物は、本来的にペントース資化能を有する微生物であってもよいし、育種によりペントース資化能を付与したものでもよい。
Among these, aldopentoses are preferable, and xylose and arabinose contained in hemicellulose-based biomass used as a non-edible raw material are more preferable. Especially, xylose with much content in hemicellulose biomass is especially preferable.
Here, the microorganism having the pentose utilization ability may be a microorganism that originally has the pentose utilization ability, or may be one that has been imparted with a pentose utilization ability by breeding.

育種によりペントース資化能を付与する手段としては、遺伝子組換え処理などが挙げられ、ペントース代謝経路の酵素遺伝子を導入するなどの公知の方法を採用することができる。例えば、キシロース資化能を付与する場合は、後述するようなキシロースイソメラーゼ遺伝子を導入する方法、またはキシロースリダクターゼ遺伝子およびキシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子を導入する方法などが挙げられる。アラビノース資化能を付与する場合は、後述するようなアラビノースイソメラーゼ遺伝子およびリブロキナーゼ遺伝子およびリブロース5リン酸エピメラーゼ遺伝子を導入する方法などが挙げられる。   Examples of means for imparting pentose assimilation ability by breeding include gene recombination treatment, and a known method such as introducing an enzyme gene of the pentose metabolic pathway can be employed. For example, when imparting xylose utilization ability, a method of introducing a xylose isomerase gene as described later, a method of introducing a xylose reductase gene and a xylitol dehydrogenase gene, and the like can be mentioned. In the case of imparting arabinose assimilation ability, a method of introducing an arabinose isomerase gene, a librokinase gene, and a ribulose 5-phosphate epimerase gene as described later can be used.

本発明で用いる微生物は、有機化合物生産能およびペントース資化能を有する微生物であれば特に限定されないが、コリネ型細菌、大腸菌、アナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌、アクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌、マンヘミア(Mannheimia)属細菌、バスフィア(Basfia)属細菌、ザイモモナス(Zymomonas)属細菌、ザイモバクター(Zymobacter)属細菌、糸状菌、および酵母菌からなる群より選択される微生物であることが好ましい。   The microorganism used in the present invention is not particularly limited as long as it has organic compound-producing ability and pentose utilization ability, but coryneform bacteria, Escherichia coli, Anaerobiospirillum bacteria, Actinobacillus genus bacteria Preferably, the microorganism is selected from the group consisting of a bacterium belonging to the genus Mannheimia, a genus Basfia, a bacterium belonging to the genus Zymomonas, a bacterium belonging to the genus Zymomobacter, a filamentous fungus, and a yeast.

その中でも、コリネ型細菌、大腸菌、アナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌、アクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌、マンヘミア(Mannheimia)属細菌、バスフィア(Basfia)属細菌、糸状菌、および酵母菌からなる群より選ばれる少なくとも1つが好ましく、より好ましくはコリネ型細菌、大腸菌、酵母菌であり、特に好ましくはコリネ型細菌である。   Among them, the group consisting of coryneform bacteria, Escherichia coli, Anaerobiospirillum genus bacteria, Actinobacillus genus bacteria, Mannheimia genus bacteria, Basfia genus bacteria, filamentous fungi, and yeasts At least one selected from these is preferable, more preferably coryneform bacteria, Escherichia coli, and yeast, and particularly preferably coryneform bacteria.

上記コリネ型細菌は、これに分類されるものであれば特に制限されないが、コリネバクテリウム属に属する細菌、ブレビバクテリウム属に属する細菌、アースロバクター属に属する細菌などが挙げられ、このうち好ましくは、コリネバクテリウム属、ブレビバクテリウム属に属するものが挙げられ、更に好ましくは、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamikum)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)またはブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)に分類される細菌である。   The coryneform bacterium is not particularly limited as long as it is classified as such, and examples include bacteria belonging to the genus Corynebacterium, bacteria belonging to the genus Brevibacterium, bacteria belonging to the genus Arthrobacter, and the like. Preferred are those belonging to the genus Corynebacterium and Brevibacterium, and more preferred are Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, Brevibacterium ammoniagenes ( Bacteria classified as Brevibacterium lactofermentum or Brevibacterium lactofermentum A.

本発明で使用可能なコリネ型細菌の特に好ましい具体例としては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233(FERM BP−1497)、同MJ−233 AB−41(FERM BP−1498)、ブレビバクテリウム・アンモニアゲネスATCC6872、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC31831、およびブレビバクテリウム・ラクトファーメンタムATCC13869等が挙げられる。なお、ブレビバクテリウム・フラバムは、現在、コリネバクテリウム・グルタミカムに分類される場合もあることから(Lielbl W, Ehrmann M, Ludwig W, Schleifer KH, Int J Syst Bacteriol., 1991, Vol.41, p255−260)、本発明においては、ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株、およびその変異株MJ−233 AB−41株はそれぞれ、コリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株およびMJ−233 AB−41株と同一の株とする。   Particularly preferred specific examples of coryneform bacteria that can be used in the present invention include Brevibacterium flavum MJ-233 (FERM BP-1497), MJ-233 AB-41 (FERM BP-1498), Brevibacterium Ammonia Genes ATCC 6872, Corynebacterium glutamicum ATCC 31831, Brevibacterium lactofermentum ATCC 13869 and the like. Brevibacterium flavum is currently sometimes classified as Corynebacterium glutamicum (Lielbl W, Ehrmann M, Ludwig W, Schleiffer KH, Int J Systact Bacteriol., 1991, Vol. 41). p255-260), in the present invention, the Brevibacterium flavum MJ-233 strain and its mutant MJ-233 AB-41 are respectively Corynebacterium glutamicum MJ-233 and MJ-233 AB-41. The same stock as the stock.

上記ブレビバクテリウム・フラバムMJ−233は、1975年4月28日に通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所(現独立行政法人 産業技術総合研究所 特許生物寄託センター)(〒305−8566 日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に受託番号FERM P−3068として寄託され、1981年5月1日にブダペスト条約に基づく国際寄託に移管され、FERM BP−1497の受託番号で寄託されている。   The above-mentioned Brevibacterium flavum MJ-233 was founded on April 28, 1975 at the Institute of Microbial Technology of the Ministry of International Trade and Industry (currently National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center) (〒305-8856 Japan) No. 1 in Higashi 1-chome, 1-chome, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture, Japan, with deposit number FERM P-3068, transferred to an international deposit based on the Budapest Treaty on May 1, 1981, under the deposit number of FERM BP-1497 It has been deposited.

本発明で使用可能な大腸菌としては、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)等が挙げられる。
本発明で使用可能なアナエロビオスピリラム(Anaerobiospirillum)属細菌としては、アナエロビオスピリラム・サクシニシプロデュセン(Anaerobiospirillum succiniciproducens)等が挙げられる
本発明で使用可能なアクチノバチルス(Actinobacillus)属細菌としては、アクチノバチルス・サクシノジェネス(Actinobacillus succinogenes)等が挙げられる。
Examples of E. coli that can be used in the present invention include Escherichia coli.
Examples of bacteria belonging to the genus Anaerobiospirillum that can be used in the present invention include Anaerobiospirillum succiniciprodusens, etc. Actinobacilli that can be used in the present invention (Actinobactus) Actinobacillus succinogenes and the like.

本発明で使用可能なマンヘミア(Mannheimia)属細菌としては、バスフィア・サクシニシプロデュセン(Mannheimia succiniciproducens)等が挙げられる。
本発明で使用可能なバスフィア(Basfia)属細菌としては、バスフィア・サクシニシプロデュセン(Basfia succiniciproducens)等が挙げられる。
Examples of the bacterium belonging to the genus Mannheimia that can be used in the present invention include basin succinici producers.
Examples of the bacterium belonging to the genus Basfia that can be used in the present invention include Basfia succiniciproducens.

本発明で使用可能なザイモモナス(Zymomonas)属細菌としては、ザイモモナス・モビリス(Zymomonas mobyis)等が挙げられる。
本発明で使用可能なザイモバクター(Zymobacter)属細菌としては、ザイモバクター・パルメ(Zymobacter palmae)等が挙げられる。
本発明で使用可能な糸状菌としては、Aspergillus属、Penicillium属、Rhizopus属等が挙げられる。このうち、Aspergillus属では、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、アスペルギルス・オリゼー(Aspergillus oryzae)等が挙げられ、Penicillium属では、ペニシリウム・クリソゲナム(Penicillium chrysogenum)、ペニシリウム・シンプリシシマム(Penicillium simplicissimum)等が挙げられる。また、Rhizopus属では、リゾパス・オリゼー(Rhizopus oryzae)等が挙げられる。
Examples of the genus Zymomonas that can be used in the present invention include Zymomonas mobilis.
Examples of the genus Zymobacter that can be used in the present invention include Zymobacter palmae.
Examples of filamentous fungi that can be used in the present invention include Aspergillus, Penicillium, and Rhizopus. Among these, Aspergillus niger (Aspergillus oryzae) and the like are Aspergillus niger (Aspergillus oryzae) and the like, and Penicillium chrysogenum (Pencillium chrysogenium and Penicillium crisiumum lysilis) are included in the genus Aspergillus. . In the genus Rhizopus, Rhizopus oryzae and the like can be mentioned.

本発明で使用可能な酵母菌としては、サッカロミセス属(Saccharomyces)、シゾサッカロミセス属(Shizosaccharomyces)、カンジダ属(Candida)、ピキア属(Pichia)、クルイウェロマイセス属(Kluyveromyces)、ヤロウィア属(Yarrowia)、チゴサッカロミセス属(Zygosaccharomyces)が挙げられる。   Examples of yeasts that can be used in the present invention include Saccharomyces, Shizosaccharomyces, Candida, Pichia, Kluyveromyces (Kluyveromyces), Yarrowia), Zygosaccharomyces.

上記サッカロミセス属(Saccharomyces)としては、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロミセス・ウバラム(Saccharomyces uvarum)、サッカロミセス・バイアヌス(Saccharomyces bayanus)等が挙げられる。
上記シゾサッカロミセス属(Shizosaccharomyces)としては、シゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等が挙げられる。
Examples of the genus Saccharomyces include Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces uvarum, and Saccharomyces bayanmys.
Examples of the genus Shizosaccharomyces include Schizosaccharomyces pombe.

上記カンジダ属(Candida)としては、カンジダ・アルビカンス(Candida albicans)、カンジダ・ソノレンシス(Candida sonorensis)、カンジダ・グラブラタ(Candida glabrata)等が挙げられる。上記ピキア属(Pichia)としては、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)、ピキア・スティピティス(Pichia stipitis)等が挙げられる。   Examples of the genus Candida include Candida albicans, Candida sonorensis, Candida glabrata, and the like. Examples of the Pichia genus include Pichia pastoris and Pichia stipitis.

上記クルイウェロマイセス属(Kluyveromyces)としては、クルイウェロマイセス・ラクティス(Kluyveromyces lactis)、クルイウェロマイセス・マルキシアヌス(Kluyveromyces marxianus)、クルイウェロマイセス・サーモトレランス(Kluyveromyces thermotolerans)等が挙げられる。   Examples of the genus Kluyveromyces include Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces marxianus, Kluyveromyces thermotolerance (Kluyveromyces thermotolerance (Kluyveromyces thermotolerance). Is mentioned.

上記ヤロウィア属(Yarrowia)としては、ヤロウィア・リポリティカ(Yarrowia lipolytica)等が挙げられる。
上記チゴサッカロミセス属(Zygosaccharomyces)としては、チゴサッカロミセス・バイリイ(Zygosaccharomyces bailii)、チゴサッカロミセス・ロウキシ(Zygosaccharomyces rouxii)等が挙げられる。
Examples of the genus Yarrowia include Yarrowia lipolytica.
Examples of the genus Zygosaccharomyces include Zygosaccharomyces bailii and Zygosaccharomyces rouxii.

上記微生物は、野生株だけでなく、UV照射やNTG処理等の通常の変異処理により得られる変異株、細胞融合若しくは遺伝子組換え法などの遺伝学的手法により誘導される組
換え株などのいずれの株であってもよい。
本発明に用いる微生物は、上述したように有機化合物生産能およびペントース資化能を有する株に、後述するようにイノシトール輸送体をコードする遺伝子を導入すること、または該遺伝子の発現が増強するように誘導または改変することによって得ることができる。
The microorganism is not only a wild strain, but also a mutant strain obtained by a normal mutation treatment such as UV irradiation or NTG treatment, a recombinant strain induced by a genetic technique such as cell fusion or gene recombination. Or a stock of
As described above, the microorganism used in the present invention introduces a gene encoding an inositol transporter into a strain having an organic compound producing ability and a pentose utilization ability, as described later, or the expression of the gene is enhanced. Can be obtained by induction or modification.

本発明において、「イノシトール輸送体(以下、「IolT」と称することがある。)」とは、イノシトールを細胞内に取り込む活性を有するタンパク質をいい、このタンパク質をコードする遺伝子を導入、または該遺伝子の発現を増強することによって、ペントース資化能を向上させることができる。
イノシトールを細胞内に取り込む活性は、公知の方法、例えばKringsらの方法(Krings E,Krumbach K,Bathe B,Kelle R,Wendisch VF,Sahm H,Eggeling L, J Bacteriol.,
2006, Vol.188(23), p8054−61)により、イノシトール取り込み活性を測定することによって確認することができる。
In the present invention, the “inositol transporter (hereinafter sometimes referred to as“ IolT ”)” refers to a protein having an activity of taking inositol into a cell, and a gene encoding this protein is introduced, or the gene By enhancing the expression of pentose, pentose utilization ability can be improved.
The activity of incorporating inositol into cells is determined according to a known method, for example, the method of Krings et al.
2006, Vol. 188 (23), p8054-61), which can be confirmed by measuring inositol uptake activity.

本発明における「IolTをコードする遺伝子(以下、iolT遺伝子とも呼ぶ)」としては、イノシトール輸送体をコードし、その発現を増強させることにより、ペントース資化能を向上させることができる遺伝子である限り特に限定されないが、例えば、コリネ型細菌由来のiolT1遺伝子やiolT2遺伝子、大腸菌由来のiolT遺伝子、枯草菌由来のiolT遺伝子やiolF遺伝子、酵母由来のITR1遺伝子等が挙げられる。中でも、コリネ型細菌由来のiolT1遺伝子またはiolT2遺伝子が好ましく、配列番号1、配列番号2に示す塩基配列を含むコリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株由来の遺伝子がより好ましい(以下、それぞれiolT1遺伝子、iolT2遺伝子とも呼ぶ)。   The “gene encoding IolT (hereinafter also referred to as iolT gene)” in the present invention is a gene that encodes the inositol transporter and enhances its expression, thereby improving the pentose utilization ability. Although not particularly limited, for example, iolT1 gene and iolT2 gene derived from coryneform bacteria, iolT gene derived from E. coli, iolT gene and iolF gene derived from Bacillus subtilis, ITR1 gene derived from yeast, and the like can be mentioned. Among these, the iolT1 gene or iolT2 gene derived from coryneform bacteria is preferable, and genes derived from Corynebacterium glutamicum MJ-233 strains containing the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 are more preferable (hereinafter referred to as iolT1 gene, also called the iolT2 gene).

これらの遺伝子は、上記塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA、または上記塩基配列と90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上の相同性を有するDNAのようなホモログであってもよい。ここで、ストリンジェントな条件としては、通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件である60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、60℃、0.1×SSC、0 .
1% SDSに相当する塩濃度でハイブリダイズする条件が挙げられる。
These genes are DNAs that hybridize with DNA having the above base sequence under stringent conditions, or DNAs having 90% or more, preferably 95% or more, and more preferably 99% or more homology with the above base sequence. Such a homologue may be used. Here, the stringent conditions are 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 60 ° C., 0.1 × SSC, 0.
Examples include conditions for hybridizing at a salt concentration corresponding to 1% SDS.

さらに、iolT1遺伝子、iolT2遺伝子は、イノシトール取り込み活性を有し、ペントース資化能を向上させられる限り、それぞれ配列番号3、配列番号4に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、または付加を含むアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。ここで、数個とは、通常2個以上であり、一方、通常20個以下、好ましくは10個以下、より好ましくは5個以下であることを意味する。   Furthermore, as long as the iolT1 gene and the iolT2 gene have inositol uptake activity and can improve the pentose utilization ability, substitution or deletion of one or several amino acids in the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4 respectively. It may be a gene encoding a protein having an amino acid sequence including deletion, insertion, or addition. Here, the term “several” means usually 2 or more, and usually 20 or less, preferably 10 or less, more preferably 5 or less.

本発明において、「iolT遺伝子を導入する」とは、野生株などの非改変株を親株として、この遺伝子が導入されていることをいう。iolT遺伝子を導入する手段としては、例えば、iolT遺伝子を用いた遺伝子組換え法などにより、野生株や親株などの菌株を改変することによって行うことができる。具体的には、iolT遺伝子をコードする遺伝子を含むベクターで形質転換すること、または相同組換え法によって染色体上に該遺伝子を導入することなどが挙げられる。なお、iolT遺伝子の導入にあたっては、異なる微生物、動植物由来のiolT遺伝子や由来は同じだが異なるiolT遺伝子、例えば、コリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株由来のiolT1遺伝子とiolT2遺伝子など、複数種類のiolT遺伝子を用いてもよい。   In the present invention, “introducing the iolT gene” means that this gene has been introduced using an unmodified strain such as a wild strain as a parent strain. As a means for introducing the iolT gene, for example, a wild-type strain or a parent strain can be modified by a genetic recombination method using the iolT gene. Specific examples include transformation with a vector containing a gene encoding the iolT gene, or introduction of the gene onto a chromosome by homologous recombination. In introducing the iolT gene, a plurality of types of iolT, such as iolT genes derived from different microorganisms, animals and plants, or the same but different iolT genes, for example, the iolT1 gene and the iolT2 gene derived from Corynebacterium glutamicum MJ-233 strain, etc. Genes may be used.

微生物または動植物由来のiolT遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてイノシトール取り込み活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。   The iolT gene derived from microorganisms or animals and plants is isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc., and the nucleotide sequence is determined based on the genes whose homology has already been determined, genes encoding proteins having inositol uptake activity, etc. Can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

上記のようにして単離されたiolT遺伝子を公知の発現ベクターに発現可能に挿入することにより、IolT発現ベクターが提供される。この発現ベクターで形質転換することにより、iolT遺伝子が導入された株を得ることができる。あるいは、相同組換えなどによって、宿主微生物の染色体DNAにIolTをコードするDNAを発現可能に組み込むことによってもiolT遺伝子が導入された株を得ることができる。なお、形質転換、相同組換えは当業者に知られた通常の方法に従って行うことができる。   By inserting the iolT gene isolated as described above into a known expression vector so as to allow expression, an IolT expression vector is provided. By transforming with this expression vector, a strain into which the iolT gene has been introduced can be obtained. Alternatively, a strain into which the iolT gene has been introduced can also be obtained by incorporating DNA encoding IolT into the chromosomal DNA of the host microorganism so that it can be expressed by homologous recombination. Note that transformation and homologous recombination can be performed according to ordinary methods known to those skilled in the art.

染色体上またはプラスミド上にiolT遺伝子を導入する場合には、適当なプロモーターを該遺伝子の5’−側上流に、より好ましくはターミネーターを3’−側下流にそれぞれ組み込む。このプロモーターおよびターミネーターとしては、宿主として利用する微生物中において機能することが知られているプロモーターおよびターミネーターであれば特に限定されず、iolT遺伝子自身のプロモーターおよびターミネーターであってもよいし、他のプロモーターおよびターミネーターに置換してもよい。これら各種微生物において利用可能なベクター、プロモーターおよびターミネーターなどに関しては、例えば「微生物学基礎講座8遺伝子工学・共立出版」などに詳細に記述されている。   When the iolT gene is introduced onto a chromosome or a plasmid, an appropriate promoter is incorporated upstream of the gene on the 5'-side, more preferably a terminator is incorporated downstream of the 3'-side. The promoter and terminator are not particularly limited as long as the promoter and terminator are known to function in a microorganism used as a host, and may be the promoter and terminator of the iolT gene itself or other promoters. And a terminator. Vectors, promoters and terminators that can be used in these various microorganisms are described in detail in, for example, “Basic Course of Microbiology 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Shuppan”.

以下、コリネ型細菌においてiolT遺伝子を導入する方法について説明する。コリネ型細菌を使用する場合、iolT遺伝子を含むDNA断片を、コリネ型細菌内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子を含むプラスミドベクターに導入することにより、コリネ型細菌内でiolT遺伝子の発現が可能な組換えプラスミドを得ることができる。該組み換えベクターで、コリネ型細菌、例えばコリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株を形質転換することにより、iolT遺伝子が導入されたコリネ型細菌が得られる。形質転換は、例えば、電気パルス法(Vertes AA, Inui M, Kobay
ashi M, Kurusu Y, Yukawa H, Res. Microbiol., 1993, Vol.144(3), p181−185)等によって行うことができる。
Hereinafter, a method for introducing the iolT gene in coryneform bacteria will be described. When a coryneform bacterium is used, the iolT gene can be expressed in the coryneform bacterium by introducing a DNA fragment containing the iolT gene into a plasmid vector containing a gene that controls the replication and replication function of the plasmid in the coryneform bacterium. Recombinant plasmids can be obtained. By transforming a coryneform bacterium, for example, Corynebacterium glutamicum MJ-233 strain, with this recombinant vector, a coryneform bacterium into which the iolT gene has been introduced can be obtained. Transformation can be performed, for example, by the electric pulse method (Vertes AA, Inui M, Kobay
ashi M, Kurusu Y, Yukawa H, Res. Microbiol. , 1993, Vol. 144 (3), p181-185).

コリネ型細菌に遺伝子を導入することができるプラスミドベクターとしては、コリネ型細菌内での複製増殖機能を司る遺伝子を少なくとも含むものであれば特に制限されない。その具体例としては、例えば、特開平3−210184号公報に記載のプラスミドpCRY30;特開平2−72876号公報および米国特許5,185,262号明細書公報に記載のプラスミドpCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KE、およびpCRY3KX;特開平1−191686号公報に記載のプラスミドpCRY2およびpCRY3;特開昭58−67679号公報に記載のpAM330;特開昭58−77895号公報に記載のpHM1519;特開昭58−192900号公報に記載のpAJ655、pAJ611、およびpAJ1844;特開昭57−134500号公報に記載のpCG1;特開昭58−35197号公報に記載のpCG2;特開昭57−183799号公報に記載のpCG4およびpCG11等を挙げることができる。それらの中でもコリネ型細菌の宿主−ベクター系で用いられるプラスミドベクターとしては、コリネ型細菌内でプラスミドの複製増殖機能を司る遺伝子とコリネ型細菌内でプラスミドの安定化機能を司る遺伝子とを有するものが好ましく、例えば、プラスミドpCRY30、pCRY21、pCRY2KE、pCRY2KX、pCRY31、pCRY3KE、およびpCRY3KX等が好適に使用される。   A plasmid vector capable of introducing a gene into a coryneform bacterium is not particularly limited as long as it contains at least a gene that controls the replication and proliferation function in the coryneform bacterium. Specific examples thereof include, for example, plasmid pCRY30 described in JP-A-3-210184; plasmids pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX described in JP-A-2-72876 and US Pat. No. 5,185,262. pCRY31, pCRY3KE, and pCRY3KX; plasmids pCRY2 and pCRY3 described in JP-A-1-191686; pAM330 described in JP-A-58-67679; pHM1519 described in JP-A-58-77895; PAJ655, pAJ611, and pAJ1844 described in JP-A-58-192900; pCG1 described in JP-A-57-134500; pCG2 described in JP-A-58-35197; JP-A-57-183799 Recorded in pCG4 and pCG11, etc. can be mentioned. Among them, plasmid vectors used in the host-vector system of coryneform bacteria have a gene responsible for the replication and replication function of the plasmid in coryneform bacteria and a gene responsible for the plasmid stabilization function in coryneform bacteria. For example, plasmids pCRY30, pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE, and pCRY3KX are preferably used.

上記組み換えプラスミドまたは染色体上への組み込みにおいて、iolT遺伝子を発現させるためのプロモーターはコリネ型細菌において機能するものであればいかなるプロモーターであってもよく、用いるiolT遺伝子自身のプロモーターであってもよい。プロモーターを適宜選択することによっても、iolT遺伝子の発現量の調節が可能である。以上、コリネ型細菌を用いる例を述べたが、他の細菌を用いる場合も同様の方法によってiolT遺伝子の導入を達成することができる。   In the integration into the above recombinant plasmid or chromosome, the promoter for expressing the iolT gene may be any promoter as long as it functions in coryneform bacteria, and may be the promoter of the iolT gene itself used. The expression level of the iolT gene can also be adjusted by appropriately selecting a promoter. As mentioned above, although the example using a coryneform bacterium was described, the introduction of the iolT gene can be achieved by the same method also when using other bacteria.

本発明において、「iolT遺伝子の発現を増強する」とは、野生株や親株などの非誘導株または非改変株と比較して、この遺伝子の発現が増強されていることをいう。iolT遺伝子の発現は、非誘導株または非改変株と比較して、1.5倍以上増強されていることが好ましく、3倍以上増強されていることがより好ましい。
iolT遺伝子の発現が増強されたことは、ノーザンハイブリダイゼーションや定量PCRなどによってmRNAの量を測定することなどによって確認することができる。
In the present invention, “enhance the expression of ioI T gene” means that the expression of this gene is enhanced as compared to a non-inducible strain or a non-modified strain such as a wild strain or a parent strain. The expression of the iolT gene is preferably enhanced by 1.5 times or more, more preferably enhanced by 3 times or more compared to the non-inducible strain or the non-modified strain.
The enhanced expression of the iolT gene can be confirmed by measuring the amount of mRNA by Northern hybridization or quantitative PCR.

iolT遺伝子の発現を増強する方法としては、例えば、親株を変異剤によって処理する方法、iolT遺伝子のコピー数を高める方法、iolT遺伝子のプロモーターを改変する方法、iolT遺伝子の発現を抑制する転写因子をコードする遺伝子の発現を低減する方法、イノシトールを含有する有機原料を用いて培養することによってiolT遺伝子の発現を誘導する方法などが挙げられる。なお、iolT遺伝子の発現増強にあたっては、異なる微生物、動植物由来のiolT遺伝子や由来は同じだが異なるiolT遺伝子、例えば、コリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株由来のiolT1遺伝子とiolT2遺伝子など、複数種類のiolT遺伝子を用いてもよい。さらに、上記iolT遺伝子の発現を増強する方法を複数組み合わせてもよい。   Methods for enhancing the expression of the iolT gene include, for example, a method of treating the parent strain with a mutagen, a method of increasing the copy number of the iolT gene, a method of modifying the promoter of the iolT gene, and a transcription factor that suppresses the expression of the iolT gene. Examples thereof include a method for reducing the expression of a gene to be encoded and a method for inducing the expression of the iolT gene by culturing using an organic raw material containing inositol. In addition, in order to enhance the expression of the iolT gene, a plurality of types of iolT genes derived from different microorganisms, animals and plants, or the same but different iolT genes, for example, the iolT1 gene and iolT2 gene derived from Corynebacterium glutamicum MJ-233 The iolT gene may be used. Furthermore, a plurality of methods for enhancing the expression of the iolT gene may be combined.

以下、iolT遺伝子の発現を増強する方法について説明する。iolT遺伝子の発現が増強された株は、親株をN−メチル−N’−ニトローN−ニトロソグアニジン(NTG)や亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、iolT遺伝子の発現が上昇した株を選択することによって得ることができる。
また、iolT遺伝子の発現が増強された株は、iolT遺伝子を用いて改変することによっても得ることができる。具体的には、iolT遺伝子のコピー数を高めることによって達成でき、コピー数を高めることは、iolT遺伝子を含むベクターで形質転換すること、または相同組換え法によって染色体上に該遺伝子を導入し、染色体上で多コピー化させることなどによって達成できる。
Hereinafter, a method for enhancing the expression of the iolT gene will be described. For the strain with enhanced expression of the iolT gene, the parent strain is treated with a mutagen such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or nitrite, which is usually used for mutagenesis. It can be obtained by selecting a strain with increased expression.
A strain with enhanced expression of the iolT gene can also be obtained by modifying it using the iolT gene. Specifically, it can be achieved by increasing the copy number of the iolT gene, which can be achieved by transforming with a vector containing the iolT gene or introducing the gene onto the chromosome by homologous recombination. This can be achieved by making multiple copies on the chromosome.

さらに、iolT遺伝子の発現が増強された株は、染色体上またはプラスミド上でiolT遺伝子のプロモーターへ変異を導入すること、より強力なプロモーターへ置換することなどで高発現化させることによっても達成できる。
なお、iolT遺伝子を含むベクターで形質転換した株、相同組換え法によって染色体上に該遺伝子を導入した株、該遺伝子のプロモーターへ変異を導入した株、より強力なプロモーターへ置換した株は、いずれも上述のiolT遺伝子を導入する方法と同様にして作製することができる。
Furthermore, a strain in which the expression of the iolT gene is enhanced can also be achieved by introducing a mutation into the promoter of the iolT gene on a chromosome or on a plasmid, or by making it highly expressed by replacing it with a stronger promoter.
Any strain transformed with a vector containing the iolT gene, a strain introduced with the gene on the chromosome by homologous recombination, a strain introduced with a mutation in the promoter of the gene, or a strain substituted with a stronger promoter Can also be produced in the same manner as the above-described method for introducing the iolT gene.

また、iolT遺伝子の発現が増強された株は、iolT遺伝子の発現を抑制する転写因子をコードする遺伝子の発現を低減するように改変することによっても得ることができる。ここで、「iolT遺伝子の発現を抑制する転写因子(以下、IolRとも呼ぶ)」とは、iolT遺伝子の転写を抑制する活性を有するタンパク質をいい、このタンパク質をコードする遺伝子の発現を低減することによって、iolT遺伝子の発現を増強させることができる。   A strain with enhanced expression of the iolT gene can also be obtained by modifying so as to reduce the expression of a gene encoding a transcription factor that suppresses the expression of the iolT gene. Here, “a transcription factor that suppresses the expression of the iolT gene (hereinafter also referred to as IolR)” refers to a protein having an activity of suppressing the transcription of the iolT gene, and the expression of the gene encoding this protein is reduced. Thus, the expression of the iolT gene can be enhanced.

また、「IolRをコードする遺伝子(以下、iolR遺伝子とも呼ぶ)」としては、IolRをコードし、その発現を低減させることにより、iolT遺伝子の発現を増強させることができる遺伝子である限り特に限定されないが、例えば、配列番号5に示す塩基配列を含むコリネバクテリウム・グルタミカムMJ−233株由来の遺伝子を挙げることができる。   The “gene encoding IolR (hereinafter also referred to as iolR gene)” is not particularly limited as long as it is a gene that encodes IolR and can enhance the expression of the iolT gene by reducing its expression. For example, a gene derived from Corynebacterium glutamicum MJ-233 strain containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 can be mentioned.

この遺伝子は、上記塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA、または上記塩基配列と90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは99%以上の相同性を有するDNAのようなホモログであってもよい。ここで、ストリンジェントな条件としては、通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件である60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、60℃、0.1×SSC、0 .1% SDSに相当する塩濃度でハイブリダイズする条件が挙げられる。   This gene may be a DNA that hybridizes with a DNA having the above base sequence under stringent conditions, or a DNA having 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 99% or more homology with the above base sequence. It may be a homologue. Here, the stringent conditions are 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 60 ° C., 0.1 × SSC, 0. Examples include conditions for hybridizing at a salt concentration corresponding to 1% SDS.

さらに、iolR遺伝子は、iolT遺伝子の転写を抑制する活性を有する限り、配列番号6に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、または付加を含むアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。ここで、数個とは、通常2個以上であり、一方、通常20個以下、好ましくは10個以下、より好ましくは5個以下であることを意味する。   Furthermore, as long as the iolR gene has an activity of suppressing transcription of the iolT gene, the protein having an amino acid sequence including substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 It may be a gene encoding. Here, the term “several” means usually 2 or more, and usually 20 or less, preferably 10 or less, more preferably 5 or less.

本発明において、「iolR遺伝子の発現を低減する」とは、野生株や親株などの非改変株と比較して、この遺伝子の発現が低減されていることをいう。iolR遺伝子の発現は、非改変株の30%以下に低減されていることが好ましく、10%以下に低減されていることがより好ましい。iolR遺伝子の発現は、検出限界以下に低減されていてもよい。   In the present invention, “reducing the expression of the iolR gene” means that the expression of this gene is reduced as compared to an unmodified strain such as a wild strain or a parent strain. The expression of the iolR gene is preferably reduced to 30% or less of the unmodified strain, more preferably 10% or less. The expression of the iolR gene may be reduced below the detection limit.

iolR遺伝子の発現が低減されたことは、ノーザンハイブリダイゼーションや定量PCRなどによってmRNAの量を測定することなどによって確認することができる。
iolR遺伝子の発現を低減する方法としては、例えば、親株を変異剤によって処理する方法、染色体上のiolR遺伝子を破壊する方法、染色体上のiolR遺伝子に変異を導入する方法、iolR遺伝子のプロモーターを改変する方法などが挙げられる。なお、これらiolR遺伝子の発現を低減する方法を複数組み合わせてもよい。
The reduction in the expression of the iolR gene can be confirmed by measuring the amount of mRNA by Northern hybridization or quantitative PCR.
Methods for reducing the expression of the iolR gene include, for example, a method of treating the parent strain with a mutagen, a method of destroying the iolR gene on the chromosome, a method of introducing a mutation into the iolR gene on the chromosome, and modifying the promoter of the iolR gene The method of doing is mentioned. A plurality of methods for reducing the expression of these iolR genes may be combined.

以下、iolR遺伝子の発現を低減する方法について説明する。iolR遺伝子の発現が低減された株は、親株をN−メチル−N’−ニトローN−ニトロソグアニジン(NTG)や亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、iolR遺伝子の発現が低減した株を選択することによって得ることができる。
また、iolR遺伝子の発現を低減された株は、染色体上のiolR遺伝子を破壊することによっても得ることができる。iolR遺伝子の破壊は、染色体への相同組換えによる方法や、sacB遺伝子を用いる方法(Schafer A, Tauch A, Jager W, Kalinowski J, Thierbach G, Puhler
A, Gene 1994 Vol.145(1), p69−73)によって達成できる。
Hereinafter, a method for reducing the expression of the iolR gene will be described. For the strain with reduced iolR gene expression, the parent strain is treated with a normal mutagen such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or nitrous acid. It can be obtained by selecting strains with reduced expression.
A strain with reduced iolR gene expression can also be obtained by disrupting the iolR gene on the chromosome. The iolR gene is disrupted by homologous recombination into the chromosome or by using the sacB gene (Schaffer A, Tauch A, Jager W, Kalinowski J, Thierbach G, Puhler).
A, Gene 1994 Vol. 145 (1), p69-73).

さらに、iolR遺伝子の発現を低減された株は、染色体上のiolR遺伝子に変異を導入し、IolRが有するiolT遺伝子の転写を抑制する活性を低減させることによっても得ることができる。iolR遺伝子への変異導入は、
また、iolR遺伝子の発現を低減された株は、染色体上でiolR遺伝子のプロモーターを改変することによっても得ることができる。具体的には、染色体上でiolT遺伝子のプロモーターへ変異を導入すること、より微弱なプロモーターへ置換することなどで発現を抑制することによっても達成できる。
Furthermore, a strain in which the expression of the iolR gene is reduced can also be obtained by introducing a mutation into the iolR gene on the chromosome to reduce the activity of suppressing the transcription of the iolT gene possessed by IolR. Mutation introduction into the iolR gene
A strain in which the expression of the iolR gene is reduced can also be obtained by modifying the promoter of the iolR gene on the chromosome. Specifically, it can also be achieved by introducing a mutation into the promoter of the iolT gene on the chromosome or substituting it with a weaker promoter to suppress the expression.

以下、コリネ型細菌においてiolR遺伝子を破壊する方法について説明する。iolR遺伝子の取得は、例えば、上記配列に基づき、合成オリゴヌクレオチドを合成し、コリネバクテリウム・グルタミカムの染色体DNAを鋳型としてPCR反応を行うことによってクローニングできる。染色体DNAは、DNA供与体である細菌から、例えば、斎藤、三浦の方法(Saito H, Miura K, Biochim Biophys Acta., 1963, Vol.72, p619−629、生物工学実験書、日本生物工学会編、97〜98頁、培風館、1992年参照)等により調製することができる。   Hereinafter, a method for disrupting the iolR gene in coryneform bacteria will be described. The iolR gene can be obtained by, for example, cloning a synthetic oligonucleotide based on the above sequence and performing a PCR reaction using the chromosomal DNA of Corynebacterium glutamicum as a template. Chromosomal DNA is obtained from bacteria that are DNA donors, for example, by the method of Saito and Miura (Saito H, Miura K, Biochim Biophys Acta., 1963, Vol. 72, p619-629, Biotechnology Experiments, Japan Society for Biotechnology, Ed., Pp. 97-98, Bafukan, 1992).

上記のようにして調製したiolR遺伝子またはその一部を遺伝子破壊に使用することができる。ただし、遺伝子破壊に用いる遺伝子は破壊対象の細菌の染色体DNA上のiolR遺伝子と相同組換えを起こす程度の相同性(同一性)を有していればよいため、配列番号5と相同性を有する相同遺伝子も使用することができる。ここで、相同組換えを起こす程度の相同性とは、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上である。また、上記遺伝子とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし得るDNA(配列番号5の相補鎖)であれば、相同組換えは起こり得る。ここで、ストリンジェントな条件としては、通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件である60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、60℃、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度でハイブリダイズする条件が挙げられる。   The iolR gene prepared as described above or a part thereof can be used for gene disruption. However, since the gene used for gene disruption only needs to have homology (identity) to the extent that homologous recombination occurs with the iolR gene on the chromosomal DNA of the bacterium to be disrupted, it has homology with SEQ ID NO: 5. Homologous genes can also be used. Here, the homology that causes homologous recombination is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. In addition, homologous recombination can occur as long as it is a DNA that can hybridize with the above gene under stringent conditions (complementary strand of SEQ ID NO: 5). Here, the stringent conditions are 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 60 ° C., 0.1 × SSC, 0.1%, which are the usual washing conditions for Southern hybridization. A condition for hybridization at a salt concentration corresponding to SDS is mentioned.

上記のような遺伝子を使用し、例えば、iolR遺伝子の部分配列を欠失し、正常IolRタンパク質を産生しないように改変した欠失型iolR遺伝子を作製し、該遺伝子を含むDNAでコリネ型細菌を形質転換し、欠失型遺伝子と染色体上の遺伝子で組換えを起こさせることにより、染色体上のiolR遺伝子を破壊することができる。このような相同組換えを利用した遺伝子置換による遺伝子破壊は既に確立しており、直鎖状DNAを用いる方法や温度感受性複製起点を含むプラスミドを用いる方法などがある(米国特許第6303383号明細書、または特開平05−007491号公報)。また、上述のような相同組換えを利用した遺伝子置換による遺伝子破壊は、宿主上で複製能力を持たないプラスミドを用いても行うことができ、コリネ型細菌内で複製能を持たないプラスミドとしては、エシェリヒア・コリで複製能力を持つプラスミドが好ましく、例えば、pHSG299(タカラバイオ社製)、pHSG399(タカラバイオ社製)等が挙げられる。   Using a gene as described above, for example, deleting a partial sequence of the iolR gene, producing a deleted iolR gene modified so as not to produce a normal IolR protein, and preparing a coryneform bacterium with the DNA containing the gene The iolR gene on the chromosome can be destroyed by transforming and causing recombination between the deleted gene and the gene on the chromosome. Gene disruption by gene replacement using such homologous recombination has already been established, and there are a method using linear DNA and a method using a plasmid containing a temperature-sensitive replication origin (US Pat. No. 6,303,383). Or Japanese Patent Laid-Open No. 05-007491). In addition, gene disruption by gene replacement using homologous recombination as described above can be performed using a plasmid that does not have replication ability on the host. As a plasmid that does not have replication ability in coryneform bacteria, A plasmid having replication ability in Escherichia coli is preferable, and examples thereof include pHSG299 (manufactured by Takara Bio Inc.), pHSG399 (manufactured by Takara Bio Inc.), and the like.

また、iolT遺伝子の発現が増強された株は、イノシトールを含有する有機原料の存在下で培養することによってiolT遺伝子の発現を誘導することによっても得ることができる。この手段によってiolT遺伝子の発現を増強するにあたっては、上述のような遺伝子改変を行った菌株を用いてもよいが、そのような遺伝子改変を行っていない菌株も用いることができる。   A strain with enhanced expression of the iolT gene can also be obtained by inducing the expression of the iolT gene by culturing in the presence of an organic raw material containing inositol. In enhancing the expression of the iolT gene by this means, a strain that has been genetically modified as described above may be used, but a strain that has not been genetically modified can also be used.

本発明で使用可能なイノシトールとしては、iolT遺伝子の発現が誘導可能であれば特に限定されない。具体例としては、cis−イノシトール、epi−イノシトール、allo−イノシトール、myo−イノシトール、muco−イノシトール、neo−イノシトール、D−chiro−イノシトール、L−chiro−イノシトール、scyllo−イノシトールが挙げられる。これらの中でも、自然界に多く存在し、最も一般的なmyo−イノシトールが好ましい。   The inositol that can be used in the present invention is not particularly limited as long as the expression of the iolT gene can be induced. Specific examples include cis-inositol, epi-inositol, allo-inositol, myo-inositol, muco-inositol, neo-inositol, D-chiro-inositol, L-chiro-inositol, scyllo-inositol. Among these, the most common myo-inositol is preferable since it exists in nature.

また、イノシトールは穀物、果物などの天然の食料に多く含まれることが知られており、これらの抽出物や処理物等の有機原料を用いてもよい。具体的には、コーンスティープリカー、酵母エキスなどが挙げられる。
イノシトールを含有する有機原料の存在下で培養するにあたっては、必要に応じて、そ
の他の有機原料を添加してもよい。イノシトール以外の有機原料としては、本発明に用いる前記微生物が資化し得る炭素源であれば特に限定されないが、通常、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、スクロース、デンプンまたはセルロース等の炭水化物;グリセロール、マンニトール、キシリトールまたはリビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられ、このうちグルコース、スクロースまたはフルクトースが好ましく、特にグルコースまたはスクロースが好ましい。
Inositol is known to be abundant in natural foods such as cereals and fruits, and organic raw materials such as extracts and processed products may be used. Specific examples include corn steep liquor and yeast extract.
When culturing in the presence of an organic raw material containing inositol, other organic raw materials may be added as necessary. The organic raw material other than inositol is not particularly limited as long as it is a carbon source that can be assimilated by the microorganism used in the present invention. Usually, carbohydrates such as galactose, lactose, glucose, fructose, sucrose, starch or cellulose; Fermentable sugars such as polyalcohols such as xylitol or ribitol are used, and among these, glucose, sucrose or fructose is preferable, and glucose or sucrose is particularly preferable.

これらの有機原料は、単独で添加してもよいし、2種類以上を任意の組み合わせで添加してもよい。
イノシトールを含有する有機原料の存在下で培養するにあたっては、イノシトールを含む寒天培地等の固体培地で培養してもよいし、イノシトールを含む液体培地で培養してもよい。その他の培養条件については、後述するペントースを含有する有機原料を用いた培養方法と同様に行なうことができる。
These organic raw materials may be added alone, or two or more kinds may be added in any combination.
When culturing in the presence of an organic raw material containing inositol, it may be cultured in a solid medium such as an agar medium containing inositol or in a liquid medium containing inositol. About other culture conditions, it can carry out similarly to the culture method using the organic raw material containing the pentose mentioned later.

なお、このようにして得られた菌体は、後述するペントースを含有する有機原料を用いた培養や有機化合物生産反応に供することができる。ここで、イノシトールとペントースを含有する有機原料の存在下で培養し、iolT遺伝子の発現を誘導しながら増殖させてもよい。また、イノシトールとペントースを含有する有機原料を用いた有機化合物生産反応を行い、iolT遺伝子の発現を誘導しながら有機化合物を製造してもよい。   In addition, the microbial cell obtained in this way can be used for the culture | cultivation using the organic raw material containing the pentose mentioned later, and an organic compound production reaction. Here, the cells may be cultured in the presence of an organic raw material containing inositol and pentose, and grown while inducing the expression of the iolT gene. Alternatively, an organic compound may be produced while inducing the expression of the iolT gene by conducting an organic compound production reaction using an organic raw material containing inositol and pentose.

本発明で用いる微生物は、本来的にペントース資化能を有する微生物であってもよいし、育種によりペントース資化能を付与したものでもよい。
以下、育種によりペントース利用能を付与する具体例として、キシロース利用能の付与に関する改変例とアラビノース利用能の付与に関する改変例について説明する。
キシロース資化能を付与された微生物は、上述した有機化合物生産能を有する微生物を親株として用い、該親株にキシロースイソメラーゼ(以下、XylAとも呼ぶ)活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を導入することによって得ることができる。
The microorganism used in the present invention may be a microorganism that inherently has pentose utilization ability, or may be one that has been imparted with pentose utilization ability by breeding.
Hereinafter, as specific examples of imparting pentose utilization ability by breeding, a modification example relating to provision of xylose utilization ability and a modification example relating to impartation of arabinose utilization ability will be described.
A microorganism to which xylose assimilation ability is imparted is obtained by using a microorganism having an organic compound-producing ability as described above as a parent strain, and introducing a gene encoding a protein having xylose isomerase (hereinafter also referred to as XylA) activity into the parent strain. Can be obtained.

ここで、「XylA活性」とは、キシロースを異性化してキシルロースを生成する反応を触媒する活性(EC:5.3.1.5)をいう。XylA活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばGaoらの方法(Gao Q, Zhang M, McMillan JD, Kompala DS, Appl. Biochem. Biotechnol., 2002, Vol.98(100), p341−55)により、XylA活性を測定することによって確認することができる。   Here, “XylA activity” refers to an activity (EC: 5.3.1.5) that catalyzes a reaction of isomerizing xylose to produce xylulose. XylA activity was imparted or enhanced by known methods such as the method of Gao et al. (Gao Q, Zhang M, McMillan JD, Kompala DS, Appl. Biochem. Biotechnol., 2002, Vol. 98 (100), p341. -55) can be confirmed by measuring XylA activity.

XylA活性が付与または増強された株の具体的な作製方法としては、xylA遺伝子をプラスミドによって導入したり、公知の相同組換え法によって染色体上に導入したりすることなどによって達成できる。
XylA活性の付与または増強に用いるxylA遺伝子としては、XylA活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)由来の遺伝子を挙げることができる。
A specific method for producing a strain having XylA activity imparted or enhanced can be achieved by introducing the xylA gene by a plasmid or by introducing it into a chromosome by a known homologous recombination method.
The xylA gene used for imparting or enhancing XylA activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having XylA activity, and examples thereof include a gene derived from Escherichia coli.

さらに、大腸菌以外の細菌、または他の微生物、動植物由来のxylA遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のxylA遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてXylA活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。   In addition, xylA gene derived from bacteria other than E. coli, other microorganisms, and animals and plants can also be used. The xylA gene derived from microorganisms or animals and plants has been isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc. based on genes whose homology has already been determined, genes encoding proteins having XylA activity, and the nucleotide sequences have been determined. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

上記のようにして単離されたXylAをコードする遺伝子を公知の発現ベクターに発現可能に挿入することにより、XylA発現ベクターが提供される。この発現ベクターで形質転換することにより、XylA活性が付与または増強された株を得ることができる。あるいは、相同組換えなどによって、宿主微生物の染色体DNAにXylAをコードするDNAを発現可能に組み込むことによってもXylA活性が付与または増強された株を得ることができる。なお、形質転換、相同組換えは当業者に知られた通常の方法に従って行うことができる。   An XylA expression vector is provided by inserting the gene encoding XylA isolated as described above into a known expression vector so that the gene can be expressed. By transforming with this expression vector, a strain to which XylA activity is imparted or enhanced can be obtained. Alternatively, a strain in which XylA activity is imparted or enhanced can be obtained by incorporating DNA encoding XylA into a chromosomal DNA of a host microorganism so that it can be expressed by homologous recombination. Note that transformation and homologous recombination can be performed according to ordinary methods known to those skilled in the art.

染色体上またはプラスミド上にXylA遺伝子を導入する場合には、適当なプロモーターを該遺伝子の5’−側上流に、より好ましくはターミネーターを3’−側下流にそれぞれ組み込む。このプロモーターおよびターミネーターとしては、宿主として利用する微生物中において機能することが知られているプロモーターおよびターミネーターであれば特に限定されず、xylA遺伝子自身のプロモーターおよびターミネーターであってもよいし、他のプロモーターおよびターミネーターに置換してもよい。これら各種微生物において利用可能なベクター、プロモーターおよびターミネーターなどに関しては、例えば「微生物学基礎講座8遺伝子工学・共立出版」などに詳細に記述されている。   When the XylA gene is introduced onto a chromosome or a plasmid, an appropriate promoter is incorporated upstream of the gene on the 5'-side, more preferably a terminator is incorporated downstream of the 3'-side. The promoter and terminator are not particularly limited as long as the promoter and terminator are known to function in microorganisms used as hosts, and may be the promoter and terminator of the xylA gene itself, or other promoters. And a terminator. Vectors, promoters and terminators that can be used in these various microorganisms are described in detail in, for example, “Basic Course of Microbiology 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Shuppan”.

また、キシロース利用能の付与においては、XylA活性の付与または増強に加えて、キシルロキナーゼ(以下、XylBとも呼ぶ)活性を付与または増強するように改変された微生物であってもよい。
ここで、「XylB活性」とは、キシルロースをリン酸化してキシルロース5リン酸を生成する反応を触媒する活性(EC:2.7.1.17)をいう。XylB活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばEliassonらの方法(Eliasson A, Boles E, Johansson B, Otensterberg M, Thevelein JM, Spencer−Martins I, Juhnke H, Hahn−Hatengerdal B, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2000, Vol.53, p376−82)により、XylB活性を測定することによって確認することができる。
In addition, in imparting xylose availability, a microorganism modified to impart or enhance xylulokinase (hereinafter also referred to as XylB) activity in addition to imparting or enhancing XylA activity may be used.
Here, “XylB activity” refers to an activity (EC: 2.7.1.17) that catalyzes a reaction in which xylulose is phosphorylated to produce xylulose 5-phosphate. XylB activity was imparted or enhanced by known methods, for example, the method of Eliasson et al. Microbiol.Biotechnol., 2000, Vol.53, p376-82) can be confirmed by measuring XylB activity.

XylB活性が付与または増強された株は、上述のXylA活性を付与または増強する方法と同様にして作製することができる。
XylB活性の付与または増強に用いるxylB遺伝子としては、XylB活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えばエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)由来の遺伝子を挙げることができる。
A strain to which XylB activity is imparted or enhanced can be produced in the same manner as described above for imparting or enhancing XylA activity.
The xylB gene used for imparting or enhancing XylB activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having XylB activity, and examples thereof include genes derived from Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum. be able to.

さらに、上記以外の細菌、または他の微生物、動植物由来のxylB遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のxylB遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてXylB活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。   Furthermore, bacteria other than the above, other microorganisms, and xylB genes derived from animals and plants can also be used. The xylB gene derived from microorganisms or animals and plants was isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc., and the nucleotide sequence was determined based on genes whose base sequences had already been determined, genes encoding proteins having XylB activity based on homology, etc. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

XylA活性およびXylB活性を付与または増強する場合、導入するxylA遺伝子とxylB遺伝子は同じ遺伝子座上に存在していてもよく、それぞれ別の遺伝子座上に存在していてもよい。2つの遺伝子が同じ遺伝子座上に存在している例としては、例えば、それぞれの遺伝子が連結して形成されたオペロンなどが挙げられる。
キシロース利用能を付与された微生物は、上述した微生物を親株として用い、該親株にキシロースリダクターゼ(以下、XRとも呼ぶ)活性を有するタンパク質をコードする遺
伝子およびキシリトールデヒドロゲナーゼ(以下、XDHとも呼ぶ)活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を導入することによって得ることもできる。
When XylA activity and XylB activity are imparted or enhanced, the introduced xylA gene and xylB gene may be present on the same locus, or may be present on different loci. Examples of two genes existing on the same locus include, for example, an operon formed by linking each gene.
A microorganism imparted with xylose utilization ability uses the above-mentioned microorganism as a parent strain, and the parent strain has a gene encoding a protein having xylose reductase (hereinafter also referred to as XR) activity and xylitol dehydrogenase (hereinafter also referred to as XDH) activity. It can also be obtained by introducing a gene encoding a protein having the same.

ここで、「XR活性」とは、キシロースを還元してキシリトールを生成する反応を触媒する活性(EC:1.1.1.21)をいう。XR活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばSasakiらの方法(Sasaki M, Jojima T, Inui M, Yukawa H, Appl Microbiol Biotechnol., 2010, Vol.86(4), p1057−66)により、XR活性を測定することによって確認することができる。   Here, “XR activity” refers to an activity (EC: 1.1.1.21) that catalyzes a reaction of reducing xylose to produce xylitol. XR activity was imparted or enhanced by a known method, for example, the method of Sasaki et al. (Sasaki M, Jojima T, Inui M, Yukawa H, Appl Microbiol Biotechnol., 2010, Vol. 86 (4), p1057-66. ) Can be confirmed by measuring the XR activity.

XR活性が付与または増強された株は、上述のXylA活性を付与または増強する方法と同様にして作製することができる。
XR活性の付与または増強に用いるxr遺伝子としては、XR活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、ピキア・スティピティス(Pichia
stipitis)由来のXYL1遺伝子を挙げることができる。
A strain to which XR activity is imparted or enhanced can be prepared in the same manner as described above for imparting or enhancing XylA activity.
The xr gene used for imparting or enhancing XR activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having XR activity.
XYL1 gene derived from Stipitis).

さらに、上記以外の微生物または動植物由来のxr遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のxr遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてXR活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。   Furthermore, xr genes derived from microorganisms or animals and plants other than those described above can also be used. The xr gene derived from microorganisms or animals and plants was isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc., and the nucleotide sequences were determined based on genes whose base sequences had already been determined, genes encoding proteins having XR activity based on homology, etc. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

次に、「XDH活性」とは、キシリトールを脱水素化してキシルロースを生成する反応を触媒する活性(EC:1.1.1.9)をいう。XDH活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばRizziらの方法(Rizzi M, Harwart K, Erlemann P, Bui−Thahn NA, Dellweg H, J
Ferment Bioeng., 1989, Vol.67, p20−24)により、XDH活性を測定することによって確認することができる。
Next, “XDH activity” refers to an activity (EC: 1.1.1.9) that catalyzes a reaction of dehydrogenating xylitol to produce xylulose. XDH activity was imparted or enhanced by known methods such as the method of Rizzi et al. (Rizzi M, Harwart K, Erlemann P, Bui-Thahn NA, Dellweg H, J
Ferment Bioeng. , 1989, Vol. 67, p20-24) and can be confirmed by measuring the XDH activity.

XDH活性が付与または増強された株は、上述のXylA活性を付与または増強する方法と同様にして作製することができる。
XDH活性の付与または増強に用いるxdh遺伝子としては、XDH活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、ピキア・スティピティス(Pichia stipitis)由来のXYL2遺伝子を挙げることができる。
A strain imparted or enhanced with XDH activity can be produced in the same manner as the method for imparting or enhancing XylA activity described above.
The xdh gene used for imparting or enhancing XDH activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having XDH activity. For example, XYL2 gene derived from Pichia stipitis can be mentioned.

さらに、上記以外の微生物または動植物由来のxdh遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のxdh遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてXDH活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。   Furthermore, xdh genes derived from microorganisms or animals and plants other than those described above can also be used. The xdh gene derived from microorganisms or animals and plants was isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc., and the nucleotide sequences were determined based on the genes whose homology was already determined, the genes encoding the proteins having XDH activity. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

また、キシロース利用能の付与においては、XDH活性およびXR活性の付与または増強に加えて、XylB活性を付与または増強するように改変された微生物であってもよい。XylB活性の付与または増強に関しては上述の通りである。
アラビノース利用能を付与された微生物は、上述した微生物を親株として用い、該親株にアラビノースイソメラーゼ(以下、AraAとも呼ぶ)活性を有するタンパク質をコー
ドする遺伝子およびリブロキナーゼ(以下、AraBとも呼ぶ)活性を有するタンパク質をコードする遺伝子およびリブロース5リン酸エピメラーゼ(以下、AraDとも呼ぶ)活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を導入することによって得ることができる。
In addition, in imparting xylose utilization ability, in addition to imparting or enhancing XDH activity and XR activity, a microorganism modified to impart or enhance XylB activity may be used. The provision or enhancement of XylB activity is as described above.
A microorganism to which arabinose utilization ability is imparted uses the above-mentioned microorganism as a parent strain, and the parent strain has a gene encoding a protein having arabinose isomerase (hereinafter also referred to as AraA) activity and ribokinase (hereinafter also referred to as AraB) activity. And a gene encoding a protein having ribulose 5-phosphate epimerase (hereinafter also referred to as AraD) activity.

ここで、「AraA活性」とは、アラビノースを異性化してリブロースを生成する反応を触媒する活性(EC:5.3.1.4)をいう。AraA活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばPatrickらの方法(Patrick JW, Lee
N, J. Biol. Chem., 1968, Vol.243, p4312−19)により、AraA活性を測定することによって確認することができる。
Here, “AraA activity” refers to an activity (EC: 5.3.1.4) that catalyzes a reaction of isomerizing arabinose to produce ribulose. AraA activity was imparted or enhanced by known methods such as Patrick et al. (Patrick JW, Lee).
N, J .; Biol. Chem. , 1968, Vol. 243, p4312- 19) and can be confirmed by measuring AraA activity.

AraA活性が付与または増強された株は、上述のXylA活性を付与または増強する方法と同様にして作製することができる。
AraA活性の付与または増強に用いるaraA遺伝子としては、AraA活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)由来の遺伝子を挙げることができる。
A strain to which AraA activity is imparted or enhanced can be produced in the same manner as the method for imparting or enhancing XylA activity described above.
The araA gene used for imparting or enhancing AraA activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having AraA activity. For example, a gene derived from Escherichia coli or Corynebacterium glutamicum is used. Can be mentioned.

さらに、上記以外の細菌、または他の微生物、動植物由来のaraA遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のaraA遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてAraA活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。   Furthermore, araA genes derived from bacteria other than those described above, other microorganisms, and animals and plants can also be used. The araA gene derived from microorganisms or animals and plants was isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc., and the nucleotide sequence was determined based on the genes, homology, etc. of which the nucleotide sequences had already been determined. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

次に、「AraB活性」とは、リブロースをリン酸化してリブロース5リン酸を生成する反応を触媒する活性(EC:2.7.1.16)をいう。AraB活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばLeeらの方法(Lee N, Englesberg E, Proc. Natl. Acad. Sci., 1962, Vol.48, p335−48)により、AraB活性を測定することによって確認することができる。   Next, “AraB activity” refers to an activity (EC: 2.7.1.16) that catalyzes a reaction in which ribulose is phosphorylated to produce ribulose 5-phosphate. AraB activity was imparted or enhanced by known methods such as the method of Lee et al. (Lee N, Englesberg E, Proc. Natl. Acad. Sci., 1962, Vol. 48, p335-48). It can be confirmed by measuring.

AraB活性が付与または増強された株は、上述のXylA活性を付与または増強する方法と同様にして作製することができる。
AraB活性の付与または増強に用いるaraB遺伝子としては、AraB活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)由来の遺伝子を挙げることができる。
A strain to which AraB activity is imparted or enhanced can be produced in the same manner as the method for imparting or enhancing XylA activity described above.
The araB gene used for imparting or enhancing AraB activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having AraB activity. For example, a gene derived from Escherichia coli or Corynebacterium glutamicum is used. Can be mentioned.

さらに、上記以外の細菌、または他の微生物、動植物由来のaraB遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のaraB遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてAraB活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。   Furthermore, araB genes derived from bacteria other than those mentioned above, other microorganisms, and animals and plants can also be used. The araB gene derived from microorganisms or animals and plants was isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc., and the nucleotide sequence was determined based on the genes, homology, etc., of which the nucleotide sequences had already been determined. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

さらに、「AraD活性」とは、リブロース5リン酸を異性化してキシルロース5リン酸を生成する反応を触媒する活性(EC:5.1.3.4)をいう。AraD活性が付与または増強されたことは、公知の方法、例えばDeandaらの方法(Deanda K
, Zhang M, Eddy C, Picataggio S, Appl Environ Microbiol., 1996, Vol.62(12), p4465−70)により、AraD活性を測定することによって確認することができる。
Furthermore, “AraD activity” refers to an activity (EC: 5.1.3.4) that catalyzes a reaction of isomerizing ribulose 5-phosphate to produce xylulose 5-phosphate. AraD activity is imparted or enhanced by known methods such as the method of Deanda et al.
, Zhang M, Eddy C, Picataggio S, Appl Environ Microbiol. , 1996, Vol. 62 (12), p4465-70) and can be confirmed by measuring AraD activity.

AraD活性が付与または増強された株は、上述のXylA活性を付与または増強する方法と同様にして作製することができる。
AraD活性の付与または増強に用いるaraD遺伝子としては、AraD活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)由来の遺伝子を挙げることができる。
A strain to which AraD activity is imparted or enhanced can be produced in the same manner as the method for imparting or enhancing XylA activity described above.
The araD gene used for imparting or enhancing AraD activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having AraD activity. For example, a gene derived from Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum is used. Can be mentioned.

さらに、上記以外の細菌、または他の微生物、動植物由来のaraD遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のaraD遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてAraD活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。   Furthermore, araD genes derived from bacteria other than those described above, other microorganisms, and animals and plants can also be used. The araD gene derived from microorganisms or animals and plants was isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc., and the nucleotide sequence was determined based on genes whose homology was already determined, genes encoding AraD activity proteins based on homology, etc. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

AraA活性およびAraB活性およびAraD活性を付与または増強する場合、導入するaraA遺伝子、araB遺伝子、およびaraD遺伝子は同じ遺伝子座上に存在していてもよく、それぞれ別の遺伝子座上に存在していてもよい。2つまたは3つの遺伝子が同じ遺伝子座上に存在している例としては、例えば、それぞれの遺伝子が連結して形成されたオペロンなどが挙げられる。   When AraA activity, AraB activity, and AraD activity are imparted or enhanced, the araA gene, araB gene, and araD gene to be introduced may be present on the same locus or on different loci. Also good. An example in which two or three genes are present on the same locus is, for example, an operon formed by linking each gene.

なお、本発明に用いる微生物は、ペントース利用能を付与するための改変のうちの2種類以上の改変を組み合わせて得られる細菌であってもよい。複数の改変を行う場合、その順番は問わない。
本発明で用いる微生物は、本来的に有機化合物生産能を有する微生物または育種により有機化合物生産能を付与したものでもよい。
The microorganism used in the present invention may be a bacterium obtained by combining two or more types of modifications among the modifications for imparting pentose utilization. When making a plurality of modifications, the order does not matter.
The microorganism used in the present invention may be a microorganism inherently capable of producing an organic compound or a microorganism imparted with an organic compound producing ability by breeding.

以下、育種により有機化合物生産能を付与する具体例として、コハク酸、フマル酸、リンゴ酸等のカルボン酸生産に関する改変例とエタノール、ブタノール、ブタンジオール等のアルコール生産に関する改変例について説明する。
本発明のカルボン酸製造方法においては、ラクテートデヒドロゲナーゼ(以下、LDHとも呼ぶ)活性が低減するように改変された微生物を用いることが好ましい。ここで、「LDH活性」とは、ピルビン酸を還元して乳酸を生成する反応を触媒する活性(EC:1.1.1.27)をいう。「LDH活性が低減された」とは、非改変株と比較してLDH活性が低下していることをいう。LDH活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり30%以下に低下していることが好ましく、10%以下に低下していることがより好ましい。また、LDH活性は完全に消失していてもよい。LDH活性が低下したことは、公知の方法、例えばKanarekらの方法(Kanarek L, Hill RL, J
Biol Chem., 1964, Vol.239, p4202−4206)によりLDH活性を測定することによって確認することができる。
Hereinafter, as specific examples of imparting the ability to produce organic compounds by breeding, modified examples relating to the production of carboxylic acids such as succinic acid, fumaric acid and malic acid and modified examples relating to the production of alcohols such as ethanol, butanol and butanediol will be described.
In the carboxylic acid production method of the present invention, it is preferable to use a microorganism modified so as to reduce lactate dehydrogenase (hereinafter also referred to as LDH) activity. Here, “LDH activity” refers to an activity (EC: 1.1.1.17) that catalyzes a reaction of reducing pyruvic acid to produce lactic acid. “LDH activity is reduced” means that LDH activity is reduced as compared to an unmodified strain. The LDH activity is preferably reduced to 30% or less per unit cell weight, more preferably 10% or less, compared to the unmodified strain. LDH activity may be completely lost. The decrease in LDH activity was confirmed by known methods such as the method of Kanarek et al. (Kanarek L, Hill RL, J
Biol Chem. , 1964, Vol. 239, p4202-4206) and can be confirmed by measuring LDH activity.

LDH活性が低減した株は、上述した微生物を親株として用い、N−メチル−N’−ニトローN−ニトロソグアニジン(NTG)や亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、LDH活性が低減した株を選択することによってそれぞれ得ることができる。 また、LDHをコードする遺伝子を用いて改変してもよい。具体的には、染色体上のldh遺伝子を破壊したり、プロモーターやシャインダルガルノ(SD)配列等
の発現調節配列を改変したりすることなどによって達成される。
The strain with reduced LDH activity is treated with the above-mentioned microorganism as a parent strain and treated with a mutagen usually used for mutagenesis such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or nitrous acid, Each can be obtained by selecting strains with reduced LDH activity. Moreover, you may modify | change using the gene which codes LDH. Specifically, this can be achieved by disrupting the ldh gene on the chromosome or altering an expression regulatory sequence such as a promoter or Shine-Dalgarno (SD) sequence.

LDH活性が低減した株の具体的な作製方法としては、染色体への相同組換えによる方法(特開平11−206385号公報等参照)や、sacB遺伝子を用いる方法(Schafer A, Tauch A, Jager W, Kalinowski J, Thierbach G, Puhler A, Gene 1994 Vol.145(
1), p69−73)等が挙げられる。
Specific methods for producing strains with reduced LDH activity include methods using homologous recombination to chromosomes (see JP-A-11-206385, etc.), and methods using the sacB gene (Schaffer A, Tach A, Jager W). , Kalinowski J, Thierbach G, Puhler A, Gene 1994 Vol. 145 (
1), p69-73) and the like.

また、本発明のカルボン酸製造方法においては、ピルビン酸カルボキシラーゼ(以下、PCとも呼ぶ)活性が増強するように改変された微生物であってもよい。ここで、「PC活性」とは、ピルビン酸をカルボキシル化してオキサロ酢酸を生成する反応を触媒する活性(EC:6.4.1.1)をいう。「PC活性が増強された」とは、非改変株と比較してPC活性が上昇していることをいう。PC活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上に増加していることが好ましく、3倍以上に増加していることがより好ましい。PC活性が増強されたことは、公知の方法、例えばFisherらの方法(Fisher SH, Magasanik B, J Bacteriol., 1984, Vol.158(1), p55−62)により、PC活性を測定することによって確認することができる。   In the carboxylic acid production method of the present invention, a microorganism modified so that pyruvate carboxylase (hereinafter also referred to as PC) activity is enhanced may be used. Here, “PC activity” refers to an activity (EC: 6.4.1.1) that catalyzes a reaction in which pyruvic acid is carboxylated to produce oxaloacetic acid. “PC activity is enhanced” means that PC activity is increased as compared to an unmodified strain. The PC activity is preferably increased 1.5 times or more per unit cell weight, more preferably 3 times or more, compared to the unmodified strain. The PC activity was increased by measuring the PC activity by a known method, for example, the method of Fisher et al. (Fisher SH, Masasanik B, J Bacteriol., 1984, Vol. 158 (1), p55-62). Can be confirmed.

PC活性が増強した株は、上述した微生物を親株として用い、N−メチル−N’−ニトローN−ニトロソグアニジン(NTG)や亜硝酸等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理し、PC活性が増強した株を選択することによってそれぞれ得ることができる。また、PCをコードする遺伝子を用いて改変してもよい。具体的には、pc遺伝子のコピー数を高めることによって達成でき、コピー数を高めることは、プラスミドを用いたり、公知の相同組換え法によって染色体上で多コピー化させたりすることなどによって達成できる。なお、PC活性の増強は、染色体上またはプラスミド上でpc遺伝子のプロモーターへの変異導入、より強力なプロモーターへの置換などによって高発現化させることによっても達成できる。   The strain with enhanced PC activity is treated with the above-mentioned microorganism as a parent strain, and is treated with a mutagen that is usually used for mutagenesis such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) or nitrous acid, Each can be obtained by selecting a strain having enhanced PC activity. Moreover, you may modify | change using the gene which codes PC. Specifically, it can be achieved by increasing the copy number of the pc gene. Increasing the copy number can be achieved by using a plasmid or making multiple copies on the chromosome by a known homologous recombination method. . The enhancement of PC activity can also be achieved by high expression by introducing mutations into the promoter of the pc gene on the chromosome or on the plasmid, replacement with a stronger promoter, and the like.

PC活性の増強に用いるpc遺伝子としては、PC活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)由来の遺伝子を挙げることができる。
さらに、コリネ型細菌以外の細菌、または他の微生物、動植物由来のpc遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のpc遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてPC活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。
The pc gene used for enhancing PC activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having PC activity, and examples thereof include a gene derived from Corynebacterium glutamicum.
In addition, pc genes derived from bacteria other than coryneform bacteria, other microorganisms, and animals and plants can also be used. A pc gene derived from a microorganism or animal or plant was isolated from a chromosome of a microorganism, animal or plant, etc., and the nucleotide sequence was determined based on a gene having a base sequence already determined, a gene encoding a protein having PC activity based on homology, etc. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

上記のようにして単離されたPCをコードする遺伝子を公知の発現ベクターに発現可能に挿入することにより、PC発現ベクターが提供される。この発現ベクターで形質転換することにより、PC活性増強株を得ることができる。あるいは、相同組換えなどによって、宿主微生物の染色体DNAにPCをコードするDNAを発現可能に組み込むことによってもPC活性増強株を得ることができる。なお、形質転換、相同組換えは当業者に知られた通常の方法に従って行うことができる。   A PC expression vector is provided by inserting the gene encoding PC isolated as described above into a known expression vector so as to allow expression. By transforming with this expression vector, a strain with enhanced PC activity can be obtained. Alternatively, a PC activity-enhanced strain can also be obtained by integrating a DNA encoding PC into a chromosomal DNA of a host microorganism so as to allow expression, such as by homologous recombination. Note that transformation and homologous recombination can be performed according to ordinary methods known to those skilled in the art.

染色体上またはプラスミド上にPC遺伝子を導入する場合には、適当なプロモーターを該遺伝子の5’−側上流に、より好ましくはターミネーターを3’−側下流にそれぞれ組み込む。このプロモーターおよびターミネーターとしては、宿主として利用する微生物中
において機能することが知られているプロモーターおよびターミネーターであれば特に限定されず、pc遺伝子自身のプロモーターおよびターミネーターであってもよいし、他のプロモーターおよびターミネーターに置換してもよい。これら各種微生物において利用可能なベクター、プロモーターおよびターミネーターなどに関しては、例えば「微生物学基礎講座8遺伝子工学・共立出版」などに詳細に記述されている。
When a PC gene is introduced onto a chromosome or a plasmid, an appropriate promoter is incorporated 5′-upstream of the gene, more preferably a terminator is incorporated 3′-downstream of the gene. The promoter and terminator are not particularly limited as long as the promoter and terminator are known to function in microorganisms used as hosts, and may be the promoter and terminator of the pc gene itself, or other promoters. And a terminator. Vectors, promoters and terminators that can be used in these various microorganisms are described in detail in, for example, “Basic Course of Microbiology 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Shuppan”.

本発明のアルコール製造方法においては、カルボン酸製造方法のときと同様、LDH活性が低減するように改変された微生物を用いることが好ましい。LDH活性が低減した株は、上述の方法と同様にして作製することができる。
また、本発明のアルコール製造方法においては、アルコールデヒドロゲナーゼ(以下、ADHとも呼ぶ)活性が増強するように改変された微生物であってもよい。ここで、「ADH活性」とは、アルデヒドを還元してアルコールを生成する反応を触媒する活性(EC:1.1.1.1、1.1.1.2)をいう。「ADH活性が増強された」とは、非改変株と比較してADH活性が上昇していることをいう。ADH活性は非改変株と比較して、単位菌体重量当たり1.5倍以上に増加していることが好ましく、3倍以上に増加していることがより好ましい。ADH活性が増強されたことは、公知の方法、例えばKotrbova−Kozakらの方法(Kotrbova−Kozak A, Kotrba P, Inui M, Sajdok J, Yukawa H, Appl Microbiol Biotechnol., 2007, Vol.76(6),p1347−56)により、ADH活性を測定することによって確認することができる。
In the alcohol production method of the present invention, as in the carboxylic acid production method, it is preferable to use a microorganism modified so that LDH activity is reduced. Strains with reduced LDH activity can be prepared in the same manner as described above.
In the method for producing alcohol according to the present invention, a microorganism modified so as to enhance alcohol dehydrogenase (hereinafter also referred to as ADH) activity may be used. Here, “ADH activity” refers to an activity (EC: 1.1.1.1, 1.1.1.2) that catalyzes a reaction in which an aldehyde is reduced to produce an alcohol. “ADH activity is enhanced” means that ADH activity is increased as compared to an unmodified strain. The ADH activity is preferably increased 1.5 times or more per unit cell weight, more preferably 3 times or more, compared with the unmodified strain. The enhancement of ADH activity was confirmed by known methods such as the method of Kotrbova-Kozak et al. ), P1347-56) can be confirmed by measuring ADH activity.

ADH活性が増強した株は、上述のPC活性を増強する方法と同様にして作製することができる。
ADH活性の増強に用いるadh遺伝子としては、ADH活性を有するタンパク質をコードする限り特に限定されないが、例えば、ザイモモナス・モビリス(Zymomonas mobilis)由来のadhB遺伝子、クロストリジウム・アセトブチリカム(Clostridium acetobutylicum)由来のadhE2遺伝子を挙げることができる。
A strain with enhanced ADH activity can be prepared in the same manner as the method for enhancing PC activity described above.
The adh gene used for enhancing ADH activity is not particularly limited as long as it encodes a protein having ADH activity. For example, adhB gene derived from Zymomonas mobilis, adhE2 gene derived from Clostridium acetobutylicum Can be mentioned.

さらに、上記以外の細菌、または他の微生物、動植物由来のadh遺伝子を使用することもできる。微生物または動植物由来のadh遺伝子は、既にその塩基配列が決定されている遺伝子、ホモロジー等に基づいてADH活性を有するタンパク質をコードする遺伝子を微生物、動植物等の染色体より単離し、塩基配列を決定したものなどを使用することができる。また、塩基配列が決定された後には、その配列に従って合成した遺伝子を使用することもできる。これらはハイブリダイゼーション法やPCR法により、そのプロモーターおよびORF部分を含む領域を増幅することによって取得することができる。   Furthermore, adh genes derived from bacteria other than the above, other microorganisms, and animals and plants can also be used. The adh gene derived from microorganisms or animals and plants was isolated from the chromosomes of microorganisms, animals and plants, etc., and the nucleotide sequences were determined based on the genes whose nucleotide sequences had already been determined, genes encoding ADH activity based on homology, etc. Things can be used. In addition, after the base sequence is determined, a gene synthesized according to the sequence can also be used. These can be obtained by amplifying a region containing the promoter and the ORF portion by a hybridization method or a PCR method.

なお、本発明に用いる微生物は、有機化合物生産能を付与するための改変のうちの2種類以上の改変を組み合わせて得られる微生物であってもよい。複数の改変を行う場合、その順番は問わない。
また、本発明に用いる微生物は、有機化合物生産能を付与するための改変とペントース利用能を付与するための改変を組み合わせて得られる微生物であってもよい。複数の改変を行う場合、その順番は問わない。
The microorganism used in the present invention may be a microorganism obtained by combining two or more kinds of modifications for imparting organic compound-producing ability. When making a plurality of modifications, the order does not matter.
The microorganism used in the present invention may be a microorganism obtained by combining a modification for imparting organic compound-producing ability and a modification for imparting pentose utilization ability. When making a plurality of modifications, the order does not matter.

<微生物の培養方法>
本発明の培養方法は、ペントースを含有する有機原料を炭素源として用いることを特徴とする微生物の培養方法である。本発明の培養方法によって得られた微生物は、その後、有機原料に作用させることによって有機化合物を生成させ、これを回収することができる。このときの有機原料としては、ペントースを含有する有機原料を用いてもよいし、その他の有機原料を用いてもよい。製造し得る有機化合物の種類および好ましい有機化合物の
例は上述した通りである。
<Microbial culture method>
The culture method of the present invention is a microorganism culture method characterized by using an organic raw material containing pentose as a carbon source. The microorganism obtained by the culturing method of the present invention can then recover an organic compound produced by acting on an organic raw material. As an organic raw material at this time, an organic raw material containing pentose may be used, or another organic raw material may be used. Examples of organic compounds that can be produced and examples of preferred organic compounds are as described above.

前記微生物を用いて本発明の培養方法を行うに当たっては、ペントースを含む寒天培地等の固体培地で培養してもよいし、ペントースを含む液体培地で培養してもよい。後述する種培養や本培養を行なうことで、有機化合物生産反応に供する前記微生物を増殖させることができる。
種培養は、本培養に供する前記微生物の菌体を調製するために行なうものである。種培養に用いる培地は、微生物の培養に用いられる通常の培地を用いることができるが、窒素源や無機塩などを含む培地であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本微生物が資化して増殖できる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、チアミン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加する。さらに、必要に応じて、前記培地に炭素源としてペントースを含有する有機原料を添加してもよいし、グルコース等の有機原料を添加してもよい。
In carrying out the culture method of the present invention using the microorganism, it may be cultured in a solid medium such as an agar medium containing pentose, or may be cultured in a liquid medium containing pentose. By performing seed culture and main culture described later, the microorganisms used for the organic compound production reaction can be grown.
The seed culture is performed in order to prepare the cells of the microorganism to be used for the main culture. As a medium used for seed culture, a normal medium used for culturing microorganisms can be used, but a medium containing a nitrogen source, an inorganic salt, or the like is preferable. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated and propagated by the present microorganism. Various organic and inorganic nitrogen compounds such as extract, meat extract and corn steep liquor can be mentioned. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, vitamins such as biotin, thiamine, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, factors that promote growth such as nucleotides and amino acids are added as necessary. Furthermore, if necessary, an organic raw material containing pentose as a carbon source may be added to the medium, or an organic raw material such as glucose may be added.

種培養は、一般的な生育至適温度で行なうことが好ましい。一般的な生育至適温度とは、有機化合物の生産に用いられる条件において最も生育速度が速い温度のことを言う。具体的な培養温度としては、通常25℃〜40℃であり、30℃〜37℃が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常25℃〜35℃であり、28℃〜33℃がより好ましく、約30℃が特に好ましい。   The seed culture is preferably performed at a general optimum growth temperature. The general optimum growth temperature means a temperature at which the growth rate is the fastest under the conditions used for the production of the organic compound. The specific culture temperature is usually 25 ° C to 40 ° C, preferably 30 ° C to 37 ° C. In the case of coryneform bacteria, the temperature is usually 25 ° C to 35 ° C, more preferably 28 ° C to 33 ° C, and particularly preferably about 30 ° C.

種培養は、一般的な生育至適pHで行なうことが好ましい。一般的な生育至適pHとは、有機化合物の生産に用いられる条件において最も生育速度が速いpHのことを言う。具体的な培養pHとしては、通常pH4〜10であり、pH6〜8が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常pH6〜9であり、pH6.5〜8.5が好ましい。
また、種培養の培養時間は、一定量の菌体が得られる時間であれば特段の制限はないが、通常6時間以上96時間以下である。また、種培養においては、通気したり攪拌したりして、酸素を供給することが好ましい。
The seed culture is preferably performed at a general optimum pH for growth. The general optimum growth pH refers to a pH having the fastest growth rate under the conditions used for the production of organic compounds. The specific culture pH is usually pH 4 to 10, preferably pH 6 to 8. In the case of coryneform bacteria, the pH is usually 6-9, with pH 6.5-8.5 being preferred.
The culture time for seed culture is not particularly limited as long as a certain amount of cells can be obtained, but is usually 6 hours or more and 96 hours or less. In the seed culture, oxygen is preferably supplied by aeration or stirring.

種培養後の菌体は、後述する本培養に用いることができるが、種培養については省略してもよく、寒天培地等の固体培地で斜面培養したものを直接本培養に用いてもよい。また、必要に応じて、種培養を何度か繰り返し行ってもよい。
本培養は、後述する有機化合物生産反応に供する前記微生物菌体を調製するために行なうものであり、主として菌体量を増やすことを目的とする。上述の種培養を行う場合は、種培養により得られた菌体を用いて本培養を行う。
The bacterial cells after the seed culture can be used for the main culture described later. However, the seed culture may be omitted, and the cells cultured on the slope with a solid medium such as an agar medium may be directly used for the main culture. Moreover, you may repeat seed culture several times as needed.
The main culture is performed in order to prepare the microbial cells to be subjected to the organic compound production reaction described later, and is mainly intended to increase the amount of the microbial cells. When performing the seed culture described above, the main culture is performed using the cells obtained by seed culture.

本培養に用いる培地は、微生物の培養に用いられる通常の培地を用いることができるが、窒素源や無機塩などを含む培地であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本微生物が資化して増殖できる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、チアミン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加する。また、培養時の発泡を抑えるために、培地には市販の消泡剤を適量添加しておくことが好ましい。   The medium used for the main culture can be a normal medium used for culturing microorganisms, but is preferably a medium containing a nitrogen source, an inorganic salt, or the like. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated and propagated by the present microorganism. Specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolyzate, casein degradation product, peptone, yeast Various organic and inorganic nitrogen compounds such as extract, meat extract and corn steep liquor can be mentioned. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, vitamins such as biotin, thiamine, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, factors that promote growth such as nucleotides and amino acids are added as necessary. In order to suppress foaming during culture, it is preferable to add an appropriate amount of a commercially available antifoaming agent to the medium.

また、本培養においては、炭素源としてペントースを含有する有機原料を使用する。必要に応じて、その他の有機原料を添加してもよい。本培養において使用するペントース以外の有機原料としては、前記微生物が資化して増殖し得るものであれば特に限定されないが、通常、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、スクロース、サッカロース、デンプン、セルロース等の炭水化物;グリセロール、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられ、このうちグルコース、スクロース、またはフルクトースが好ましく、特にグルコースまたはスクロースが好ましい。   In the main culture, an organic raw material containing pentose is used as a carbon source. If necessary, other organic raw materials may be added. The organic raw material other than pentose used in the main culture is not particularly limited as long as the microorganism can be assimilated and proliferated. Usually, galactose, lactose, glucose, fructose, sucrose, saccharose, starch, cellulose, etc. Fermentable carbohydrates such as carbohydrates; polyalcohols such as glycerol, mannitol, xylitol, ribitol and the like are used, among which glucose, sucrose, or fructose is preferable, and glucose or sucrose is particularly preferable.

また、前記発酵性糖質を含有する澱粉糖化液、糖蜜なども使用され、前記発酵性糖質がサトウキビ、甜菜、サトウカエデ等の植物から搾取した糖液であるものが好ましい。
これらの有機原料は、単独で添加してもよいし、組み合わせて添加してもよい。
前記有機原料の使用濃度は特に限定されないが、増殖を阻害しない範囲で添加するのが有利であり、培養液に対して、通常0.1〜10%(W/V)、好ましくは0.5〜5%(W/V)の範囲内で用いることができる。また、増殖に伴う前記有機原料の減少にあわせ、有機原料の追加添加を行ってもよい。
Moreover, the starch saccharified liquid containing the said fermentable saccharide | sugar, molasses etc. are also used, and what is the saccharide liquid which the said fermentable saccharide extracted from plants, such as sugarcane, sugar beet, and a sugar maple, is preferable.
These organic raw materials may be added alone or in combination.
The concentration of the organic raw material used is not particularly limited, but it is advantageous to add it within a range that does not inhibit growth, and is usually 0.1 to 10% (W / V), preferably 0.5 It can be used within a range of ˜5% (W / V). Further, an additional addition of the organic raw material may be performed in accordance with the decrease of the organic raw material accompanying the growth.

また、本培養は、一般的な生育至適温度で行なうことが好ましい。具体的な培養温度としては、通常25℃〜40℃であり、30℃〜37℃が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常25℃〜35℃であり、28℃〜33℃がより好ましく、約30℃が特に好ましい。
また、本培養は、一般的な生育至適pHで行なうことが好ましい。具体的な培養pHとしては、通常pH4〜10であり、pH6〜8が好ましい。コリネ型細菌の場合は、通常pH6〜9であり、pH6.5〜8.5が好ましい。
The main culture is preferably performed at a general optimum growth temperature. The specific culture temperature is usually 25 ° C to 40 ° C, preferably 30 ° C to 37 ° C. In the case of coryneform bacteria, the temperature is usually 25 ° C to 35 ° C, more preferably 28 ° C to 33 ° C, and particularly preferably about 30 ° C.
Further, the main culture is preferably performed at a general optimum growth pH. The specific culture pH is usually pH 4 to 10, preferably pH 6 to 8. In the case of coryneform bacteria, the pH is usually 6-9, with pH 6.5-8.5 being preferred.

また、本培養の培養時間は、一定量の菌体が得られる時間であれば特段の制限はないが、通常6時間以上96時間以下である。また、本培養においては、通気したり攪拌したりして、酸素を供給することが好ましい。
また、本培養においては、より有機化合物の製造に適した菌体の調製方法として、特開2008−259451号公報に記載の炭素源の枯渇と充足を短時間で交互に繰り返すように培養を行う方法も用いることができる。
本培養後の菌体は、後述する有機化合物生産反応に用いることができるが、培養液を直接用いてもよいし、遠心分離、膜分離等によって菌体を回収した後に用いてもよい。
The culture time for the main culture is not particularly limited as long as a certain amount of cells can be obtained, but is usually 6 hours or more and 96 hours or less. In the main culture, it is preferable to supply oxygen by aeration or stirring.
In addition, in the main culture, as a method for preparing bacterial cells more suitable for the production of organic compounds, the culture is performed so that the carbon source depletion and sufficiency described in JP-A-2008-259451 are alternately repeated in a short time. Methods can also be used.
The cells after the main culture can be used for the organic compound production reaction described later, but the culture solution may be used directly, or may be used after the cells are collected by centrifugation, membrane separation or the like.

<有機化合物の製造方法>
本発明の有機化合物の製造方法は、水性媒体中でペントースを含有する有機原料に前記微生物またはその処理物を作用させることにより、有機化合物を生産させる工程を含むことを特徴とする有機化合物の製造方法である。中でも、ペントースを含有する有機原料に前記微生物またはその処理物を作用させることにより有機化合物を生産させ、これを回収することが好ましい。製造し得る有機化合物の種類および好ましい有機化合物の例は上述した通りである。
<Method for producing organic compound>
The method for producing an organic compound of the present invention comprises the step of producing an organic compound by allowing the microorganism or a treated product thereof to act on an organic raw material containing pentose in an aqueous medium. Is the method. Among them, it is preferable to produce an organic compound by allowing the microorganism or a processed product thereof to act on an organic raw material containing pentose, and recover this. Examples of organic compounds that can be produced and examples of preferred organic compounds are as described above.

ここで、水性媒体とは、有機化合物生産反応を行なう水溶液のことであり、後述するように窒素源、無機塩などを含む水溶液であることが好ましい。当該水性媒体中で、前記微生物またはその処理物と有機原料とを反応させることにより有機化合物生産反応を行なうことができる。本明細書において、水性媒体とは、反応容器に含まれる液体全てを意味する。   Here, the aqueous medium is an aqueous solution that performs an organic compound production reaction, and is preferably an aqueous solution containing a nitrogen source, an inorganic salt, and the like as described later. In the aqueous medium, an organic compound production reaction can be performed by reacting the microorganism or a processed product thereof with an organic raw material. In this specification, the aqueous medium means all liquids contained in the reaction vessel.

本発明の有機化合物製造方法に前記微生物を用いるに当たっては、寒天培地等の固体培地で斜面培養したものを直接用いても良いが、必要に応じて上記微生物を予め液体培地で
培養したものを用いてもよい。即ち、前記微生物を予め増殖させておいた上で、前記微生物に有機化合物を生産させてもよい。上述のように種培養や本培養を行なうことで、前記微生物を予め増殖させることができるが、このときに使用する有機原料としては、ペントースを含有する有機原料を用いてもよいし、その他の有機原料を用いてもよい。
When using the microorganism in the method for producing an organic compound of the present invention, it is possible to directly use a slant-cultured solid medium such as an agar medium, but if necessary, use a microorganism previously cultured in a liquid medium May be. That is, the microorganism may be proliferated in advance and the microorganism may produce an organic compound. By performing seed culture and main culture as described above, the microorganism can be proliferated in advance. As the organic raw material used at this time, an organic raw material containing pentose may be used. Organic raw materials may be used.

なお、種培養または本培養した微生物を反応液中で増殖させながら、ペントースを含有する有機原料と反応させることによって有機化合物を製造してもよいし、予め種培養または本培養を行なうことで増殖させた菌体を、ペントースを含有する有機原料を含む水性媒体中で有機原料と反応させることによって有機化合物を製造してもよい。
また、本発明の有機化合物製造方法においては、微生物の処理物を使用することもできる。微生物の処理物としては、例えば、微生物の菌体をアクリルアミド、カラギーナン等で固定化した固定化菌体、菌体を破砕した破砕物、その遠心分離上清、またはその上清を硫安処理等で部分精製した画分等が挙げられる。
An organic compound may be produced by reacting an organic raw material containing pentose while growing a seed culture or main culture microorganism in a reaction solution, or proliferating by performing seed culture or main culture in advance. You may manufacture an organic compound by making the microbial cell made to react with an organic raw material in the aqueous medium containing the organic raw material containing a pentose.
Moreover, in the organic compound manufacturing method of this invention, the processed material of microorganisms can also be used. Examples of the processed microorganisms include, for example, immobilized microorganisms in which microorganisms are immobilized with acrylamide, carrageenan, etc., disrupted microorganisms, centrifuged supernatants thereof, or supernatants thereof by ammonium sulfate treatment, etc. Examples include partially purified fractions.

本発明の有機化合物製造方法においては、ペントースを含有する有機原料を使用する。必要に応じて、その他の有機原料を添加してもよい。有機化合物製造方法において使用するペントース以外の有機原料としては、前記微生物が資化して有機化合物を生成させうる炭素源であれば特に限定されないが、通常、ガラクトース、ラクトース、グルコース、フルクトース、スクロース、デンプンまたはセルロース等の炭水化物;グリセロール、マンニトール、キシリトールまたはリビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が用いられ、このうちグルコース、スクロースまたはフルクトースが好ましく、特にグルコースまたはスクロースが好ましい。   In the organic compound production method of the present invention, an organic raw material containing pentose is used. If necessary, other organic raw materials may be added. The organic raw material other than the pentose used in the organic compound production method is not particularly limited as long as it is a carbon source that can be used by the microorganism to produce an organic compound, but is usually galactose, lactose, glucose, fructose, sucrose, starch Alternatively, carbohydrates such as cellulose; fermentable carbohydrates such as polyalcohols such as glycerol, mannitol, xylitol, and ribitol are used, and among these, glucose, sucrose, or fructose is preferable, and glucose or sucrose is particularly preferable.

また、前記発酵性糖質を含有する澱粉糖化液または糖蜜なども使用され、具体的にはサトウキビ、甜菜またはサトウカエデ等の植物から搾取した糖液であるものが好ましい。
これらの有機原料は、単独で添加してもよいし、組み合わせて添加してもよい。
前記有機原料の使用濃度は特に限定されないが、有機化合物の生成を阻害しない範囲で可能な限り高くするのが有利であり、反応液に対して、通常5%(W/V)以上、好ましくは10%(W/V)以上であり、一方、通常30%(W/V)以下、好ましくは20%(W/V)以下である。また、反応の進行に伴う前記有機原料の減少にあわせ、有機原料の追加添加を行ってもよい。
In addition, a starch saccharified solution or molasses containing the fermentable carbohydrate is also used, and specifically, a sugar solution extracted from a plant such as sugar cane, sugar beet or sugar maple is preferable.
These organic raw materials may be added alone or in combination.
The use concentration of the organic raw material is not particularly limited, but it is advantageous to make it as high as possible within the range not inhibiting the formation of the organic compound, and is usually 5% (W / V) or more, preferably On the other hand, it is usually 30% (W / V) or less, preferably 20% (W / V) or less. Further, an additional organic raw material may be added in accordance with a decrease in the organic raw material as the reaction proceeds.

前記水性媒体としては特に限定されず、例えば、微生物を培養するための培地であってもよいし、リン酸緩衝液等の緩衝液であってもよいが、反応液は窒素源や無機塩などを含む水溶液であることが好ましい。ここで、窒素源としては、本微生物が資化して有機化合物を生成させうる窒素源であれば特に限定されないが、具体的には、アンモニウム塩、硝酸塩、尿素、大豆加水分解物、カゼイン分解物、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカーなどの各種の有機、無機の窒素化合物が挙げられる。無機塩としては各種リン酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛等の金属塩が用いられる。また、ビオチン、チアミン、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等のビタミン類、ヌクレオチド、アミノ酸などの生育を促進する因子を必要に応じて添加する。また、反応時の発泡を抑えるために、反応液には市販の消泡剤を適量添加しておくことが好ましい。   The aqueous medium is not particularly limited, and may be, for example, a medium for culturing microorganisms or a buffer solution such as a phosphate buffer, but the reaction solution may be a nitrogen source or an inorganic salt. An aqueous solution containing is preferable. Here, the nitrogen source is not particularly limited as long as it is a nitrogen source that can be assimilated by the microorganism to produce an organic compound. Specifically, ammonium salt, nitrate, urea, soybean hydrolysate, casein degradation product And various organic and inorganic nitrogen compounds such as peptone, yeast extract, meat extract and corn steep liquor. As the inorganic salt, various phosphates, sulfates, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, and other metal salts are used. In addition, vitamins such as biotin, thiamine, pantothenic acid, inositol, and nicotinic acid, factors that promote growth such as nucleotides and amino acids are added as necessary. In order to suppress foaming during the reaction, it is preferable to add an appropriate amount of a commercially available antifoaming agent to the reaction solution.

また、水性媒体には、例えば上述した有機原料、窒素源、無機塩などのほかに、炭酸イオン、重炭酸イオンまたは二酸化炭素ガス(炭酸ガス)を含有させることが好ましい。炭酸イオンまたは重炭酸イオンは、中和剤としても用いることのできる炭酸マグネシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウムなどから供給されるが、必要に応じて、炭酸若しくは重炭酸またはこれらの塩或いは二酸化炭素ガスから供給することもできる。炭酸または重炭酸の塩の具体例としては、例えば炭酸マグネシウム、
炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸アンモニウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等が挙げられる。
The aqueous medium preferably contains carbonate ion, bicarbonate ion, or carbon dioxide gas (carbon dioxide gas) in addition to the organic raw material, nitrogen source, inorganic salt, and the like described above. Carbonate ions or bicarbonate ions are supplied from magnesium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, etc., which can also be used as a neutralizing agent. It can also be supplied from these salts or carbon dioxide gas. Specific examples of the carbonate or bicarbonate salt include, for example, magnesium carbonate,
Examples include ammonium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium bicarbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate and the like.

水性媒体中における炭酸イオンまたは重炭酸イオンの濃度は、通常1mM以上、好ましくは2mM以上、さらに好ましくは3mM以上であり、また、通常500mM以下、好ましくは300mM以下、さらに好ましくは200mM以下である。二酸化炭素ガスを含有させる場合は、水性媒体1L当たり通常50mg以上、好ましくは100mg以上、さらに好ましくは150mg以上の二酸化炭素ガスを含有させることが好ましく、一方、水性媒体1L当たり通常25g以下、好ましくは15g以下、さらに好ましくは10g以下の二酸化炭素ガスを含有させることが好ましい。   The concentration of carbonate ion or bicarbonate ion in the aqueous medium is usually 1 mM or more, preferably 2 mM or more, more preferably 3 mM or more, and usually 500 mM or less, preferably 300 mM or less, more preferably 200 mM or less. When carbon dioxide gas is contained, it is usually preferred to contain 50 mg or more, preferably 100 mg or more, more preferably 150 mg or more of carbon dioxide gas per liter of aqueous medium, while usually 25 g or less, preferably It is preferable to contain 15 g or less, more preferably 10 g or less of carbon dioxide gas.

有機化合物生産反応中の水性媒体のpHは、用いる上記微生物の種類に応じて、その活性が最も有効に発揮される範囲に調整されることが好ましい。具体的には、コリネ型細菌を用いる場合には、反応液のpHを、通常5.5以上、好ましくは6以上、より好ましくは6.6以上、さらに好ましくは7.1以上であり、一方、通常10以下、好ましくは9.5以下、より好ましくは9.0以下とすることが好ましい。   The pH of the aqueous medium during the organic compound production reaction is preferably adjusted to a range where the activity is most effectively exhibited according to the type of the microorganism used. Specifically, when coryneform bacteria are used, the pH of the reaction solution is usually 5.5 or higher, preferably 6 or higher, more preferably 6.6 or higher, and even more preferably 7.1 or higher. Usually, it is preferably 10 or less, preferably 9.5 or less, more preferably 9.0 or less.

水性媒体のpHは、生産される有機化合物が酸性物質である場合には、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、アンモニア(水酸化アンモニウム)、またはそれらの混合物等を添加することによって調整することができる。生産される有機化合物が塩基性物質である場合には、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸、酢酸等の有機酸、それらの混合物等を添加すること、または二酸化炭素ガスを供給することによって調整することができる。   The pH of the aqueous medium is determined when the organic compound produced is an acidic substance, such as sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, potassium bicarbonate, magnesium carbonate, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, sodium hydroxide, hydroxide It can be adjusted by adding calcium, magnesium hydroxide, ammonia (ammonium hydroxide), or a mixture thereof. When the organic compound to be produced is a basic substance, by adding an inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid, an organic acid such as acetic acid, a mixture thereof, or by supplying carbon dioxide gas Can be adjusted.

また、水性媒体に、イノシトールを含有させてもよい。これにより、iolT遺伝子の発現を誘導し、発現を増強することができる。この手段によってiolT遺伝子の発現を増強するにあたっては、上述のような遺伝子改変を行った菌株を用いてもよいが、そのような遺伝子改変を行っていない菌株も用いることができる。ここで使用可能なイノシトールとしては、myo−イノシトールなど、<本発明に用いる微生物または処理物>に例示したものと同様である。   Further, inositol may be contained in the aqueous medium. Thereby, the expression of iolT gene can be induced and the expression can be enhanced. In enhancing the expression of the iolT gene by this means, a strain that has been genetically modified as described above may be used, but a strain that has not been genetically modified can also be used. Examples of inositol that can be used here are the same as those exemplified in <Microorganisms or processed product used in the present invention> such as myo-inositol.

有機化合物生産反応に用いる微生物の菌体量は、特に限定されないが、湿菌体重量として、通常1g/L以上、好ましくは10g/L以上、より好ましくは20g/L以上であり、一方、通常700g/L以下、好ましくは500g/L以下、さらに好ましくは400g/L以下である。
有機化合物生産反応の時間は、特に限定はないが、通常1時間以上、好ましくは3時間以上であり、一方、通常168時間以下、好ましくは72時間以下である。
The amount of microbial cells used in the organic compound production reaction is not particularly limited, but the weight of wet cells is usually 1 g / L or more, preferably 10 g / L or more, more preferably 20 g / L or more. 700 g / L or less, preferably 500 g / L or less, more preferably 400 g / L or less.
The time for the organic compound production reaction is not particularly limited, but is usually 1 hour or longer, preferably 3 hours or longer, and is usually 168 hours or shorter, preferably 72 hours or shorter.

有機化合物生産反応の温度は、用いる前記微生物の生育至適温度と同じ温度で行ってもよいが、生育至適温度より高い温度で行うことが有利であり、通常2℃〜20℃、好ましくは7℃〜15℃高い温度で行う。具体的には、コリネ型細菌の場合には、通常35℃以上、好ましくは37℃以上、さらに好ましくは39℃以上であり、一方、通常45℃以下、好ましくは43℃以下、さらに好ましくは41℃以下である。有機化合物生産反応の間、常に35℃〜45℃の範囲とする必要はないが、全反応時間の50%以上、好ましくは80%以上の時間において、上記温度範囲にすることが望ましい。   The organic compound production reaction may be performed at the same temperature as the optimum growth temperature of the microorganism to be used, but it is advantageous to carry out the reaction at a temperature higher than the optimum growth temperature, usually 2 ° C to 20 ° C, preferably 7 to 15 ° C higher temperature Specifically, in the case of coryneform bacteria, it is usually 35 ° C. or higher, preferably 37 ° C. or higher, more preferably 39 ° C. or higher, and usually 45 ° C. or lower, preferably 43 ° C. or lower, more preferably 41 It is below ℃. During the organic compound production reaction, it is not always necessary to set the temperature within the range of 35 ° C to 45 ° C.

有機化合物生成反応は、通気、攪拌して行ってもよいが、通気せず、酸素を供給しない嫌気的雰囲気下で行なうことが好ましい。ここでいう嫌気的雰囲気下は、例えば容器を密閉して無通気で反応させる、窒素ガス等の不活性ガスを供給して反応させる、二酸化炭素
ガス含有の不活性ガスを通気する等の方法によって得ることができる。
本発明の有機化合物製造方法は、特段の制限はないが、回分反応、半回分反応もしくは連続反応のいずれにも適用することができる。
The organic compound generation reaction may be performed with aeration and stirring, but is preferably performed in an anaerobic atmosphere without aeration and without supplying oxygen. Under the anaerobic atmosphere here, for example, the container is sealed and reacted without aeration, the reaction is performed by supplying an inert gas such as nitrogen gas, or the inert gas containing carbon dioxide gas is vented. Can be obtained.
The organic compound production method of the present invention is not particularly limited, but can be applied to any of batch reaction, semi-batch reaction, and continuous reaction.

以上のような微生物反応により、有機化合物が生成し、反応液中に蓄積させることができる。蓄積させた有機化合物は、常法に従って、反応液より回収することができる(回収工程)。具体的には、例えば、蓄積させた有機化合物がコハク酸、フマル酸、リンゴ酸等のカルボン酸である場合には、遠心分離、ろ過等により菌体等の固形物を除去した後、イオン交換樹脂等で脱塩し、その溶液から結晶化(晶析)あるいはカラムクロマトグラフィーにより精製するなどして、カルボン酸を回収することができる。蓄積させた有機化合物がエタノール、ブタノール、ブタンジオール等のアルコールである場合には、遠心分離、ろ過等により菌体等の固形物を除去した後、蒸留等で濃縮し、その溶液を膜脱水するなどして、アルコールを回収することができる。   By the microbial reaction as described above, an organic compound can be generated and accumulated in the reaction solution. The accumulated organic compound can be recovered from the reaction solution according to a conventional method (recovery step). Specifically, for example, when the accumulated organic compound is a carboxylic acid such as succinic acid, fumaric acid or malic acid, solid substances such as cells are removed by centrifugation, filtration, etc., and then ion exchange is performed. The carboxylic acid can be recovered by desalting with a resin or the like, and purification from the solution by crystallization (crystallization) or column chromatography. If the accumulated organic compound is an alcohol such as ethanol, butanol, or butanediol, solids such as cells are removed by centrifugation, filtration, etc., and then concentrated by distillation or the like, and the solution is dehydrated into a membrane. For example, alcohol can be recovered.

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

[比較例1]
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株について、以下のようにして、ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊、ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の増強、キシロースイソメラーゼ遺伝子およびキシルロキナーゼ遺伝子の導入を行ない、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株を作製した。
[Comparative Example 1]
For Brevibacterium flavum MJ233 strain, disruption of lactate dehydrogenase gene, enhancement of pyruvate carboxylase gene, introduction of xylose isomerase gene and xylulokinase gene were performed as follows, and Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / A PC-4 / ΔLDH strain was prepared.

<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>
(A)ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノムDNAの抽出
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株を、2%グルコースを含むA培地[尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・5水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:1g、カザミノ酸:1g、蒸留水1,000mLに溶解]10mLで対数増殖期後期まで培養し、集菌した。得られた菌体を10mg/mLの濃度のリゾチームを含む緩衝液[20mM Tris−HCl pH8.0、10mM NaCl、1mM EDTA・2Na]0.15mLに懸濁した。次に、上記懸濁液にプロテナーゼKを、最終濃度が100μg/mLになるように添加し、37℃で1時間保温した。さらにドデシル硫酸ナトリウムを最終濃度が0.5%になるように添加し、50℃で6時間保温して溶菌した。この溶菌液に、等量のフェノール/クロロホルム溶液を添加し、室温で10分間ゆるやかに振盪した後、全量を遠心分離(5,000×g、20分間、10〜12℃)し、上清画分を分取した。酢酸ナトリウムを0.3Mとなるように添加した後、2倍量のエタノールを加え混合し、遠心分離(15,000×g、2分間)により回収した沈殿物を70%エタノールで洗浄した後、風乾した。得られたDNAにTE緩衝液[10mM Tris−HCl pH7.5、1mM EDTA・2Na]5mLを加え、4℃で一晩静置し、以後のPCRの鋳型DNAに使用した。
<Disruption of lactate dehydrogenase gene>
(A) Extraction of Brevibacterium flavum MJ233 strain genomic DNA Brevibacterium flavum MJ233 strain A medium containing 2% glucose [urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, 1 potassium phosphate: 0.5 g, phosphate 2 potassium 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate heptahydrate: 20 mg, manganese sulfate pentahydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg Yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, dissolved in 1,000 mL of distilled water] The cells were cultured with 10 mL until the late logarithmic growth phase and collected. The obtained cells were suspended in 0.15 mL of a buffer solution [20 mM Tris-HCl pH 8.0, 10 mM NaCl, 1 mM EDTA · 2Na] containing lysozyme at a concentration of 10 mg / mL. Next, proteinase K was added to the suspension so that the final concentration was 100 μg / mL, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 1 hour. Further, sodium dodecyl sulfate was added to a final concentration of 0.5%, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 6 hours for lysis. After adding an equal amount of phenol / chloroform solution to this lysate and shaking gently at room temperature for 10 minutes, the whole amount was centrifuged (5,000 × g, 20 minutes, 10 to 12 ° C.) to obtain a supernatant fraction. The fraction was collected. After adding sodium acetate to 0.3M, 2 volumes of ethanol was added and mixed, and the precipitate collected by centrifugation (15,000 × g, 2 minutes) was washed with 70% ethanol, Air dried. To the obtained DNA, 5 mL of TE buffer [10 mM Tris-HCl pH 7.5, 1 mM EDTA · 2Na] was added and allowed to stand overnight at 4 ° C., and used as template DNA for subsequent PCR.

(B)ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子のクローニング
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株のldh遺伝子の取得は、上記(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession
No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号7および配列番号8)を用いたPCRによって行った。
(B) Cloning of the lactate dehydrogenase gene The ldh gene of Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained from the Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain whose entire genome sequence was reported using the DNA prepared in (A) as a template. Sequence around the gene (GenBank Accession
No. This was carried out by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8) designed based on (BA000036).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、Taq DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)0
.2μl、1倍濃度添付バッファー、0.2μM 各々プライマー、0.25μM dN
TPsを混合し、全量を20μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、94℃で20秒、55℃で20秒、72℃で1分からなるサイクルを30回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は5分とした。
The composition of the reaction solution was as follows: template DNA 1 μl, Taq DNA polymerase (Takara Bio) 0
. 2 μl, 1 × concentration buffer, 0.2 μM each primer, 0.25 μM dN
TPs were mixed to make a total volume of 20 μl. As the reaction temperature condition, a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 55 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 1 minute was repeated 30 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 5 minutes.

増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.95kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行った。回収したDNA断片をPCR産物クローニングベクターpGEM−TEasy(Promega)と混合し、DNALigation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結し、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を50μg/mLアンピシリンおよび50μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上で白色のコロニーを形成したクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLアンピシリンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素SacIおよびSphIにより切断した結果、約1.0kbの挿入断片が確認され、これをpGEMT/CgLDHと命名した。   The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.95 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN). The recovered DNA fragment was mixed with a PCR product cloning vector pGEM-TEasy (Promega), and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio), and the resulting plasmid DNA was used to transform E. coli DH5α strain. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin and 50 μg / mL X-Gal. A clone that formed white colonies on this medium was subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 50 μg / mL ampicillin), and then using QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) Plasmid DNA was prepared. The plasmid DNA thus obtained was cleaved with restriction enzymes SacI and SphI. As a result, an inserted fragment of about 1.0 kb was confirmed, and this was named pGEMT / CgLDH.

(C)ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子破壊用プラスミドの構築
上記(B)で作製したpGEMT/CgLDHを制限酵素EcoRVおよびXbaIで切断することにより約0.25kbからなるLDHのコーディング領域の内部配列を切り出した。残った約3.7kbのDNA断片の末端をKlenow Fragment(タカラバイオ)にて平滑化し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて環状化させ、大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を50μg/mLアンピシリンを含むLB寒天培地に塗抹した。得られたクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLアンピシリンを含む)により液体培養した後、QIAprep
Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素SacIおよびSphIにより切断した結果、約0.75kbの挿入断片が確認され、これをpGEMT/ΔLDHと命名した。
(C) Construction of plasmid for disrupting lactate dehydrogenase gene The internal sequence of the coding region of LDH consisting of about 0.25 kb was cut out by cutting pGEMT / CgLDH prepared in (B) above with restriction enzymes EcoRV and XbaI. The remaining DNA fragment of about 3.7 kb was blunted with Klenow Fragment (Takara Bio) and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio) was used to circulate and transform Escherichia coli DH5α strain. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin. The obtained clone was subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 50 μg / mL ampicillin), and then QIAprep.
Plasmid DNA was prepared using Spin Miniprep Kit (QIAGEN). The plasmid DNA thus obtained was cleaved with restriction enzymes SacI and SphI. As a result, an inserted fragment of about 0.75 kb was confirmed, and this was named pGEMT / ΔLDH.

次に、上記pGEMT/ΔLDHを制限酵素SacIおよびSphIにて切断して生じる約0.75kbのDNA断片を、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離、回収
し、欠損領域を含むldh遺伝子断片を調製した。このDNA断片を、制限酵素SacIおよびSphIにて切断したpKMB1(特開2005−95169)と混合し、DNA
Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンおよび50μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上で白色のコロニーを形成したクローンをTB培地(50μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素SacIおよびSphIにより切断した結果、約0.75kbの挿入断片が確認され、これをpKMB1/ΔLDHと命名した。pKMB1/ΔLDHの構築過程を図1に示した。
Next, a DNA fragment of about 0.75 kb generated by cleaving the above pGEMT / ΔLDH with restriction enzymes SacI and SphI is separated and recovered by 0.75% agarose gel electrophoresis, and an ldh gene fragment containing a defective region is obtained. Prepared. This DNA fragment was mixed with pKMB1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) cleaved with restriction enzymes SacI and SphI, and DNA
Ligation Kit ver. After ligation using 2 (Takara Bio), Escherichia coli DH5α strain was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin and 50 μg / mL X-Gal. A clone that formed white colonies on this medium was subjected to liquid culture in TB medium (containing 50 μg / mL kanamycin), and then plasmid DNA was prepared using QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN). The plasmid DNA thus obtained was cleaved with restriction enzymes SacI and SphI. As a result, an inserted fragment of about 0.75 kb was confirmed, and this was named pKMB1 / ΔLDH. The construction process of pKMB1 / ΔLDH is shown in FIG.

(D)ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pKMB1/ΔLDHを用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159)により形質転換した大腸菌JM110株から調製した。
(D) Disruption of lactate dehydrogenase gene Plasmid DNA used for transformation of Brevibacterium flavum MJ233 strain was transformed into Escherichia coli transformed by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53, 159) using pKMB1 / ΔLDH. Prepared from JM110 strain.

ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株は、常法(Wolf Hetal,J.Bacteriol.,1983,156(3),p1165−70、Kurusu Yetal.,Agric Biol Chem.,1990,54(2),p443−7)に従って内在性プラスミドを除去(キュアリング)し、以後の形質転換に用いた。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株の形質転換は、電気パルス法(Res. Microbiol.,1993,144,p181−5)によって行い、得られた形質転換体を50μg/mLカナマイシンを含むLBG寒天培地[トリプトン 10g、イーストエキストラクト 5g 、NaCl 5g、グルコース 20g、および寒天15gを
蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。
Brevibacterium flavum MJ233 strain is prepared by conventional methods (Wolf Hetal, J. Bacteriol., 1983, 156 (3), p1165-70, Kurusu Yetal., Agric Biol Chem., 1990, 54 (2), p443-7. ), The endogenous plasmid was removed (curing) and used for the subsequent transformation.
Transformation of Brevibacterium flavum MJ233 strain was carried out by the electric pulse method (Res. Microbiol., 1993, 144, p181-5), and the obtained transformant was treated with an LBG agar medium containing 50 μg / mL kanamycin [tryptone. 10 g, 5 g yeast extract, 5 g NaCl, 20 g glucose, and 15 g agar were dissolved in 1 L distilled water].

この培地上に生育した株は、pKMB1/ΔLDHがブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのldh遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組み換えを起こした結果、同ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子およびSacB遺伝子が挿入されているはずである。   Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pKMB1 / ΔLDH is not replicable in Brevibacterium flavum MJ233 strain, the ldh gene of the plasmid and the same gene on the genome of Brevibacterium flavum MJ233 strain As a result of homologous recombination with the kanamycin, the kanamycin resistance gene and SacB gene derived from the plasmid should be inserted on the same genome.

次に、上記相同組み換え株を50μg/mLカナマイシンを含むLBG培地にて液体培養した。この培養液の菌体数約100万相当分を10%ショ糖含有LBG培地に塗抹にした。結果、2回目の相同組み換えによりSacB遺伝子が脱落しショ糖非感受性となったと考えられる株約10個得た。
この様にして得られた株の中には、そのldh遺伝子がpKMB1/ΔLDHに由来する変異型に置き換わったものと野生型に戻ったものが含まれる。ldh遺伝子が変異型であるか野生型であるかの確認は、LBG培地にて培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し、ldh遺伝子の検出を行うことによって容易に確認できる。ldh遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号9および配列番号10)を用いて分析すると、野生型では720bp、欠失領域を持つ変異型では471bpのDNA断片を認めるはずである。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、変異型遺伝子のみを有する株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDHと命名した。
Next, the homologous recombination strain was subjected to liquid culture in an LBG medium containing 50 μg / mL kanamycin. A portion equivalent to about 1 million cells of this culture was smeared on a 10% sucrose-containing LBG medium. As a result, about 10 strains that were considered to be sucrose-insensitive due to elimination of the SacB gene by the second homologous recombination were obtained.
Among the strains obtained in this manner, those in which the ldh gene is replaced with a mutant derived from pKMB1 / ΔLDH and those in which the wild type is restored are included. Confirmation of whether the ldh gene is a mutant type or a wild type can be easily confirmed by subjecting the cells obtained by culturing in the LBG medium to a direct PCR reaction and detecting the ldh gene. When analyzed using primers (SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10) for PCR amplification of the ldh gene, a wild-type DNA fragment of 720 bp and a mutant type having a deletion region should have a DNA fragment of 471 bp. As a result of analyzing the strain that became insensitive to sucrose by the above method, a strain having only the mutant gene was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH.

(E)ラクテートデヒドロゲナーゼ活性の測定
上記(D)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株を、2%グルコースを含むA培地[尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・5水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:1g、カザミノ酸:1g、蒸留水1,000mLに溶解]に植菌し、30℃で15時間好気的に振とう培養した。得られた培養液を遠心分離(3,000×g、4℃、20分間)して菌体を回収後、50mM リン酸ナトリウム緩衝液(pH7.3)で洗浄した。
(E) Measurement of lactate dehydrogenase activity Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain prepared in (D) above was added to A medium containing 2% glucose [urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, 1 potassium phosphate: 0.5 g. , Dipotassium phosphate 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate heptahydrate: 20 mg, manganese sulfate pentahydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, hydrochloric acid Thiamine: 200 μg, yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, dissolved in 1,000 mL of distilled water] and inoculated aerobically at 30 ° C. for 15 hours. The obtained culture broth was centrifuged (3,000 × g, 4 ° C., 20 minutes) to recover the cells, and then washed with 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.3).

次いで、洗浄菌体0.5g(湿重量)を上記リン酸ナトリウム緩衝液2mLに懸濁し、氷冷下で超音波破砕器(ブランソン) にかけ菌体破砕物を得た。該破砕物を遠心分離(
10,000×g,4℃,30分間)し、上清を粗酵素液として得た。対照として、ブレ
ビバクテリウム・フラバムMJ233株の粗酵素液を同様に調製し、以下の活性測定に供した。
Next, 0.5 g (wet weight) of washed cells was suspended in 2 mL of the sodium phosphate buffer, and subjected to an ultrasonic crusher (Branson) under ice cooling to obtain a crushed cell. The crushed material is centrifuged (
(10,000 × g, 4 ° C., 30 minutes), and the supernatant was obtained as a crude enzyme solution. As a control, a crude enzyme solution of Brevibacterium flavum MJ233 strain was similarly prepared and subjected to the following activity measurement.

LDH酵素活性の測定は、両粗酵素液について、ピルビン酸を基質とした乳酸の生成に伴い、補酵素NADHがNAD+に酸化されるのを、340nmの吸光度変化によって検
出することで行った。反応は、50mM リン酸カリウム緩衝液(pH7.2)、10mMピルビン酸、0.4mMNADH存在下、37℃にて行った。その結果、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株から調製された粗酵素液におけるLDH活性に対し、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株から調製された粗酵素液におけるLDH活性は、10分の1以下であった。
The LDH enzyme activity was measured by detecting the coenzyme NADH being oxidized to NAD + by the change in absorbance at 340 nm with the production of lactic acid using pyruvate as a substrate for both crude enzyme solutions. The reaction was performed at 37 ° C. in the presence of 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.2), 10 mM pyruvic acid and 0.4 mM NADH. As a result, the LDH activity in the crude enzyme solution prepared from Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH was 1/10 or less compared to the LDH activity in the crude enzyme solution prepared from Brevibacterium flavum MJ233 strain. there were.

<ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の増強>
(A)コリネ型細菌用プロモーター断片の調製
コリネ型細菌で強力なプロモーター活性を有するDNA断片であるTZ4プロモーター(特開平7−95891の配列番号4に記載のDNA断片)の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233株のゲノムDNAを鋳型とし、特開平7−95891の配列番号4に記載の配列を基に設計した合成DNA(配列番号11および配列番号12)を用いたPCRによって行った。
<Enhancement of pyruvate carboxylase gene>
(A) Preparation of Promoter Fragment for Coryneform Bacteria Acquisition of TZ4 promoter (DNA fragment described in SEQ ID NO: 4 of JP-A-7-95891), which is a DNA fragment having strong promoter activity in coryneform bacteria, was obtained in the above Comparative Example. 1. Synthetic DNA designed based on the sequence described in JP-A-7-95891 using the genomic DNA of Brevibacterium flavum MJ233 prepared in (A) of <1) <Disruption of lactate dehydrogenase gene> It was performed by PCR using (SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 12).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、Pfx DNAポリメラーゼ(Invitrogen) 0.2μl、1倍濃度添付バッファー、0.3μM 各々プライマー、1mM MgSO、0.25μM dNTPsを混合し、全量を20μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で30秒からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は2分とした。 The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 0.2 μl of Pfx DNA polymerase (Invitrogen), 1 × concentration buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.25 μM dNTPs, and the total volume was 20 μl. As the reaction temperature conditions, a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 2 minutes.

増幅産物の確認は、2.0%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約250bpの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行った。回収したDNA断片は、T4 Polynucleotide
Kinase(タカラバイオ)により5’末端をリン酸化した後、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて大腸菌ベクターpUC19(タカラバイオ)のSmaI部位に結合し、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を50μg/mLアンピシリンおよび50μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。
The amplification product was confirmed by separation by 2.0% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 250 bp was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN). The recovered DNA fragment is T4 Polynucleotide.
After phosphorylating the 5 ′ end with Kinase (Takara Bio), DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio) was used to bind to the SmaI site of E. coli vector pUC19 (Takara Bio), and the resulting plasmid DNA was used to transform E. coli DH5α strain. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin and 50 μg / mL X-Gal.

この培地上で白色のコロニーを形成した6クローンについて、TB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLアンピシリンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを精製し、塩基配列を決定した。この中でTZ4プロモーターがpUC19のlacプロモーターと逆方向に転写活性を有するように挿入されたクローンを選抜し、これをpUC/TZ4と命名した。   Six clones that formed white colonies on this medium were subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 50 μg / mL ampicillin), and then QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) was used. The plasmid DNA was purified and the nucleotide sequence was determined. Among them, a clone in which the TZ4 promoter was inserted so as to have a transcriptional activity in the reverse direction to the lac promoter of pUC19 was selected and named pUC / TZ4.

次に、pUC/TZ4を制限酵素BamHIおよびPstIで切断して調製したDNA断片に、5’末端がリン酸化された合成DNA(配列番号13および配列番号14)から成り、両末端にそれぞれBamHIとPstIに対する粘着末端を有するDNAリンカーを混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。本DNAリンカー
には、リボソーム結合配列(AGGAGG)およびその下流に配したクローニングサイト(上流から順に、PacI、NotI、ApaI)が含まれている。
Next, a DNA fragment prepared by cleaving pUC / TZ4 with restriction enzymes BamHI and PstI consists of synthetic DNA (SEQ ID NO: 13 and SEQ ID NO: 14) phosphorylated at the 5 ′ end, and BamHI and A DNA linker having a sticky end to PstI was mixed, and DNA Ligation Kit ver. After ligation using 2 (Takara Bio), Escherichia coli DH5α strain was transformed with the obtained plasmid DNA. This DNA linker includes a ribosome binding sequence (AGGAGG) and a cloning site (PacI, NotI, ApaI in this order from the upstream).

この培地上で白色のコロニーを形成したクローンを、TB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLアンピシリンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAの中から制限酵素NotIによって切断されるものを選抜し、これをpUC/TZ4−SDと命名した。   A clone that formed white colonies on this medium was subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 50 μg / mL ampicillin), and then using QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) The plasmid DNA was purified. From the obtained plasmid DNA, one that was cleaved by the restriction enzyme NotI was selected and named pUC / TZ4-SD.

この様にして構築したpUC/TZ4−SDを制限酵素PstIで切断後、Klenow Fragment(タカラバイオ)にて末端を平滑化し、次いで制限酵素KpnIで切断することにより生じた約300bpのプロモーター断片を、2.0%アガロースゲル電気泳動により分離し、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて回収した。   The pUC / TZ4-SD constructed in this way was cleaved with the restriction enzyme PstI, the ends were blunted with Klenow Fragment (Takara Bio), and then cleaved with the restriction enzyme KpnI to obtain a promoter fragment of about 300 bp. It isolate | separated by 2.0% agarose gel electrophoresis and collect | recovered using QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN).

(B)コリネ型細菌発現ベクターの構築
コリネ型細菌にて安定的に自立複製可能なプラスミドとして、pHSG298par−rep(特開平12−93183)を利用した。本プラスミドは、ブレビバクテリウム・スタチオニスIFO12144株が保有する天然型プラスミドpBY503の複製領域および安定化機能を有する領域と大腸菌ベクターpHSG298(タカラバイオ)に由来するカナマイシン耐性遺伝子および大腸菌の複製領域を備える。pHSG298par−repを制限酵素SseIで切断後、Klenow Fragment(タカラバイオ)にて末端を平滑化し、次いで制限酵素KpnIで切断することによって調製したDNAを、上記比較例1の<ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の増強>の(A)で調製したTZ4プロモーター断片と混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結後、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。
(B) Construction of Coryneform Bacterial Expression Vector pHSG298par-rep (Japanese Patent Laid-Open No. 12-93183) was used as a plasmid that can stably replicate independently in coryneform bacteria. This plasmid comprises a replication region and a region having a stabilizing function of the natural plasmid pBY503 possessed by Brevibacterium stachynis IFO12144, a kanamycin resistance gene derived from the Escherichia coli vector pHSG298 (Takara Bio), and a replication region of Escherichia coli. The DNA prepared by cleaving pHSG298par-rep with the restriction enzyme SseI, blunting the ends with Klenow Fragment (Takara Bio), and then cleaving with the restriction enzyme KpnI > TZ4 promoter fragment prepared in (A), and DNA Ligation Kit ver. After ligation using 2 (Takara Bio), Escherichia coli DH5α strain was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin.

この培地上で生育した株をTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを精製した。得られたプラスミドDNAの中から制限酵素NotIによって切断されるものを選抜し、該プラスミドをpTZ4と命名した。   The strain grown on this medium is subjected to liquid culture with TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (including 50 μg / mL kanamycin), and then the plasmid DNA is purified using QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) did. From the obtained plasmid DNA, one that was cleaved by the restriction enzyme NotI was selected, and the plasmid was named pTZ4.

(C)ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子のクローニング
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株のpc遺伝子の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号15および配列番号16)を用いたPCRによって行った。
(C) Cloning of pyruvate carboxylase gene The pc gene of Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained by using the DNA prepared in (A) of <Disruption of lactate dehydrogenase gene> in Comparative Example 1 as a template and the entire genome sequence. Was performed by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 15 and SEQ ID NO: 16) designed based on the sequence around the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 (GenBank Accession No. BA00000036).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、Pfx DNAポリメラーゼ(Invitrogen) 0.2μl、1倍濃度添付バッファー、0.3μM 各々プライマー、1mM MgSO、0.25μM dNTPsを混合し、全量を20μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、94℃で20秒、68℃で4分からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの68℃での保温は10分とした。
PCR反応終了後、Ex Taq DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)を0.1μl加え、72℃で30分保温した。増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約3.7kbの断片を検出した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 0.2 μl of Pfx DNA polymerase (Invitrogen), 1 × concentration buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.25 μM dNTPs, and the total volume was 20 μl. As a reaction temperature condition, a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds and 68 ° C. for 4 minutes was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute and 20 seconds, and the heat retention at 68 ° C. in the final cycle was 10 minutes.
After completion of the PCR reaction, 0.1 μl of Ex Taq DNA polymerase (Takara Bio) was added and incubated at 72 ° C. for 30 minutes. The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 3.7 kb was detected.

ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行った。回収したDNA断片をPCR産物クローニングベクターpGEM−TEasy(Promega)と混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結し、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を50μg/mLアンピシリンおよび50μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。
この培地上で白色のコロニーを形成したクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLアンピシリンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素PacIおよびApaIにより切断した結果、約3.7kbの挿入断片が確認され、これをpGEM/MJPCと命名した。
Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN). The recovered DNA fragment was mixed with a PCR product cloning vector pGEM-TEasy (Promega), and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio), and the resulting plasmid DNA was used to transform E. coli DH5α strain. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin and 50 μg / mL X-Gal.
A clone that formed white colonies on this medium was subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 50 μg / mL ampicillin), and then using QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) Plasmid DNA was prepared. The plasmid DNA thus obtained was cleaved with restriction enzymes PacI and ApaI. As a result, an inserted fragment of about 3.7 kb was confirmed, and this was named pGEM / MJPC.

pGEM/MJPCの挿入断片の塩基配列はBigDye Terminator v3 Cycle Sequencing Kitおよび塩基配列解読装置377XL(Applied Biosystems)を用いて決定した。その結果得られた塩基配列から推測されるアミノ酸配列はコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株由来のPCと極めて高い相同性(99.4%)を示したことから、pGEM/MJPCの挿入断片がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来のpc遺伝子であると断定した。   The base sequence of the insert fragment of pGEM / MJPC was determined using BigDye Terminator v3 Cycle Sequencing Kit and base sequence decoder 377XL (Applied Biosystems). The amino acid sequence deduced from the nucleotide sequence obtained as a result showed extremely high homology (99.4%) with the PC derived from Corynebacterium glutamicum ATCC13032. Therefore, the insert fragment of pGEM / MJPC was found to be a Brevibacterium. It was determined to be a pc gene derived from Um flavum MJ233 strain.

(D)ピルビン酸カルボキシラーゼ活性増強用プラスミドの構築
上記で作製したpGEM/MJPCを制限酵素PacIおよびApaIで切断することにより生じる約3.7kbからなるpc遺伝子断片を、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離、回収した。このDNA断片を、同制限酵素にて切断したpTZ4と混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結し、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。
(D) Construction of plasmid for enhancing pyruvate carboxylase activity A pc gene fragment consisting of about 3.7 kb produced by cleaving the pGEM / MJPC prepared above with restriction enzymes PacI and ApaI was subjected to 0.75% agarose gel electrophoresis. Separated and recovered. This DNA fragment was mixed with pTZ4 cleaved with the same restriction enzyme, and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio), and the resulting plasmid DNA was used to transform E. coli DH5α strain. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin.

得られたクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素PacIおよびApaIにより切断した結果、約3.7kbの挿入断片が確認され、これをpMJPC1と命名した。pMJPC1の構築過程を図2に示した。   The obtained clone was subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 50 μg / mL kanamycin), and then a plasmid DNA was prepared using QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN). The plasmid DNA thus obtained was cleaved with restriction enzymes PacI and ApaI. As a result, an inserted fragment of about 3.7 kb was confirmed, and this was named pMJPC1. The construction process of pMJPC1 is shown in FIG.

(E)ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子プロモーター置換用プラスミドの構築
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来pc遺伝子のN末端領域のDNA断片の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号17および配列番号18)を用いたPCRによって行った。なお配列番号18のDNAは5’末端がリン酸化されたものを用いた。
(E) Construction of Pyruvate Carboxylase Gene Promoter Replacement Plasmid A DNA fragment in the N-terminal region of the pc gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained by (A) in <Disruption of lactate dehydrogenase gene> in Comparative Example 1 above. Synthetic DNA (SEQ ID NO: 17 and SEQ ID NO: 17) that was designed based on the sequence around the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 (GenBank Accession No. BA000036), which was prepared by using the DNA prepared in step 1 as a template. 18). The DNA of SEQ ID NO: 18 used was phosphorylated at the 5 ′ end.

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、Pfx DNAポリメラーゼ(Invitrogen) 0.2μl、1倍濃度添付バッファー、0.3μM 各々プライマー、1mM MgSO、0.25μM dNTPsを混合し、全量を20μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で1分からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は4分とした。 The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 0.2 μl of Pfx DNA polymerase (Invitrogen), 1 × concentration buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.25 μM dNTPs, and the total volume was 20 μl. As a reaction temperature condition, a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 1 minute was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 4 minutes.

増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.9kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行い、これをpc遺伝子N末端断片とした。
一方、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来で構成的に高発現するTZ4プロモーター断片の取得はプラスミドpMJPC1を鋳型とし、配列番号19および配列番号20に記載の合成DNAを用いたPCRによって行った。なお配列番号20のDNAは5’末端がリン酸化されたものを用いた。
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.9 kb was detected. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN), which was used as the pc gene N-terminal fragment.
On the other hand, TZ4 promoter fragment constitutively highly expressed from Brevibacterium flavum strain MJ233 was obtained by PCR using plasmid pMJPC1 as a template and the synthetic DNAs described in SEQ ID NO: 19 and SEQ ID NO: 20. The DNA of SEQ ID NO: 20 used was phosphorylated at the 5 ′ end.

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、Pfx DNAポリメラーゼ(Invitrogen) 0.2μl、1倍濃度添付バッファー、0.3μM 各々プライマー、1mM MgSO、0.25μM dNTPsを混合し、全量を20μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で30秒からなるサイクルを25回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は3分とした。 The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 0.2 μl of Pfx DNA polymerase (Invitrogen), 1 × concentration buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.25 μM dNTPs, and the total volume was 20 μl. As the reaction temperature conditions, a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 25 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 3 minutes.

増幅産物の確認は、1.0%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.5kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行い、これをTZ4プロモーター断片とした。
上記にて調整したpc遺伝子N末端断片とTZ4プロモーター断片を混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結後、制限酵素PstIで切断し、1.0%アガロースゲル電気泳動により分離、約1.0kbのDNA断片をQIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて回収した。このDNA断片と大腸菌プラスミドpHSG299(タカラバイオ)をPstIで切断して調整したDNAと混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結し、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンおよび50μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。
The amplification product was confirmed by separation by 1.0% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.5 kb was detected. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN), which was used as a TZ4 promoter fragment.
The pc gene N-terminal fragment prepared above and the TZ4 promoter fragment were mixed, and DNA Ligation Kit ver. After ligation using 2 (Takara Bio), it was cleaved with restriction enzyme PstI, separated by 1.0% agarose gel electrophoresis, and a DNA fragment of about 1.0 kb was recovered using QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN). This DNA fragment and E. coli plasmid pHSG299 (Takara Bio) were mixed with DNA prepared by digestion with PstI, and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio), and the resulting plasmid DNA was used to transform E. coli DH5α strain. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin and 50 μg / mL X-Gal.

この培地上で白色のコロニーを形成したクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素PstIにより切断した結果、約1.0kbの挿入断片が確認され、これをpMJPC17.1と命名した。   A clone that formed white colonies on this medium was subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 50 μg / mL kanamycin), and then using QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) Plasmid DNA was prepared. The plasmid DNA thus obtained was cleaved with the restriction enzyme PstI. As a result, an inserted fragment of about 1.0 kb was confirmed, and this was named pMJPC17.1.

ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来pc遺伝子の5’上流領域のDNA断片の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession
No. BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号21および配列番号22)を用いたPCRによって行った。
The DNA fragment in the 5 ′ upstream region of the pc gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained by using the DNA prepared in (A) of <Lactate dehydrogenase gene disruption> in Comparative Example 1 as a template, and the entire genome sequence was Sequences around the gene of the reported Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain (GenBank Accession)
No. This was performed by PCR using synthetic DNAs (SEQ ID NO: 21 and SEQ ID NO: 22) designed based on (BA000036).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、Pfx DNAポリメラーゼ(Invitrogen) 0.2μl、1倍濃度添付バッファー、0.3μM 各々プライマー、1mM MgSO、0.25μM dNTPsを混合し、全量を20μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、94℃で20秒、60℃で20秒、72℃で30秒からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は1分20秒、最終サイクルの72℃での保温は5分とした。 The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 0.2 μl of Pfx DNA polymerase (Invitrogen), 1 × concentration buffer, 0.3 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , 0.25 μM dNTPs, and the total volume was 20 μl. As the reaction temperature conditions, a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 1 minute 20 seconds, and the heat retention at 72 ° C. in the final cycle was 5 minutes.

増幅産物の確認は、1.0%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.7kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行った。回収したDNA断片は、T4 Polynucleotide
Kinase(タカラバイオ)により5’末端をリン酸化した後、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて大腸菌ベクターpUC119(タカラバイオ)のSmaI部位に結合し、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を50μg/mLアンピシリンおよび50μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。
The amplification product was confirmed by separation by 1.0% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining to detect a fragment of about 0.7 kb. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN). The recovered DNA fragment is T4 Polynucleotide.
After phosphorylating the 5 ′ end with Kinase (Takara Bio), DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio) was used to bind to the SmaI site of E. coli vector pUC119 (Takara Bio), and the resulting plasmid DNA was used to transform E. coli DH5α strain. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL ampicillin and 50 μg / mL X-Gal.

この培地上で白色のコロニーを形成したクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLアンピシリンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。得られたプラスミドDNAを配列番号22および配列番号23のプライマーを用いたPCR反応に供した。このようにして挿入DNA断片の有無を確認した結果、約0.7kbの増幅産物を認めるプラスミドを選抜し、これをpMJPC5.1と命名した。   A clone that formed white colonies on this medium was subjected to liquid culture in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 50 μg / mL ampicillin), and then using QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) Plasmid DNA was prepared. The obtained plasmid DNA was subjected to PCR reaction using the primers of SEQ ID NO: 22 and SEQ ID NO: 23. As a result of confirming the presence or absence of the inserted DNA fragment in this way, a plasmid that recognized an amplification product of about 0.7 kb was selected and named pMJPC5.1.

次に上記pMJPC17.1およびpMJPC5.1をそれぞれ制限酵素XbaIで切断後混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結した。これを制限酵素SacIおよびSphIで切断したDNA断片を0.75%アガロースゲル電気泳動により分離し、約1.75kbのDNA断片をQIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて回収した。このpc遺伝子の5’上流領域とN末端領域の間にTZ4プロモーターが挿入されたDNA断片を、pKMB1(特開2005−95169)をSacIおよびSphIで切断して調整したDNAと混合、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結し、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を50μg/mLカナマイシンおよび50μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。   Next, the above-mentioned pMJPC17.1 and pMJPC5.1 were digested with restriction enzyme XbaI and mixed, and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio). The DNA fragment cleaved with restriction enzymes SacI and SphI was separated by 0.75% agarose gel electrophoresis, and a DNA fragment of about 1.75 kb was recovered using QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN). A DNA fragment in which the TZ4 promoter was inserted between the 5 ′ upstream region and the N-terminal region of this pc gene was mixed with DNA prepared by cleaving pKMB1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) with SacI and SphI, and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio), and the resulting plasmid DNA was used to transform E. coli DH5α strain. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kanamycin and 50 μg / mL X-Gal.

この培地上で白色のコロニーを形成したクローンをTB培地(50μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素SacIおよびSphIにより切断した結果、約1.7kbの挿入断片が確認され、これをpMJPC17.3と命名した。pMJPC17.3の構築過程を図3に示した。   A clone that formed white colonies on this medium was subjected to liquid culture in TB medium (containing 50 μg / mL kanamycin), and then plasmid DNA was prepared using QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN). The plasmid DNA thus obtained was cleaved with restriction enzymes SacI and SphI. As a result, an insert fragment of about 1.7 kb was confirmed, and this was named pMJPC17.3. The construction process of pMJPC17.3 is shown in FIG.

(F)ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の増強
上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(D)で作製したブレ
ビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pMJPC17.3を用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159)により形質転換した大腸菌JM110株から再調製した。
(F) Enhancement of pyruvate carboxylase gene Plasmid DNA used for transformation of the Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain prepared in (D) of <Disruption of lactate dehydrogenase gene> in Comparative Example 1 above is pMJPC17.3. And re-prepared from Escherichia coli JM110 strain transformed by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53, 159).

ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株の形質転換は電気パルス法(Res. Microbiol.,1993,144,p181−5)によって行い、得られた形質転換体を25μg/mLカナマイシンを含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5g、グルコース 20g、および寒天15g
を蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。
Transformation of the Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain was performed by the electric pulse method (Res. Microbiol., 1993, 144, p181-5), and the obtained transformant was added to an LBG agar medium containing 25 μg / mL kanamycin [ Tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g, glucose 20 g, and agar 15 g
Was dissolved in 1 L of distilled water].

この培地上に生育した株は、pMJPC17.3がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのpc遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組換えを起こした結果、ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子およびsacB遺伝子が挿入されているはずである。   Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pMJPC17.3 is not replicable in Brevibacterium flavum MJ233, the same gene on the genome of Brevibacterium flavum MJ233 As a result of homologous recombination between the kanamycin and the kanamycin resistance gene and sacB gene derived from the plasmid should be inserted on the genome.

次に、上記相同組換え株を25μg/mLカナマイシンを含むLBG培地にて液体培養した。この培養液の菌体数約100万相当分を10%ショ糖含有LBG培地に塗抹にした。結果、2回目の相同組換えによりsacB遺伝子が脱落しショ糖非感受性となったと考えられる株を数十個得た。   Next, the homologous recombination strain was subjected to liquid culture in an LBG medium containing 25 μg / mL kanamycin. A portion equivalent to about 1 million cells of this culture was smeared on a 10% sucrose-containing LBG medium. As a result, sacB gene was lost by the second homologous recombination, and several tens of strains considered to be insensitive to sucrose were obtained.

この様にして得られた株の中には、そのpc遺伝子の上流にpMJPC17.3に由来するTZ4プロモーターが挿入されたものと野生型に戻ったものが含まれる。pc遺伝子がプロモーター置換型であるか野生型であるかの確認は、LBG培地にて培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し、pc遺伝子の検出を行うことによって容易に確認できる。TZ4プロモーターおよびpc遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号24および配列番号25)を用いて分析すると、プロモーター置換型では678bpのDNA断片を認めるはずである。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、TZ4プロモーターが挿入された株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDHと命名した。   Among the strains thus obtained, those in which the TZ4 promoter derived from pMJPC17.3 is inserted upstream of the pc gene and those that have returned to the wild type are included. Whether the pc gene is a promoter-substituted type or a wild type can be easily confirmed by subjecting the cells obtained by culturing in the LBG medium directly to the PCR reaction and detecting the pc gene. When analyzed using primers (SEQ ID NO: 24 and SEQ ID NO: 25) for PCR amplification of the TZ4 promoter and pc gene, a 678 bp DNA fragment should be observed in the promoter-substituted form. As a result of analyzing the sucrose-insensitive strain by the above method, a strain into which the TZ4 promoter was inserted was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH.

(G)ピルビン酸カルボキシラーゼ活性の測定
上記比較例1の<ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の増強>の(F)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株を、2%グルコースを含むA培地[尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・5水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:1g、カザミノ酸:1g、蒸留水1,000mLに溶解]に植菌し、30℃で15時間好気的に振とう培養した。得られた培養液を遠心分離(3,000×g、4℃、20分間)して菌体を回収後、50mM リン酸カリウム緩衝液(pH7.5)で洗浄した。
(G) Measurement of pyruvate carboxylase activity The Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (F) of <Enhancement of pyruvate carboxylase gene> in Comparative Example 1 above is an A containing 2% glucose. Medium [urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, monopotassium phosphate: 0.5 g, dipotassium phosphate 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate heptahydrate: 20 mg , Manganese sulfate pentahydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, dissolved in 1,000 mL of distilled water] and inoculated at 30 ° C. for 15 hours Cultured with aerobic shaking. The obtained culture broth was centrifuged (3,000 × g, 4 ° C., 20 minutes), and the cells were collected and washed with 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5).

次いで、洗浄菌体0.5g(湿重量)を上記リン酸カリウム緩衝液2mLに懸濁し、氷冷下で超音波破砕器(ブランソン) にかけ菌体破砕物を得た。該破砕物を超遠心(10
0,000×g,4℃,90分間)し、上清を粗酵素液として得た。対照として、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株の粗酵素液を同様に調製し、以下の活性測定に供した。
Next, 0.5 g (wet weight) of the washed cells was suspended in 2 mL of the above potassium phosphate buffer, and subjected to an ultrasonic crusher (Branson) under ice cooling to obtain a crushed cell. The crushed material was ultracentrifuged (10
(10,000 × g, 4 ° C., 90 minutes), and the supernatant was obtained as a crude enzyme solution. As a control, a crude enzyme solution of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH strain was similarly prepared and subjected to the following activity measurement.

PC酵素活性の測定は、100mM Tris−HCl緩衝液(pH7.5)、 0.
1mg/10mLビオチン、5mM 塩化マグネシウム、50mM 炭酸水素ナトリウム、5mM ピルビン酸ナトリウム、5mM アデノシン3リン酸ナトリウム、0.32 mM NADH、20units/1.5mLリンゴ酸デヒドロゲナーゼ(和光純薬、酵母由来)および粗酵素液を含む反応液中で25℃にて反応させて行った。1Uは1分間に1μmolのNADHを減少させる酵素量とした。ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株から調製した粗酵素液の比活性は0.1U/mg蛋白質であった。一方、親株であるブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔLDH株から調製した粗酵素液の比活性は、本活性測定方法の検出限界以下であった。
PC enzyme activity was measured using 100 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5).
1 mg / 10 mL biotin, 5 mM magnesium chloride, 50 mM sodium bicarbonate, 5 mM sodium pyruvate, 5 mM adenosine triphosphate, 0.32 mM NADH, 20 units / 1.5 mL malate dehydrogenase (Wako Pure Chemicals, yeast) and crude The reaction was carried out at 25 ° C. in a reaction solution containing an enzyme solution. 1 U was defined as the amount of enzyme that decreased 1 μmol of NADH per minute. The specific activity of the crude enzyme solution prepared from Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain was 0.1 U / mg protein. On the other hand, the specific activity of the crude enzyme solution prepared from the parent strain Brevibacterium flavum MJ233 / ΔLDH was below the detection limit of this activity measurement method.

<キシロースイソメラーゼ遺伝子およびキシルロキナーゼ遺伝子の導入>
(A)大腸菌ゲノムDNAの抽出
大腸菌(Escherichia coli)JM109株をTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L]10mLで対数増殖期後期まで培養し、集菌した。得られた菌体を10mg/mLの濃度のリゾチームを含む緩衝液[20mM Tris−HCl pH8.0、10mM NaCl、1mM EDTA・2Na]0.15mLに懸濁した。次に、上記懸濁液にプロテナーゼKを、最終濃度が100μg/mLになるように添加し、37℃で1時間保温した。さらにドデシル硫酸ナトリウムを最終濃度が0.5%になるように添加し、50℃で6時間保温して溶菌した。この溶菌液に、等量のフェノール/クロロホルム溶液を添加し、室温で10分間ゆるやかに振盪した後、全量を遠心分離(5,000×g、20分間、10〜12℃)し、上清画分を分取した。酢酸ナトリウムを0.3Mとなるように添加した後、2倍量のエタノールを加え混合し、遠心分離(15,000×g、2分間)により回収した沈殿物を70%エタノールで洗浄した後、風乾した。得られたDNAにTE緩衝液[10mM Tris−HCl pH7.5、1mM EDTA・2Na]5mLを加え、4℃で一晩静置し、以後のPCRの鋳型DNAに使用した。
<Introduction of xylose isomerase gene and xylulokinase gene>
(A) Extraction of Escherichia coli genomic DNA Escherichia coli JM109 strain was cultured in a TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] until the late logarithmic growth phase and collected. The obtained cells were suspended in 0.15 mL of a buffer solution [20 mM Tris-HCl pH 8.0, 10 mM NaCl, 1 mM EDTA · 2Na] containing lysozyme at a concentration of 10 mg / mL. Next, proteinase K was added to the suspension so that the final concentration was 100 μg / mL, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 1 hour. Further, sodium dodecyl sulfate was added to a final concentration of 0.5%, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 6 hours for lysis. After adding an equal amount of phenol / chloroform solution to this lysate and shaking gently at room temperature for 10 minutes, the whole amount was centrifuged (5,000 × g, 20 minutes, 10 to 12 ° C.) to obtain a supernatant fraction. The fraction was collected. After adding sodium acetate to 0.3M, 2 volumes of ethanol was added and mixed, and the precipitate collected by centrifugation (15,000 × g, 2 minutes) was washed with 70% ethanol, Air dried. To the obtained DNA, 5 mL of TE buffer [10 mM Tris-HCl pH 7.5, 1 mM EDTA · 2Na] was added and allowed to stand overnight at 4 ° C., and used as template DNA for subsequent PCR.

(B)キシロースイソメラーゼ−キシルロキナーゼ遺伝子オペロンのクローニング
大腸菌JM109株のxylABオペロンの取得は、上記比較例1の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されている大腸菌K12−MG1655株の該オペロン周辺の配列(GenBank Accession No.U00096)を基に設計した合成DNA(配列番号26および配列番号27)を用いたPCRによって行った。
(B) Cloning of the xylose isomerase-xylulokinase gene operon The xylAB operon of Escherichia coli JM109 strain was obtained by using the DNA prepared in (A) of Comparative Example 1 as a template and Escherichia coli K12- This was performed by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 26 and SEQ ID NO: 27) designed based on the sequence around the operon of MG1655 strain (GenBank Accession No. U00096).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、Pfx DNAポリメラーゼ(Invitrogen) 0.5μl、1倍濃度添付バッファー、0.4μM 各々プライマー、1mM MgSO、0.25μM dNTPsを混合し、全量を50μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、94℃で15秒、55℃で30秒、68℃で3分からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は2分、最終サイクルの68℃での保温は5分とした。 The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 0.5 μl of Pfx DNA polymerase (Invitrogen), 1 × concentration buffer, 0.4 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , and 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 50 μl. As a reaction temperature condition, a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 68 ° C. for 3 minutes was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 2 minutes, and the heat retention at 68 ° C. in the final cycle was 5 minutes.

増幅産物の確認は、0.9%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約3.0kbの断片を検出した。得られたxylABオペロンのDNA断片はChargeSwitch PCR Clean−Up Kit(Invitrogen)を用いて精製後、制限酵素BamHIおよびApaIで切断した。これによって生じた約2.9kbのDNA断片は0.9%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することで検出し、Zymoclean
Gel DNA Recovery Kit(Zymo Research)を用いてゲルから回収した。このDNA断片を、pTZ4を制限酵素BamHIおよびApaIで切断して調製したDNAと混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形
質転換し、50μg/mLカナマシンを含むLB寒天培地に塗抹した。この培地上で生育したクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](50μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素BamHIおよびApaIにより切断した結果、約2.9kbの挿入断片が確認され、これをpZylAB1と命名した。
Confirmation of the amplification product was performed by separation by 0.9% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 3.0 kb was detected. The obtained DNA fragment of the xylAB operon was purified using ChargeSwitch PCR Clean-Up Kit (Invitrogen) and then cleaved with restriction enzymes BamHI and ApaI. The resulting DNA fragment of about 2.9 kb was detected by 0.9% agarose gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining.
The gel DNA was recovered from the gel using a Recovery Kit (Zymo Research). This DNA fragment was mixed with DNA prepared by cleaving pTZ4 with restriction enzymes BamHI and ApaI, and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 50 μg / mL kana machine. After clones grown on this medium are liquid-cultured with TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (including 50 μg / mL kanamycin), plasmid DNA is prepared using QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) did. The plasmid DNA thus obtained was cleaved with restriction enzymes BamHI and ApaI. As a result, an inserted fragment of about 2.9 kb was confirmed, and this was named pZylAB1.

(C)キシロースイソメラーゼ−キシルロキナーゼ遺伝子オペロン導入用プラスミドの構築
大腸菌由来XylABオペロンをブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株の染色体上ldh遺伝子欠損部位に導入するため、ldh遺伝子のクローニングを行った。ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株のldh遺伝子の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号28および配列番号29)を用いたPCRによって行った。
(C) Construction of plasmid for introducing xylose isomerase-xylulokinase gene operon Cloning of ldh gene in order to introduce E. coli-derived XylAB operon into the chromosomal ldh gene deletion site of Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain Went. The Ldh gene of Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained using the DNA prepared in (A) of <Disruption of lactate dehydrogenase gene> in Comparative Example 1 as a template, and the entire genome sequence of which has been reported. This was performed by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 28 and SEQ ID NO: 29) designed based on the sequence around the gene of Glutamicum ATCC 13032 (GenBank Accession No. BA00000036).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、Pfx DNAポリメラーゼ(Invitrogen) 0.5μl、1倍濃度添付バッファー、0.4μM 各々プライマー、1mM MgSO、0.25μM dNTPsを混合し、全量を50μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、94℃で15秒、55℃で30秒、68℃で2分からなるサイクルを35回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は2分、最終サイクルの68℃での保温は5分とした。 The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 0.5 μl of Pfx DNA polymerase (Invitrogen), 1 × concentration buffer, 0.4 μM each primer, 1 mM MgSO 4 , and 0.25 μM dNTPs were mixed to make a total volume of 50 μl. As a reaction temperature condition, a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 55 ° C. for 30 seconds, and 68 ° C. for 2 minutes was repeated 35 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 2 minutes, and the heat retention at 68 ° C. in the final cycle was 5 minutes.

増幅産物の確認は、0.9%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約2.1kbの断片を検出した。得られたldh遺伝子のDNA断片はChargeSwitch PCR Clean−Up Kit(Invitrogen)を用いて精製し、In−Fusion Cloning Kit(タカラバイオ)を用いてpKMB1(特開2005−95169)のXbaI部位に結合し、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を25μg/mLカナマイシンおよび25μg/mL X−Galを含むLB寒天培地に塗抹した。   Confirmation of the amplified product was carried out by separation by 0.9% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 2.1 kb was detected. The obtained DNA fragment of the ldh gene was purified using ChargeSwitch PCR Clean-Up Kit (Invitrogen) and bound to the XbaI site of pKMB1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) using In-Fusion Cloning Kit (Takara Bio). Escherichia coli DH5α strain was transformed with the obtained plasmid DNA. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 25 μg / mL kanamycin and 25 μg / mL X-Gal.

この培地上で白色のコロニーを形成したクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](25μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素XhoIおよびBglIにより切断した結果、約2.2kbの挿入断片が確認され、これをpKB−LDH2と命名した。   Clone that formed white colonies on this medium was liquid-cultured in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 25 μg / mL kanamycin), and then QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) was used. Plasmid DNA was prepared. The plasmid DNA thus obtained was cleaved with restriction enzymes XhoI and BglI. As a result, an inserted fragment of about 2.2 kb was confirmed, and this was named pKB-LDH2.

ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来で構成的に高発現するTZ4プロモーターと連結されたXylABオペロンの取得は、プラスミドpZylAB1を鋳型とし、配列番号30および配列番号31に記載の合成DNAを用いたPCRによって行った。
反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ) 0.5μl、1倍濃度添付バッファー、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、94℃で15秒、55℃で20秒、72℃で45秒からなるサイクルを30回繰り返した。但し、1サイクル目の94℃での保温は2分
とした。
The XylAB operon linked to the constitutively highly expressed TZ4 promoter derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained by PCR using the plasmid pZylAB1 as a template and the synthetic DNA described in SEQ ID NO: 30 and SEQ ID NO: 31. went.
The composition of the reaction solution was such that template DNA 1 μl, PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio) 0.5 μl, 1 × concentration buffer, 0.4 μM each primer were mixed to make the total volume 50 μl. As the reaction temperature conditions, a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 94 ° C. for 15 seconds, 55 ° C. for 20 seconds, and 72 ° C. for 45 seconds was repeated 30 times. However, the heat retention at 94 ° C. in the first cycle was 2 minutes.

増幅産物の確認は、0.7%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約3.2kbの断片を検出した。得られたTZ4プロモーターと連結されたXylABオペロンのDNA断片はT4 Polynucleotide Kinase(タカラバイオ)により5’末端をリン酸化した後、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いてpKB−LDH2のEcoRV部位に結合し、得られたプラスミドDNAで大腸菌DH5α株を形質転換した。このようにして得られた組換え大腸菌を25μg/mLカナマイシンを含むLB寒天培地に塗抹した。   Confirmation of the amplified product was performed by separation by 0.7% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining to detect a fragment of about 3.2 kb. The obtained DNA fragment of the XylAB operon linked to the TZ4 promoter was phosphorylated at the 5 'end with T4 Polynucleotide Kinase (Takara Bio), and then DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio) was used to bind to the EcoRV site of pKB-LDH2, and the resulting plasmid DNA was used to transform E. coli DH5α strain. The recombinant Escherichia coli thus obtained was smeared on an LB agar medium containing 25 μg / mL kanamycin.

この培地上で生育したクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](25μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAの挿入断片の塩基配列はBigDye Terminator v3 Cycle Sequencing
Kitおよび塩基配列解読装置377XL(Applied Biosystems)を用いて決定した。その結果得られた塩基配列(XylABオペロン)は、大腸菌K12−MG1655株のゲノム配列と完全に一致し、XylABオペロンに変異が入っていないことを確認し、これをpZylAB3と命名した。pZylAB3の構築過程を図4に示した。
The clones grown on this medium are liquid-cultured with TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 25 μg / mL kanamycin), and then plasmid DNA is prepared using QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) did. The base sequence of the plasmid DNA insert fragment thus obtained is BigDye Terminator v3 Cycle Sequencing.
Determination was performed using Kit and a base sequence decoding device 377XL (Applied Biosystems). The resulting base sequence (XylAB operon) was completely identical to the genome sequence of Escherichia coli K12-MG1655 strain, and it was confirmed that the XylAB operon was not mutated, and this was named pZylAB3. The construction process of pZylAB3 is shown in FIG.

(D)キシロースイソメラーゼ−キシルロキナーゼ遺伝子オペロンの導入
上記比較例1の<ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の増強>の(F)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pZylAB3を用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159)により形質転換した大腸菌JM110株から再調製した。
(D) Introduction of xylose isomerase-xylulokinase gene operon For transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (F) of <Enhancement of pyruvate carboxylase gene> in Comparative Example 1 above The plasmid DNA used was re-prepared from E. coli JM110 strain transformed with pZylAB3 by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53, 159).

ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株の形質転換は電気パルス法(Res. Microbiol.,1993,144,p181−5)によって行い、得られた形質転換体を25μg/mLカナマイシンを含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5g、グルコース 20g、および
寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。
The Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain was transformed by the electric pulse method (Res. Microbiol., 1993, 144, p181-5), and the obtained transformant contained 25 μg / mL kanamycin. LBG agar medium [tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g, glucose 20 g, and agar 15 g dissolved in 1 L of distilled water] was smeared.

この培地上に生育した株は、pZylAB3がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのldh遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組換えを起こした結果、ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子およびsacB遺伝子が挿入されているはずである。   Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pZylAB3 cannot replicate in the Brevibacterium flavum MJ233 strain, the plasmid ldh gene and the same gene on the Brevibacterium flavum MJ233 strain genome As a result of homologous recombination between them, the kanamycin resistance gene and sacB gene derived from the plasmid should be inserted on the genome.

次に、上記相同組換え株を25μg/mLカナマイシンを含むLBG培地にて液体培養した。この培養液の菌体数約100万相当分を10%ショ糖含有LBG培地に塗抹にした。結果、2回目の相同組換えによりsacB遺伝子が脱落しショ糖非感受性となったと考えられる株を数十個得た。   Next, the homologous recombination strain was subjected to liquid culture in an LBG medium containing 25 μg / mL kanamycin. A portion equivalent to about 1 million cells of this culture was smeared on a 10% sucrose-containing LBG medium. As a result, sacB gene was lost by the second homologous recombination, and several tens of strains considered to be insensitive to sucrose were obtained.

この様にして得られた株の中には、そのldh遺伝子欠損部位にpZylAB3に由来するTZ4プロモーターと連結されたZylABオペロンが挿入されたものと親株と同じ配列に戻ったものが含まれる。TZ4プロモーターと連結されたZylABオペロンが挿入されたか否かの確認は、LBG培地にて培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し
、TZ4プロモーターと連結されたZylABオペロンの検出を行うことによって容易に確認できる。TZ4プロモーターおよびZylABオペロンをPCR増幅するためのプライマー(配列番号32および配列番号33)を用いて分析すると、TZ4プロモーターと連結されたZylABオペロンが挿入されたクローンでは4,196bpのDNA断片を認めるはずである。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、TZ4プロモーターと連結されたZylABオペロンが挿入された株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDHと命名した。
Among the strains thus obtained, those in which the ZylAB operon linked to the TZ4 promoter derived from pZylAB3 has been inserted into the ldh gene-deficient site and those that have returned to the same sequence as the parent strain are included. Whether or not the ZylAB operon linked to the TZ4 promoter has been inserted is determined by subjecting the cells obtained by culturing in the LBG medium to a direct PCR reaction and detecting the ZylAB operon linked to the TZ4 promoter. Can be easily confirmed. When analyzed using primers (SEQ ID NO: 32 and SEQ ID NO: 33) for PCR amplification of the TZ4 promoter and the ZylAB operon, a clone containing the ZylAB operon linked to the TZ4 promoter should have a 4,196 bp DNA fragment. It is. As a result of analyzing the strain that became insensitive to sucrose by the above method, a strain into which the ZylAB operon linked to the TZ4 promoter was inserted was selected, and the strain was selected as Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / It was named ΔLDH.

(E)キシロース資化試験
上記比較例1の(D)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株を20g/Lキシロースを含むMM寒天培地[尿素2g、(NHSO 7g、KHPO 0.5g、KHPO0.5g、MgSO・7HO 0.5g、FeSO・7HO6mg、MnSO・4−5HO6mg、ビ
オチン 200μg、チアミン 200μg、寒天 15g、蒸留水1Lに溶解]に植菌し、30℃で3日間静置培養した。対照として、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株も同様に培養した。その結果、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株はキシロースを単一炭素源とした培地において生育できることが確認された。一方、親株であるブレビバクテリウム・フラバムMJ233/PC−4/ΔLDH株は生育することはできなかった。
(E) Xylose utilization test MM agar medium containing 20 g / L xylose of Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (D) of Comparative Example 1 above [urea 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, FeSO 4 .7H 2 O 6 mg, MnSO 4 .4-5H 2 O 6 mg, biotin 200 μg , Thiamine 200 μg, agar 15 g, dissolved in 1 L of distilled water] and statically cultured at 30 ° C. for 3 days. As a control, Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain was cultured in the same manner. As a result, it was confirmed that the Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain can grow on a medium containing xylose as a single carbon source. On the other hand, the parent strain Brevibacterium flavum MJ233 / PC-4 / ΔLDH strain could not grow.

[実施例1]
<イノシトール輸送体IolT1をコードする遺伝子の増強>
(A)iolT1遺伝子プロモーター置換用プラスミドの構築
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来iolT1遺伝子の5’上流領域のDNA断片の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号34および配列番号35)を用いたPCRによって行った。
[Example 1]
<Enhancement of gene encoding inositol transporter IolT1>
(A) Construction of iolT1 Gene Promoter Replacement Plasmid A DNA fragment in the 5 ′ upstream region of the iolT1 gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained in (A) of <Disruption of lactate dehydrogenase gene> in Comparative Example 1 above. Synthetic DNAs (SEQ ID NO: 34 and SEQ ID NO: 35) designed on the basis of the sequence around the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain (GenBank Accession No. BA000036) using the prepared DNA as a template and the entire genome sequence being reported ).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で10秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 10 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.5kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行い、これをiolT1遺伝子上流領域断片とした。
一方、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来で構成的に高発現するTZ4プロモーター断片の取得は、比較例1の(B)で調製したプラスミドpZylAB1を鋳型とし、配列番号36および配列番号37に記載の合成DNAを用いたPCRによって行った。
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.5 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN), and this was used as the upstream region fragment of the iolT1 gene.
Meanwhile, the constitutively highly expressed TZ4 promoter fragment derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained by using the plasmid pZylAB1 prepared in (B) of Comparative Example 1 as a template, as described in SEQ ID NO: 36 and SEQ ID NO: 37. This was performed by PCR using synthetic DNA.

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で10秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 10 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.3kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行い、これをTZ4プロモーター断片とした。
さらに、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来iolT1遺伝子のN末端領域のDNA断片の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号38および配列番号39)を用いたPCRによって行った。
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.3 kb was detected. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN), which was used as a TZ4 promoter fragment.
Furthermore, the DNA fragment of the N-terminal region of the iolT1 gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained by using the DNA prepared in (A) of <Disruption of lactate dehydrogenase gene> in Comparative Example 1 as a template and the entire genome sequence. Was performed by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 38 and SEQ ID NO: 39) designed based on the sequence around the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 (GenBank Accession No. BA00000036).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で10秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 10 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.5kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行い、これをiolT1遺伝子N末端断片とした。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来iolT1遺伝子の5’上流領域とN末端領域の間にTZ4プロモーターが挿入されたDNA断片の取得は、上記で得られた3つの増幅産物を鋳型とし、配列番号34および配列番号39の合成DNAを用いたクロスオーバーPCRによって行った。
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.5 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN), which was used as the N-terminal fragment of the iolT1 gene.
The DNA fragment in which the TZ4 promoter was inserted between the 5 ′ upstream region and the N-terminal region of the iolT1 gene derived from Brevibacterium flavum strain MJ233 was obtained using the three amplification products obtained above as a template and SEQ ID NO: 34 And crossover PCR using the synthetic DNA of SEQ ID NO: 39.

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で15秒、72℃で10秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 15 seconds, and 72 ° C. for 10 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約1.3kbの断片を検出した。
得られたiolT1遺伝子上流へのTZ4プロモーター挿入断片はQIAquick PCR Purification Kit(QIAGEN)を用いて精製後、制限酵素SalIおよびSphIで切断した。これによって生じた約1.3kbのDNA断片は0.7%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することで検出し、Zymoclean Gel DNA Recovery Kit(Zymo
Research)を用いてゲルから回収した。このDNA断片を、pKMB1(特開2005−95169)を制限酵素SalIおよびSphIで切断して調製したDNAと混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、25μg/mLカナマシンを含むLB寒天培地に塗抹した。
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 1.3 kb was detected.
The obtained TZ4 promoter insertion fragment upstream of the iolT1 gene was purified using QIAquick PCR Purification Kit (QIAGEN) and then cleaved with restriction enzymes SalI and SphI. The resulting DNA fragment of about 1.3 kb was separated by 0.7% agarose gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining to detect the Zymoclean Gel DNA Recovery Kit (Zymo).
Recovered from the gel using Research. This DNA fragment was mixed with DNA prepared by cleaving pKMB1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) with restriction enzymes SalI and SphI, and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 25 μg / mL kana machine.

この培地上で白色のコロニーを形成したクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](25μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNA
を制限酵素SalIおよびSphIにより切断した結果、約1.3kbの挿入断片が確認され、これをpIolT1−2と命名した。pIolT1−2の構築過程を図5に示した。
Clone that formed white colonies on this medium was liquid-cultured with TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 25 μg / mL kanamycin), and then QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) was used. Plasmid DNA was prepared. Plasmid DNA thus obtained
Was digested with restriction enzymes SalI and SphI. As a result, an insert fragment of about 1.3 kb was confirmed, which was named pIolT1-2. The construction process of pIolT1-2 is shown in FIG.

(B)イノシトール輸送体IolT1発現増強株の作製
上記比較例1の(D)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pIolT1−2を用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159)により形質転換した大腸菌JM110株から再調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株の形質転換は電気パルス法(Res. Microbiol.,1993,144,p181−5)によって行い、得られた形質転換体を25μg/mLカナマイシンを含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5g、グルコース 20
g、および寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。
(B) Preparation of Inositol Transporter IolT1 Expression-Enhanced Strain Plasmid DNA used for transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (D) of Comparative Example 1 described above is pIolT1-2 Was re-prepared from E. coli strain JM110 transformed by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53, 159).
The Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain was transformed by the electric pulse method (Res. Microbiol., 1993, 144, p181-5), and the obtained transformant was treated with 25 μg / mL kanamycin. LBG agar medium [tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g, glucose 20
g and 15 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water].

この培地上に生育した株は、pIolT1−2がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのiolT1遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組換えを起こした結果、ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子およびsacB遺伝子が挿入されているはずである。   Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pIolT1-2 cannot replicate in the Brevibacterium flavum MJ233 strain, the iolT1 gene of the plasmid and the same gene on the genome of Brevibacterium flavum MJ233 strain As a result of homologous recombination between the kanamycin and the kanamycin resistance gene and sacB gene derived from the plasmid should be inserted on the genome.

次に、上記相同組換え株を25μg/mLカナマイシンを含むLBG培地にて液体培養した。この培養液の菌体数約100万相当分を10%ショ糖含有LBG培地に塗抹にした。結果、2回目の相同組換えによりsacB遺伝子が脱落しショ糖非感受性となったと考えられる株を数十個得た。   Next, the homologous recombination strain was subjected to liquid culture in an LBG medium containing 25 μg / mL kanamycin. A portion equivalent to about 1 million cells of this culture was smeared on a 10% sucrose-containing LBG medium. As a result, sacB gene was lost by the second homologous recombination, and several tens of strains considered to be insensitive to sucrose were obtained.

この様にして得られた株の中には、そのiolT1遺伝子の上流にpIolT1−2に由来するTZ4プロモーターが挿入されたものと野生型に戻ったものが含まれる。iolT1遺伝子がプロモーター置換型であるか野生型であるかの確認は、LBG培地にて培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し、iolT1遺伝子の検出を行うことによって容易に確認できる。TZ4プロモーターおよびiolT1遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号40および配列番号41)を用いて分析すると、プロモーター置換型では1,562bpのDNA断片を認めるはずである。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、TZ4プロモーターが挿入された株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT1/XylAB/PC−4/ΔLDHと命名した。   The strains thus obtained include those in which the TZ4 promoter derived from pIolT1-2 is inserted upstream of the iolT1 gene and those that have returned to the wild type. Confirmation of whether the iolT1 gene is a promoter-substituted type or a wild type can be easily confirmed by subjecting the cells obtained by culturing in the LBG medium to a direct PCR reaction and detecting the iolT1 gene. When analyzed using primers (SEQ ID NO: 40 and SEQ ID NO: 41) for PCR amplification of the TZ4 promoter and the iolT1 gene, a 1,562 bp DNA fragment should be observed in the promoter substitution type. As a result of analyzing the strain that became insensitive to sucrose by the above method, a strain in which the TZ4 promoter was inserted was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / IolT1 / XylAB / PC-4 / ΔLDH. .

[実施例2]
<イノシトール輸送体IolT2をコードする遺伝子の増強>
(A)iolT2遺伝子プロモーター置換用プラスミドの構築
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来iolT2遺伝子の5’上流領域のDNA断片の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号42および配列番号43)を用いたPCRによって行った。
[Example 2]
<Enhancement of gene encoding inositol transporter IolT2>
(A) Construction of iolT2 Gene Promoter Replacement Plasmid A DNA fragment in the 5 ′ upstream region of the iolT2 gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained in (A) of <Disruption of lactate dehydrogenase gene> in Comparative Example 1 above. Synthetic DNA (SEQ ID NO: 42 and SEQ ID NO: 43) designed based on the sequence around the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain (GenBank Accession No. BA000036) using the prepared DNA as a template ).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Resear
ch)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で10秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature conditions were as follows: DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research)
ch) was first kept at 94 ° C. for 1 minute, and then a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 10 seconds was repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.5kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行い、これをiolT2遺伝子上流領域断片とした。
一方、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来で構成的に高発現するTZ4プロモーター断片の取得は、比較例1の(B)で調製したプラスミドpZylAB1を鋳型とし、配列番号44および配列番号45に記載の合成DNAを用いたPCRによって行った。
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.5 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN), and this was used as the ioI T2 gene upstream region fragment.
Meanwhile, the constitutively highly expressed TZ4 promoter fragment derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained by using the plasmid pZylAB1 prepared in (B) of Comparative Example 1 as a template, as described in SEQ ID NO: 44 and SEQ ID NO: 45 This was performed by PCR using synthetic DNA.

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で10秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 10 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.3kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行い、これをTZ4プロモーター断片とした。
さらに、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来iolT2遺伝子のN末端領域のDNA断片の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号46および配列番号47)を用いたPCRによって行った。
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.3 kb was detected. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN), which was used as a TZ4 promoter fragment.
Furthermore, the DNA fragment of the N-terminal region of the iolT2 gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained by using the DNA prepared in (A) of <Disruption of lactate dehydrogenase gene> in Comparative Example 1 as a template and the entire genome sequence. Was performed by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 46 and SEQ ID NO: 47) designed based on the sequence around the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 (GenBank Accession No. BA00000036).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で10秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 10 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.7kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行い、これをiolT2遺伝子N末端断片とした。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来iolT2遺伝子の5’上流領域とN末端領域の間にTZ4プロモーターが挿入されたDNA断片の取得は、上記で得られた3つの増幅産物を鋳型とし、配列番号42および配列番号47の合成DNAを用いたクロスオーバーPCRによって行った。
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.7 kb was detected. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN), which was used as the N-terminal fragment of the iolT2 gene.
The DNA fragment in which the TZ4 promoter is inserted between the 5 ′ upstream region and the N-terminal region of the iolT2 gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain is obtained using the three amplification products obtained above as a template and SEQ ID NO: 42. And crossover PCR using the synthetic DNA of SEQ ID NO: 47.

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で20秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 20 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約1.5kbの断片を検出した。
得られたiolT2遺伝子上流へのTZ4プロモーター挿入断片はQIAquick PCR Purification Kit(QIAGEN)を用いて精製後、制限酵素BamHIおよびXbaIで切断した。これによって生じた約1.5kbのDNA断片は0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することで検出し、Zymoclean Gel DNA Recovery Kit(Zymo Research)を用いてゲルから回収した。このDNA断片を、pKMB1(特開2005−95169)を制限酵素BamHIおよびXbaIで切断して調製したDNAと混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、25μg/mLカナマシンを含むLB寒天培地に塗抹した。
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 1.5 kb was detected.
The obtained TZ4 promoter insertion fragment upstream of the iolT2 gene was purified using QIAquick PCR Purification Kit (QIAGEN) and then cleaved with restriction enzymes BamHI and XbaI. The resulting DNA fragment of about 1.5 kb was detected by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining, and was removed from the gel using Zymoclean Gel DNA Recovery Kit (Zymo Research). It was collected. This DNA fragment was mixed with DNA prepared by cleaving pKMB1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-95169) with restriction enzymes BamHI and XbaI, and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 25 μg / mL kana machine.

この培地上で白色のコロニーを形成したクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](25μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素BamHIおよびXbaIにより切断した結果、約1.5kbの挿入断片が確認され、これをpIolT2−2と命名した。pIolT2−2の構築過程を図6に示した。   Clone that formed white colonies on this medium was liquid-cultured in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 25 μg / mL kanamycin), and then QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) was used. Plasmid DNA was prepared. The plasmid DNA thus obtained was cleaved with restriction enzymes BamHI and XbaI. As a result, an inserted fragment of about 1.5 kb was confirmed, and this was named pIolT2-2. The construction process of pIolT2-2 is shown in FIG.

(B)イノシトール輸送体IolT2をコードする遺伝子の増強
上記比較例1の(D)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pIolT2−2を用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159)により形質転換した大腸菌JM110株から再調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株の形質転換は電気パルス法(Res. Microbiol.,1993,144,p181−5)によって行い、得られた形質転換体を25μg/mLカナマイシンを含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5g、グルコース 20
g、および寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。
(B) Enhancement of gene encoding inositol transporter IolT2 Plasmid DNA used for transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (D) of Comparative Example 1 above is pIolT2- 2 was re-prepared from E. coli strain JM110 transformed by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53, 159).
The Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain was transformed by the electric pulse method (Res. Microbiol., 1993, 144, p181-5), and the obtained transformant was treated with 25 μg / mL kanamycin. LBG agar medium [tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g, glucose 20
g and 15 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water].

この培地上に生育した株は、pIolT2−2がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのiolT2遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組換えを起こした結果、ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子およびsacB遺伝子が挿入されているはずである。   Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pIolT2-2 is not replicable in Brevibacterium flavum MJ233, the same gene on the genome of Brevibacterium flavum MJ233 As a result of homologous recombination between the kanamycin and the kanamycin resistance gene and sacB gene derived from the plasmid should be inserted on the genome.

次に、上記相同組換え株を25μg/mLカナマイシンを含むLBG培地にて液体培養した。この培養液の菌体数約100万相当分を10%ショ糖含有LBG培地に塗抹にした。結果、2回目の相同組換えによりsacB遺伝子が脱落しショ糖非感受性となったと考えられる株を数十個得た。   Next, the homologous recombination strain was subjected to liquid culture in an LBG medium containing 25 μg / mL kanamycin. A portion equivalent to about 1 million cells of this culture was smeared on a 10% sucrose-containing LBG medium. As a result, sacB gene was lost by the second homologous recombination, and several tens of strains considered to be insensitive to sucrose were obtained.

この様にして得られた株の中には、そのiolT2遺伝子の上流にpIolT2−2に由来するTZ4プロモーターが挿入されたものと野生型に戻ったものが含まれる。iolT1遺伝子がプロモーター置換型であるか野生型であるかの確認は、LBG培地にて培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し、iolT2遺伝子の検出を行うことによって容易に確認できる。TZ4プロモーターおよびiolT2遺伝子をPCR増幅するためのプライマー(配列番号48および配列番号49)を用いて分析すると、プロモーター置換型では1,570bpのDNA断片を認めるはずである。上記方法にてショ糖非感受性と
なった菌株を分析した結果、TZ4プロモーターが挿入された株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT2/XylAB/PC−4/ΔLDHと命名した。
Among the strains obtained in this manner, a strain in which the TZ4 promoter derived from pIolT2-2 is inserted upstream of the iolT2 gene and a strain that has returned to the wild type are included. Confirmation of whether the iolT1 gene is a promoter-substituted type or a wild type can be easily confirmed by subjecting the cells obtained by culturing in the LBG medium to a direct PCR reaction and detecting the iolT2 gene. When analyzed using primers (SEQ ID NO: 48 and SEQ ID NO: 49) for PCR amplification of the TZ4 promoter and the iolT2 gene, a 1,570 bp DNA fragment should be observed in the promoter substitution type. As a result of analyzing the strain that became insensitive to sucrose by the above method, a strain into which the TZ4 promoter was inserted was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / IolT2 / XylAB / PC-4 / ΔLDH. .

[実施例3]
<iolT1遺伝子の発現を抑制する転写因子IolRをコードする遺伝子の破壊>
(A)iolR遺伝子破壊用プラスミドの構築
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株のiolR遺伝子断片の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子の配列(GenBank Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号50および配列番号51)を用いたPCRによって行った。
[Example 3]
<Disruption of gene encoding transcription factor IolR that suppresses the expression of iolT1 gene>
(A) Construction of plasmid for disrupting iolR gene The iolR gene fragment of Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained by using the DNA prepared in (A) of <Lactate dehydrogenase gene disruption> in Comparative Example 1 as a template. It was carried out by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 50 and SEQ ID NO: 51) designed based on the sequence of the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 (GenBank Accession No. BA00000036) for which the genome sequence was reported.

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR DNAポリメラーゼ(タカラバイオ) 0.5μl、1倍濃度添付バッファー、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに96℃で1分保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で40秒からなるサイクルを30回繰り返した。   The composition of the reaction solution was such that template DNA 1 μl, PrimeSTAR DNA polymerase (Takara Bio) 0.5 μl, 1-fold concentration buffer, 0.4 μM each primer were mixed to make the total volume 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 96 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds, and 72 ° C. for 40 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.7%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.5kbの断片を検出した。得られたiolR遺伝子の内部配列のDNA断片はQIAquick PCR Purification
Kit(QIAGEN)を用いて精製後、制限酵素SacIおよびEcoRIで切断した。これによって生じた約0.5kbのDNA断片は0.7%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することで検出し、Zymoclean Gel DNA Recovery Kit(Zymo Research)を用いてゲルから回収した。このDNA断片を、大腸菌ベクターpHSG298(タカラバイオ)を制限酵素SacIおよびEcoRIで切断して調製したDNAと混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し25μg/mLカナマシンを含むLB寒天培地に塗抹した。
Confirmation of the amplification product was performed by separation by 0.7% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.5 kb was detected. The DNA fragment of the internal sequence of the obtained iolR gene was QIAquick PCR Purification
After purification using Kit (QIAGEN), it was cleaved with restriction enzymes SacI and EcoRI. The resulting DNA fragment of about 0.5 kb was separated by 0.7% agarose gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining and detected from the gel using the Zymoclean Gel DNA Recovery Kit (Zymo Research). It was collected. This DNA fragment was mixed with DNA prepared by cutting E. coli vector pHSG298 (Takara Bio) with restriction enzymes SacI and EcoRI, and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 25 μg / mL kana machine.

この培地上で白色のコロニーを形成したクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](25μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素SacIおよびEcoRIにより切断した結果、約0.5kbの挿入断片が確認され、これをpD−IolR−1と命名した。pD−IolR−1の構築過程を図7に示した。   Clone that formed white colonies on this medium was liquid-cultured in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 25 μg / mL kanamycin), and then QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) was used. Plasmid DNA was prepared. The plasmid DNA thus obtained was digested with restriction enzymes SacI and EcoRI. As a result, an inserted fragment of about 0.5 kb was confirmed, and this was named pD-IolR-1. The construction process of pD-IolR-1 is shown in FIG.

(B)iolT1遺伝子の発現を抑制する転写因子IolRをコードする遺伝子の破壊上記比較例1の(D)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pD−IolR−1を用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159)により形質転換した大腸菌JM110株から再調製した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株の形質転換は電気パルス法(Res. Microbiol.,1993,144,p181−5)によって行い、得られた形質転換体を25μg/mLカナマイシンを含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5g、グルコース 20
g、および寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。
(B) Disruption of gene encoding transcription factor IolR that suppresses expression of iolT1 gene Used for transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (D) of Comparative Example 1 above Plasmid DNA was re-prepared from E. coli JM110 strain transformed with pD-IolR-1 by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53, 159).
The Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain was transformed by the electric pulse method (Res. Microbiol., 1993, 144, p181-5), and the obtained transformant was treated with 25 μg / mL kanamycin. LBG agar medium [tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g, glucose 20
g and 15 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water].

この培地上に生育した株は、pD−IolR−1がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのiolR遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ−233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組み換えを起こした結果、同ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子が挿入されているはずである。この様にして得られたカナマイシン耐性株がそのゲノム上に存在するiolR遺伝子とプラスミドpD−IolR−1に存在する該遺伝子との間で相同組み換えを起こしたものであるか否かの確認は、配列番号23および配列番号52、配列番号53および配列番号54の合成DNAをプライマーとして用いたコロニーPCRにより行った。   Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pD-IolR-1 cannot replicate in the Brevibacterium flavum MJ233 strain, the iolR gene of the plasmid and the Brevibacterium flavum MJ233 genome As a result of homologous recombination with the above gene, a kanamycin resistance gene derived from the plasmid should be inserted into the genome. Whether or not the kanamycin resistant strain thus obtained has undergone homologous recombination between the iolR gene present on its genome and the gene present on plasmid pD-IolR-1 is as follows: Colony PCR was performed using the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 52, SEQ ID NO: 53, and SEQ ID NO: 54 as primers.

鋳型DNAは、コロニーを50μLの滅菌水に懸濁した溶液を用いた。反応液組成は、鋳型DNA 1μl、MightyAmp DNAポリメラーゼVer.2(タカラバイオ)0.2μl、1倍濃度添付バッファー、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量
を10μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、98℃で10秒、60℃で15秒、68℃で50秒からなるサイクルを30回繰り返した。但し、1サイクル目の98℃での保温は2分とした。
上記方法にてカナマイシン耐性菌株を分析した結果、配列番号23および配列番号52の組み合わせでは760bp、配列番号53および配列番号54の組み合わせでは500bpのPCR増幅産物が得られる株を選抜し、これをブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔIolR/XylAB/PC−4/ΔLDHと命名した。
As the template DNA, a solution in which colonies were suspended in 50 μL of sterile water was used. The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, MightyAmp DNA polymerase Ver. 2 (Takara Bio) 0.2 μl, 1 × concentration attached buffer, 0.4 μM Each primer was mixed to make the total volume 10 μl. As the reaction temperature conditions, a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research) was used, and a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 60 ° C. for 15 seconds and 68 ° C. for 50 seconds was repeated 30 times. However, the heat retention at 98 ° C. in the first cycle was 2 minutes.
As a result of analyzing the kanamycin-resistant strain by the above method, a strain capable of obtaining a PCR amplification product of 760 bp for the combination of SEQ ID NO: 23 and SEQ ID NO: 52 and 500 bp for the combination of SEQ ID NO: 53 and SEQ ID NO: 54 was selected. It was named as Bacteria flavum MJ233 / ΔIolR / XylAB / PC-4 / ΔLDH.

[比較例2]
<ペントーストランスポーターAraEをコードする遺伝子の導入>
(A)コリネバクテリウム・グルタミカムATCC31831株ゲノムDNAの抽出
コリネバクテリウム・グルタミカムATCC31831株を、2%グルコースを含むA培地[尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・5水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:1g、カザミノ酸:1g、蒸留水1,000mLに溶解]10mLで対数増殖期後期まで培養し、集菌した。得られた菌体を10mg/mLの濃度のリゾチームを含む緩衝液[20mM Tris−HCl pH8.0、10mM NaCl、1mM EDTA・2Na]0.15mLに懸濁した。次に、上記懸濁液にプロテナーゼKを、最終濃度が100μg/mLになるように添加し、37℃で1時間保温した。さらにドデシル硫酸ナトリウムを最終濃度が0.5%になるように添加し、50℃で6時間保温して溶菌した。この溶菌液に、等量のフェノール/クロロホルム溶液を添加し、室温で10分間ゆるやかに振盪した後、全量を遠心分離(5,000×g、20分間、10〜12℃)し、上清画分を分取した。酢酸ナトリウムを0.3Mとなるように添加した後、2倍量のエタノールを加え混合し、遠心分離(15,000×g、2分間)により回収した沈殿物を70%エタノールで洗浄した後、風乾した。得られたDNAにTE緩衝液[10mM Tris−HCl pH7.5、1mM EDTA・2Na]5mLを加え、4℃で一晩静置し、以後のPCRの鋳型DNAに使用した。
[Comparative Example 2]
<Introduction of gene encoding pentose transporter AraE>
(A) Extraction of Corynebacterium glutamicum ATCC 31831 genomic DNA Corynebacterium glutamicum ATCC 31831 was extracted from A medium containing 2% glucose [urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, monopotassium phosphate: 0.5 g, phosphoric acid. 2 potassium 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate heptahydrate: 20 mg, manganese sulfate pentahydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg Yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, dissolved in 1,000 mL of distilled water] The cells were cultured with 10 mL until the late logarithmic growth phase and collected. The obtained cells were suspended in 0.15 mL of a buffer solution [20 mM Tris-HCl pH 8.0, 10 mM NaCl, 1 mM EDTA · 2Na] containing lysozyme at a concentration of 10 mg / mL. Next, proteinase K was added to the suspension so that the final concentration was 100 μg / mL, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 1 hour. Further, sodium dodecyl sulfate was added to a final concentration of 0.5%, and the mixture was incubated at 50 ° C. for 6 hours for lysis. After adding an equal amount of phenol / chloroform solution to this lysate and shaking gently at room temperature for 10 minutes, the whole amount was centrifuged (5,000 × g, 20 minutes, 10 to 12 ° C.) to obtain a supernatant fraction. The fraction was collected. After adding sodium acetate to 0.3M, 2 volumes of ethanol was added and mixed, and the precipitate collected by centrifugation (15,000 × g, 2 minutes) was washed with 70% ethanol, Air dried. To the obtained DNA, 5 mL of TE buffer [10 mM Tris-HCl pH 7.5, 1 mM EDTA · 2Na] was added and allowed to stand overnight at 4 ° C., and used as template DNA for subsequent PCR.

(B)ペントーストランスポーターaraE遺伝子導入用プラスミドの構築
コリネバクテリウム・グルタミカムATCC31831株由来araE遺伝子を、TZ4プロモーターに連結させ、上記比較例1の(D)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株の染色体上ldh遺伝子欠損部位(既に導入済みの大腸菌由来XylABオペロン下流の位置)に導入するため、ldh遺伝子の内部配列とldh遺伝子の3‘下流領域を相同組換えの領域として利用した。
ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来ldh遺伝子の内部配列の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号55および配列番号56)を用いたPCRによって行った。
(B) Construction of plasmid for introducing pentose transporter araE gene The araE gene derived from Corynebacterium glutamicum ATCC31831 was linked to the TZ4 promoter, and Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB produced in (D) of Comparative Example 1 above. / PC-4 / ΔLDH strain for introduction into the ldh gene deletion site on the chromosome (downstream of the already introduced E. coli-derived XylAB operon), homologous recombination between the internal sequence of the ldh gene and the 3 ′ downstream region of the ldh gene Used as an area.
The internal sequence of the ldh gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained by using the DNA prepared in (A) of <Lactate dehydrogenase gene disruption> in Comparative Example 1 as a template, and the entire genome sequence has been reported. This was performed by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 55 and SEQ ID NO: 56) designed based on the sequence (GenBank Accession No. BA00000036) around the gene of the bacterial glutamicum ATCC13032 strain.

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で10秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 10 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.7%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.4kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行い、これをldh遺伝子の内部配列断片とした。
次に、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来で構成的に高発現するTZ4プロモーター断片の取得は、比較例1の(B)で調製したプラスミドpZylAB1を鋳型とし、配列番号57および配列番号58に記載の合成DNAを用いたPCRによって行った。
Confirmation of the amplification product was performed by separation by 0.7% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.4 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN), which was used as an internal sequence fragment of the ldh gene.
Next, the constitutively highly expressed TZ4 promoter fragment derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained by using the plasmid pZylAB1 prepared in (B) of Comparative Example 1 as a template, and described in SEQ ID NO: 57 and SEQ ID NO: 58 This was performed by PCR using the synthetic DNA.

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で10秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 10 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.7%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.3kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行い、これをTZ4プロモーター断片とした。
一方、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC31831株由来araE遺伝子の取得は、上記比較例2の(A)で調製したDNAを鋳型とし、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC31831株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession No.AB447371)を基に設計した合成DNA(配列番号59および配列番号60)を用いたPCRによって行った。
Confirmation of the amplification product was performed by separation by 0.7% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining to detect a fragment of about 0.3 kb. The DNA fragment of interest was recovered from the gel using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN), which was used as a TZ4 promoter fragment.
On the other hand, the araE gene derived from Corynebacterium glutamicum ATCC 31831 strain was obtained by using the DNA prepared in (A) of Comparative Example 2 as a template and the sequence around the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC 31831 strain (GenBank Accession No. This was performed by PCR using synthetic DNAs (SEQ ID NO: 59 and SEQ ID NO: 60) designed based on AB447371).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ) 25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlとした。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分保温した後、98℃で10秒、55℃で15秒、72℃で2分からなるサイクルを30回繰り返した。増幅産物の確認は、0.7%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約1.6kbの断片を検出した。   The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research), first keeping the temperature at 94 ° C. for 1 minute, followed by 30 cycles of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 15 seconds, and 72 ° C. for 2 minutes. Repeated times. Confirmation of the amplification product was carried out by separation by 0.7% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 1.6 kb was detected.

さらに、ブレビバクテリウム・フラバムMJ233株由来ldh遺伝子の3‘下流領域の取得は、上記比較例1の<ラクテートデヒドロゲナーゼ遺伝子の破壊>の(A)で調製したDNAを鋳型とし、全ゲノム配列が報告されているコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の該遺伝子周辺の配列(GenBank Accession
No.BA000036)を基に設計した合成DNA(配列番号61および配列番号62)を用いたPCRによって行った。
Furthermore, the 3 ′ downstream region of the ldh gene derived from Brevibacterium flavum MJ233 strain was obtained using the DNA prepared in (A) of <Lactate dehydrogenase gene disruption> in Comparative Example 1 as a template, and the entire genome sequence was reported. Sequence around the gene of the strain Corynebacterium glutamicum ATCC13032 (GenBank Accession)
No. This was performed by PCR using synthetic DNA (SEQ ID NO: 61 and SEQ ID NO: 62) designed based on (BA000036).

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で10秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 10 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.7%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約0.5kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行い、これをldh遺伝子下流領域断片とした。
TZ4プロモーターに連結されたaraE遺伝子にldh遺伝子下流領域を結合させた断片の取得は、上記で得られた3つの増幅産物を鋳型とし、配列番号57および配列番号62の合成DNAを用いたクロスオーバーPCRによって行った。
Confirmation of the amplification product was performed by separation by 0.7% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 0.5 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN), and this was used as the ldh gene downstream region fragment.
The fragment obtained by binding the ldh gene downstream region to the araE gene linked to the TZ4 promoter was obtained by crossover using the three amplification products obtained above as templates and the synthetic DNAs of SEQ ID NO: 57 and SEQ ID NO: 62. Performed by PCR.

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で40秒からなるサイクルを30回繰り返した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 40 seconds. Repeated 30 times.

増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約2.4kbの断片を検出した。ゲルからの目的DNA断片の回収は、QIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN)を用いて行った。
TZ4プロモーターに連結されたaraE遺伝子とその両端に相同組換えに用いる領域を含む断片の取得は、上記で得られたldh遺伝子の内部配列断片とクロスオーバーPCRの増幅産物を鋳型とし、配列番号55および配列番号62の合成DNAを用いたクロスオーバーPCRによって行った。
The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 2.4 kb was detected. Recovery of the target DNA fragment from the gel was performed using a QIAquick Gel Extraction Kit (QIAGEN).
Obtaining a fragment comprising the araE gene linked to the TZ4 promoter and the region used for homologous recombination at both ends thereof using the internal sequence fragment of the ldh gene obtained above and the amplification product of crossover PCR as a template, SEQ ID NO: 55 And crossover PCR using the synthetic DNA of SEQ ID NO: 62.

反応液組成は、鋳型DNA 1μl、PrimeSTAR Max DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)25μl、0.4μM 各々プライマーを混合し、全量を50μlと
した。反応温度条件は、DNAサーマルサイクラーPTC−200(MJ Research)を用い、初めに94℃で1分間保温した後、98℃で10秒、55℃で10秒、72℃で40秒からなるサイクルを30回繰り返した。増幅産物の確認は、0.75%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することにより行い、約2.8kbの断片を検出した。
The composition of the reaction solution was 1 μl of template DNA, 25 μl of PrimeSTAR Max DNA polymerase (Takara Bio), and 0.4 μM. Each primer was mixed to make a total volume of 50 μl. The reaction temperature was determined by using a DNA thermal cycler PTC-200 (MJ Research). First, the sample was kept at 94 ° C. for 1 minute, followed by a cycle consisting of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 10 seconds and 72 ° C. for 40 seconds. Repeated 30 times. The amplification product was confirmed by separation by 0.75% agarose gel electrophoresis and visualization by ethidium bromide staining, and a fragment of about 2.8 kb was detected.

得られたDNA断片(TZ4プロモーターに連結されたaraE遺伝子とその両端に相同組換えに用いる領域を含む断片)は、QIAquick PCR Purification Kit(QIAGEN)を用いて精製後、制限酵素BamHIおよびSalIで切断した。これによって生じた約3.0kbのDNA断片は0.7%アガロースゲル電気泳動により分離後、臭化エチジウム染色により可視化することで検出し、Zymoclean Gel DNA Recovery Kit(Zymo Research)を用いてゲルから回収した。このDNA断片を、同制限酵素にて切断したpKMB1(特開2005−95169)と混合し、DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ)を用いて連結した。得られたプラスミドDNAで大腸菌(DH5α株)を形質転換し、25μg/mLカナマシンを含むLB寒天培地に塗抹した。   The obtained DNA fragment (fragment containing the araE gene linked to the TZ4 promoter and the region used for homologous recombination at both ends thereof) was purified using QIAquick PCR Purification Kit (QIAGEN) and then cleaved with restriction enzymes BamHI and SalI. did. The resulting DNA fragment of about 3.0 kb was separated by 0.7% agarose gel electrophoresis and then visualized by ethidium bromide staining, and was detected from the gel using the Zymoclean Gel DNA Recovery Kit (Zymo Research). It was collected. This DNA fragment was mixed with pKMB1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-95169) cleaved with the same restriction enzyme, and DNA Ligation Kit ver. 2 (Takara Bio). Escherichia coli (DH5α strain) was transformed with the obtained plasmid DNA and smeared on an LB agar medium containing 25 μg / mL kana machine.

この培地上で白色のコロニーを形成したクローンをTB培地[Terrific Broth 47g/L、Glycerol 5g/L](25μg/mLカナマイシンを含む)により液体培養した後、QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN)を用いてプラスミドDNAを調製した。こうして得られたプラスミドDNAを制限酵素BamHIおよびSalIにより切断した結果、約3.0kbの挿入断片が確認され、これをpAraE−2と命名した。pAraE−2の構築過程を図8に示した。   Clone that formed white colonies on this medium was liquid-cultured in TB medium [Terrific Broth 47 g / L, Glycerol 5 g / L] (containing 25 μg / mL kanamycin), and then QIAprep Spin Miniprep Kit (QIAGEN) was used. Plasmid DNA was prepared. The plasmid DNA thus obtained was digested with restriction enzymes BamHI and SalI. As a result, an insertion fragment of about 3.0 kb was confirmed, and this was named pAraE-2. The construction process of pAraE-2 is shown in FIG.

(C)ペントーストランスポーターaraE遺伝子の導入
上記比較例1の(D)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株の形質転換に用いるプラスミドDNAは、pAraE−2を用いて塩化カルシウム法(Journal of Molecular Biology,1970,53,159)により形質転換した大腸菌JM110株から再調製した。
(C) Introduction of pentose transporter araE gene pAraE-2 is used as a plasmid DNA for transformation of Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (D) of Comparative Example 1 above. From Escherichia coli JM110 strain transformed by the calcium chloride method (Journal of Molecular Biology, 1970, 53, 159).

ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株の形質転換は電気パルス法(Res. Microbiol.,1993,144,p181−5)によって行い、得られた形質転換体を25μg/mLカナマイシンを含むLBG寒天培地[トリプトン10g、イーストエキストラクト5g、NaCl5g、グルコース 2
0g、および寒天15gを蒸留水1Lに溶解]に塗抹した。
The Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain was transformed by the electric pulse method (Res. Microbiol., 1993, 144, p181-5), and the obtained transformant was treated with 25 μg / mL kanamycin. LBG agar medium [tryptone 10 g, yeast extract 5 g, NaCl 5 g, glucose 2
0 g and 15 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water].

この培地上に生育した株は、pIolT2−2がブレビバクテリウム・フラバムMJ233株菌体内で複製不可能なプラスミドであるため、該プラスミドのiolT2遺伝子とブレビバクテリウム・フラバムMJ233株ゲノム上の同遺伝子との間で相同組換えを起こした結果、ゲノム上に該プラスミドに由来するカナマイシン耐性遺伝子およびsacB遺伝子が挿入されているはずである。   Since the strain grown on this medium is a plasmid in which pIolT2-2 is not replicable in Brevibacterium flavum MJ233, the same gene on the genome of Brevibacterium flavum MJ233 As a result of homologous recombination between the kanamycin and the kanamycin resistance gene and sacB gene derived from the plasmid should be inserted on the genome.

次に、上記相同組換え株を25μg/mLカナマイシンを含むLBG培地にて液体培養した。この培養液の菌体数約100万相当分を10%ショ糖含有LBG培地に塗抹にした。結果、2回目の相同組換えによりsacB遺伝子が脱落しショ糖非感受性となったと考えられる株を数十個得た。   Next, the homologous recombination strain was subjected to liquid culture in an LBG medium containing 25 μg / mL kanamycin. A portion equivalent to about 1 million cells of this culture was smeared on a 10% sucrose-containing LBG medium. As a result, sacB gene was lost by the second homologous recombination, and several tens of strains considered to be insensitive to sucrose were obtained.

この様にして得られた株の中には、その染色体上ldh遺伝子欠損部位にpAraE−2に由来するTZ4プロモーターに連結されたaraE遺伝子(TZ4−araE)が挿入されたものと野生型に戻ったものが含まれる。TZ4−araE導入型であるか野生型であるかの確認は、LBG培地にて培養して得られた菌体を直接PCR反応に供し、TZ4−araEの検出を行うことによって容易に確認できる。TZ4−araEをPCR増幅するためのプライマー(配列番号57および配列番号63)を用いて分析すると、TZ4−araE導入型では3,229bpのDNA断片を認めるはずである。上記方法にてショ糖非感受性となった菌株を分析した結果、TZ4プロモーターが挿入された株を選抜し、該株をブレビバクテリウム・フラバムMJ233/AraE/XylAB/PC−4/ΔLDHと命名した。
このようにして作製した実施例1〜3、および比較例1の菌株の系統図を、図13に示す。
Among the strains obtained in this way, the araE gene (TZ4-araE) linked to the TZ4 promoter derived from pAraE-2 was inserted into the ldh gene deletion site on the chromosome and returned to the wild type. Is included. Confirmation of the TZ4-araE introduction type or the wild type can be easily confirmed by subjecting the cells obtained by culturing in the LBG medium directly to the PCR reaction and detecting TZ4-araE. When analyzed using primers (SEQ ID NO: 57 and SEQ ID NO: 63) for PCR amplification of TZ4-araE, a DNA fragment of 3,229 bp should be observed in the TZ4-araE-introduced type. As a result of analyzing the strain that became insensitive to sucrose by the above method, a strain into which the TZ4 promoter was inserted was selected, and the strain was named Brevibacterium flavum MJ233 / AraE / XylAB / PC-4 / ΔLDH. .
A systematic diagram of the strains of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 prepared as described above is shown in FIG.

[実施例4]
<iolT1遺伝子増強株のiolT1遺伝子およびiolT2遺伝子の転写解析>
実施例1の(B)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT1/XylAB/PC−4/ΔLDH株のiolT1遺伝子、iolT2遺伝子の転写量を分析するため、以下の通りフラスコ培養を行って菌体を調製し、その後、全RNAの調製、逆転写反応、および定量PCRを実施した。
[Example 4]
<Transcriptional analysis of the iolT1 gene and iolT2 gene of the iolT1 gene-enhanced strain>
In order to analyze the transcription amounts of iolT1 gene and iolT2 gene of Brevibacterium flavum MJ233 / IolT1 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Example 1 (B), flask culture was performed as follows to analyze the bacteria. Body was prepared, followed by total RNA preparation, reverse transcription reaction, and quantitative PCR.

(A)種培養
A培地[尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・5水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:1g、カザミノ酸:1g、蒸留水1,000mLに溶解]1,000mLを、121℃、20分間で加熱滅菌し、室温まで冷やした後、200mLの三角フラスコに15mL入れ、あらかじめ滅菌した50%グルコース水溶液を600μl添加した。ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT1/XylAB/PC−4/ΔLDH株を接種して30℃で8時間振とう培養した。
(A) Seed culture A medium [urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, monopotassium phosphate: 0.5 g, dipotassium phosphate 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate 7 hydrate: 20 mg, manganese sulfate pentahydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, dissolved in 1,000 mL of distilled water] 1,000 mL After sterilization by heating at 121 ° C. for 20 minutes and cooling to room temperature, 15 mL was put into a 200 mL Erlenmeyer flask, and 600 μl of a 50% glucose aqueous solution previously sterilized was added. Brevibacterium flavum MJ233 / IolT1 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain was inoculated and cultured with shaking at 30 ° C. for 8 hours.

(B)本培養
500mLの三角フラスコに100mLのA培地を入れ、あらかじめ滅菌した50%グルコース水溶液を4mL添加した後、上記の培養で得られた培養液を、OD660が0.02となるように接種し、30℃で、18時間振とう培養した。
(B) Main culture After adding 100 mL of A medium to a 500 mL Erlenmeyer flask and adding 4 mL of a 50% aqueous glucose solution sterilized in advance, the culture solution obtained by the above culture is adjusted so that OD 660 becomes 0.02. And inoculated at 30 ° C. for 18 hours with shaking.

(C)全RNAの調製
上記(B)で調製した菌体から、RNeasy plus Mini Kit(QIAGEN)およびRNase−Free DNase Set(QIAGEN)を用いて以下の通り全RNAを調製した。
(C) Preparation of total RNA Total RNA was prepared from the cells prepared in (B) above using RNeasy plus Mini Kit (QIAGEN) and RNase-Free DNase Set (QIAGEN).

上記(B)での培養後、回収した培養液を用いて、10〜10個となるよう菌体溶液を調製し、8,000rpm、2分間、4℃の遠心分離を行って得られた菌体を蒸留滅菌水に懸濁し、再度、8,000rpm、2分間、4℃の遠心分離を行った。得られた菌体は、キット付属のRLT Buffer 600μlに2−メルカプトエタノール 6μlを添加した溶液に懸濁し、この懸濁液をMagNA Lyser Green Beads(Roche)のチューブに移し、MagNA Lyser(Roche)を用いて室温で6,000rpm、1分間破砕を行った。この菌体破砕液をゲノムDNA除去ミニスピンカラムに入れ、RNeasy plus Mini Kit付属の使用説明書に従い、全RNAの調製を行った。オプションとして、全RNAのカラム吸着後にDNase mix solution 80μlを添加し、室温で15分間静置し、ゲノムDNAの分解を行った。また、最後に50℃で保温したRNase−free waterを加え、室温で1分間静置し、遠心分離にて全RNAを溶出した。 After culturing in the above (B), a bacterial cell solution is prepared using the collected culture solution so as to be 10 8 to 10 9 , and obtained by centrifuging at 8,000 rpm for 2 minutes at 4 ° C. The bacterial cells were suspended in distilled sterilized water and centrifuged again at 8,000 rpm for 2 minutes at 4 ° C. The obtained cells are suspended in a solution obtained by adding 6 μl of 2-mercaptoethanol to 600 μl of RLT Buffer attached to the kit, and this suspension is transferred to a tube of MagNA Lyser Green Beads (Roche), and MagNA Lyser (Roche) is placed on the tube. The mixture was crushed at 6,000 rpm for 1 minute at room temperature. This cell disruption solution was placed in a genomic DNA-removed mini spin column, and total RNA was prepared according to the instruction manual attached to the RNeasy plus Mini Kit. As an option, 80 μl of DNase mix solution was added after column adsorption of total RNA, and allowed to stand at room temperature for 15 minutes to decompose genomic DNA. Finally, RNase-free water kept at 50 ° C. was added, allowed to stand at room temperature for 1 minute, and total RNA was eluted by centrifugation.

(D)逆転写反応
上記(C)で調製した全RNAを鋳型として、SuperScript III First−Strand Synthesis System for RT−PCR(Invitrogen)を用いて、付属の使用説明書に従い、逆転写反応を行い、一本鎖cDNAを合成した。逆転写反応には、300ngの全RNA、プライマーとして50ng
/μl Random hexamersを使用した。
(D) Reverse transcription reaction Using the total RNA prepared in (C) above as a template, using SuperScript III First-Strand Synthesis System for RT-PCR (Invitrogen), a reverse transcription reaction was performed according to the attached instruction manual, Single stranded cDNA was synthesized. For reverse transcription, 300 ng of total RNA, 50 ng as primer
/ Μl Random hexamers were used.

(D)定量PCR
定量PCRの反応は、SYBR premix Ex Taq(Perfect Real Time)(タカラバイオ)を用いて、付属の使用説明書に従って反応液を調製し、Light−Cycler(Roche Diagnostics)を用い、初めに95℃で10秒間保温した後、95℃で5秒、55℃で5秒、68℃で20秒からなるサイクルを40回繰り返した。温度変化速度はいずれも20℃/秒とした。また、融解曲線分析を(1)95℃、0秒、(2)65℃、10秒、(3)95℃、0秒で行い、温度変化速度は(1)および(2)は20℃/秒とし、(3)は0.1℃/秒とした。
PCRプライマーとして、iolT1遺伝子の定量PCRには配列番号64および配列番
号65、iolT2遺伝子の定量PCRには配列番号66および配列番号67の合成DNAを使用した。また、内部標準としては16S rRNAを用い、配列番号68および配列番号69の合成DNAを使用した。
(D) Quantitative PCR
Quantitative PCR reaction was performed using SYBR premix Ex Taq (Perfect Real Time) (Takara Bio) according to the attached instruction manual, and first using Light-Cycler (Roche Diagnostics) at 95 ° C. After keeping the temperature for 10 seconds, a cycle consisting of 95 ° C. for 5 seconds, 55 ° C. for 5 seconds, and 68 ° C. for 20 seconds was repeated 40 times. The temperature change rate was 20 ° C./sec. Melting curve analysis was performed at (1) 95 ° C., 0 seconds, (2) 65 ° C., 10 seconds, (3) 95 ° C., 0 seconds, and the temperature change rate was 20 ° C./(1) and (2). And (3) was 0.1 ° C./second.
As PCR primers, synthetic DNAs of SEQ ID NO: 64 and SEQ ID NO: 65 were used for quantitative PCR of the iolT1 gene, and synthetic DNAs of SEQ ID NO: 66 and SEQ ID NO: 67 were used for quantitative PCR of the iolT2 gene. Further, 16S rRNA was used as an internal standard, and synthetic DNAs of SEQ ID NO: 68 and SEQ ID NO: 69 were used.

定量分析には、Light−Cycler Software Ver.3.5(Roche Diagnostics)を用い、Second Derivative Maximum法により分析を行った。   For quantitative analysis, Light-Cycler Software Ver. The analysis was performed by the Second Derivative Maximum method using 3.5 (Roche Diagnostics).

[実施例5]
<iolT2遺伝子増強株のiolT1遺伝子およびiolT2遺伝子の転写解析>
実施例2の(B)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT2/XylAB/PC−4/ΔLDH株を使用したこと以外は、実施例4と同様に行った。
[Example 5]
<Transcriptional analysis of iolT1 gene and iolT2 gene of iolT2 gene-enhanced strain>
The same procedure as in Example 4 was performed except that the Brevibacterium flavum MJ233 / IolT2 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (B) of Example 2 was used.

[実施例6]
<iolR遺伝子破壊株のiolT1遺伝子およびiolT2遺伝子の転写解析>
実施例3の(B)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔIolR/XylAB/PC−4/ΔLDH株を使用したこと以外は、実施例4と同様に行った。
[Example 6]
<Transcriptional analysis of iolT1 gene and iolT2 gene of iolR gene-disrupted strain>
The same procedure as in Example 4 was performed except that the Brevibacterium flavum MJ233 / ΔIolR / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (B) of Example 3 was used.

[実施例7]
<イノシトール培養菌株のiolT1遺伝子およびiolT2遺伝子の転写解析>
比較例1で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株をイノシトール存在下で培養することによって菌体を調整し、iolT1遺伝子、iolT2遺伝子の転写量を分析するため、以下の通りフラスコ培養を行った。
種培養については、実施例4と同様に行い、本培養においては、炭素源として50%グルコース水溶液を4mL添加する代わりに12%myo−イノシトール水溶液を16.7mL添加し、培養時間を22.5時間とした以外は実施例4と同様に行った。
[Example 7]
<Transcriptional analysis of iolT1 gene and iolT2 gene of inositol culture strain>
In order to adjust the cells by culturing the Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Comparative Example 1 in the presence of inositol and analyze the transcription amounts of the iolT1 gene and the iolT2 gene, Flask culture was performed as described above.
The seed culture was performed in the same manner as in Example 4. In the main culture, 16.7 mL of 12% myo-inositol aqueous solution was added instead of adding 4 mL of 50% glucose aqueous solution as a carbon source, and the culture time was 22.5. The same operation as in Example 4 was performed except that time was used.

全RNAの調製、逆転写反応、定量PCRについては、実施例4と同様に行った。   Preparation of total RNA, reverse transcription reaction, and quantitative PCR were performed in the same manner as in Example 4.

[比較例3]
<iolT遺伝子非改変株のiolT1遺伝子およびiolT2遺伝子の転写解析>
比較例1で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株を使用したこと以外は、実施例4と同様に行った。
[Comparative Example 3]
<Transcriptional analysis of iolT1 gene and iolT2 gene of iolT gene non-modified strain>
The same procedure as in Example 4 was performed except that the Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Comparative Example 1 was used.

実施例4〜7、比較例3の結果を表1に示した。iolT1遺伝子およびiolT2遺伝子発現の数値は、比較例3に対する比を表す。   The results of Examples 4 to 7 and Comparative Example 3 are shown in Table 1. The numerical values of iolT1 gene and iolT2 gene expression represent the ratio to Comparative Example 3.

表1より、実施例1で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT1/XylAB/PC−4/ΔLDH株の転写解析を行った実施例4では、親株の比較例3に対してiolT1遺伝子の転写量が約62倍に増加していることが確認された。
実施例2で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT2/XylAB/PC−4/ΔLDH株の転写解析を行った実施例5では、親株の比較例3に対してiolT2遺伝子の転写量が約103倍に増加していることが確認された。
From Table 1, in Example 4, where transcription analysis of Brevibacterium flavum MJ233 / IolT1 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Example 1 was performed, transcription of the iolT1 gene relative to Comparative Example 3 of the parent strain It was confirmed that the amount increased about 62 times.
In Example 5 in which transcription analysis of Brevibacterium flavum MJ233 / IolT2 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Example 2 was performed, the transcription amount of the iolT2 gene was about 103 compared to Comparative Example 3 of the parent strain. It was confirmed that the number increased twice.

実施例3で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/ΔIolR/XylAB/PC−4/ΔLDH株の転写解析を行った実施例6では、親株の比較例3に対してiolT1遺伝子の転写量が約12倍に増加していることが確認された。
比較例3と同じブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株をイノシトール存在下で培養した菌株の転写解析を行った実施例7では、グルコースで培養した比較例3に対してiolT1遺伝子の転写量が約69倍、iolT2遺伝子の転写量が約10倍に増加していることが確認された。
In Example 6 in which transcription analysis of Brevibacterium flavum MJ233 / ΔIolR / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Example 3 was performed, the transcription amount of the iolT1 gene was about 12 compared to the comparative example 3 of the parent strain. It was confirmed that the number increased twice.
In Example 7, in which the transcription analysis of the same Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain cultured in the presence of inositol was performed as in Comparative Example 3, iolT1 was compared with Comparative Example 3 cultured in glucose. It was confirmed that the gene transcription amount increased about 69 times and the iolT2 gene transcription amount increased about 10 times.

[実施例8]
<iolT1遺伝子増強株のコハク酸生産評価>
実施例1の(B)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT1/XylAB/PC−4/ΔLDH株のコハク酸生産評価を行うため、以下の通りフラスコ培養を行って菌体を調製し、その後、コハク酸生産反応を実施した。
[Example 8]
<Evaluation of succinic acid production by iolT1 gene-enhanced strain>
In order to evaluate the succinic acid production of Brevibacterium flavum MJ233 / IolT1 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (B) of Example 1, a flask was cultured as follows to prepare the cells. Thereafter, a succinic acid production reaction was carried out.

(A)種培養
A培地[尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・5水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:1g、カザミノ酸:1g、蒸留水1,000mLに溶解]1,000mLを、121℃、20分間で加熱滅菌し、室温まで冷やした後、200mLの三角フラスコに15mL入れ、あらかじめ滅菌した50%グルコース水溶液を600μl添加した。ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT1/XylAB/PC−4/ΔLDH株を接種して30℃で6時間振とう培養した。
(A) Seed culture A medium [urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, monopotassium phosphate: 0.5 g, dipotassium phosphate 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate 7 hydrate: 20 mg, manganese sulfate pentahydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, dissolved in 1,000 mL of distilled water] 1,000 mL After sterilization by heating at 121 ° C. for 20 minutes and cooling to room temperature, 15 mL was put into a 200 mL Erlenmeyer flask, and 600 μl of a 50% glucose aqueous solution previously sterilized was added. Brevibacterium flavum MJ233 / IolT1 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain was inoculated and cultured with shaking at 30 ° C. for 6 hours.

(B)本培養
500mLの三角フラスコに100mLのA培地を入れ、あらかじめ滅菌した50%グ
ルコース水溶液を4mL添加した後、上記の培養で得られた培養液を、OD660が0.2となるように接種し、30℃で、16.5時間振とう培養した。
(B) Main culture After adding 100 mL of A medium to a 500 mL Erlenmeyer flask and adding 4 mL of a 50% aqueous glucose solution sterilized in advance, the culture solution obtained by the above culture is adjusted so that OD 660 is 0.2. And inoculated at 30 ° C. for 16.5 hours with shaking.

(C)コハク酸生産反応
上記(B)の本培養で得られた培養液を5,000×g、7分の遠心分離により集菌し、菌体懸濁液[硫酸マグネシウム・7水和物:1g、硫酸第一鉄・7水和物:40mg、硫酸マンガン・5水和物:40mg、D−ビオチン:400μg、塩酸チアミン:400μg、リン酸一アンモニウム:0.8g、リン酸二アンモニウム:0.8g、塩化カリウム:1g、蒸留水1000mLに溶解]にOD660が40になるように懸濁した。続いて、50%キシロース水溶液を2mL、炭酸水素アンモニウムを1.58g、および蒸留水23mLを混合して、基質溶液を調製した。5mL反応器に前記菌体懸濁液0.5mLと、基質溶液0.5mLを混合し、嫌気条件下において40℃で反応させた。その結果、6時間後のコハク酸蓄積濃度は6.7g/L、キシロース濃度は7.8g/Lであった。なお、コハク酸、キシロースの定量は、HPLC分析により行った。分析条件は、以下の通りである。
(C) Succinic acid production reaction The culture solution obtained in the main culture of (B) above was collected by centrifugation at 5,000 × g for 7 minutes, and the cell suspension [magnesium sulfate heptahydrate 1 g, ferrous sulfate heptahydrate: 40 mg, manganese sulfate pentahydrate: 40 mg, D-biotin: 400 μg, thiamine hydrochloride: 400 μg, monoammonium phosphate: 0.8 g, diammonium phosphate: 0.8 g, 1 g of potassium chloride, dissolved in 1000 mL of distilled water] was suspended so that OD 660 was 40. Subsequently, 2 mL of 50% xylose aqueous solution, 1.58 g of ammonium bicarbonate, and 23 mL of distilled water were mixed to prepare a substrate solution. The 5 mL reactor was mixed with 0.5 mL of the bacterial cell suspension and 0.5 mL of the substrate solution, and reacted at 40 ° C. under anaerobic conditions. As a result, the succinic acid accumulation concentration after 6 hours was 6.7 g / L, and the xylose concentration was 7.8 g / L. The succinic acid and xylose were quantified by HPLC analysis. The analysis conditions are as follows.

カラム:信和加工社製 ULTRON PS−80H 8.0mmID×30cm
溶離液:過塩素酸60%水溶液(1.8mL−過塩素酸/1L−HO)
温度:60℃
検出:RI、UV(210nm)
Column: ULTRON PS-80H 8.0 mm ID x 30 cm manufactured by Shinwa Kogyo Co., Ltd.
Eluent: 60% aqueous solution of perchloric acid (1.8 mL-perchloric acid / 1 L-H 2 O)
Temperature: 60 ° C
Detection: RI, UV (210 nm)

[実施例9]
<iolT2遺伝子増強株のコハク酸生産評価>
実施例2の(B)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT2/XylAB/PC−4/ΔLDH株を使用したこと以外は、実施例8と同様に行った。その結果、6時間後のコハク酸蓄積濃度は3.5g/L、キシロース濃度は12.6g/Lであった。
[Example 9]
<Succinic acid production evaluation of iolT2 gene-enhanced strain>
The same procedure as in Example 8 was performed except that the Brevibacterium flavum MJ233 / IolT2 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (B) of Example 2 was used. As a result, the succinic acid accumulation concentration after 6 hours was 3.5 g / L, and the xylose concentration was 12.6 g / L.

[実施例10]
<イノシトール培養菌株のコハク酸生産評価>
比較例1で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株をイノシトール存在下で培養することによって菌体を調整し、コハク酸生産評価を行うため、以下の通りフラスコ培養を行った。
[Example 10]
<Succinic acid production evaluation of inositol culture strain>
In order to adjust microbial cells by culturing Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Comparative Example 1 in the presence of inositol and evaluate succinic acid production, flask culture was performed as follows. went.

種培養については、実施例8と同様に行い、本培養においては、炭素源として50%グルコース水溶液を4mL添加する代わりに12%myo−イノシトール水溶液を16.7mL添加し、それ以外は実施例8と同様に行った。
コハク酸生産反応については、実施例8と同様に行った。その結果、6時間後のコハク酸蓄積濃度は14.0g/L、キシロース濃度は0.3g/Lであった。
Seed culture was carried out in the same manner as in Example 8. In this culture, 16.7 mL of 12% myo-inositol aqueous solution was added instead of adding 4 mL of 50% glucose aqueous solution as a carbon source. As well as.
The succinic acid production reaction was performed in the same manner as in Example 8. As a result, the succinic acid accumulation concentration after 6 hours was 14.0 g / L, and the xylose concentration was 0.3 g / L.

[比較例4]
<iolT遺伝子非改変株のコハク酸生産評価>
比較例1で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株を使用したこと以外は、実施例8と同様に行った。その結果、6時間後のコハク酸蓄積濃度は2.7g/L、キシロース濃度は11.8g/Lであった。
実施例8〜10、比較例4の結果として、反応開始6時間後のコハク酸蓄積濃度とキシロース濃度を表2に示した。
[Comparative Example 4]
<Evaluation of succinic acid production of iolT gene non-modified strain>
The same procedure as in Example 8 was performed except that the Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Comparative Example 1 was used. As a result, the succinic acid accumulation concentration after 6 hours was 2.7 g / L, and the xylose concentration was 11.8 g / L.
As a result of Examples 8 to 10 and Comparative Example 4, succinic acid accumulation concentration and xylose concentration 6 hours after the start of the reaction are shown in Table 2.

表2より、実施例1で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT1/XylAB/PC−4/ΔLDH株のコハク酸生産評価を行った実施例8では、親株の比較例4に対してコハク酸生産速度が約148%向上した。
実施例2で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT2/XylAB/PC−4/ΔLDH株のコハク酸生産評価を行った実施例9では、親株の比較例4に対してコハク酸生産速度が約30%向上した。
From Table 2, in Example 8 in which succinic acid production evaluation of Brevibacterium flavum MJ233 / IolT1 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Example 1 was performed, succinic acid was compared to Comparative Example 4 of the parent strain. Production speed improved by about 148%.
In Example 9, in which succinic acid production evaluation of Brevibacterium flavum MJ233 / IolT2 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Example 2 was performed, the succinic acid production rate was about Improved by 30%.

また、比較例3と同じブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株をイノシトール存在下で培養した菌株のコハク酸生産評価を行った実施例10では、グルコースで培養した比較例4に対してコハク酸生産速度が約419%向上した。
以上の結果より、イノシトール輸送体をコードするiolT1遺伝子またはiolT2遺伝子の発現を増強することによって、キシロースを原料としたときのコハク酸生産速度が向上することが明らかとなった。
In addition, in Example 10 in which the succinic acid production evaluation of a strain obtained by culturing the same Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain as in Comparative Example 3 in the presence of inositol was performed, Comparative Example 4 cultured in glucose was used. In contrast, the succinic acid production rate was improved by about 419%.
From the above results, it was revealed that the succinic acid production rate when xylose was used as a raw material was improved by enhancing the expression of the iolT1 gene or iolT2 gene encoding the inositol transporter.

[実施例11]
<iolT1遺伝子増強株のワンポット反応におけるコハク酸生産評価>
実施例1の(B)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT1/XylAB/PC−4/ΔLDH株の菌体増殖とコハク酸生産を一体的に評価するため、以下の通りワンポット反応におけるコハク酸生産評価を行った。
[Example 11]
<Evaluation of succinic acid production in one-pot reaction of iolT1 gene-enhanced strain>
In order to integrally evaluate the cell growth and succinic acid production of the Brevibacterium flavum MJ233 / IolT1 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Example 1 (B), the succination in a one-pot reaction was performed as follows. An acid production evaluation was performed.

(A)種培養
A培地[尿素:4g、硫酸アンモニウム:14g、リン酸1カリウム:0.5g、リン酸2カリウム0.5g、硫酸マグネシウム・7水和物:0.5g、硫酸第一鉄・7水和物:20mg、硫酸マンガン・5水和物:20mg、D−ビオチン:200μg、塩酸チアミン:200μg、酵母エキス:1g、カザミノ酸:1g、蒸留水1,000mLに溶解]1,000mLを、121℃、20分間で加熱滅菌し、室温まで冷やした後、200mLの三角フラスコに15mL入れ、あらかじめ滅菌した50%グルコース水溶液を600μl添加した。ブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT1/XylAB/PC−4/ΔLDH株を接種して30℃で6時間振とう培養した。
(A) Seed culture A medium [urea: 4 g, ammonium sulfate: 14 g, monopotassium phosphate: 0.5 g, dipotassium phosphate 0.5 g, magnesium sulfate heptahydrate: 0.5 g, ferrous sulfate 7 hydrate: 20 mg, manganese sulfate pentahydrate: 20 mg, D-biotin: 200 μg, thiamine hydrochloride: 200 μg, yeast extract: 1 g, casamino acid: 1 g, dissolved in 1,000 mL of distilled water] 1,000 mL After sterilization by heating at 121 ° C. for 20 minutes and cooling to room temperature, 15 mL was put into a 200 mL Erlenmeyer flask, and 600 μl of a 50% glucose aqueous solution previously sterilized was added. Brevibacterium flavum MJ233 / IolT1 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain was inoculated and cultured with shaking at 30 ° C. for 6 hours.

(B)ワンポット反応(本培養/コハク酸生産反応)
500mLの三角フラスコに100mLのA培地を入れ、あらかじめ滅菌した50%キシロース水溶液を8mL添加した後、上記の培養で得られた培養液を、OD660が0.1となるように接種し、30℃で振とう培養した。培養を開始してから26.5時間後に炭酸水素アンモニウムを3.16g添加し、三角フラスコの口をパラフィルムで密閉、温
度を40℃に変更して20時間反応させた。その結果、培養を開始してから26.5時間後のOD660は14.9、キシロース濃度は20.9g/L、46.5時間後のコハク酸蓄積濃度は18.3g/L、キシロース濃度は0.0g/Lであった。OD660、コハク酸蓄積濃度、キシロース濃度の推移を表したグラフを図9に示した。なお、コハク酸、キシロースの定量は下記方法によるHPLC分析により行った。
(B) One-pot reaction (main culture / succinic acid production reaction)
100 mL of A medium is put into a 500 mL Erlenmeyer flask, 8 mL of 50% xylose aqueous solution sterilized in advance is added, and the culture solution obtained by the above culture is inoculated so that OD 660 becomes 0.1. Cultured with shaking at ℃. After 26.5 hours from the start of the culture, 3.16 g of ammonium hydrogen carbonate was added, the mouth of the Erlenmeyer flask was sealed with parafilm, and the temperature was changed to 40 ° C. and reacted for 20 hours. As a result, the OD 660 after 26.5 hours from the start of the culture was 14.9, the xylose concentration was 20.9 g / L, the succinic acid accumulation concentration after 46.5 hours was 18.3 g / L, and the xylose concentration. Was 0.0 g / L. A graph showing changes in OD 660 , succinic acid accumulation concentration, and xylose concentration is shown in FIG. The succinic acid and xylose were quantified by HPLC analysis according to the following method.

カラム:信和加工社製 ULTRON PS−80H 8.0mmID×30cm
溶離液:過塩素酸60%水溶液(1.8mL−過塩素酸/1L−HO)
温度:60℃
検出:RI、UV(210nm)
Column: ULTRON PS-80H 8.0 mm ID x 30 cm manufactured by Shinwa Kogyo Co., Ltd.
Eluent: 60% aqueous solution of perchloric acid (1.8 mL-perchloric acid / 1 L-H 2 O)
Temperature: 60 ° C
Detection: RI, UV (210 nm)

[実施例12]
<iolT2遺伝子増強株のワンポット反応におけるコハク酸生産評価>
実施例2の(B)で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT2/XylAB/PC−4/ΔLDH株を使用したこと以外は、実施例11と同様に行った。その結果、培養を開始してから26.5時間後のOD660は15.7、キシロース濃度は20.5g/L、46.5時間後のコハク酸蓄積濃度は17.2g/L、キシロース濃度は0.0g/Lであった。OD660、コハク酸蓄積濃度、キシロース濃度の推移を表したグラフを図10に示した。
[Example 12]
<Evaluation of succinic acid production in one-pot reaction of iolT2 gene-enhanced strain>
The same procedure as in Example 11 was performed except that the Brevibacterium flavum MJ233 / IolT2 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in (B) of Example 2 was used. As a result, the OD 660 after 26.5 hours from the start of the culture was 15.7, the xylose concentration was 20.5 g / L, the succinic acid accumulation concentration after 46.5 hours was 17.2 g / L, and the xylose concentration. Was 0.0 g / L. A graph showing the transition of OD 660 , succinic acid accumulation concentration, and xylose concentration is shown in FIG.

[実施例13]
<イノシトール培養菌株のワンポット反応におけるコハク酸生産評価>
比較例1で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株をイノシトール存在下で培養することによって菌体を調整し、ワンポット反応におけるコハク酸生産評価を行うため、以下の通りフラスコ培養を行った。
[Example 13]
<Evaluation of succinic acid production in one-pot reaction of inositol culture strain>
In order to adjust microbial cells by culturing the Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Comparative Example 1 in the presence of inositol and evaluate succinic acid production in a one-pot reaction, it is as follows. Flask culture was performed.

種培養については、炭素源として50%グルコース水溶液を600μlと10%myo−イノシトール水溶液を3mL添加し、それ以外は実施例8と同様に行った。ワンポット反応については、実施例11と同様に行った。その結果、培養を開始してから26.5時間後のOD660は16.1、キシロース濃度は20.6g/L、46.5時間後のコハク酸蓄積濃度は16.8g/L、キシロース濃度は0.9g/Lであった。OD660、コハク酸蓄積濃度、キシロース濃度の推移を表したグラフを図11に示した。 The seed culture was performed in the same manner as in Example 8 except that 600 μl of 50% glucose aqueous solution and 3 mL of 10% myo-inositol aqueous solution were added as a carbon source. The one-pot reaction was performed in the same manner as in Example 11. As a result, OD 660 after 26.5 hours from the start of culture was 16.1, xylose concentration was 20.6 g / L, succinic acid accumulation concentration after 46.5 hours was 16.8 g / L, xylose concentration Was 0.9 g / L. A graph showing changes in OD 660 , succinic acid accumulation concentration, and xylose concentration is shown in FIG.

[比較例5]
<araE遺伝子導入株のワンポット反応におけるコハク酸生産評価>
比較例2で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株を使用したこと以外は、実施例11と同様に行った。その結果、培養を開始してから26.5時間後のOD660は6.2、キシロース濃度は26.5g/L、46.5時間後のコハク酸蓄積濃度は3.8g/L、キシロース濃度は17.0g/Lであった。OD660、コハク酸蓄積濃度、キシロース濃度の推移を表したグラフを図12に示した。
実施例11〜13、比較例5の結果として、培養開始後26.5時間のOD660とキシロース濃度、培養開始後46.5時間のコハク酸蓄積濃度とキシロース濃度を表3に示した。
[Comparative Example 5]
<Evaluation of succinic acid production in one-pot reaction of araE transgenic strain>
The same procedure as in Example 11 was performed except that the Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Comparative Example 2 was used. As a result, the OD 660 after 26.5 hours from the start of culture was 6.2, the xylose concentration was 26.5 g / L, the succinic acid accumulation concentration after 46.5 hours was 3.8 g / L, and the xylose concentration. Was 17.0 g / L. A graph showing changes in OD 660 , succinic acid accumulation concentration, and xylose concentration is shown in FIG.
As a result of Examples 11 to 13 and Comparative Example 5, Table 3 shows OD 660 and xylose concentrations at 26.5 hours after the start of culture, and succinic acid accumulation concentrations and xylose concentrations at 46.5 hours after the start of culture.

表3より、実施例1で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT1/XylAB/PC−4/ΔLDH株のワンポット反応におけるコハク酸生産評価を行った実施例11では、比較例2で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/AraE/XylAB/PC−4/ΔLDH株を評価した比較例5に対して到達OD660が140%、コハク酸蓄積濃度が約382%向上した。 From Table 3, in Example 11 in which the succinic acid production evaluation in the one-pot reaction of Brevibacterium flavum MJ233 / IolT1 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Example 1 was performed, Brevibacterium prepared in Comparative Example 2 was used. Compared to Comparative Example 5 in which the bacterial flavum MJ233 / AraE / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain was evaluated, the reached OD 660 was improved by 140% and the succinic acid accumulation concentration was improved by about 382%.

実施例2で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/IolT2/XylAB/PC−4/ΔLDH株のワンポット反応におけるコハク酸生産評価を行った実施例12では、比較例2で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/AraE/XylAB/PC−4/ΔLDH株を評価した比較例5に対して到達OD660が153%、コハク酸蓄積濃度が約353%向上した。 In Example 12, where succinic acid production was evaluated in the one-pot reaction of the Brevibacterium flavum MJ233 / IolT2 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Example 2, the Brevibacterium flavum prepared in Comparative Example 2 was used. As compared with Comparative Example 5 in which the MJ233 / AraE / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain was evaluated, the reached OD 660 was improved by 153%, and the succinic acid accumulation concentration was improved by about 353%.

また、比較例1で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/XylAB/PC−4/ΔLDH株をイノシトール存在下で培養した菌株のワンポット反応におけるコハク酸生産評価を行った実施例13では、比較例2で作製したブレビバクテリウム・フラバムMJ233/AraE/XylAB/PC−4/ΔLDH株を評価した比較例5に対して到達OD660が160%、コハク酸蓄積濃度が約342%向上した。 Further, in Example 13 in which succinic acid production evaluation was performed in a one-pot reaction of a strain obtained by culturing Brevibacterium flavum MJ233 / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Comparative Example 1 in the presence of inositol, Comparative Example 2 As compared with Comparative Example 5 in which the Brevibacterium flavum MJ233 / AraE / XylAB / PC-4 / ΔLDH strain prepared in Example 1 was evaluated, the ultimate OD 660 was improved by 160% and the succinic acid accumulation concentration was improved by about 342%.

以上の結果より、特許文献1では、ペントーストランスポーターAraEを導入することによってキシロース消費速度が向上させているが、キシロースを炭素源とした増殖において到達OD660が低くなり、それによってコハク酸生産量も悪化することがわかった。一方、イノシトール輸送体をコードするiolT1遺伝子またはiolT2遺伝子の発現を増強させた場合は、そのような増殖悪化を伴うことなく、コハク酸生産量が向上することが明らかとなった。 From the above results, in Patent Document 1, by introducing the pentose transporter AraE, the xylose consumption rate is improved. However, the reached OD 660 is reduced in the growth using xylose as a carbon source, and thus the succinic acid production amount is reduced. It turned out to be worse. On the other hand, when the expression of the iolT1 gene or the iolT2 gene encoding the inositol transporter was enhanced, it was revealed that the amount of succinic acid produced was improved without such growth deterioration.

Claims (9)

有機化合物生産能およびキシロース資化能を有し、かつ、配列番号1または2の塩基配
列と90%以上の相同性を有するDNAを含むイノシトール輸送体をコードする遺伝子が
導入され、または該遺伝子の発現が非改変株と比較して増強するよう改変された微
、水性媒体中でキシロースを含有する有機原料に作用させることにより有機化合物を生
産させる工程を有する
ことを特徴とする有機化合物の製造方法。
Has the ability to produce organic compounds and xylose utilization, and has the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or 2
Is introduced gene encoding inositol transporter comprising a DNA having a sequence homology of 90% or more, or, microorganisms modified as the expression of the gene is enhanced as compared with an unmodified strain
A method of producing an organic compound by causing an organic compound to act on an organic raw material containing xylose in an aqueous medium.
前記微生物の、イノシトール輸送体をコードする遺伝子の発現を抑制する転写因子をコ
ードする遺伝子の発現が非改変株と比較して低減されている
ことを特徴とする、請求項1に記載の有機化合物の製造方法。
The organic compound according to claim 1, wherein the expression of a gene encoding a transcription factor that suppresses the expression of a gene encoding an inositol transporter of the microorganism is reduced as compared to an unmodified strain. Manufacturing method.
記微生物が、さらに、キシロースイソメラーゼをコードする遺伝子が導入され、もし
くは該遺伝子の発現が増強するよう改変されている
ことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の有機化合物の製造方法。
Before SL microorganisms, further production of the gene encoding a xylose isomerase is introduced, or wherein the expression of the gene has been modified to enhance an organic compound according to claim 1 or claim 2 Method.
前記微生物が、さらに、キシルロキナーゼをコードする遺伝子が導入され、または該遺
伝子の発現が増強するよう改変されている
ことを特徴とする請求項に記載の有機化合物の製造方法。
The method for producing an organic compound according to claim 3 , wherein the microorganism is further modified so that a gene encoding xylulokinase is introduced or the expression of the gene is enhanced.
有機化合物生産能およびキシロース資化能を有し、かつ、配列番号1または2の塩基配
列と90%以上の相同性を有するDNAを含むイノシトール輸送体をコードする遺伝子が
導入、または該遺伝子の発現が非改変株と比較して増強するよう改変された微生物を、
キシロースを含有する有機原料の存在下で培養する
ことを特徴とする微生物の培養方法。
Has the ability to produce organic compounds and xylose utilization, and has the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or 2
Gene introduction encoding inositol transporter comprising a DNA having a sequence homology of 90% or more, or, a modified microbe that expression of the gene is enhanced as compared with an unmodified strain,
A method for culturing microorganisms, comprising culturing in the presence of an organic raw material containing xylose .
有機化合物生産能およびキシロース資化能を有し、かつ、イノシトール輸送体をコード
する遺伝子の発現が非改変株と比較して増強するよう改変されたものである
ことを特徴とする、コリネ型細菌。
A coryneform bacterium having an ability to produce an organic compound and an ability to assimilate xylose , and is modified so that expression of a gene encoding an inositol transporter is enhanced as compared with an unmodified strain .
イノシトール輸送体をコードする遺伝子の発現を抑制する転写因子をコードする遺伝子
の発現が非改変株と比較して低減されたものである
ことを特徴とする、請求項に記載のコリネ型細菌。
The coryneform bacterium according to claim 6 , wherein the expression of a gene encoding a transcription factor that suppresses the expression of a gene encoding an inositol transporter is reduced compared to an unmodified strain.
前記コリネ型細菌が、さらに、キシロースイソメラーゼ遺伝子が導入するよう改変され
たものである
ことを特徴とする、請求項または請求項に記載のコリネ型細菌。
The coryneform bacterium according to claim 6 or 7 , wherein the coryneform bacterium is further modified so that a xylose isomerase gene is introduced.
前記コリネ型細菌が、さらに、キシルロキナーゼ遺伝子が導入され、または該遺伝子の
発現が増強するよう改変されたものである
ことを特徴とする、請求項に記載のコリネ型細菌。
The coryneform bacterium further introduces xylulokinase gene, or characterized in that the expression of said gene is modified to enhance coryneform bacterium according to claim 8.
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