JP6321645B2 - Method for producing 2-deoxy-siro-inosose - Google Patents
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Description
本発明は、2−デオキシ−シロ−イノソースの生産方法に関する。 The present invention relates to a method for producing 2-deoxy-siro-inosose.
2−デオキシ−シロ−イノソース(以下、「DOI」ともいう。)は、医薬原料、化学工業資源等として用いられる有用な物質である。例えば、特開2000−236881号公報によれば、2−デオキシ−シロ−イソノースは、大腸菌を用いて得られた組換えDOI合成酵素を使用して、グルコース−6−リン酸(G−6−P)から短工程で生産できることが明らかとなっている。さらに、例えば、国際公開第2006/109479号によれば、DOI合成酵素を発現させた大腸菌を用いて、D−グルコースから発酵プロセスによりDOIを生産する方法も開発されている。これにより、植物由来資源より得られるD−グルコースからDOIを生産することが可能になった。 2-deoxy-siro-inosose (hereinafter also referred to as “DOI”) is a useful substance used as a pharmaceutical raw material, chemical industrial resources, and the like. For example, according to Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-236881, 2-deoxy-siro-isonose is produced by using glucose-6-phosphate (G-6-6) using a recombinant DOI synthase obtained using E. coli. It is clear from P) that it can be produced in a short process. Furthermore, for example, according to International Publication No. 2006/109479, a method for producing DOI from D-glucose by fermentation using E. coli expressing DOI synthase has also been developed. Thereby, it became possible to produce DOI from D-glucose obtained from plant-derived resources.
Journal of Biotechnology,Vol.129,pp.502−509(2007)によると、野生型の大腸菌にDOI合成酵素を発現させただけではDOIの生産性は僅か1.5g/Lであり、DOIの高い生産性(29.5g/L)を達成するためには、大腸菌が保有する3つの酵素遺伝子、ホスホグルコースイソメラーゼ遺伝子(pgi)及びグルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子(zwf)及びホスホグルコムターゼ遺伝子(pgm)を同時に破壊して、グルコースの代謝を遮断することが必要であることが示されている。このため、別途解糖系に利用可能な糖(例えばマンニトール)が菌体の増殖/生育のために必要であると結論づけられている。また、同様な高いDOI生産性を得るためには、pgiとzwfの2つを同時に破壊するだけでもよいが、この場合もD−グルコースを唯一の炭素源とすると菌体が増殖できなくなるため、菌体の増殖/生育用の炭素源としてD−マンニトールが必要であることが示されている。 Journal of Biotechnology, Vol. 129, pp. According to 502-509 (2007), when DOI synthase is expressed in wild-type E. coli, the DOI productivity is only 1.5 g / L, and the high DOI productivity (29.5 g / L) To achieve this, the three enzyme genes possessed by E. coli, the phosphoglucose isomerase gene (pgi) and the glucose-6-phosphate dehydrogenase gene (zwf) and the phosphoglucomutase gene (pgm) are simultaneously destroyed, It has been shown that it is necessary to block metabolism. For this reason, it has been concluded that a sugar (for example, mannitol) that can be separately used for a glycolysis system is necessary for the growth / growth of bacterial cells. In addition, in order to obtain the same high DOI productivity, it is only necessary to destroy both pgi and zwf at the same time. In this case, too, if D-glucose is used as the sole carbon source, the cells cannot grow. It has been shown that D-mannitol is required as a carbon source for cell growth / growth.
国際公開第2010/053052号によると、本来はスクロースを代謝できない大腸菌(大腸菌K12由来株と大腸菌B由来株)のpgiとzwfの2つの遺伝子を破壊し、DOI合成酵素遺伝子(btrC)とスクロース加水分解酵素遺伝子(cscA)を導入することで、スクロースを加水分解し、生成するD−フルクトースとD−グルコースの内、D−フルクトースを菌体の増殖/生育用の炭素源として利用し、D−グルコースをDOI原料の炭素源として利用してDOIを発酵生産できることが示されている。 According to International Publication No. 2010/053052, two genes, pgi and zwf, of Escherichia coli (E. coli K12-derived strain and E. coli B-derived strain) that cannot originally metabolize sucrose are destroyed, DOI synthase gene (btrC) and sucrose By introducing a degrading enzyme gene (cscA), sucrose is hydrolyzed, and among D-fructose and D-glucose produced, D-fructose is used as a carbon source for cell growth / growth. It has been shown that DOI can be produced by fermentation using glucose as a carbon source for the DOI raw material.
発酵は、微生物の培養と、培養により増殖した微生物を触媒とした物質生産とを含む。微生物の培養及び増殖には栄養源が必要となる。通常の微生物培養培地には、酵母エキス、コーンスティープリカー(以下、「CSL」ともいう。)等といった、天然培地成分を利用することが多い。CSLは、コーンスターチ製造過程で、とうもろこし粒を亜硫酸液に浸漬して得られる副生物であり、とうもろこし粒から溶出された可溶性タンパク質、ペプチド、アミノ酸、糖類、ビタミン類がCSLに含まれる。そのほか、CSLには、とうもろこし粒の亜硫酸液への浸漬中に生じる乳酸発酵によって生成される独特な成分も含まれるため、きわめて栄養価の高い天然培地成分である。CSLは、酵母エキス等と比べて安価なため、抗生物質、ビタミン、アミノ酸、酵素等の生産における微生物培養の重要な培地成分として広く利用されている。DOI発酵生産でも、30g/LのCSL(3w/v%)を培地に添加することで、良好な生産性を得られる。 Fermentation includes the cultivation of microorganisms and the production of substances using the microorganisms grown by the cultivation as a catalyst. Nutrient sources are required for the cultivation and growth of microorganisms. Natural microorganism components such as yeast extract and corn steep liquor (hereinafter also referred to as “CSL”) are often used for ordinary microorganism culture media. CSL is a by-product obtained by immersing corn grains in a sulfite solution in the process of producing corn starch. Soluble proteins, peptides, amino acids, sugars, and vitamins eluted from corn grains are contained in CSL. In addition, CSL includes a unique component produced by lactic acid fermentation that occurs during the immersion of corn grains in a sulfite solution, and is therefore a highly nutritious natural medium component. CSL is widely used as an important medium component for microbial culture in the production of antibiotics, vitamins, amino acids, enzymes, and the like because it is less expensive than yeast extract and the like. Even in DOI fermentation production, good productivity can be obtained by adding 30 g / L of CSL (3 w / v%) to the medium.
しかし、天然培地成分には、大腸菌の増殖や物質生産に必要ではない有機物も多く含まれる。DOI生産大腸菌でDOIを生産しようとする場合に、このような有機物が培養液中に大量に含まれていると、培養液の精製負荷が大きくなり、DOIを得るための精製回収工程が煩雑になるので、全培地中の天然培地成分量を例えば1w/v%以下に制限する必要が生じることが明らかになった。しかし、培養液の精製負荷を小さくする為に、天然培地成分の使用量を減らせば栄養源が減ることになり、微生物の増殖が制限されて生産性が悪化することが予想できる。 However, natural medium components also contain many organic substances that are not necessary for the growth and production of Escherichia coli. When DOI-producing Escherichia coli produces DOI, if such organic matter is contained in a large amount in the culture solution, the purification load of the culture solution increases, and the purification and recovery process for obtaining DOI becomes complicated. Therefore, it has become clear that it is necessary to limit the amount of natural medium components in the whole medium to, for example, 1 w / v% or less. However, if the amount of the natural medium component used is reduced in order to reduce the purification load of the culture solution, the nutrient source is reduced, and it can be expected that the growth of microorganisms is limited and the productivity deteriorates.
本発明が解決しようとする課題は、DOI生産大腸菌を、全培地に対して1w/v%以下の天然培地成分を含む培地で培養することができ、培地中に蓄積したDOIを回収する際の工程数を抑制でき、且つ全培地に対して3w/v%程度の天然培地成分を含む培地でDOI生産大腸菌を培養したときと同等のDOIの生産性を維持し得るDOI生産方法及び当該生産方法により生産されるDOIを提供することである。
なお、本発明者の知る限りにおいて、フィチン酸成分を培地に添加することでDOI生産大腸菌のDOIの生産性が向上することを示す報告も、グルコン酸を培地に添加することでDOI生産大腸菌がDOIを生産することを示す報告もない。また、生育炭素源とは別に特定量のペントースを添加することでDOI生産性が向上することを示す報告もない。The problem to be solved by the present invention is that DOI-producing Escherichia coli can be cultured in a medium containing a natural medium component of 1 w / v% or less based on the total medium, and the DOI accumulated in the medium is recovered. DOI production method capable of suppressing the number of steps and maintaining the same DOI productivity as when DOI-producing Escherichia coli was cultured in a medium containing about 3 w / v% of a natural medium component with respect to the whole medium, and the production method Is to provide the DOI produced by.
In addition, as far as the present inventors know, a report showing that the DOI-producing E. coli of DOI-producing E. coli is improved by adding the phytic acid component to the medium is the same as the DOI-producing E. coli by adding gluconic acid to the medium. There are no reports showing production of DOI. Moreover, there is no report which shows that DOI productivity improves by adding a specific amount of pentoses separately from a growth carbon source.
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、CSL使用量を低減しても、特定量のフィチン酸成分と、特定量のペントース及び/又はグルコン酸と、からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む培地を使用することで、CSL使用量を低減しない場合と同等のDOI生産性を維持できる方法を見出した。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have a group consisting of a specific amount of phytic acid component and a specific amount of pentose and / or gluconic acid even if the amount of CSL used is reduced. The present inventors have found a method capable of maintaining DOI productivity equivalent to the case where the amount of CSL used is not reduced by using a medium containing at least one selected from the above.
本発明の態様は以下のとおりである。
[1] 全培地に対して1.0w/v%以下の天然培地成分(a)と、
下記の成分(b)及び成分(c)からなる群より選ばれる少なくとも1種と、
を含有する培地で、2−デオキシ−シロ−イノソース生産大腸菌を培養し、2−デオキシ−シロ−イノソースを生成すること、及び
生成した2−デオキシ−シロ−イノソースを培地から回収すること、
を含む2−デオキシ−シロ−イノソースの生産方法:
(b)全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の加水分解物及び全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の塩からなる群より選ばれるフィチン酸成分;
(c)全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントース及び全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントースに等モル量のグルコン酸からなる群より選ばれる成分。
[2] 前記培地が、pH5〜6である[1]に記載の生産方法。
[3] 前記ペントースが、大腸菌のペントースリン酸経路で代謝可能なペントースである[1]又は[2]に記載の生産方法。
[4] 前記2−デオキシ−シロ−イノソース生産大腸菌が、2−デオキシ−シロ−イノソース合成酵素(BtrC)をコードする遺伝子が導入されたことにより2−デオキシ−シロ−イノソース生産能力が付与又は強化された[1]から[3]のいずれか1つに記載の生産方法。
[5] 前記2−デオキシ−シロ−イノソース生産大腸菌が、本来有しているホスホグルコースイソメラーゼ(Pgi)及びグルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ(Zwf)の活性が不活化又は低減化された[1]から[4]のいずれか1つに記載の生産方法。
[6] 前記2−デオキシ−シロ−イノソース生産大腸菌が、スクロース加水分解酵素(CscA)をコードする遺伝子を有する[1]から[5]のいずれか1つに記載の生産方法。
[7] 前記2−デオキシ−シロ−イノソース生産大腸菌が、グルコース輸送促進タンパク質(Glf)をコードする遺伝子を有する[1]から[6]のいずれか1つに記載の生産方法。
[8] 前記天然培地成分が、コーンスティープリカーである[1]から[7]のいずれか1つに記載の生産方法。
[9] [1]から[8]のいずれか1つに記載の生産方法により生産される2−デオキシ−シロ−イノソース。Aspects of the present invention are as follows.
[1] A natural medium component (a) of 1.0 w / v% or less based on the total medium;
At least one selected from the group consisting of the following component (b) and component (c);
Culturing E. coli producing 2-deoxy-siro-inosose in a medium containing, producing 2-deoxy-siro-inosose, and recovering the produced 2-deoxy-siro-inosose from the medium,
Method for producing 2-deoxy-siro-inosose containing:
(B) 0.05 w / v% to 0.27 w / v% phytic acid, 0.05% / 0.27 w / v% phytic acid, etc. to the whole medium, etc. Phytic acid component selected from the group consisting of a molar amount of phytic acid hydrolyzate and 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid and an equimolar amount of phytic acid salt based on the total medium. ;
(C) Equimolar amounts of 0.01 w / v% to 0.45 w / v% pentose with respect to the whole medium and 0.01 w / v% to 0.45 w / v% with respect to the whole medium A component selected from the group consisting of gluconic acid.
[2] The production method according to [1], wherein the medium has a pH of 5 to 6.
[3] The production method according to [1] or [2], wherein the pentose is pentose that can be metabolized by the pentose phosphate pathway of Escherichia coli.
[4] The 2-deoxy-siro-inosose-producing Escherichia coli is imparted or enhanced with 2-deoxy-siro-inosose production ability by introducing a gene encoding 2-deoxy-siro-inosose synthase (BtrC). The production method according to any one of [1] to [3].
[5] The activity of phosphoglucose isomerase (Pgi) and glucose-6-phosphate dehydrogenase (Zwf) inherent in the 2-deoxy-siro-inosose-producing Escherichia coli is inactivated or reduced [1] To [4]. The production method according to any one of [4].
[6] The production method according to any one of [1] to [5], wherein the 2-deoxy-siro-inosose-producing Escherichia coli has a gene encoding sucrose hydrolase (CscA).
[7] The production method according to any one of [1] to [6], wherein the 2-deoxy-siro-inosose-producing Escherichia coli has a gene encoding a glucose transport promoting protein (Glf).
[8] The production method according to any one of [1] to [7], wherein the natural medium component is corn steep liquor.
[9] 2-Deoxy-siro-inosose produced by the production method according to any one of [1] to [8].
本発明によれば、DOI生産大腸菌を、全培地に対して1.0w/v%以下の天然培地成分を含む培地で培養することができ、培地中に蓄積したDOIを回収する際の工程数を抑制でき、且つ全培地に対して3w/v%程度の天然培地成分を含む培地でDOI生産大腸菌を培養したときと同等のDOIの生産性を維持し得るDOI生産方法及び当該生産方法により生産されるDOIを提供することができる。 According to the present invention, DOI-producing Escherichia coli can be cultured in a medium containing a natural medium component of 1.0 w / v% or less based on the total medium, and the number of steps when collecting DOI accumulated in the medium. Of DOI production that can maintain the same DOI productivity as when DOI-producing Escherichia coli is cultured in a medium containing about 3 w / v% of a natural medium component with respect to the total medium. DOI can be provided.
本発明の2−デオキシ−シロ−イノソース(DOI)の生産方法は、全培地に対して1.0w/v%以下の天然培地成分(a)と、
下記の成分(b)及び成分(c)からなる群より選ばれる少なくとも1種と、
を含有する培地で、2−デオキシ−シロ−イノソース生産大腸菌を培養し、2−デオキシ−シロ−イノソースを生成すること(以下「DOI生成工程」とも称する。)、及び生成した2−デオキシ−シロ−イノソースを培地から精製して回収すること(以下「DOI精製回収工程」とも称する。)を含む。
(b)全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の加水分解物及び全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の塩からなる群より選ばれるフィチン酸成分。
(c)全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントース及び全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントースに等モル量のグルコン酸からなる群より選ばれる成分。The method for producing 2-deoxy-siro-inosose (DOI) of the present invention comprises 1.0% w / v or less natural medium component (a) based on the total medium,
At least one selected from the group consisting of the following component (b) and component (c);
2-deoxy-siro-inosose-producing Escherichia coli is cultured in a culture medium containing 2-deoxy-siro-inosose (hereinafter also referred to as “DOI production step”), and the 2-deoxy-shiro produced -Purifying and recovering inosource from the culture medium (hereinafter also referred to as "DOI purification and recovery step").
(B) 0.05 w / v% to 0.27 w / v% phytic acid, 0.05% / 0.27 w / v% phytic acid, etc. to the whole medium, etc. Phytic acid component selected from the group consisting of a molar amount of phytic acid hydrolyzate and 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid and an equimolar amount of phytic acid salt based on the total medium. .
(C) Equimolar amounts of 0.01 w / v% to 0.45 w / v% pentose with respect to the whole medium and 0.01 w / v% to 0.45 w / v% with respect to the whole medium A component selected from the group consisting of gluconic acid.
本発明のDOIの生産方法は、DOI生産大腸菌を、全培地に対して1.0w/v%以下の天然培地成分を含む培地で培養することができ、培地中に蓄積したDOIを精製して回収する際の工程数を抑制でき、且つ全培地に対して3w/v%程度の天然培地成分を含む培地でDOI生産大腸菌を培養したときと同等のDOIの生産性を維持し得る。 In the DOI production method of the present invention, DOI-producing Escherichia coli can be cultured in a medium containing a natural medium component of 1.0 w / v% or less based on the total medium, and the DOI accumulated in the medium is purified. The number of steps at the time of recovery can be suppressed, and the productivity of DOI equivalent to that obtained when DOI-producing Escherichia coli is cultured in a medium containing about 3 w / v% of a natural medium component with respect to the entire medium can be maintained.
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本発明において、組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
なお、「全培地」とは、回分培養の場合は培養容器内に入れた培地のことを指し、流加培養の場合は初発培地と流加培地を合わせたものを指し、連続培養の場合は培養槽中にある培地のことを指す。In this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in the term if the intended purpose of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. . In the present specification, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
In the present invention, when referring to the amount of each component in the composition, when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition, the plurality of substances present in the composition unless otherwise specified. Means the total amount.
The “total medium” refers to a medium placed in a culture container in the case of batch culture, in the case of fed-batch culture, refers to a combination of the initial medium and fed-batch medium, and in the case of continuous culture. It refers to the medium in the culture tank.
本発明における「不活化」とは、既存のあらゆる測定系によって測定された酵素(特に断らない限り、本明細書において「酵素」には、単独では酵素活性を示さない「因子」も含まれる)の活性が不活化前のDOI生産大腸菌での活性を100としたとき、その1/10以下である状態を指す。
本発明における酵素活性の「低減」とは、当該酵素をコードする遺伝子の遺伝子組換え技術により、それらの処理を行う前の状態よりも有意に当該酵素の活性が低下している状態を指す。In the present invention, “inactivation” means an enzyme measured by any existing measurement system (unless otherwise specified, “enzyme” in this specification includes “factor” which does not exhibit enzyme activity alone). When the activity in DOI-producing Escherichia coli before inactivation is defined as 100, the activity is 1/10 or less.
The “reduction” of the enzyme activity in the present invention refers to a state in which the activity of the enzyme is significantly reduced as compared with the state before the treatment by the gene recombination technique of the gene encoding the enzyme.
本発明における「活性」の「強化」とは、強化前のDOI生産大腸菌での各種酵素活性が強化後に高まることを広く意味する。
強化の方法としては、DOI生産大腸菌が有している各種酵素の活性が高まれば、特に制限はなく、細胞外から導入された酵素遺伝子による強化、細胞内の酵素遺伝子の発現増強による強化及びこれらの組み合わせを挙げることができる。The term “enhancement” of “activity” in the present invention broadly means that various enzyme activities in DOI-producing Escherichia coli before the enhancement increase after the enhancement.
There are no particular limitations on the method of strengthening as long as the activity of various enzymes possessed by DOI-producing Escherichia coli is enhanced. The enhancement by enzyme genes introduced from outside the cells, the enhancement by enhancing the expression of enzyme genes in cells, and these Can be mentioned.
細胞外から導入された酵素遺伝子による強化としては、具体的には、宿主由来の酵素よりも高活性の酵素をコードする遺伝子を宿主微生物の細胞外から遺伝子組換え技術により細胞内に導入して、導入された酵素遺伝子による酵素活性を追加する、又は、この酵素活性に宿主が本来有する酵素活性と置換すること、更には宿主由来の酵素遺伝子又は細胞外からの酵素遺伝子の数を2以上に増加させること、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。
微生物内の酵素遺伝子の発現増強による強化としては、具体的には、酵素遺伝子の発現を増強する塩基配列を宿主微生物の微生物外から微生物内に導入すること、宿主微生物がゲノム上に保有する酵素遺伝子のプロモーターを他のプロモーターと置換することによって酵素遺伝子の発現を強化させること、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。Specifically, the enhancement by an enzyme gene introduced from outside the cell is carried out by introducing a gene encoding an enzyme having a higher activity than the host-derived enzyme into the cell from outside the host microorganism by gene recombination technology. Adding the enzyme activity of the introduced enzyme gene, or replacing this enzyme activity with the enzyme activity inherent in the host, and further increasing the number of host-derived enzyme genes or enzyme genes from outside the cell to 2 or more Increasing and combinations thereof may be mentioned.
Specifically, the enhancement by enhancing the expression of the enzyme gene in the microorganism includes specifically introducing a base sequence that enhances the expression of the enzyme gene into the microorganism from outside the microorganism of the host microorganism, and the enzyme possessed by the host microorganism on the genome. Enhancing the expression of an enzyme gene by substituting the promoter of the gene with another promoter, and combinations thereof can be mentioned.
本発明における「活性」の「付与」とは、対象酵素遺伝子を見出せない微生物に対して、酵素遺伝子を外部から導入し、対象となる酵素の活性を与えることを広く意味する。付与の方法としては、微生物に対象となる酵素の活性が与えられれば、特に制限はなく、酵素遺伝子を保有するプラスミドによる形質転換、酵素遺伝子のゲノムへの導入、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。
「活性」の「強化」又は「付与」で用いられるプロモーターとしては、遺伝子を発現できるものであれば特に制限はないが、構成型プロモーター又は誘導型プロモーターを使用することができる。“Providing” “activity” in the present invention broadly means that an enzyme gene is introduced from the outside to give a target enzyme activity to a microorganism that cannot find the target enzyme gene. The method of impartation is not particularly limited as long as the activity of the target enzyme is given to the microorganism, and includes transformation with a plasmid carrying the enzyme gene, introduction of the enzyme gene into the genome, and combinations thereof. it can.
The promoter used for “enhancement” or “giving” of “activity” is not particularly limited as long as it can express a gene, but a constitutive promoter or an inducible promoter can be used.
対象となる酵素遺伝子を、当該微生物が有しているか否かを判断する方法としては、たとえば、KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes;http://www.genome.jp/kegg/)又はNCBI(National Center for Biotechnology Information ;http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/)等に登録されている、各菌株の遺伝子情報を参照して判断することが挙げられる。なお、本発明では、KEGG又はNCBIに登録されている、各菌株の遺伝子情報のみを用いることとする。 As a method for determining whether or not the microorganism has the target enzyme gene, for example, KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes; http://www.genome.jp/kegg/) or NCBI ( National Center for Biotechnology Information; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/) etc., and judging by referring to the gene information of each strain. In the present invention, only the gene information of each strain registered in KEGG or NCBI is used.
本発明における酵素活性の付与は、例えば酵素をコードする遺伝子を遺伝子組換え技術により宿主細菌の細胞外から細胞内に導入することにより行うことができる。このとき、導入される酵素遺伝子は、宿主細胞に対して同種又は異種の細胞のいずれの由来のものであってもよい。 In the present invention, the enzyme activity can be imparted, for example, by introducing a gene encoding the enzyme into the cell from the outside of the host bacterium by gene recombination technology. At this time, the introduced enzyme gene may be derived from any of the same or different cells from the host cell.
細胞外から細胞内へ遺伝子を導入する際に必要なゲノムDNAの調製、DNAの切断及び連結、形質転換、PCR(Polymerase Chain Reaction)、プライマーとして用いるオリゴヌクレオチドの設計、合成等の方法は、当業者によく知られている通常の方法で行うことができる。これらの方法は、Sambrook, J., et al., ”Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition”, Cold Spring Harbor Laboratory Press,(1989)などに記載されている。 Preparation of genomic DNA necessary for introducing genes from outside the cell into cells, DNA cleavage and ligation, transformation, PCR (Polymerase Chain Reaction), design of oligonucleotides used as primers, synthesis, etc. It can be carried out in the usual way well known to the traders. These methods are described in Sambrook, J. et al. , Et al. "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press, (1989).
本発明における「遺伝子組換え技術により」等との文言は、生来の遺伝子の塩基配列に対する別のDNAの挿入、又は遺伝子のある部分の置換、欠失又はこれらの組み合わせによって塩基配列上の変更が生じているものであれば全て包含し、例えば、突然変異が生じた結果得られたものであってもよい。 In the present invention, the phrase “by gene recombination technology” or the like means that a change in the nucleotide sequence is caused by the insertion of another DNA into the nucleotide sequence of the native gene, or the substitution, deletion or combination of a part of the gene. Any occurrences may be included, for example, may be obtained as a result of mutation.
本発明において因子又は酵素の活性が不活化された微生物とは、細胞外から細胞内への何らかの方法によって、生来の活性が損なわれた微生物を指す。これらの微生物は、例えば該蛋白質又は酵素をコードする遺伝子を破壊すること(遺伝子破壊)により作出することができる。 In the present invention, the microorganism in which the activity of the factor or enzyme is inactivated refers to a microorganism in which the native activity is impaired by some method from outside the cell to inside the cell. These microorganisms can be produced, for example, by destroying a gene encoding the protein or enzyme (gene disruption).
本発明における遺伝子破壊としては、ある遺伝子の機能が発揮できないようにするために、その遺伝子の塩基配列に変異を入れる、別のDNAを挿入する、及び、遺伝子のある部分を欠失させることを挙げることができる。遺伝子破壊の結果、例えばその遺伝子がmRNAへ転写できなくなり、構造遺伝子が翻訳されなくなる。又は、転写されたmRNAが不完全なために翻訳された構造蛋白質のアミノ酸配列に変異又は欠失が生じて本来の機能の発揮が不可能になる。 In the present invention, the gene disruption includes a mutation in the base sequence of the gene, insertion of another DNA, and deletion of a certain part of the gene so that the function of the gene cannot be exhibited. Can be mentioned. As a result of gene disruption, for example, the gene cannot be transcribed into mRNA, and the structural gene is not translated. Or, since the transcribed mRNA is incomplete, the amino acid sequence of the translated structural protein is mutated or deleted, and the original function cannot be performed.
遺伝子破壊株の作製は、当該酵素又は蛋白質が発現しない破壊株が得られればいかなる方法も用いることが可能である。遺伝子破壊の方法は種々の方法(自然育種、変異剤添加、紫外線照射、放射線照射、ランダム突然変異、トランスポゾン、部位特異的遺伝子破壊等)が報告されているが、ある特定の遺伝子のみ破壊できるという点で、相同組換えによる遺伝子破壊が好ましい。相同組換えによる手法はJ.Bacteriol.,161,1219−1221(1985)やJ.Bacteriol.,177,1511−1519(1995)、Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A,97,6640−6645(2000)等に記載されており、これらの方法及びその応用によって同業技術者であれば容易に実施可能である。
以下、本発明について更に詳細に説明する。The gene-disrupted strain can be produced by any method as long as a disrupted strain that does not express the enzyme or protein is obtained. Various methods of gene disruption have been reported (natural breeding, addition of mutagen, ultraviolet irradiation, radiation irradiation, random mutation, transposon, site-specific gene disruption, etc.), but only certain specific genes can be disrupted. In this respect, gene disruption by homologous recombination is preferable. Homologous recombination techniques are described in J. Bacteriol. 161, 1219-1221 (1985) and J. MoI. Bacteriol. , 177, 1511-1519 (1995), Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A, 97, 6640-6645 (2000), etc., and those methods and applications thereof can be easily implemented by engineers in the same industry.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
≪DOI生成工程≫
本発明のDOI生産方法は、全培地に対して1.0w/v%以下の天然培地成分(a)と、下記の成分(b)及び成分(c)からなる群より選ばれる少なくとも1種と、を含有する培地で、DOI生産大腸菌を培養し、DOIを生成するDOI生成工程を有する:
(b)全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の加水分解物及び全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の塩からなる群より選ばれるフィチン酸成分;
(c)全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントース及び全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントースに等モル量のグルコン酸からなる群より選ばれる成分。≪DOI generation process≫
The DOI production method of the present invention comprises a natural medium component (a) of 1.0 w / v% or less based on the total medium, and at least one selected from the group consisting of the following component (b) and component (c): Culturing DOI-producing Escherichia coli in a medium containing, and having a DOI production step of producing DOI:
(B) 0.05 w / v% to 0.27 w / v% phytic acid, 0.05% / 0.27 w / v% phytic acid, etc. to the whole medium, etc. Phytic acid component selected from the group consisting of a molar amount of phytic acid hydrolyzate and 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid and an equimolar amount of phytic acid salt based on the total medium. ;
(C) Equimolar amounts of 0.01 w / v% to 0.45 w / v% pentose with respect to the whole medium and 0.01 w / v% to 0.45 w / v% with respect to the whole medium A component selected from the group consisting of gluconic acid.
DOI生産大腸菌の培養方法としては、DOIを良好に生成できる方法であれば特に制限はなく、例えば、回文培養、連続培養、流加培養等が挙げられる。
回文培養とは、菌を培地に植菌して培養を開始してから終了時まで培地を加えない培養方法を指す。
連続培養とは、培養中の培養容器に培地を連続的又は間欠的に流加しながら、培養容器から培地を抜き出す培養方法を指す。
流加培養とは、培養中の培養容器に培地を連続的又は間欠的に流加し、培養終了時まで培養容器から培地を抜き出さない培養方法を指す。
本発明におけるDOI生成工程においては、流加培養又は連続培養が、培養液中の糖濃度を低くすることでDOI生産大腸菌への浸透圧ストレスを低減させ、また、新鮮な培地を与え続けることで生産効率が向上可能な観点で好ましい。The method for culturing DOI-producing Escherichia coli is not particularly limited as long as it can produce DOI satisfactorily, and examples thereof include palindromic culture, continuous culture, and fed-batch culture.
Palindrical culture refers to a culture method in which a medium is inoculated into a medium and the medium is not added until the end of the culture.
Continuous culture refers to a culture method in which the medium is extracted from the culture container while continuously or intermittently feeding the medium to the culture container being cultured.
The fed-batch culture refers to a culture method in which a medium is fed continuously or intermittently to a culture container being cultured, and the medium is not extracted from the culture container until the end of the culture.
In the DOI production step in the present invention, fed-batch culture or continuous culture reduces osmotic stress on DOI-producing Escherichia coli by lowering the sugar concentration in the culture solution, and continues to provide a fresh medium. This is preferable from the viewpoint of improving production efficiency.
培養条件は培養するDOI生産大腸菌の種類、量、培養装置等により適宜設定することができる。例えば、培養温度は20℃以上40℃以下が好ましく、25℃以上30℃以下がより好ましい。 The culture conditions can be appropriately set depending on the type, amount, culture apparatus, etc. of DOI-producing E. coli to be cultured. For example, the culture temperature is preferably 20 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, and more preferably 25 ° C. or higher and 30 ° C. or lower.
培養時の培養槽の圧力は、常圧(0.1MPa)〜0.5MPaであることが好ましく、常圧(0.1MPa)〜0.2MPaであることがより好ましい。 The pressure of the culture tank at the time of culture is preferably normal pressure (0.1 MPa) to 0.5 MPa, and more preferably normal pressure (0.1 MPa) to 0.2 MPa.
培養時の培地のpHは、例えばpH4〜7にすることができる。培地のpHをこの範囲にすることにより、DOI生産大腸菌のDOI生成効率を向上することができる。より好ましくはpH5〜6となるように培地のpHを調整することが好ましい。
pHの測定は、特に限定されないが、例えば、pHメータ(型番:HM−30V、東亜ディーケーケー(株)製)により行うことができる。The pH of the medium during culture can be adjusted to, for example, pH 4-7. By adjusting the pH of the medium within this range, the DOI production efficiency of DOI-producing E. coli can be improved. More preferably, the pH of the medium is adjusted so that the pH is 5-6.
Although the measurement of pH is not specifically limited, For example, it can be performed with a pH meter (model number: HM-30V, manufactured by Toa DKK Corporation).
培養に際しては通常は、温度、pH、通気条件、撹拌速度等を制御し得る培養槽を用いるのが一般的であるが、本発明のDOI生産方法においては、培養に際して培養槽を使用することに限定されるものではない。培養槽を用いて培養する場合には、必要により、予め前培養として種培養を行い、これを必要量予め調製しておいた培養槽内の培地に接種してもよい。 In culturing, it is common to use a culture tank that can control temperature, pH, aeration conditions, stirring speed, etc., but in the DOI production method of the present invention, a culture tank is used for culturing. It is not limited. When culturing using a culture tank, if necessary, seed culture may be performed in advance as a preculture, and this may be inoculated into a medium in a culture tank prepared in advance.
培養に際しては、通気を全く行わなくともよいが、DOI生産大腸菌のDOI生成効率を向上させるためには通気を行った方がよい。通気とは、必ずしも培養液中を空気が通過する必要はなく、培養槽の形状によっては適度に培養液を撹拌しながら培養液上の空気層が換気されるような上面通気も含み、培養槽の内部に何らかの方法で酸素を含む気体が流入できるものであればよい。 In culturing, it is not necessary to perform aeration at all, but it is better to perform aeration in order to improve the DOI production efficiency of DOI-producing Escherichia coli. Ventilation does not necessarily require air to pass through the culture medium, and depending on the shape of the culture tank, it also includes upper surface ventilation that allows the air layer above the culture liquid to be ventilated while appropriately stirring the culture liquid. Any gas may be used as long as oxygen-containing gas can flow into it.
培養液中に通気する場合は内圧、撹拌羽根位置、撹拌羽根形状、撹拌速度の組み合わせ等により溶存酸素濃度が変化するため、DOIの生産性及びDOI以外の有機酸量等を指標に次のように最適条件を求めることができる。
例えば、ABLE社製培養装置BMJ−01等の比較的小型の培養槽で培養する場合は、350gの初発培地を使用した際、空気を常圧で0.005L/分〜2L/分、撹拌速度50rpm〜2000rpm、より好ましくは、常圧で0.05L/分〜1L/分、撹拌速度100rpm〜1000rpmで達成し得る通気条件で好ましい結果を得ることができる。しかし、通気条件はこれに限定されるものではない。また、上述した通気条件を、培養初期から終了まで一定して保つ必要はなく、培養工程の一部で通気を行ってもよい。When aerated in the culture solution, the dissolved oxygen concentration changes depending on the combination of internal pressure, stirring blade position, stirring blade shape, stirring speed, etc., so the following is an index based on the productivity of DOI and the amount of organic acids other than DOI. The optimum condition can be obtained.
For example, when culturing in a relatively small culture tank such as the culture device BMJ-01 manufactured by ABLE, when using 350 g of the initial culture medium, the air is 0.005 L / min to 2 L / min at normal pressure, the stirring speed Preferred results can be obtained under aeration conditions that can be achieved at 50 rpm to 2000 rpm, more preferably 0.05 L / min to 1 L / min at normal pressure and a stirring speed of 100 rpm to 1000 rpm. However, the ventilation conditions are not limited to this. Further, it is not necessary to keep the above-described aeration conditions constant from the beginning of culture to the end, and aeration may be performed as part of the culture process.
培養方法として連続培養又は流加培養を採用する場合には、初発培地に流加培地を添加すればよい。
初発培地とは、菌を植菌して培養を開始する時に培養容器内に存在する培地を指す。
流加培地とは、培養中に培養容器等に流加される培地を指す。流加培地を添加する時期、量、流加速度等の条件は、特に限定されるものではない。例えば、初発培地に、前培養した菌を移して、本培養を開始した時から、初発培地の重量に対して1w/w%〜300w/w%の流加培地を、毎時、初発培地の重量の0.1w/w%〜10w/w%ずつ添加すればよい。When continuous culture or fed-batch culture is employed as the culture method, a fed-batch medium may be added to the initial medium.
The initial culture medium refers to a medium that is present in the culture vessel when inoculating bacteria and starting culture.
A fed-batch medium refers to a medium fed to a culture vessel or the like during culture. Conditions such as the timing, amount, flow acceleration and the like of adding the fed-batch medium are not particularly limited. For example, when the precultured bacteria are transferred to the initial medium and the main culture is started, a fed-batch medium of 1 w / w% to 300 w / w% with respect to the weight of the initial medium is changed to the weight of the initial medium every hour. Of 0.1 w / w% to 10 w / w%.
本発明のDOI生産方法において、培地は、
全培地に対して1.0w/v%以下の天然培地成分(a)と、
下記の成分(b)及び成分(c)からなる群より選ばれる少なくとも1種と、
を含有する。
(b)全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の加水分解物及び全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の塩からなる群より選ばれるフィチン酸成分;
(c)全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントース及び全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントースに等モル量のグルコン酸からなる群より選ばれる成分。
また、培地は、これらの成分の他に、DOI生産大腸菌の生育に必要な水等の水性媒体、炭素源、窒素源、無機塩類等を含有してもよい。In the DOI production method of the present invention, the medium is
1.0% w / v or less natural medium component (a) with respect to the total medium;
At least one selected from the group consisting of the following component (b) and component (c);
Containing.
(B) 0.05 w / v% to 0.27 w / v% phytic acid, 0.05% / 0.27 w / v% phytic acid, etc. to the whole medium, etc. Phytic acid component selected from the group consisting of a molar amount of phytic acid hydrolyzate and 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid and an equimolar amount of phytic acid salt based on the total medium. ;
(C) Equimolar amounts of 0.01 w / v% to 0.45 w / v% pentose with respect to the whole medium and 0.01 w / v% to 0.45 w / v% with respect to the whole medium A component selected from the group consisting of gluconic acid.
In addition to these components, the medium may contain an aqueous medium such as water necessary for growth of DOI-producing Escherichia coli, a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and the like.
培地は滅菌して培養に使用するのが好ましい。当該培地の滅菌方法は、培地を、増殖能力のある微生物等が存在しない無菌状態にすることができる方法であれば限定されない。滅菌方法としては、例えば、加圧滅菌(オートクレーブ;例えば121℃、20分間の加熱滅菌)又はろ過滅菌(例えば孔径0.45μm又は0.2μmのフィルターによるろ過)等による滅菌方法等が挙げられる。加熱滅菌の際に培地成分同士の反応が懸念される場合には、1種類以上の培地成分を、それ以外の培地成分とは別に滅菌し、各々を滅菌後に混合してもよい。 The medium is preferably sterilized and used for culture. The method for sterilizing the medium is not limited as long as the medium can be sterilized without microorganisms having growth ability. Examples of the sterilization method include sterilization methods such as autoclaving (autoclave; for example, heat sterilization at 121 ° C. for 20 minutes) or filtration sterilization (for example, filtration with a filter having a pore diameter of 0.45 μm or 0.2 μm). When there is a concern about the reaction between medium components during heat sterilization, one or more medium components may be sterilized separately from the other medium components, and each may be mixed after sterilization.
<天然培地成分(a)>
本発明における培地は、全培地に対して1.0w/v%以下の天然培地成分(a)を含有する。
天然培地成分(a)とは、天然培地を調製する際に使用される成分のことを指す。具体的には、ペプトン(牛乳、獣肉、魚肉又は大豆タンパク質等由来)、酵母エキス、肉エキス、麦芽エキス、コーンスティープリカー、トマトジュース、オートミール、果汁、野菜汁、豆乳、動物乳、スキムミルク、穀物、イモ、豆、海藻又はキノコの酵素消化物、廃糖蜜等の天然物に由来する成分が挙げられる。中でも、天然培地成分としてコーンスティープリカーを用いることにより、大腸菌の生育及びDOI生産性培養が効率よく行える。<Natural medium component (a)>
The medium in the present invention contains 1.0 w / v% or less of the natural medium component (a) with respect to the total medium.
The natural medium component (a) refers to a component used when preparing a natural medium. Specifically, peptone (derived from milk, animal meat, fish meat, soy protein, etc.), yeast extract, meat extract, malt extract, corn steep liquor, tomato juice, oatmeal, fruit juice, vegetable juice, soy milk, animal milk, skim milk, cereal Ingredients derived from natural products such as enzyme digests of potatoes, beans, seaweed or mushrooms, and molasses. Above all, by using corn steep liquor as a natural medium component, growth of E. coli and DOI productivity culture can be performed efficiently.
培地に含まれる天然培地成分(a)が、全培地に対して、1.0w/v%以下であることが、DOI精製回収工程の工程数を抑制できるという観点から好ましい。また、天然培地成分は、全培地に対して、0.6w/v%以下であることがより好ましい。
また、培地に含まれる天然培地成分が、全培地に対して、0.1w/v%以上であることが、良好なDOI生産性の観点から好ましい。また、天然培地成分は、全培地に対して、0.3w/v%以上であることがより好ましい。
培地に含まれる天然培地成分の含有率の範囲については、上限値と下限値とを組み合わせて、適宜設定することができる。It is preferable from the viewpoint that the natural medium component (a) contained in the medium is 1.0 w / v% or less with respect to the total medium, because the number of steps in the DOI purification and recovery process can be suppressed. Moreover, it is more preferable that the natural medium component is 0.6 w / v% or less based on the total medium.
Moreover, it is preferable from a viewpoint of favorable DOI productivity that the natural culture medium component contained in a culture medium is 0.1 w / v% or more with respect to the whole culture medium. In addition, the natural medium component is more preferably 0.3 w / v% or more based on the total medium.
About the range of the content rate of the natural culture medium component contained in a culture medium, it can set suitably combining an upper limit and a lower limit.
また、培地に含まれる天然培地成分(a)の量(本培養開始時点)は、0〜2.2w/v%であることが好ましく、0〜1.8w/v%であることがより好ましく、0〜1.0w/v%であることが更に好ましい。
なお、培地が、特に初発培地である場合には、培地に含まれる天然培地成分(a)の量(本培養開始時点)は、0.5w/v%〜1.8w/v%であることがより好ましい。
全培地中の天然培地成分(a)の量を22g/L以下とすることにより、精製負荷の低減された培養液を得ることができるため好ましい。
連続培養又は流加培養する際には、天然培地成分(a)は、初発培地及び流加培地のどちらか一方又は両方に添加することができる。Further, the amount of the natural medium component (a) contained in the medium (at the start of main culture) is preferably 0 to 2.2 w / v%, more preferably 0 to 1.8 w / v%. 0 to 1.0 w / v% is more preferable.
When the medium is an initial medium in particular, the amount of the natural medium component (a) contained in the medium (at the start of main culture) is 0.5 w / v% to 1.8 w / v%. Is more preferable.
The amount of the natural medium component (a) in the whole medium is preferably 22 g / L or less because a culture solution with a reduced purification load can be obtained.
In continuous culture or fed-batch culture, the natural medium component (a) can be added to one or both of the initial medium and the fed-batch medium.
また、本発明における培地は、特定量の天然培地成分(a)の他に、下記のフィチン酸成分(b)及び成分(c)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有する。
フィチン酸成分(b):全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の加水分解物及び全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の塩からなる群より選ばれるフィチン酸成分。
成分(c):全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントース及び全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントースに等モル量のグルコン酸からなる群より選ばれる成分。Moreover, the culture medium in this invention contains at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of the following phytic acid component (b) and component (c) other than a specific amount of natural culture medium component (a).
Phytic acid component (b): 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid relative to the whole medium, 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of the whole medium Selected from the group consisting of phytic acid equimolar amounts of phytic acid hydrolyzate and 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid to equimolar amounts of phytic acid salt Phytic acid component.
Component (c): 0.01 to 0.45 w / v% pentose with respect to the whole medium, 0.01 to 0.45 w / v% pentose with respect to the whole medium, etc. A component selected from the group consisting of molar amounts of gluconic acid.
<フィチン酸成分(b)>
本発明における培地は、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の加水分解物及び全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の塩からなる群より選ばれるフィチン酸成分(b)を含有することができる。
フィチン酸成分としては、フィチン酸、フィチン酸の加水分解物及びフィチン酸の塩が挙げられる。
フィチン酸は、myo−イノシトールの六リン酸エステルであり、イノシトールヘキサキスリン酸とも呼ばれる。また、フィチン酸のマグネシウム及びカルシウムの混合塩は極めて水に不溶性でありフィチンと呼ばれ、穀類などの植物種子や幼植物に多量に存在し、リン酸の主要貯蔵形物質であることが知られている。また、フィチン酸はホスファターゼの一種、フィターゼにより加水分解され、6個のリン酸が一つずつ遊離する6段階の反応を経て、myo−イノシトールと無機リン酸とを生成する。<Phytic acid component (b)>
The medium in the present invention is 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid relative to the whole medium, and 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytin relative to the entire medium It is selected from the group consisting of an equimolar amount of phytic acid hydrolyzate in acid and 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid in an equimolar amount of phytic acid salt based on the total medium A phytic acid component (b) can be contained.
Examples of the phytic acid component include phytic acid, a hydrolyzate of phytic acid, and a salt of phytic acid.
Phytic acid is a hexaphosphate ester of myo-inositol and is also called inositol hexakisphosphate. In addition, the mixed salt of magnesium and calcium phytate is extremely insoluble in water and is called phytin. It is abundant in plant seeds and seedlings such as cereals and is known to be the main storage form of phosphate. ing. Phytic acid is hydrolyzed by a kind of phosphatase, phytase, to produce myo-inositol and inorganic phosphate through a six-step reaction in which six phosphates are released one by one.
フィチン酸の加水分解物とは、フィチン酸の加水分解物であれば特に制限はされないが、DOIの生産性向上の観点より、フィチン酸を加水分解して生成するmyo−イノシトールと遊離のリン酸との混合物であることが好ましい。また、1〜5個のリン酸が結合しているフィチン酸の部分加水分解物であってもよい。また、myo−イノシトールに1〜5個のリン酸が結合したmyo−イノシトールのリン酸エステルであれば、実際にはこれらが加水分解により得られたものでなく、化学合成又は穀物、豆類、果物、肉、魚等からの抽出物等から得られたものであってもよい。
本明細書においてフィチン酸に等モル量のフィチン酸の加水分解物とは、フィチン酸の加水分解物中のmyo−イノシトール又はそのリン酸エステルのモル数がフィチン酸モル数に等しいことを指す。The hydrolyzate of phytic acid is not particularly limited as long as it is a hydrolyzate of phytic acid, but myo-inositol produced by hydrolyzing phytic acid and free phosphoric acid from the viewpoint of improving the productivity of DOI And a mixture thereof. Moreover, the partial hydrolyzate of the phytic acid which 1-5 phosphoric acid has couple | bonded may be sufficient. In addition, if myo-inositol is a phosphate ester of myo-inositol in which 1 to 5 phosphoric acids are bound to myo-inositol, these are not actually obtained by hydrolysis, but are chemically synthesized or cereals, beans, fruits It may be obtained from an extract from meat, fish or the like.
In the present specification, the hydrolyzate of phytic acid in an equimolar amount to phytic acid means that the number of moles of myo-inositol or its phosphate ester in the hydrolyzate of phytic acid is equal to the number of moles of phytic acid.
フィチン酸の塩とは、フィチン酸にカルシウム、マグネシウム、カリウム又はナトリウム等が結合したもの、及びその2種以上の混合塩を指す。フィチン酸の部分加水分解物との塩も本発明におけるフィチン酸の塩に含まれる。
フィチン酸成分(b)は、フィチン酸、フィチン酸の加水分解物又はフィチン酸の塩を1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
フィチン酸成分(b)は、フィチン酸、フィチン酸の加水分解物及びフィチン酸の塩からなる群より選ばれる1種であることが好ましい。
2種以上のフィチン酸成分(b)を使用する場合、フィチン酸成分(b)の総含有率は、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下又は0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸と当モル量であることが好ましい。The salt of phytic acid refers to phytic acid bound with calcium, magnesium, potassium, sodium, or the like, and a mixed salt of two or more thereof. A salt of phytic acid with a partial hydrolyzate is also included in the phytic acid salt in the present invention.
As the phytic acid component (b), phytic acid, a hydrolyzate of phytic acid, or a salt of phytic acid may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
The phytic acid component (b) is preferably one kind selected from the group consisting of phytic acid, a hydrolyzate of phytic acid, and a salt of phytic acid.
When two or more phytic acid components (b) are used, the total content of the phytic acid component (b) is 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less or 0.05 w with respect to the whole medium. It is preferable that the molar amount of phytic acid is not less than / v% and not more than 0.27 w / v%.
フィチン酸の含有率は、全培地に対して、0.02w/v%以上0.30w/v%以下であることが好ましく、0.03w/v%以上0.20w/v%以下であることがより好ましく、0.05w/v%以上0.10w/v%以下であることがさらに好ましい。
フィチン酸の加水分解物の含有率は、全培地に対して、0.02w/v%以上0.30w/v%以下のフィチン酸に等モル量であることが好ましく、0.03w/v%以上0.20w/v%以下のフィチン酸に等モル量であることがより好ましく、0.05w/v%以上0.10w/v%以下のフィチン酸に等モル量であることがさらに好ましい。
フィチン酸の塩の含有率は、全培地に対して、0.02w/v%以上0.30w/v%以下のフィチン酸に等モル量であることが好ましく、0.03w/v%以上0.20w/v%以下のフィチン酸に等モル量であることがより好ましく、0.05w/v%以上0.10w/v%以下のフィチン酸に等モル量であることがさらに好ましい。The content of phytic acid is preferably 0.02 w / v% or more and 0.30 w / v% or less, and 0.03 w / v% or more and 0.20 w / v% or less with respect to the whole medium. Is more preferably 0.05 w / v% or more and 0.10 w / v% or less.
The content of the hydrolyzate of phytic acid is preferably equimolar to 0.02 w / v% or more and 0.30 w / v% or less of phytic acid, and is 0.03 w / v% with respect to the whole medium. More preferably, it is equimolar to 0.20 w / v% or less of phytic acid, and even more preferably equimolar to 0.05 w / v% or more of 0.10 w / v% or less of phytic acid.
The content of phytic acid salt is preferably equimolar to 0.02 w / v% or more and 0.30 w / v% or less of phytic acid, and is 0.03 w / v% or more and 0 to 0%. More preferably, it is equimolar to 20 w / v% or less of phytic acid, more preferably equimolar to 0.05 w / v% or more and 0.10 w / v% or less of phytic acid.
フィチン酸成分の含有量は、0.4mmol/L以上5.0mmol/L以下であることが好ましく、0.5mmol/L以上3.0mmol/L以下であることがより好ましく、0.74mmol/L以上1.5mmol/L以下であることがさらに好ましい。
フィチン酸成分の含有量は、全培地に含まれるフィチン酸、フィチン酸の加水分解物及びフィチン酸の塩の合計量を意味する。
フィチン酸成分の含有量が全培地に対して、0.74mmol/L以上であれば、DOI生産性の向上効果があるので好ましく、1.5mmol/L以下であれば、生産コストが高くなりすぎないので好ましい。なお、全培地に対して0.74mmol/L以上1.5mmol/L以下のフィチン酸成分の含有量は、フィチン酸の含有率に換算すると、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下に該当する。The content of the phytic acid component is preferably 0.4 mmol / L or more and 5.0 mmol / L or less, more preferably 0.5 mmol / L or more and 3.0 mmol / L or less, and 0.74 mmol / L. More preferably, it is 1.5 mmol / L or less.
The content of the phytic acid component means the total amount of phytic acid, phytic acid hydrolyzate and phytic acid salt contained in the whole medium.
If the content of the phytic acid component is 0.74 mmol / L or more with respect to the whole medium, it is preferable because there is an effect of improving DOI productivity, and if it is 1.5 mmol / L or less, the production cost becomes too high. It is preferable because it is not. In addition, the content of the phytic acid component of 0.74 mmol / L or more and 1.5 mmol / L or less with respect to the whole medium is 0.05 w / v% or more and 0 with respect to the whole medium when converted to the phytic acid content. It falls under 27w / v%.
実生産では複数の原料を調達するよりも、1種の原料を調達する方が簡単かつ低コストである。そのためフィチン酸成分としては、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の加水分解物、又は、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の塩のいずれか1種を含有することがより好ましい。 In actual production, it is easier and less expensive to procure one kind of raw material than to procure a plurality of raw materials. Therefore, as a phytic acid component, 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid with respect to the whole medium, or 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less with respect to the whole medium. Either an equimolar amount of phytic acid hydrolyzate in phytic acid, or 0.05 w / v% to 0.27 w / v% of phytic acid in an equimolar amount of phytic acid It is more preferable to contain 1 type.
流加培養又は連続培養する際は、フィチン酸成分を初発培地及び流加培地のどちらか一方又は両方に添加してもよい。流加培養する際は、フィチン酸を初発培地及び流加培地のどちらか一方或いは両方に添加してもよいが、初発培地に添加することがより好ましい。 When fed-batch culture or continuous culture, the phytic acid component may be added to one or both of the initial culture medium and the feed culture medium. In fed-batch culture, phytic acid may be added to one or both of the initial culture medium and the feed culture medium, but it is more preferable to add to the initial culture medium.
酵母にとって、フィチン酸は発酵促進剤となることが知られている。
酵母はフィターゼによりフィチン酸を加水分解し、生成したmyo−イノシトールを利用する。酵母にとってmyo−イノシトールはフォスファチジルイノシトールとして主要リン脂質を構成する不可欠の物質である。
J.Biosci.Bioeng.Vol.98,No.2,107−113,2004には、細胞内にmyo−イノシトールが蓄積すると、細胞膜のフォスファチジルイノシトール含量が上がり、エタノール耐性になることが示されている。しかし、大腸菌の膜にフォスファチジルイノシトールは含まれず、J.Bacteriol.Vol.177,No.10,2926−2928,1995には、培地にmyo−イノシトールを添加しても野生型の大腸菌はフォスファチジルイノシトールを合成できないことが示されており、フィチン酸が酵母に与えるような効果を大腸菌が得られるとは考えられない。For yeast, phytic acid is known to be a fermentation promoter.
Yeast utilizes myo-inositol produced by hydrolyzing phytic acid with phytase. For yeast, myo-inositol is an indispensable substance that constitutes a major phospholipid as phosphatidylinositol.
J. et al. Biosci. Bioeng. Vol. 98, no. 2,107-113, 2004 shows that the accumulation of myo-inositol in cells increases the phosphatidylinositol content of the cell membrane and makes it ethanol resistant. However, the membrane of E. coli does not contain phosphatidylinositol. Bacteriol. Vol. 177, no. 10, 2926-2928, 1995 shows that wild-type Escherichia coli cannot synthesize phosphatidylinositol even if myo-inositol is added to the medium, and the effect that phytic acid has on yeast is shown. Is not expected to be obtained.
<ペントース及び/又はグルコン酸>
本発明における培地は、全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントース及び全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントースに等モル量のグルコン酸からなる群より選ばれる成分(c)を含有することができる。
本発明のDOI生産方法に使用し得るペントースとしては、大腸菌のペントースリン酸経路で代謝可能なペントースであれば特に制限はされない。具体的には、D−キシロース、L−アラビノース、D−リボース等が挙げられる。<Pentose and / or gluconic acid>
The medium in the present invention is a pentose of 0.01 w / v% or more and 0.45 w / v% or less of the whole medium and a pentose of 0.01 w / v% or more and 0.45 w / v% or less of the whole medium. A component (c) selected from the group consisting of equimolar amounts of gluconic acid can be contained.
The pentose that can be used in the DOI production method of the present invention is not particularly limited as long as it can be metabolized by the pentose phosphate pathway of Escherichia coli. Specific examples include D-xylose, L-arabinose, D-ribose and the like.
ペントースの全培地に対する含有率は、全培地に対して、0.01w/v%以上0.45w/v%以下であることが好ましく、0.02w/v%以上0.10w/v%以下であることがより好ましく、0.02w/v%以上0.05w/v%以下であることがさらに好ましい。
なお、ペントースの含有率は、全培地に含まれるD−キシロース、L−アラビノース、D−リボース等の合計量を意味する。The content of pentose in the whole medium is preferably 0.01 w / v% or more and 0.45 w / v% or less, and 0.02 w / v% or more and 0.10 w / v% or less with respect to the whole medium. More preferably, it is 0.02 w / v% or more and 0.05 w / v% or less.
In addition, the content rate of pentose means the total amount of D-xylose, L-arabinose, D-ribose, etc. which are contained in the whole culture medium.
グルコン酸の全培地に対する含有率は、全培地に対して、0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントースに等モル量であることが好ましく、0.02w/v%以上0.10w/v%以下のペントースに等モル量であることがより好ましく、0.02w/v%以上0.05w/v%以下のペントースに等モル量であることがさらに好ましい。
また、本発明において「グルコン酸」としては、グルコン酸の他に、グルコン酸ナトリウム、グルコン酸カリウム及びグルコン酸カルシウム等のグルコン酸塩が含まれる。
なお、グルコン酸の含有率は、全培地に含まれるグルコン酸、グルコン酸ナトリウム、グルコン酸カリウム、グルコン酸カルシウム等の合計量を意味する。
ペントース及び/又はグルコン酸は、いずれかの種類を1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
ペントース及びグルコン酸を併用する場合、ペントースとグルコン酸との総含有率は、全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下であることが好ましく、0.02w/v%以上0.10w/v%以下であることがより好ましく、0.02w/v%以上0.05w/v%以下であることがさらに好ましい。The content of gluconic acid in the entire medium is preferably equimolar to the pentose of 0.01 w / v% or more and 0.45 w / v% or less, and 0.02 w / v% or more and 0 More preferably, it is equimolar to a pentose of 10 w / v% or less, and more preferably equimolar to a pentose of 0.02 w / v% or more and 0.05 w / v% or less.
In the present invention, “gluconic acid” includes gluconate such as sodium gluconate, potassium gluconate and calcium gluconate in addition to gluconic acid.
In addition, the content rate of gluconic acid means the total amount of gluconic acid, sodium gluconate, potassium gluconate, calcium gluconate, etc. which are contained in the whole culture medium.
Any one type of pentose and / or gluconic acid may be used alone, or two or more types may be used in combination.
When pentose and gluconic acid are used in combination, the total content of pentose and gluconic acid is preferably 0.01 w / v% or more and 0.45 w / v% or less with respect to the entire medium, and 0.02 w / v % Or more and 0.10 w / v% or less is more preferable, and 0.02 w / v% or more and 0.05 w / v% or less is more preferable.
流加培養又は連続培養する際は、ペントース及び/又はグルコン酸を初発培地及び流加培地のどちらか一方或いは両方に添加してもよい。流加培養する際は、ペントース及び/又はグルコン酸を初発培地及び流加培地のどちらか一方或いは両方に添加してもよいが、流加培地に添加することがより好ましい。本発明で使用するペントースは、D−キシロースやL−アラビノースなど、大腸菌のペントースリン酸経路で代謝されるものを使用することができる。
流加培地中のペントース及び/又はグルコン酸の濃度は、ペントースの濃度に換算して、0.02w/v%以上が好ましく、0.03w/v%〜1.00w/v%の範囲がより好ましく、0.04w/v%〜0.10w/v%の範囲がさらに好ましい。In fed-batch culture or continuous culture, pentose and / or gluconic acid may be added to one or both of the initial medium and the fed-batch medium. When fed-batch culture is performed, pentose and / or gluconic acid may be added to one or both of the initial medium and the fed-batch medium, but more preferably added to the fed-batch medium. As the pentose used in the present invention, those metabolized by the pentose phosphate pathway of Escherichia coli such as D-xylose and L-arabinose can be used.
The concentration of pentose and / or gluconic acid in the fed-batch medium is preferably 0.02 w / v% or more, more preferably in the range of 0.03 w / v% to 1.00 w / v%, in terms of pentose concentration. The range of 0.04 w / v% to 0.10 w / v% is more preferable.
DOI生産大腸菌は、Zwfの活性が低減化又は不活化されており、グルコースをペントースリン酸経路へ送ることができないが、Metabolic Engineering Vol.6, pp164−174、2004によれば、zwf破壊大腸菌は、トリカルボン酸回路の活性化などにより、最少培地でも元の大腸菌と同等の生育が可能であることが明らかになっている。しかし、驚くべきことに、DOI生産大腸菌では、流加培地に0.05w/v%という低濃度でD−キシロース、L−アラビノース又はグルコン酸を添加して培養することで、DOI生産性が大きく向上した。 DOI-producing E. coli has reduced or inactivated activity of Zwf and cannot send glucose to the pentose phosphate pathway, but Metabolic Engineering Vol. 6, pp 164-174, 2004 reveals that zwf-disrupted E. coli can grow in the same manner as the original E. coli even in a minimal medium by activating the tricarboxylic acid cycle. However, surprisingly, in DOI-producing E. coli, DOI productivity is greatly increased by adding D-xylose, L-arabinose or gluconic acid to a fed-batch medium at a low concentration of 0.05 w / v%. Improved.
本発明における培地は、特定量の天然培地成分(a)と、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の加水分解物及び全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の塩からなる群より選ばれるフィチン酸成分(b)と、全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントース及び全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントースに等モル量のグルコン酸からなる群より選ばれる成分(c)と、を含有することが、DOI生産性向上の観点から好ましい。 The medium in the present invention comprises a specific amount of a natural medium component (a), 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid relative to the whole medium, 0.05 w / v relative to the whole medium. % To 0.27 w / v% phytic acid in equimolar amounts of phytic acid hydrolyzate and 0.05 w / v% to 0.27 w / v% phytic acid in equimolar amounts with respect to the whole medium A phytic acid component (b) selected from the group consisting of salts of phytic acid, pentose of 0.01 w / v% or more and 0.45 w / v% or less of the whole medium and 0.01 w / v of the whole medium It is preferable from a viewpoint of DOI productivity improvement to contain the component (c) chosen from the group which consists of equimolar amounts of gluconic acid in pentose of v% or more and 0.45 w / v% or less.
フィチン酸成分とペントースとを組み合わせる場合において、フィチン酸成分とペントースとの全培地における含有比率(フィチン酸成分:ペントース)は、質量基準で、0.9:1〜6.8:1であることがDOI生産性の観点より好ましい。また、フィチン酸成分とペントースとの全培地における含有比率(フィチン酸成分:ペントース)は、質量基準で、1:1〜4:1であることがより好ましく、1.2:1〜3.5:1であることがさらに好ましい。 When combining the phytic acid component and the pentose, the content ratio of the phytic acid component and the pentose in the whole medium (phytic acid component: pentose) is 0.9: 1 to 6.8: 1 on a mass basis. Is preferable from the viewpoint of DOI productivity. The content ratio of the phytic acid component and the pentose in the whole medium (phytic acid component: pentose) is more preferably 1: 1 to 4: 1 on a mass basis, and 1.2: 1 to 3.5. More preferably, the ratio is 1.
フィチン酸成分とペントース及び/又はグルコン酸とを組み合わせる場合において、フィチン酸成分とペントース及び/又はグルコン酸との全培地における含有比率(フィチン酸成分:ペントース及び/又はグルコン酸)は、物質量基準で、0.2:1〜1.8:1であることがDOI生産性の観点より好ましい。また、フィチン酸成分とペントース及び/又はグルコン酸との全培地における含有比率(フィチン酸成分:ペントース及び/又はグルコン酸)は、物質量基準で、0.3:1〜1.6:1であることがより好ましく、0.4:1〜0.9:1であることがさらに好ましい。 When combining a phytic acid component with pentose and / or gluconic acid, the content ratio of the phytic acid component and pentose and / or gluconic acid in the whole medium (phytic acid component: pentose and / or gluconic acid) is based on a substance amount. In view of DOI productivity, 0.2: 1 to 1.8: 1 is preferable. In addition, the content ratio of the phytic acid component and the pentose and / or gluconic acid in the whole medium (phytic acid component: pentose and / or gluconic acid) is 0.3: 1 to 1.6: 1 based on the amount of substance. More preferably, it is more preferably 0.4: 1 to 0.9: 1.
<その他の炭素源>
通常、DOIの原料、大腸菌の生育等にもペントース又はグルコン酸以外の炭素源(以下「その他の炭素源」とも称する。)が必要である。本発明の製造方法に用いる培地は、上述の天然培地成分(a)並びにフィチン酸成分(b)及び/又は成分(c)に加えて、その他の炭素源を含むことができる。
その他の炭素源としては、スクロース、デンプン、D−グルコース、D−フルクトース等が挙げられる。中でも、その他の炭素源としては、DOIの原料となる糖という観点から、グルコースが好適である。スクロース加水分解酵素遺伝子(cscA)を保有する菌を使用する場合は、スクロースも好適に使用できる。<Other carbon sources>
Normally, a carbon source other than pentose or gluconic acid (hereinafter also referred to as “other carbon source”) is required for DOI raw materials, growth of E. coli, and the like. The medium used in the production method of the present invention can contain other carbon sources in addition to the above-mentioned natural medium component (a) and phytic acid component (b) and / or component (c).
Other carbon sources include sucrose, starch, D-glucose, D-fructose and the like. Among these, glucose is preferable as the other carbon source from the viewpoint of sugar as a raw material for DOI. When a bacterium having a sucrose hydrolase gene (cscA) is used, sucrose can also be preferably used.
<その他の成分>
本発明における培地は、上述の天然培地成分(a)並びにフィチン酸成分(b)及び/又はペントース若しくはグルコン酸(成分(c))の他に、DOI生産大腸菌の生育に必要な水等の水性媒体、窒素源、無機塩類、ビタミン等、培養中の培地の発泡を防ぐための消泡剤等を含有してもよい。無機塩類、ビタミン等は、大腸菌の生育に好適であれば必要に応じて含まれていてもよい。無機塩類及びビタミン類を含有する培地としては、例えば公知のM9培地等の組成が例示されるが、これらに限定されない。<Other ingredients>
The medium in the present invention is an aqueous medium such as water necessary for the growth of DOI-producing Escherichia coli in addition to the above-mentioned natural medium component (a) and phytic acid component (b) and / or pentose or gluconic acid (component (c)). You may contain an antifoamer etc. for preventing foaming of the culture medium during culture, such as a medium, a nitrogen source, inorganic salts, and vitamins. Inorganic salts, vitamins, and the like may be included as necessary as long as they are suitable for the growth of E. coli. Examples of the medium containing inorganic salts and vitamins include, but are not limited to, a composition such as a known M9 medium.
DOI生産大腸菌を、流加培養又は連続培養する際は、炭素源となる糖は初発培地に添加してもよいし、流加培地に添加してもよい。
初発培地に糖を添加する場合は、大腸菌に浸透圧ストレスがかからない程度の濃度で添加するのが好ましい。又は、初発培地には添加せずに、流加培地中に、流加培地の25w/v%から50w/v%の濃度になるように糖を添加し、本培養開始と同時に流加を開始することが好ましい。流加培地に糖を添加することで、DOI生産大腸菌にかかる浸透圧ストレスが低減され、良好な生産性を得られる。When DOI-producing Escherichia coli is fed-batch culture or continuous culture, the sugar as a carbon source may be added to the initial medium or may be added to the feed medium.
When adding sugar to the initial medium, it is preferable to add it at a concentration that does not cause osmotic stress on E. coli. Alternatively, without adding to the initial medium, sugar is added to the fed-batch medium to a concentration of 25 w / v% to 50 w / v% of the fed-batch medium, and fed-batch is started simultaneously with the start of the main culture. It is preferable to do. By adding sugar to the feed medium, osmotic stress applied to the DOI-producing Escherichia coli is reduced, and good productivity can be obtained.
窒素源としては、全培地に対し1.0w/v%以下である天然物(微生物、植物、動物乳又は動物肉等)に由来する窒素原子含有成分、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸又は有機酸のアンモニウム塩、アンモニア、その他アミノ酸や窒素化合物等を挙げることができる。
窒素源の種類及び量については、当業者が適宜設定することができる。
無機塩類としては、リン酸塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、鉄塩、マンガン塩、硫酸塩等が使用される。例えば、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸亜鉛、硫酸コバルト、モリブデン酸ナトリウム、ホウ酸、硫酸銅、ヨウ化カリウム、又は炭酸カルシウム等が挙げられる。これら無機塩は、1種単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。培地中の無機塩類の濃度は、使用する無機塩によっても異なるが、通常約0.001〜1.0%(wt)である。
さらに必要に応じて、ビタミン類を含むこともできる。ビタミン類としては、例えば、ビオチン、チアミン(ビタミンB1)、ピリドキシン(ビタミンB6)、パントテン酸、ニコチン酸等が挙げられる。Nitrogen sources include nitrogen atom-containing components, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, phosphoric acid derived from natural products (microorganisms, plants, animal milk, animal meat, etc.) that are 1.0 w / v% or less based on the total medium. Inorganic acids such as ammonium or ammonium salts of organic acids, ammonia, other amino acids, nitrogen compounds and the like can be mentioned.
A person skilled in the art can appropriately set the type and amount of the nitrogen source.
As the inorganic salts, phosphates, magnesium salts, calcium salts, iron salts, manganese salts, sulfates and the like are used. For example, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, zinc sulfate, cobalt sulfate, sodium molybdate, boric acid, copper sulfate, potassium iodide, or carbonic acid Examples include calcium. These inorganic salts may be used alone or in a combination of two or more. The concentration of inorganic salts in the medium is usually about 0.001 to 1.0% (wt), although it varies depending on the inorganic salt used.
Furthermore, vitamins can also be included as needed. Examples of vitamins include biotin, thiamine (vitamin B1), pyridoxine (vitamin B6), pantothenic acid, nicotinic acid and the like.
培地に添加するその他の成分の種類及び量についても、当業者が適宜設定することができる。なお、数少ない成分を少量添加することで、DOI回収時の精製負荷が小さくなると予測されるため好ましい。 A person skilled in the art can also appropriately set the type and amount of other components added to the medium. In addition, it is preferable to add a small amount of a few components because the purification load at the time of DOI recovery is expected to be small.
<2−デオキシ−シロ−イノソース(DOI)生産大腸菌>
本発明においてDOI生産大腸菌としては、炭素源からDOIを発酵生産する能力を付与された大腸菌が挙げられる。ここで、炭素源としては、好ましくは糖が挙げられる。また、DOI生産大腸菌としては、遺伝子組換えにより、大腸菌のDOI生産活性に関与する酵素活性の増強、不活性化、低減化又はこれらを組み合わせることにより、DOI生産活性が向上した組換え大腸菌を用いることが好ましい。<2-deoxy-siro-inosose (DOI) producing E. coli>
In the present invention, examples of the DOI-producing Escherichia coli include Escherichia coli provided with the ability to fermentatively produce DOI from a carbon source. Here, the carbon source is preferably sugar. Further, as the DOI-producing E. coli, a recombinant E. coli having improved DOI production activity by enhancing, inactivating, reducing or combining these enzyme activities involved in the DOI production activity of E. coli by genetic recombination is used. It is preferable.
DOI生産活性を向上させた組換え大腸菌としては、例えば、国際公開第2010/053052号パンフレットに記載の組換え大腸菌等が挙げられる。 Examples of the recombinant Escherichia coli having improved DOI production activity include the recombinant Escherichia coli described in International Publication No. 2010/053052.
具体的には、DOI生産大腸菌としては、下記(i)の遺伝子組み換えと、下記(ii)〜(iii)より選択される1以上の遺伝子組換えと、を含む組換え大腸菌が好ましい。また、下記(iv)の遺伝子組換えをさらに含む組換え大腸菌は、スクロースからDOIを生産可能にするためより好ましい。さらに、下記(v)の遺伝子組換えをさらに含む組換え大腸菌は、グルコースの取り込みを促進してDOI生産性を向上できるため更に好ましい。 Specifically, as the DOI-producing E. coli, a recombinant E. coli comprising the following gene recombination (i) and one or more gene recombination selected from the following (ii) to (iii) is preferable. In addition, recombinant E. coli further comprising the following gene recombination (iv) is more preferable because DOI can be produced from sucrose. Furthermore, recombinant Escherichia coli further comprising the gene recombination of (v) below is more preferable because it can promote glucose uptake and improve DOI productivity.
(i)DOI合成酵素(BtrC)活性を付与又は強化する遺伝子組換え。
(ii)大腸菌が本来保有しているホスホグルコースイソメラーゼ(Pgi)活性を不活化又は低減化する遺伝子組換え。
(iii)大腸菌が本来保有しているグルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ(Zwf)活性を不活化又は低減化する遺伝子組換え。
(iv)スクロース加水分解酵素(CscA)活性が付与された遺伝子組換え。
(v)グルコース輸送促進タンパク質(Glf)活性が付与された遺伝子組換え。(I) Genetic recombination that imparts or enhances DOI synthase (BtrC) activity.
(Ii) Genetic recombination that inactivates or reduces the phosphoglucose isomerase (Pgi) activity originally possessed by E. coli.
(Iii) Genetic recombination that inactivates or reduces the glucose-6-phosphate dehydrogenase (Zwf) activity originally possessed by E. coli.
(Iv) Genetic recombination imparted with sucrose hydrolase (CscA) activity.
(V) Genetic recombination imparted with glucose transport promoting protein (Glf) activity.
(i)のBtrCとは、グルコース−6−リン酸からDOIを生成する反応を触媒する酵素の総称を意味する。なお、本発明におけるDOI生産大腸菌においてBtrCは、バチルス属由来、ストレプトマイセス(Streptomyces)属細菌由来、又はパエニバチルス(Paenibacillus)由来のものが、高い酵素活性の観点で好ましい。
(ii)のPgiとは、国際生化学連合(I.U.B)酵素委員会報告に準拠した酵素番号5.3.1.9に分類され、グルコース−6−リン酸からフルクトース−6−リン酸への異性化反応を可逆的に触媒する酵素の総称を指す。
(iii)のZwfとは、国際生化学連合(I.U.B)酵素委員会報告に準拠した酵素番号1.1.1.49に分類され、NADP+を補酵素として、グルコース−6−リン酸から6−ホスホグルコノ−1,5−ラクトンへの脱水素反応を触媒する酵素の総称を指す。
(iv)のCscAとは、国際生化学連合(I.U.B)酵素委員会報告に準拠した酵素番号3.2.1.26に分類され、スクロースからD−グルコースとD−フルクトースを生成する加水分解反応を触媒する酵素の総称を意味する。
(v)のGlfは、細胞外のD−グルコースを細胞内に輸送するザイモモナス属細菌に由来するグルコース輸送促進タンパク質(glucose facilitator protein)を指す。BtrC in (i) means a general term for enzymes that catalyze a reaction for producing DOI from glucose-6-phosphate. In the DOI-producing Escherichia coli according to the present invention, BtrC is preferably derived from a genus Bacillus, a bacterium belonging to the genus Streptomyces, or derived from Paenibacillus, from the viewpoint of high enzyme activity.
Pii of (ii) is classified into enzyme number 5.3.1.9 based on the report of the International Biochemical Union (I.B.) Enzyme Committee, and glucose-6-phosphate to fructose-6--6. A generic term for enzymes that reversibly catalyze isomerization to phosphoric acid.
Zwf in (iii) is classified into enzyme number 1.1.1.149 according to the report of the International Biochemical Union (I.U.B) Enzyme Committee, and glucose-6--6 using NADP + as a coenzyme. A generic term for enzymes that catalyze the dehydrogenation of phosphoric acid to 6-phosphoglucono-1,5-lactone.
(Iv) CscA is classified into enzyme number 3.2.1.26 according to the report of the International Biochemical Union (I.U.B) Enzyme Committee, and produces D-glucose and D-fructose from sucrose. It is a generic term for enzymes that catalyze hydrolysis reactions.
Glf in (v) refers to a glucose transport protein derived from Zymomonas bacteria that transports extracellular D-glucose into the cell.
DOI合成酵素(BtrC)活性を付与又は強化する遺伝子組換えは、具体的には、2−デオキシ−シロ−イノソース合成酵素(BtrC)をコードする遺伝子を大腸菌に導入する遺伝子組み換えであればよい。これにより、大腸菌のDOI生産能力が付与又は強化される。 Specifically, the gene recombination that imparts or enhances DOI synthase (BtrC) activity may be any gene recombination that introduces a gene encoding 2-deoxy-siro-inosose synthase (BtrC) into E. coli. Thereby, the DOI production capability of Escherichia coli is imparted or enhanced.
また、スクロース加水分解酵素(CscA)活性が付与された遺伝子組換えは、具体的には、CscAをコードする遺伝子を大腸菌に導入する遺伝子組み換えであればよい。これにより、遺伝子組み換え大腸菌が利用可能な原料の種類が増えるため、大腸菌のDOI生産能力が強化されると推測される。
グルコース輸送促進タンパク質(Glf)活性が付与された遺伝子組換えは、具体的には、Glfをコードする遺伝子を大腸菌に導入する遺伝子組み換えであればよい。これにより、大腸菌のDOI生産能力が強化される。The gene recombination imparted with sucrose hydrolase (CscA) activity may be a gene recombination that specifically introduces a gene encoding CscA into Escherichia coli. Thereby, since the kind of raw material which gene-recombinant Escherichia coli can utilize is increased, it is estimated that the DOI production capability of Escherichia coli is strengthened.
Specifically, the genetic recombination imparted with the glucose transport promoting protein (Glf) activity may be any genetic recombination that introduces a gene encoding Glf into E. coli. This enhances the DOI production capacity of E. coli.
DOI合成酵素は、グルコース−6−リン酸を基質としてDOIを生成する酵素である。そのため、DOI生産大腸菌が、本来有しているホスホグルコースイソメラーゼ(Pgi)及びグルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ(Zwf)の活性を不活化又は低減化するように遺伝子組換えをしたDOI生産大腸菌を利用することが、グルコースから効率よくDOIを生産できるため好ましい。
この場合、当該DOI生産大腸菌は、D−グルコースをエネルギー源としては利用できなくなる。そのため、D−グルコース以外にエネルギー源となる糖を培地に添加することで、DOIを良好に生産できる。D−グルコース以外にエネルギー源となる糖としては、D−フルクトース、D−マンノース等が挙げられる。
また、スクロース加水分解酵素(CscA)をコードする遺伝子を遺伝子組換えで導入することにより、DOI生産大腸菌は、スクロースを加水分解できるようになるため好ましい。具体的には、スクロース加水分解酵素(CscA)をコードする遺伝子を有するDOI生産大腸菌は、スクロースの加水分解生成物であるD−グルコースをDOIへ変換し、D−フルクトースをエネルギー源とすることが可能になるため好ましい。
スクロースは、サトウキビ、甜菜等から得られる糖であり、スクロースが含まれる粗糖又は廃糖蜜はバイオエタノールの原料となるなど、重要なバイオマス原料である。大腸菌K12由来株、B由来株等は、本来はスクロースを加水分解できないが、スクロース加水分解酵素(CscA)をコードする遺伝子を導入した遺伝子組換え大腸菌は、粗糖や廃糖蜜を原料としてDOIを生産可能になるため好ましい。DOI synthase is an enzyme that produces DOI using glucose-6-phosphate as a substrate. Therefore, DOI-producing Escherichia coli uses DOI-producing Escherichia coli that has been genetically modified to inactivate or reduce the activities of phosphoglucose isomerase (Pgi) and glucose-6-phosphate dehydrogenase (Zwf). This is preferable because DOI can be efficiently produced from glucose.
In this case, the DOI-producing Escherichia coli cannot use D-glucose as an energy source. Therefore, DOI can be satisfactorily produced by adding sugar as an energy source in addition to D-glucose to the medium. Examples of sugars that serve as an energy source other than D-glucose include D-fructose and D-mannose.
In addition, by introducing a gene encoding sucrose hydrolase (CscA) by gene recombination, DOI-producing Escherichia coli can hydrolyze sucrose, which is preferable. Specifically, DOI-producing Escherichia coli having a gene encoding sucrose hydrolase (CscA) may convert D-glucose, which is a hydrolysis product of sucrose, into DOI, and use D-fructose as an energy source. This is preferable because it becomes possible.
Sucrose is a sugar obtained from sugarcane, sugar beet, etc., and crude sugar or waste molasses containing sucrose is an important biomass material such as a raw material for bioethanol. Escherichia coli K12-derived strains, B-derived strains, etc. cannot originally hydrolyze sucrose, but genetically modified Escherichia coli introduced with a gene encoding sucrose hydrolase (CscA) produces DOI using raw sugar and molasses as raw materials. This is preferable because it becomes possible.
さらに、本発明におけるDOI生産大腸菌は、DOI生産性向上及び粗糖、廃糖蜜等のスクロースを含む原料からも生産を可能にするDOI生産性向上の観点より、本来有しているホスホグルコースイソメラーゼ(Pgi)及びグルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ(Zwf)の活性が不活化又は低減化され、且つスクロース加水分解酵素(CscA)をコードする遺伝子を有しているDOI生産大腸菌であることがより好ましい。
また、グルコース輸送促進タンパク質(Glf)をコードする遺伝子を遺伝子組み換えでDOI生産大腸菌に組み込むことにより、グルコースを細胞内に取り込む際にホスホエノールピルビン酸を必要としなくなるので、グルコース取込みが促進され、DOI生産性が向上するため好ましい。
なお、DOI生産大腸菌の培地への接種量、接種方法等は、特に制限されない。Furthermore, the DOI-producing Escherichia coli according to the present invention has an inherent phosphoglucose isomerase (Pgi) from the viewpoint of improving DOI productivity and improving DOI productivity that enables production from raw materials containing sucrose such as crude sugar and molasses. ) And glucose-6-phosphate dehydrogenase (Zwf) are inactivated or reduced, and more preferably a DOI-producing E. coli having a gene encoding sucrose hydrolase (CscA).
Further, by incorporating a gene encoding a glucose transport promoting protein (Glf) into DOI-producing Escherichia coli by genetic recombination, phosphoenolpyruvate is no longer required when glucose is taken into cells, and glucose uptake is promoted. It is preferable because productivity is improved.
In addition, the inoculation amount, the inoculation method, and the like of the DOI-producing E. coli medium are not particularly limited.
≪DOI精製回収工程≫
本発明のDOI生産方法は、生成した2−デオキシ−シロ−イノソースを培地から精製して回収するDOI精製回収工程を有する。≪DOI purification and recovery process≫
The DOI production method of the present invention has a DOI purification and recovery step of purifying and recovering the produced 2-deoxy-siro-inosose from the medium.
精製回収工程は、DOI生成工程で得られたDOIを回収するものであり、一般に、培養物中に蓄積したDOIを、培養物から精製して回収することにより行われる。
本発明における培養物とは、培養により得られる物であり、具体的には、培地、培養されたDOI生産大腸菌、DOI生産大腸菌によって生成されたDOI等を含有する。
また、培養物の一例として、培養液等が挙げられる。The purification and recovery step recovers the DOI obtained in the DOI production step, and is generally performed by purifying and recovering the DOI accumulated in the culture from the culture.
The culture in the present invention is a product obtained by culture, and specifically includes a culture medium, cultured DOI-producing E. coli, DOI produced by DOI-producing E. coli, and the like.
Moreover, a culture solution etc. are mentioned as an example of a culture.
培養物からDOIを精製して回収する方法は、例えば培養液からならば通常知られた方法が利用できる。例えば、菌体を遠心分離などで除去した後、培養上清を活性炭処理してタンパク質、高分子成分等を除き、処理液をイオン交換樹脂に添加し蒸留水で溶出を行う。また、屈折率、pH、伝導率等を測定しながら不純物を含まないフラクションを分取して、その水溶液を取り除いてDOIを回収することができる。
本発明によれば精製負荷が低減されることで、DOI精製回収工程において使用する活性炭量又はイオン交換樹脂量を削減することができる。As a method for purifying and recovering DOI from a culture, for example, a conventionally known method can be used from a culture solution. For example, after microbial cells are removed by centrifugation or the like, the culture supernatant is treated with activated carbon to remove proteins, polymer components, etc., and the treatment solution is added to an ion exchange resin and eluted with distilled water. Further, fractions not containing impurities can be collected while measuring refractive index, pH, conductivity, etc., and the aqueous solution can be removed to recover DOI.
According to the present invention, the amount of activated carbon or the amount of ion exchange resin used in the DOI purification and recovery step can be reduced by reducing the purification load.
<2−デオキシ−シロ−イノソース>
本発明のDOIは、全培地に対して1.0w/v%以下の天然培地成分(a)と、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の加水分解物及び全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の塩からなる群より選ばれるフィチン酸成分(b)、並びに、全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントース及び全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントースに等モル量のグルコン酸からなる群より選ばれる成分(c)からなる群より選ばれる少なくとも1種と、を含有する培地で、2−デオキシ−シロ−イノソース生産大腸菌を培養し、2−デオキシ−シロ−イノソースを生成すること、及び生成した2−デオキシ−シロ−イノソースを培地から回収すること、を含む2−デオキシ−シロ−イノソースの生産方法により得られる。
DOIの各生産工程は、前述のDOIの生産方法で説明した各工程についての説明を引用するものとする。<2-deoxy-shiro-inosose>
The DOI of the present invention comprises 1.0% w / v or less natural medium component (a) relative to the whole medium, 0.05% w / v to 0.27w / v% phytic acid relative to the total medium, Equal molar amount of phytic acid hydrolyzate to 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid and 0.05 w / v% to 0.27 w / A phytic acid component (b) selected from the group consisting of equimolar amounts of a phytic acid salt to v% or less of phytic acid, and 0.01 w / v% or more and 0.45 w / v% or less of the whole medium At least one selected from the group consisting of component (c) selected from the group consisting of pentose of 0.01 w / v% or more and 0.45 w / v% or less of pentose and equimolar amounts of gluconic acid with respect to the whole medium. , 2-deoxy-shiro-inosose It is obtained by a method for producing 2-deoxy-siro-inosose, which comprises culturing production Escherichia coli to produce 2-deoxy-siro-inosose and recovering the produced 2-deoxy-siro-inosose from the medium. .
For each DOI production process, the description of each process described in the above-described DOI production method is cited.
以下、本発明を実施例にて詳細に説明する。しかしながら、本発明はそれらに何ら限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「%」はw/v%を意味する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to them. Unless otherwise specified, “%” means w / v%.
(製造例)
国際公開第2010/053052号パンフレットに記載の方法と同様にDOI生産大腸菌株、BΔpgiΔzwf/pGAP−btrC−cscA−glf株を作製した。(Production example)
A DOI-producing E. coli strain, BΔpgiΔzwf / pGAP-btrC-cscA-glf strain was prepared in the same manner as described in the pamphlet of International Publication No. 2010/053052.
[製造例1]
<エシェリヒア・コリpgi遺伝子の近傍領域のクローニング>
エシェリヒア・コリB株のゲノムDNAの全塩基配列は公知であり(GenBank accession number CP000819)、エシェリヒア・コリのホスホグルコースイソメラーゼをコードする遺伝子(以下pgiと呼ぶことがある)の塩基配列も報告されている。pgi(1,650bp)の塩基配列近傍領域をクローニングするため、CAGGAATTCG CTATATCTGG CTCTGCACG(配列番号1)、CAGTCTAGAG CAATACTCTT CTGATTTTGA G(配列番号2)、CAGTCTAGAT CATCGTCGAT ATGTAGGCC(配列番号3)及びGACCTGCAGA TCATCCGTCA GCTGTACGC(配列番号4)の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドプライマーを4種合成した。配列番号1のプライマーは5’末端側にEcoRI認識部位を、配列番号2及び3のプライマーは5’末端側にXbaI認識部位を、配列番号4のプライマーは5’末端側にPstI認識部位をそれぞれ有している。[Production Example 1]
<Cloning of the vicinity of Escherichia coli pgi gene>
The entire base sequence of the genomic DNA of Escherichia coli B strain is known (GenBank accession number CP000819), and the base sequence of a gene encoding phosphoglucose isomerase of Escherichia coli (hereinafter sometimes referred to as pgi) has also been reported. Yes. In order to clone the region near the base sequence of pgi (1,650 bp), CAGGAATTCG CTATATCTGGG CTCTGCACG (SEQ ID NO: 1), CAGTCTAGAG CAATACTCTT CTGATTGCGA (SEQ ID NO: 2), CAGTCTAGCATCGTGTC Four types of oligonucleotide primers having the base sequence of 4) were synthesized. The primer of SEQ ID NO: 1 has an EcoRI recognition site on the 5 ′ end side, the primers of SEQ ID NOS: 2 and 3 have an XbaI recognition site on the 5 ′ end side, and the primer of SEQ ID NO: 4 has a PstI recognition site on the 5 ′ end side. Have.
エシェリヒア・コリB株のゲノムDNAを、Current Protocols in Molecular Biology(JohnWiley & Sons)記載の方法により調製した。得られたゲノムDNAを鋳型として、配列番号1の塩基配列を有するプライマーと配列番号2の塩基配列を有するプライマーとの組み合わせ、及び配列番号3の塩基配列を有するプライマーと配列番号4の塩基配列を有するプライマーとの組み合わせで、通常の条件でPCRを行うことにより、それぞれ約1.0kb(以下pgi−L断片及びpgi−R断片と呼ぶことがある)のDNA断片を増幅した。これらのDNA断片をアガロース電気泳動にて分離、回収した。pgi−L断片をEcoRI及びXbaIで、pgi−R断片をXbaI及びPstIでそれぞれ消化した。この消化断片2種と、温度感受性プラスミドpTH18cs1(GenBank accession number AB019610)のEcoRI及びPstI消化物とを混合し、T4DNAリガーゼで反応した後、エシェリヒア・コリDH5αコンピテントセル(タカラバイオ社製)に形質転換して、pgiの5’上流近傍断片と3’下流近傍断片の2つの断片を含むプラスミドを得た。得られたプラスミドをpTHΔpgiと命名した。 Genomic DNA of Escherichia coli B strain was prepared by the method described in Current Protocols in Molecular Biology (JohnWiley & Sons). Using the obtained genomic DNA as a template, a combination of a primer having the base sequence of SEQ ID NO: 1 and a primer having the base sequence of SEQ ID NO: 2, and a primer having the base sequence of SEQ ID NO: 3 and the base sequence of SEQ ID NO: 4 A DNA fragment of about 1.0 kb (hereinafter sometimes referred to as a pgi-L fragment and a pgi-R fragment) was amplified by performing PCR under normal conditions in combination with the primers. These DNA fragments were separated and collected by agarose electrophoresis. The pgi-L fragment was digested with EcoRI and XbaI and the pgi-R fragment was digested with XbaI and PstI, respectively. The two digested fragments were mixed with EcoRI and PstI digests of the temperature sensitive plasmid pTH18cs1 (GenBank accession number AB019610), reacted with T4 DNA ligase, and transformed into Escherichia coli DH5α competent cell (manufactured by Takara Bio Inc.). After conversion, a plasmid containing two fragments, the 5 ′ upstream vicinity fragment and the 3 ′ downstream vicinity fragment of pgi, was obtained. The resulting plasmid was named pTHΔpgi.
[製造例2]
<エシェリヒア・コリBΔpgi株の作製>
製造例1で得たプラスミドpTHΔpgiをエシェリヒア・コリB株に形質転換し、細胞が温度感受性プラスミドを保持できる30℃でクロラムフェニコール10μg/mlを含むLB寒天プレート上で一晩培養し、形質転換体を得た。得られた形質転換体をLB培地30℃で3時間から一晩培養した。その後、LB液体培地又は生理食塩水で希釈して、クロラムフェニコール10μg/mlを含むLB寒天プレート上に塗布した。このLB寒天プレートを、温度感受性プラスミドを保持できない42℃で培養し、生育した形質転換体を染色体外−染色体間相同組換えによりプラスミド全長がエシェリヒア・コリ染色体に組み込まれた株として得た。[Production Example 2]
<Preparation of Escherichia coli BΔpgi strain>
The plasmid pTHΔpgi obtained in Production Example 1 was transformed into Escherichia coli B strain, and cultured overnight on an LB agar plate containing 10 μg / ml chloramphenicol at 30 ° C. where the cells can hold a temperature-sensitive plasmid. A conversion was obtained. The obtained transformant was cultured in LB medium at 30 ° C. for 3 hours to overnight. Then, it diluted with the LB liquid culture medium or the physiological saline, and apply | coated on the LB agar plate containing chloramphenicol 10microgram / ml. This LB agar plate was cultured at 42 ° C. where a temperature-sensitive plasmid could not be maintained, and the grown transformant was obtained as a strain in which the entire length of the plasmid was integrated into the Escherichia coli chromosome by extrachromosomal-chromosomal homologous recombination.
この株からゲノムDNAを取得し、これを鋳型としたPCRを実施して、pTH18cs1が有するクロラムフェニコール耐性遺伝子が染色体上に存在すること、並びにpgiの5’上流近傍領域、及び3’下流近傍領域のそれぞれと相同な領域が染色体上に存在することをもって、プラスミド全長がエシェリヒア・コリ染色体に組み込まれた株であることを確認した。
プラスミド全長がエシェリヒア・コリ染色体に組み込まれた株を、クロラムフェニコールを含まないLB液体培地20mlを入れた100ml容のバッフル付きフラスコに植え、これを30℃で4時間振とう培養した。この培養液を、クロラムフェニコールを含まないLB液体培地で希釈し、クロラムフェニコールを含まないLB寒天培地上に塗布した。これを42℃で培養して生育したコロニーを無作為に96個選抜し、それぞれを、クロラムフェニコールを含まないLB寒天培地上、又はクロラムフェニコールを含むLB寒天培地上に生育させ、クロラムフェニコール感受性の株を選抜した。
さらに、選抜された株からゲノムDNAを取得し、これを鋳型としたPCRを実施してpgiが欠損した株を選抜し、これをBΔpgi株と命名した。 Genomic DNA was obtained from this strain, PCR was performed using this as a template, and the presence of the chloramphenicol resistance gene of pTH18cs1 on the chromosome, as well as the 5 ′ upstream vicinity region of pgi, and 3 ′ downstream The presence of a region homologous to each of the neighboring regions on the chromosome confirmed that the entire plasmid was a strain integrated into the Escherichia coli chromosome.
A strain in which the entire length of the plasmid was incorporated into the Escherichia coli chromosome was planted in a 100 ml baffled flask containing 20 ml of LB liquid medium not containing chloramphenicol, and this was cultured with shaking at 30 ° C. for 4 hours. This culture solution was diluted with an LB liquid medium not containing chloramphenicol and spread on an LB agar medium not containing chloramphenicol. 96 colonies grown at 42 ° C. were randomly selected and grown on LB agar medium containing no chloramphenicol or LB agar medium containing chloramphenicol, Chloramphenicol sensitive strains were selected.
Furthermore, genomic DNA was obtained from the selected strain, PCR was performed using this as a template, a strain lacking pgi was selected, and this was designated as a BΔpgi strain.
[製造例3]
<エシェリヒア・コリzwf遺伝子の近傍領域のクローニング>
エシェリヒア・コリのグルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子(以下zwfと呼ぶことがある)の塩基配列も報告されている。zwf(1,476bp)の塩基配列近傍領域をクローニングするため、CAGGAATTCA TGCGTTGCAG CACGATATC(配列番号5)、CAGTCTAGAT AACCCGGTAC TTAAGCCAG(配列番号6)、CAGTCTAGAC TGCGCTTATC CTTTATGGT(配列番号7)及びGACCTGCAGT TACCGGTCAT GCGTGTAAC(配列番号8)の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドプライマーを4種合成した。配列番号5のプライマーは5’末端側にEcoRI認識部位を、配列番号6及び7のプライマーは5’末端側にXbaI認識部位を、配列番号8のプライマーは5’末端側にPstI認識部位をそれぞれ有している。[Production Example 3]
<Cloning of the vicinity region of the Escherichia coli zwf gene>
The base sequence of a gene encoding glucose-6-phosphate dehydrogenase of Escherichia coli (hereinafter sometimes referred to as zwf) has also been reported. In order to clone the region near the base sequence of zwf (1,476 bp), CAGGAATTCA TGCGTTGCAG CACGATATC (SEQ ID NO: 5), CAGTCTAGAT AACCCCGGTAC TTAAGCCAG (SEQ ID NO: 6), CAGTCTAGGCTGTACTGTCTGTCTGTCTGTCTGTCTGTCTGTCTG Four kinds of oligonucleotide primers having the base sequence of) were synthesized. The primer of SEQ ID NO: 5 has an EcoRI recognition site on the 5 ′ end side, the primers of SEQ ID NOS: 6 and 7 have an XbaI recognition site on the 5 ′ end side, and the primer of SEQ ID NO: 8 has a PstI recognition site on the 5 ′ end side. Have.
エシェリヒア・コリB株のゲノムDNAを鋳型として、配列番号5の塩基配列を有するプライマーと配列番号6の塩基配列を有するプライマーとの組み合わせ、及び配列番号7の塩基配列を有するプライマーと配列番号8の塩基配列を有するプライマーとの組み合わせで、通常の条件でPCRを行うことにより、それぞれ約0.85kb(以下zwf−L断片と呼ぶことがある)のDNA断片及び約1.0kb(以下zwf−R断片と呼ぶことがある)のDNA断片を増幅した。これらのDNA断片をアガロース電気泳動にて分離、回収した。zwf−L断片をEcoRI及びXbaIで、zwf−R断片をXbaI及びPstIでそれぞれ消化した。この消化断片2種と、温度感受性プラスミドpTH18cs1のEcoRI及びPstI消化物とを混合し、T4DNAリガーゼで反応した後、エシェリヒア・コリDH5αコンピテントセル(タカラバイオ社製)に形質転換して、zwfの5’上流近傍断片と3’下流近傍断片の2つの断片を含むプラスミドを得た。得られたプラスミドをpTHΔzwfと命名した。 A combination of a primer having the base sequence of SEQ ID NO: 5 and a primer having the base sequence of SEQ ID NO: 6, and a primer having the base sequence of SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8 using the genomic DNA of Escherichia coli B strain as a template By performing PCR under normal conditions in combination with a primer having a base sequence, a DNA fragment of about 0.85 kb (hereinafter sometimes referred to as zwf-L fragment) and about 1.0 kb (hereinafter referred to as zwf-R) are obtained. The DNA fragment (sometimes referred to as a fragment) was amplified. These DNA fragments were separated and collected by agarose electrophoresis. The zwf-L fragment was digested with EcoRI and XbaI and the zwf-R fragment was digested with XbaI and PstI, respectively. The two digested fragments were mixed with EcoRI and PstI digests of the temperature sensitive plasmid pTH18cs1, reacted with T4 DNA ligase, transformed into Escherichia coli DH5α competent cell (manufactured by Takara Bio Inc.), and zwf A plasmid containing two fragments, a 5 ′ upstream vicinity fragment and a 3 ′ downstream vicinity fragment, was obtained. The resulting plasmid was named pTHΔzwf.
[製造例4]
<エシェリヒア・コリBΔpgiΔzwf株の作製>
製造例3で得たプラスミドpTHΔzwfを、製造例2で得たエシェリヒア・コリBΔpgi株に形質転換し、細胞が温度感受性プラスミドを保持できる30℃で、クロラムフェニコール10μg/mlを含むLB寒天プレート上で一晩培養し、形質転換体を得た。得られた形質転換体をLB培地30℃で3時間から一晩培養後、LB液体培地又は生理食塩水で希釈して、クロラムフェニコール10μg/mlを含むLB寒天プレート上に塗布した。このLB寒天プレートを、温度感受性プラスミドを保持できない42℃で培養し、生育した形質転換体を染色体外−染色体間相同組換えによりプラスミド全長がエシェリヒア・コリ染色体に組み込まれた株として得た。[Production Example 4]
<Preparation of Escherichia coli BΔpgiΔzwf strain>
The plasmid pTHΔzwf obtained in Production Example 3 is transformed into the Escherichia coli BΔpgi strain obtained in Production Example 2, and an LB agar plate containing 10 μg / ml of chloramphenicol at 30 ° C. where the cells can hold a temperature-sensitive plasmid. The above was cultured overnight to obtain a transformant. The obtained transformant was cultured at 30 ° C. from LB medium for 3 hours to overnight, diluted with LB liquid medium or physiological saline, and coated on an LB agar plate containing 10 μg / ml of chloramphenicol. This LB agar plate was cultured at 42 ° C. where a temperature-sensitive plasmid could not be maintained, and the grown transformant was obtained as a strain in which the entire length of the plasmid was integrated into the Escherichia coli chromosome by extrachromosomal-chromosomal homologous recombination.
この株からゲノムDNAを取得し、これを鋳型としたPCRを実施して、pTH18cs1が有するクロラムフェニコール耐性遺伝子が染色体上に存在すること、並びにzwfの5’上流近傍領域、及び3’下流近傍領域のそれぞれと相同な領域がゲノム上に存在することをもって、プラスミド全長がエシェリヒア・コリ染色体に組み込まれた株であることを確認した。
プラスミド全長がエシェリヒア・コリ染色体に組み込まれた株を、クロラムフェニコールを含まないLB液体培地20mlを入れた100ml容のバッフル付きフラスコに植え、これを30℃で4時間振とう培養した。この培養液を、クロラムフェニコールを含まないLB液体培地で希釈し、クロラムフェニコールを含まないLB寒天培地上に塗布した。これを42℃で培養して生育したコロニーを無作為に96個選抜し、それぞれを、クロラムフェニコールを含まないLB寒天培地上、又はクロラムフェニコールを含むLB寒天培地上に生育させ、クロラムフェニコール感受性の株を選抜した。
さらに選抜された株からゲノムDNAを取得し、これを鋳型としたPCRを実施してzwfが欠損した株を選抜し、これをBΔpgiΔzwf株と命名した。Genomic DNA was obtained from this strain, PCR was performed using this as a template, and the chloramphenicol resistance gene of pTH18cs1 was present on the chromosome, and the region near the 5 ′ upstream of zwf and 3 ′ downstream The presence of a region homologous to each of the neighboring regions on the genome confirmed that the entire plasmid length was integrated into the Escherichia coli chromosome.
A strain in which the entire length of the plasmid was incorporated into the Escherichia coli chromosome was planted in a 100 ml baffled flask containing 20 ml of LB liquid medium not containing chloramphenicol, and this was cultured with shaking at 30 ° C. for 4 hours. This culture solution was diluted with an LB liquid medium not containing chloramphenicol and spread on an LB agar medium not containing chloramphenicol. 96 colonies grown at 42 ° C. were randomly selected and grown on LB agar medium containing no chloramphenicol or LB agar medium containing chloramphenicol, Chloramphenicol sensitive strains were selected.
Further, genomic DNA was obtained from the selected strain, PCR was performed using this as a template, a strain lacking zwf was selected, and this was designated as BΔpgiΔzwf strain.
[製造例5]
<GAPDHプロモーター制御下、DOI合成酵素遺伝子(btrC)発現ベクターの構築>
エシェリヒア・コリのGAPDH遺伝子の塩基配列はすでに報告されている。グリセルアルデヒド3−リン酸デヒドロゲナーゼ(GAPDH)プロモーターを取得するため、CGAGCTACAT ATGCAATGAT TGACACGATT CCG(配列番号9)、及びCCAAGCTTCT CGAGGTCGAC GGATCCGAGC TCAGCTATTT GTTAGTGAAT AAAAGG(配列番号10)の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドプライマーをそれぞれ合成した。配列番号9のプライマーはその5’末端側にNdeI認識部位を、配列番号10のプライマーはその5’末端側から順にHindIII、XhoI、SalI、BamHI、SacI認識部位をそれぞれ有している。
上記2種のプライマーとともに、エシェリヒア・コリB株のゲノムDNAを鋳型に用い、通常条件でPCR法を行い、DNAフラグメントを増幅した。得られたDNAフラグメントを制限酵素NdeIとHindIIIで消化することで約100bpのGAPDHプロモーターをコードするフラグメントを得た。次に上記のDNAフラグメントと、NdeI、HindIIIで消化した大腸菌用クローニングベクターpBR322(GenBank accession number J01749)を混合し、リガーゼを用いて結合した後、エシェリヒア・コリDH5αコンピテントセル(タカラバイオ社製)に形質転換し、アンピシリン50μg/mLを含むLB寒天プレートに生育する形質転換体を得た。得られたコロニーを、アンピシリン50μg/mLを含むLB液体培地で30℃一晩培養し、得られた菌体からプラスミドを回収した。このプラスミドをpGAPと命名した。[Production Example 5]
<Construction of DOI synthase gene (btrC) expression vector under GAPDH promoter control>
The base sequence of the GAPDH gene of Escherichia coli has already been reported. To obtain the glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) promoter, CGAGCTACAT ATGCAATGAT TGACACGATT CCG (SEQ ID NO: 9) and CCAAGCTTTCT CGAGGTCGAC GGATCCGAGC TCAGCTATTTT GTTAGGAGA Primer nucleotide sequence AAAAGG did. The primer of SEQ ID NO: 9 has an NdeI recognition site on the 5 ′ end side, and the primer of SEQ ID NO: 10 has a HindIII, XhoI, SalI, BamHI, and SacI recognition site in this order from the 5 ′ end side.
Using the genomic DNA of the Escherichia coli B strain as a template together with the above two types of primers, PCR was performed under normal conditions to amplify the DNA fragment. The obtained DNA fragment was digested with restriction enzymes NdeI and HindIII to obtain a fragment encoding the GAPDH promoter of about 100 bp. Next, the above DNA fragment was mixed with the Escherichia coli DH5α competent cell (manufactured by Takara Bio Inc.) after mixing with the above-mentioned DNA fragment and the cloning vector pBR322 (GenBank accession number J01749) digested with NdeI and HindIII and using ligase. To obtain transformants that grow on LB agar plates containing 50 μg / mL of ampicillin. The obtained colony was cultured overnight at 30 ° C. in an LB liquid medium containing 50 μg / mL of ampicillin, and the plasmid was recovered from the obtained cells. This plasmid was named pGAP.
Bacillus circulansが有するDOI合成酵素遺伝子(btrC)の塩基配列はすでに報告されている(GenBank accession number AB097196)。btrC遺伝子を取得するために、CACTGGAGCT CGCTGGTGGA ATATATGACG ACTAAACAAA TTTG(配列番号11)、及びCAGGATCCTT ACAGCCCTTC CCGGATC(配列番号12)の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドプライマーをそれぞれ合成した。配列番号11のプライマーはその5’末端側から順にSacI認識部位と13塩基のGAPDH遺伝子のリボソーム結合配列を有している。配列番号12のプライマーはその5’末端側にBamHI認識部位を有している。
上記2種のプライマーとともに、Bacillus circulansのゲノムDNAを鋳型として通常条件でPCR法を行い、得られたDNAフラグメントを制限酵素SacI及びBamHIで消化することで約1.1kbpのDOI合成酵素遺伝子(btrC)フラグメントを得た。このDNAフラグメントとプラスミドpGAPを制限酵素SacI及びBamHIで消化することで得られるフラグメントを混合し、リガーゼを用いて結合した後、エシェリヒア・コリDH5αコンピテントセル(タカラバイオ社製)に形質転換し、アンピシリン50μg/mLを含むLB寒天プレートに生育する形質転換体を得た。得られたコロニーを、アンピシリン50μg/mLを含むLB液体培地で30℃一晩培養し、得られた菌体からプラスミドpGAP−btrCを回収して、DOI合成酵素遺伝子(btrC)発現ベクターを構築した。The base sequence of the DOI synthase gene (btrC) possessed by Bacillus circulans has already been reported (GenBank accession number AB097196). In order to obtain the btrC gene, oligonucleotide primers having the base sequences of CACTGGAGCT CCGTGGGTGGA ATATAGACG ACTAAAACAA TTTG (SEQ ID NO: 11) and CAGGATCCTT ACAGCCCTTC (SEQ ID NO: 12) were respectively synthesized. The primer of SEQ ID NO: 11 has a SacI recognition site and a 13-base GAPDH gene ribosome binding sequence in this order from the 5 ′ end. The primer of SEQ ID NO: 12 has a BamHI recognition site on the 5 ′ end side.
A PCR method was performed under normal conditions using the Bacillus circulans genomic DNA as a template together with the above two types of primers, and the obtained DNA fragment was digested with restriction enzymes SacI and BamHI to obtain an about 1.1 kbp DOI synthase gene (btrC). ) Fragment was obtained. This DNA fragment was mixed with a fragment obtained by digesting plasmid pGAP with restriction enzymes SacI and BamHI, ligated with ligase, and then transformed into Escherichia coli DH5α competent cell (manufactured by Takara Bio Inc.). A transformant that grew on an LB agar plate containing 50 μg / mL of ampicillin was obtained. The obtained colony was cultured overnight at 30 ° C. in an LB liquid medium containing 50 μg / mL of ampicillin, and the plasmid pGAP-btrC was recovered from the obtained bacterial cells to construct a DOI synthase gene (btrC) expression vector. .
[製造例6]
<GAPDHプロモーター制御下でのDOI合成酵素遺伝子(btrC)及びスクロース加水分解酵素遺伝子(cscA)発現ベクターの構築>
エシェリヒア・コリO−157株が有するスクロース加水分解酵素遺伝子(cscA)の塩基配列はすでに報告されている。すなわち、GenBank accession number AE005174に記載のエシェリヒア・コリO−157株ゲノム配列の3274383−3275816に記載されている。cscA遺伝子を取得するために、GCGGATCCGC TGGTGGAATA TATGACGCAA TCTCGATTGC(配列番号13)、及びGACGCGTCGA CTTAACCCAG TTGCCAGAGT GC(配列番号14)の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドプライマーをそれぞれ合成した。配列番号13のプライマーはその5’末端側から順にBamHI認識部位と13塩基のGAPDH遺伝子のリボソーム結合配列を有している。配列番号14のプライマーはその5’末端側にSalI認識部位を有している。[Production Example 6]
<Construction of DOI synthase gene (btrC) and sucrose hydrolase gene (cscA) expression vectors under the control of the GAPDH promoter>
The base sequence of the sucrose hydrolase gene (cscA) possessed by Escherichia coli O-157 has already been reported. That is, it is described in the Escherichia coli O-157 strain genome sequence described in GenBank accession number AE005174, 3274383-3275816. In order to obtain the cscA gene, oligonucleotide primers having the base sequences of GCGGATCGCC TGGTGGAATA TATGACGCAA TCTCGATTGC (SEQ ID NO: 13) and GACGCGTCGA CTTAACCCAG TTGCCAGAGT GC (SEQ ID NO: 14) were synthesized. The primer of SEQ ID NO: 13 has a BamHI recognition site and a 13-base GAPDH gene ribosome binding sequence in this order from the 5 ′ end. The primer of SEQ ID NO: 14 has a SalI recognition site on the 5 ′ end side.
上記2種のプライマーとともに、エシェリヒア・コリO−157株のゲノムDNA(SIGMA−ALDRICH:IRMM449)を鋳型として通常条件でPCR法を行い、得られたDNAフラグメントを制限酵素BamHI及びSalIで消化することで約1.4kbpのスクロース加水分解酵素遺伝子(cscA)フラグメントを得た。このDNAフラグメントとプラスミドpGAP−btrCを制限酵素BamHI及びSalIで消化することで得られるフラグメントを混合し、リガーゼを用いて結合した後、エシェリヒア・コリDH5αコンピテントセル(タカラバイオ社製)に形質転換し、アンピシリン50μg/mLを含むLB寒天プレートに生育する形質転換体を得た。得られたコロニーを、アンピシリン50μg/mLを含むLB液体培地で30℃一晩培養し、得られた菌体からプラスミドpGAP−btrC−cscAを回収して、DOI合成酵素遺伝子(btrC)及びスクロース加水分解酵素遺伝子(cscA)発現ベクターを構築した。 A PCR method is performed under normal conditions using the above two primers together with the genomic DNA of Escherichia coli O-157 strain (SIGMA-ALDRICH: IRMM449) as a template, and the resulting DNA fragment is digested with restriction enzymes BamHI and SalI. The sucrose hydrolase gene (cscA) fragment of about 1.4 kbp was obtained. This DNA fragment and the fragment obtained by digesting plasmid pGAP-btrC with restriction enzymes BamHI and SalI were mixed, ligated with ligase, and transformed into Escherichia coli DH5α competent cell (manufactured by Takara Bio Inc.). Thus, a transformant that grew on an LB agar plate containing 50 μg / mL of ampicillin was obtained. The obtained colony was cultured overnight at 30 ° C. in an LB liquid medium containing 50 μg / mL of ampicillin, and the plasmid pGAP-btrC-cscA was recovered from the obtained bacterial cells to obtain DOI synthase gene (btrC) and sucrose hydrolysate. A degrading enzyme gene (cscA) expression vector was constructed.
[製造例7]
<GAPDHプロモーター制御下でのDOI合成酵素遺伝子(btrC)、スクロース加水分解酵素遺伝子(cscA)及びグルコース輸送促進タンパク質遺伝子(glf)発現ベクターの構築>
Zymomonas mobilisが有するグルコース輸送促進タンパク質遺伝子(glf)の塩基配列はすでに報告されている(GenBank accession number M60615)。glf遺伝子を取得するために、CCTGTCGACG CTGGTGGAAT ATATGAGTTC TGAAAGTAGT CAGG(配列番号15)、及びCTACTCGAGC TACTTCTGGG AGCGCCACA(配列番号16)の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドプライマーをそれぞれ合成した。配列番号15のプライマーはその5’末端側から順にSalI認識部位と13塩基のGAPDH遺伝子のリボソーム結合配列を有している。配列番号16のプライマーはその5’末端側にXhoI認識部位を有している。[Production Example 7]
<Construction of DOI synthase gene (btrC), sucrose hydrolase gene (cscA) and glucose transport promoting protein gene (glf) expression vectors under the control of GAPDH promoter>
The nucleotide sequence of the glucose transport promoting protein gene (glf) possessed by Zymomonas mobilis has already been reported (GenBank accession number M60615). In order to obtain the glf gene, oligonucleotide primers having the base sequences of CCTGTCGACG CTGGTGGAAT ATATGAGTTC TGAAAGTAGT CAGG (SEQ ID NO: 15) and CTACTCGAGC TACTTCTGGG (AGCGCCCACA (SEQ ID NO: 16)) were synthesized. The primer of SEQ ID NO: 15 has a SalI recognition site and a 13-base GAPDH gene ribosome binding sequence in this order from the 5 ′ end. The primer of SEQ ID NO: 16 has an XhoI recognition site on the 5 ′ end side.
上記2種のプライマーとともに、Zymomonas mobilisのゲノムDNAを鋳型として通常条件でPCR法を行い、得られたDNAフラグメントを制限酵素SalI及びXhoIで消化することで約1.4kbpのグルコース輸送促進タンパク質遺伝子(glf)フラグメントを得た。このDNAフラグメントとプラスミドpGAP−btrC−cscAを制限酵素SalI及びXhoIで消化することで得られるフラグメントを混合し、リガーゼを用いて結合した後、エシェリヒア・コリDH5αコンピテントセル(タカラバイオ社製)に形質転換し、アンピシリン50μg/mLを含むLB寒天プレートに生育する形質転換体を得た。得られたコロニーを、アンピシリン50μg/mLを含むLB液体培地で30℃一晩培養し、得られた菌体からプラスミドpGAP−btrC−cscA−glfを回収して、DOI合成酵素遺伝子(btrC)、スクロース加水分解酵素遺伝子(cscA)及びグルコース輸送促進タンパク質遺伝子(glf)発現ベクターを構築した。 A PCR method was performed under normal conditions using Zymomonas mobilis genomic DNA as a template together with the above two primers, and the obtained DNA fragment was digested with restriction enzymes SalI and XhoI to give a glucose transport-promoting protein gene of about 1.4 kbp ( glf) fragment was obtained. This DNA fragment was mixed with a fragment obtained by digesting plasmid pGAP-btrC-cscA with restriction enzymes SalI and XhoI, ligated with ligase, and then transferred to Escherichia coli DH5α competent cell (manufactured by Takara Bio Inc.). The transformant was obtained by transforming and growing on an LB agar plate containing 50 μg / mL of ampicillin. The obtained colony was cultured overnight at 30 ° C. in an LB liquid medium containing 50 μg / mL of ampicillin, and the plasmid pGAP-btrC-cscA-glf was recovered from the obtained bacterial cells to obtain a DOI synthase gene (btrC), Sucrose hydrolase gene (cscA) and glucose transport promoting protein gene (glf) expression vectors were constructed.
[製造例8]
<pGAP−btrC−cscA−glfのBΔpgiΔzwf株への導入>
上記のプラスミドpGAP−btrC−cscA−glfをBΔpgiΔzwf株に形質転換し、アンピシリン50μg/mLを含むLB寒天プレートで37℃一晩培養することによりBΔpgiΔzwf/pGAP−btrC−cscA−glf株を得た。[Production Example 8]
<Introduction of pGAP-btrC-cscA-glf into BΔpgiΔzwf strain>
The plasmid pGAP-btrC-cscA-glf was transformed into the BΔpgiΔzwf strain and cultured overnight on an LB agar plate containing 50 μg / mL of ampicillin at 37 ° C. to obtain a BΔpgiΔzwf / pGAP-btrC-cscA-glf strain.
[比較例1]初発培地のCSL濃度が1%で流加培地のCSL濃度が0%の条件でDOI生産
前培養として500mL容バッフル付三角フラスコにいれたLB Broth, Miller培養液(Difco244620)100mLにBΔpgiΔzwf/pGAP−btrC−cscA−glf株を植菌し、28℃、120rpmで16時間撹拌培養を行った。
表1の組成よりなる初発培地(CSL低減培地)350gの入った1L容の培養槽(ABLE社製培養装置BMJ−01)を滅菌し、そこに前培養液20mLを移し、培養(本培養)を開始した。培養開始と共に、表2の組成よりなる流加培地を0.1g/minの速度で流加した。流加培地は、グルコース溶液、フルクトース溶液、リン酸二水素カリウムと硫酸アンモニウムと塩化ナトリウムとを含有する溶液、硫酸マグネシウム溶液、塩化カルシウム溶液、及び塩酸チアミン溶液をそれぞれ別々に滅菌した後、表2の組成になるように混合して作製した。培養は大気圧下、通気量0.5L/min、撹拌速度800rpm、培養温度28℃、pH5.0(12.5v/v%アンモニア溶液で調整)で48時間行った。
培養終了後、得られた培養液中のDOI蓄積量をHPLCで定法に従って測定した(カラム:ULTRON PS−80H(信和化工)、溶離液:過塩素酸水溶液(pH=2.1)、流速1.0mL/min)。48時間目のDOI蓄積濃度は46g/Lだった。[Comparative Example 1] DOI production under the conditions that the CSL concentration of the initial culture medium is 1% and the CSL concentration of the fed-batch medium is 0%. LB Broth, Miller culture solution (Difco 244620) in a 500 mL baffled Erlenmeyer flask as a pre-culture The BΔpgiΔzwf / pGAP-btrC-cscA-glf strain was inoculated and stirred and cultured at 28 ° C. and 120 rpm for 16 hours.
A 1-L culture tank (culture device BMJ-01 manufactured by ABLE) containing 350 g of the initial medium (CSL-reducing medium) having the composition shown in Table 1 is sterilized, and 20 mL of the preculture solution is transferred to the culture medium (main culture). Started. With the start of culture, a fed-batch medium having the composition shown in Table 2 was fed at a rate of 0.1 g / min. The fed-batch medium was prepared by separately sterilizing a glucose solution, a fructose solution, a solution containing potassium dihydrogen phosphate, ammonium sulfate, and sodium chloride, a magnesium sulfate solution, a calcium chloride solution, and a thiamine hydrochloride solution, respectively. It was prepared by mixing so as to have a composition. Cultivation was performed at atmospheric pressure for 48 hours at an aeration rate of 0.5 L / min, a stirring speed of 800 rpm, a culture temperature of 28 ° C., and a pH of 5.0 (adjusted with a 12.5 v / v% ammonia solution).
After completion of the culture, the amount of DOI accumulated in the obtained culture broth was measured by HPLC according to a standard method (column: ULTRON PS-80H (Shinwa Kako), eluent: perchloric acid aqueous solution (pH = 2.1), flow rate 1 0.0 mL / min). The DOI accumulation concentration at 48 hours was 46 g / L.
[実施例1]フィチン酸を初発培地に添加してDOI生産
表1の組成の初発培地に0.14w/v%(2.11mmol/L)となるようにフィチン酸を添加した以外は比較例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は66g/Lだった。[Example 1] DOI production by adding phytic acid to the initial medium Comparative Example except that phytic acid was added to the initial medium having the composition shown in Table 1 so that the concentration was 0.14 w / v% (2.11 mmol / L). The culture and the DOI accumulation amount were measured in the same manner as in 1. The accumulated DOI concentration at 48 hours was 66 g / L.
[実施例2]D−キシロースを流加培地に添加してDOI生産
表2の組成の流加培地に0.05w/v%となるようにD−キシロース添加した以外は比較例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は58g/Lだった。[Example 2] D-xylose added to fed-batch medium to produce DOI As in Comparative Example 1, except that D-xylose was added to the fed-batch medium having the composition shown in Table 2 at 0.05 w / v%. Culture and DOI accumulation were measured. The DOI accumulation concentration at 48 hours was 58 g / L.
[実施例3]フィチン酸を初発培地に、D−キシロースを流加培地に添加してDOI生産
表1の組成の初発培地に0.14w/v%となるようにフィチン酸を添加し、表2の組成の流加培地に0.05w/v%となるようにD−キシロース添加した以外は比較例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は72g/Lだった。[Example 3] Production of DOI by adding phytic acid to the initial culture medium and D-xylose to the fed-batch medium. Addition of phytic acid to the initial culture medium having the composition shown in Table 1 to 0.14 w / v%, The culture and the DOI accumulation amount were measured in the same manner as in Comparative Example 1 except that D-xylose was added to the fed-batch medium having the composition of 2 so that the concentration was 0.05 w / v%. The accumulated DOI concentration at 48 hours was 72 g / L.
[参考例1]初発培地と流加培地のCSL濃度が3w/v%の条件でDOI生産
表3の組成の初発培地と表4の組成の流加培地を使用し、培養をpH5.4で行った以外は比較例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は68g/Lだった。[Reference Example 1] Production of DOI under conditions where the CSL concentration of the initial medium and fed-batch medium is 3 w / v% The initial medium having the composition shown in Table 3 and the fed-batch medium having the composition shown in Table 4 were used, and the culture was carried out at pH 5.4. The culture and the amount of DOI accumulation were measured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the measurement was performed. The accumulated DOI concentration at 48 hours was 68 g / L.
比較例1、実施例1〜3及び参考例1の結果を表5に示す。
CSL濃度1w/v%の初発培地及びCSLを使用しない流加培地でDOI生産大腸菌を流加培養した場合、DOI生産性は低下したが、フィチン酸を初期培地に、又はD−キシロースを流加培地に添加することで、初期培地及び流加培地のCSL濃度を3w/v%として生産した場合と同等の生産性を得られることが確認された。The results of Comparative Example 1, Examples 1 to 3 and Reference Example 1 are shown in Table 5.
When DOI-producing Escherichia coli was fed and cultured in an initial culture medium having a CSL concentration of 1 w / v% and a fed-batch medium that does not use CSL, the DOI productivity decreased, but phytic acid was fed into the initial medium or D-xylose was fed. It was confirmed that by adding to the medium, productivity equivalent to that produced when the CSL concentration of the initial medium and the fed-batch medium was 3 w / v% was obtained.
[実施例4]フィチン酸を流加培地に添加してDOI生産
表2の組成の流加培地に0.14w/v%となるようにフィチン酸を添加した以外は比較例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は55g/Lだった。
フィチン酸は、流加培地に添加するよりも、初発培地に添加した方が大きい効果を得られることが確認された。[Example 4] Production of DOI by adding phytic acid to fed-batch medium Cultured in the same manner as Comparative Example 1 except that phytic acid was added to the fed-batch medium having the composition shown in Table 2 so that the concentration was 0.14 w / v%. And the DOI accumulation amount was measured. The DOI accumulation concentration at 48 hours was 55 g / L.
It was confirmed that phytic acid can obtain a greater effect when added to the initial culture medium than when added to the feed medium.
[実施例5]フィチン酸及びD−キシロースを初発培地に添加してDOI生産
表1の組成の初発培地に0.14w/v%となるようにフィチン酸を及び0.05w/v%となるようにD−キシロースを添加した以外は比較例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は68g/Lだった。
D−キシロースは流加培地に添加した方が大きな効果が得られることが確認された。[Example 5] Phytic acid and D-xylose are added to the initial medium to produce DOI. The initial medium having the composition shown in Table 1 has phytic acid and 0.05 w / v% so as to be 0.14 w / v%. Thus, culture | cultivation and the measurement of DOI accumulation amount were performed like the comparative example 1 except having added D-xylose. The accumulated DOI concentration at 48 hours was 68 g / L.
It was confirmed that D-xylose had a greater effect when added to the feed medium.
[実施例6]流加培地にL−アラビノースを添加してDOI生産
表2の組成の流加培地に0.05w/v%となるようにL−アラビノースを添加した以外は比較例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は、50g/Lだった。
D−キシロースと同様にL−アラビノースでも生産性を向上させる効果が確認された。この結果より、D−リボース、D−リブロース等のペントースリン酸経路で代謝されるペントースを添加しても、同様の効果が得られると考えられる。[Example 6] DOI production by adding L-arabinose to fed-batch medium The same as Comparative Example 1 except that L-arabinose was added to the fed-batch medium having the composition shown in Table 2 at 0.05 w / v%. The culture and the amount of accumulated DOI were measured. The DOI accumulation concentration at 48 hours was 50 g / L.
Similar to D-xylose, L-arabinose was confirmed to improve the productivity. From this result, it is considered that the same effect can be obtained even when pentose metabolized through the pentose phosphate pathway such as D-ribose and D-ribulose is added.
[実施例7]初発培地にフィチン酸を添加し、流加培地にD−キシロースを添加してDOI生産
表2の組成の流加培地に0.025w/v%となるようにD−キシロースを添加した以外は実施例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は66g/Lだった。
より高い生産性を得るには流加培地のD−キシロース濃度は0.025w/v%より高い濃度が好ましいことが確認された。[Example 7] Phytic acid was added to the initial culture medium, D-xylose was added to the feed medium, and DOI production. D-xylose was added to the feed medium having the composition shown in Table 2 to 0.025 w / v%. Except for the addition, the culture and the DOI accumulation amount were measured in the same manner as in Example 1. The accumulated DOI concentration at 48 hours was 66 g / L.
In order to obtain higher productivity, it was confirmed that the D-xylose concentration of the feed medium is preferably higher than 0.025 w / v%.
[実施例8]初発培地にフィチン酸を添加し、流加培地にD−キシロースを添加してDOI生産
表1の組成の初発培地に0.09w/v%(1.35mmol/L)となるようにフィチン酸を添加した以外は実施例2と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は65g/Lだった。
より高い生産性を得るには初発培地のフィチン酸濃度は0.09w/v%より高い濃度が好ましいことが確認された。[Example 8] Phytic acid is added to the initial medium, D-xylose is added to the fed-batch medium, and DOI production is 0.09 w / v% (1.35 mmol / L) in the initial medium having the composition shown in Table 1. Thus, culture and measurement of DOI accumulation amount were performed in the same manner as in Example 2 except that phytic acid was added. The accumulated DOI concentration at 48 hours was 65 g / L.
In order to obtain higher productivity, it was confirmed that the concentration of phytic acid in the initial medium is preferably higher than 0.09 w / v%.
[実施例9]初発培地にmyo−イノシトールとリン酸塩を添加してDOI生産
表1の組成の初発培地に、0.14w/v%(2.11mmol/L)になるように添加したフィチン酸と等モル濃度になるようにmyo−イノシトール、リン酸二水素カリウム、又はmyo−イノシトールとリン酸二水素カリウムとの組み合わせを添加した以外は比較例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は、それぞれ47g/L、54g/L、68g/Lとなった。
myo−イノシトール及びリン酸二水素カリウムの両方添加した場合に、フィチン酸を添加した場合と同程度の効果を得られることが確認された。[Example 9] Myo-inositol and phosphate were added to the initial medium to produce DOI. Phytine added to the initial medium having the composition shown in Table 1 at 0.14 w / v% (2.11 mmol / L). Measurement of culture and DOI accumulation amount in the same manner as in Comparative Example 1 except that myo-inositol, potassium dihydrogen phosphate, or a combination of myo-inositol and potassium dihydrogen phosphate was added so as to have an equimolar concentration with the acid. Went. The DOI accumulation concentrations at 48 hours were 47 g / L, 54 g / L, and 68 g / L, respectively.
It was confirmed that when both myo-inositol and potassium dihydrogen phosphate were added, the same effects as when phytic acid was added were obtained.
[実施例10]初発培地にフィチン酸カルシウムを添加し、流加培地にD−キシロースを添加してDOI生産
表1の組成の初発培地に、0.14w/v%フィチン酸と等モル濃度になるようにフィチン酸カルシウムを添加した以外は実施例2と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDO蓄積濃度は70g/Lとなった。
フィチン酸カルシウムでもフィチン酸と同等の効果が得られることが確認された。[Example 10] Calcium phytate was added to the initial medium, D-xylose was added to the feed medium, and DOI production was added to the initial medium having the composition shown in Table 1 at an equimolar concentration with 0.14 w / v% phytic acid. Except that calcium phytate was added, culture and measurement of DOI accumulation amount were performed in the same manner as in Example 2. The DO accumulation concentration at 48 hours was 70 g / L.
It was confirmed that calcium phytate can achieve the same effect as phytic acid.
[実施例11]初発培地にフィチン酸カルシウムを添加してDOI生産
表1の組成の初発培地に、0.19w/v%(2.84mmmol/L)、又は0.48w/v%フィチン酸と等モル濃度(7.35mmol/L)になるようにフィチン酸カルシウムを添加した以外は比較例1と同様に行った。48時間目のDO蓄積濃度は、それぞれ62g/L、57g/Lだった。[Example 11] Calcium phytate was added to the initial medium to produce DOI. To the initial medium having the composition shown in Table 1, 0.19 w / v% (2.84 mmol / L), or 0.48 w / v% phytic acid and It carried out similarly to the comparative example 1 except having added calcium phytate so that it might become equimolar concentration (7.35 mmol / L). The DO accumulation concentrations at 48 hours were 62 g / L and 57 g / L, respectively.
[実施例12]流加培地にD−キシロースを添加してDOI生産
表2の組成の流加培地に、0.5w/v%、又は1.0w/v%の濃度になるようにD−キシロースを添加した以外は比較例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDO蓄積濃度は、それぞれ66g/Lと58g/Lだった。[Example 12] D-xylose was added to a fed-batch medium to produce DOI. D-- was added to the fed-batch medium having the composition shown in Table 2 so that the concentration was 0.5 w / v% or 1.0 w / v%. Culture and measurement of DOI accumulation were performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that xylose was added. The DO accumulation concentrations at 48 hours were 66 g / L and 58 g / L, respectively.
[実施例13]流加培地にグルコン酸を添加してDOI生産
表2に示す流加培地に、0.05w/v%D−キシロースと等モル濃度になるようにグルコン酸を添加した以外は比較例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は63g/Lとなった。
D−キシロースとL−アラビノースと同じように、グルコン酸を用いた場合にも生産性を向上させる効果が確認された。[Example 13] DOI production by adding gluconic acid to fed-batch medium Except for adding gluconic acid to the fed-batch medium shown in Table 2 so as to have an equimolar concentration with 0.05 w / v% D-xylose. In the same manner as in Comparative Example 1, the culture and the DOI accumulation amount were measured. The DOI accumulation concentration at 48 hours was 63 g / L.
Similar to D-xylose and L-arabinose, the effect of improving productivity was confirmed when gluconic acid was used.
[実施例14]初期培地にフィチン酸、流加培地にD−キシロースを添加して、スクロースからDOI生産
表6に示す組成の流加培地を使用し、流加培地に0.05w/v%になるようにD−キシロースを添加し、培養のpHを5.5とした以外は実施例1と同様に培養及びDOI蓄積量の測定を行った。48時間目のDOI蓄積濃度は52g/Lだった。
スクロースを原料とした場合でも、フィチン酸とD−キシロースを添加したCSL低減培地でDOIの良好な生産が可能であることが確認された。[Example 14] Phytic acid was added to the initial medium, D-xylose was added to the feed medium, and DOI was produced from sucrose. A feed medium having the composition shown in Table 6 was used, and 0.05 w / v% was used as the feed medium. In the same manner as in Example 1 except that D-xylose was added so that the pH of the culture was 5.5, and the amount of accumulated DOI was measured. The accumulated DOI concentration at 48 hours was 52 g / L.
Even when sucrose was used as a raw material, it was confirmed that DOI could be produced satisfactorily in a CSL-reducing medium supplemented with phytic acid and D-xylose.
[実施例15]DOIの粗精製
DOIを安定化させるために、実施例3で得た培養液、又は参考例1で得た培養液に硫酸を加えてpH3.0にした。菌体を除く為に、8000×gで20分間遠心分離した。脱色と粗精製のために、遠心分離上清の0.5w/w%活性炭を添加して攪拌した。活性炭を除く為に、ろ紙と0.45μmのメンブレンフィルターを使って濾過した。分光光度計における純水の400nmの波長の透過率を100%とした場合、活性炭除去後のろ液の400nmの波長の透過率は、実施例3で得た培養液のろ液では40%で、参考例1で得られた培養液のろ液では8%あった。
本発明によるDOI生産方法で得られた培養液は精製負荷が小さいことが確認された。[Example 15] Crude purification of DOI In order to stabilize DOI, sulfuric acid was added to the culture solution obtained in Example 3 or the culture solution obtained in Reference Example 1 to adjust the pH to 3.0. Centrifugation was performed at 8000 × g for 20 minutes in order to remove the cells. For decolorization and crude purification, 0.5 w / w% activated carbon of the centrifugation supernatant was added and stirred. In order to remove the activated carbon, it was filtered using a filter paper and a 0.45 μm membrane filter. When the transmittance at a wavelength of 400 nm of pure water in the spectrophotometer is 100%, the transmittance at a wavelength of 400 nm of the filtrate after removal of activated carbon is 40% in the filtrate of the culture solution obtained in Example 3. The filtrate of the culture solution obtained in Reference Example 1 was 8%.
It was confirmed that the culture solution obtained by the DOI production method according to the present invention has a small purification load.
日本国特許出願2013−146832号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書の記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的に且つ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。The entire disclosure of Japanese Patent Application No. 2013-146832 is incorporated herein by reference.
All documents, patent applications, and technical standards mentioned in this specification are the same as if each individual document, patent application, and technical standard were specifically and individually stated to be incorporated by reference. , Incorporated herein by reference.
Claims (8)
下記の成分(b)及び成分(c)からなる群より選ばれる少なくとも1種と、
を含有する培地で、2−デオキシ−シロ−イノソース生産大腸菌を培養し、2−デオキシ−シロ−イノソースを生成すること、及び
生成した2−デオキシ−シロ−イノソースを前記培地から回収すること、
を含む2−デオキシ−シロ−イノソースの生産方法:
(b)全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸、全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の加水分解物及び全培地に対して0.05w/v%以上0.27w/v%以下のフィチン酸に等モル量のフィチン酸の塩からなる群より選ばれるフィチン酸成分;
(c)全培地に対して0.01w/v%以上0.45w/v%以下のペントース;
前記天然培地成分が、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、麦芽エキス、コーンスティープリカー、トマトジュース、オートミール、果汁、野菜汁、豆乳、動物乳、スキムミルク、穀物、イモ、豆、海藻又はキノコの酵素消化物、及び廃糖蜜からなる群より選択される少なくとも1種であり、
前記フィチン酸の加水分解物が、myo−イノシトールと遊離のリン酸との混合物である。 Natural medium component (a) of 0.3 w / v% or more and 1.0 w / v% or less with respect to the whole medium;
At least one selected from the group consisting of the following component (b) and component (c);
Culturing 2-deoxy-siro-inosose-producing Escherichia coli in a medium containing, producing 2-deoxy-siro-inosose, and recovering the generated 2-deoxy-siro-inosose from the medium,
Method for producing 2-deoxy-siro-inosose containing:
(B) 0.05 w / v% to 0.27 w / v% phytic acid, 0.05% / 0.27 w / v% phytic acid, etc. to the whole medium, etc. Phytic acid component selected from the group consisting of a molar amount of phytic acid hydrolyzate and 0.05 w / v% or more and 0.27 w / v% or less of phytic acid and an equimolar amount of phytic acid salt based on the total medium. ;
(C) 0.01 to 0.45 w / v% pentose with respect to the whole medium;
Enzymatic digestion of peptone, yeast extract, meat extract, malt extract, corn steep liquor, tomato juice, oatmeal, fruit juice, vegetable juice, soy milk, animal milk, skim milk, cereal, potato, bean, seaweed or mushroom And at least one selected from the group consisting of molasses and molasses,
The hydrolyzate of phytic acid is a mixture of myo-inositol and free phosphoric acid.
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