JP6527708B2 - Novel microorganism and method for producing 2,3-dihydroxynaphthalene using the same - Google Patents

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本発明は、新規微生物、ならびに当該微生物を用いてエポキシ樹脂の原料や染料・医薬品の合成原料として有用な2,3−ジヒドロキシナフタレンを安価な3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を原料として製造する方法に関する。 The present invention is a novel microorganism, and a method for producing 2,3-dihydroxynaphthalene useful as a raw material of an epoxy resin or a synthetic raw material of a dye or medicine using the microorganism as a raw material of inexpensive 3-hydroxy-2-naphthoic acid About.

2,3−ジヒドロキシナフタレンは、エポキシ樹脂の原料、ジアゾ型複写材料、感熱記録媒体、静電荷現像用トナー、その他医薬の合成原科として有用なことが知られている。2,3−ジヒドロキシナフタレンの工業的製法としては、2−ナフトールから化学合成によって得た2,3−ジヒドロキシナフタレン−6−スルホン酸ナトリウムを希硫酸中で加熱する方法が知られているが、多段階の合成反応を必要とすることから、製造コストが高くなるという問題点がある〔非特許文献1〕。 It is known that 2,3-dihydroxy naphthalene is useful as a raw material of epoxy resin, diazo type copying material, thermosensitive recording medium, toner for electrostatic charge development, and other basic medicines. As an industrial production method of 2,3-dihydroxynaphthalene, a method of heating sodium 2,3-dihydroxynaphthalene-6-sulfonate obtained by chemical synthesis from 2-naphthol in dilute sulfuric acid is known. There is a problem that the production cost is high because the synthesis reaction in the stage is required [Non-patent document 1].

微生物を用いたジヒドロキシナフタレンの生産については、ナフタレン・ジオキシゲナーゼとナフタレン1,2−ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼを発現している大腸菌を用いてナフタレンを原料として1,2−ジヒドロキシナフタレンを生産できることが知られている〔非特許文献2〕。アントラセンを分解する微生物がアントラセンを3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸と2,3−ジヒドロキシナフタレンを経由して代謝することが知られている〔非特許文献3〕。しかしながら、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を2,3−ジヒドロキシナフタレンに転換する酵素は単離されていない。バシラス・サーモレオボランス(Bacillus thermoleovorans)がナフタレンを2,3−ジヒドロキシナフタレンを経由して代謝することが知られているが、2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成する酵素は単離されていない〔非特許文献4〕。また、これらの代謝経路に関わる酵素を利用した工業的生産に適した2,3−ジヒドロキシナフタレンの製造法については報告されていない。 Regarding the production of dihydroxynaphthalene using microorganisms, it is known that 1,2-dihydroxynaphthalene can be produced from naphthalene as a raw material using E. coli expressing naphthalene dioxygenase and naphthalene 1,2-dihydrodiol dehydrogenase [Non-patent document 2]. It is known that microorganisms which decompose anthracene metabolize anthracene via 3-hydroxy-2-naphthoic acid and 2,3-dihydroxynaphthalene [Non-patent document 3]. However, the enzyme that converts 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene has not been isolated. Although Bacillus thermophilus Leo borane scan (Bacillus thermoleovorans) is known to be metabolized via the 2,3-dihydroxynaphthalene-naphthalene, the enzymes that produce 2,3-dihydroxynaphthalene not isolated [ Non Patent Literature 4]. In addition, there is no report on a method for producing 2,3-dihydroxynaphthalene suitable for industrial production utilizing enzymes involved in these metabolic pathways.

FUNDAMENTAL PROCESSES OF DYE CHEMISTRY、HANS EDUARD FIERZ-DAVIDand Louis BLANGEY共著、INTERSCIENCE PUBLISHERS LTD., LONDON (1949)FUNDAMENTAL PROCESSES OF DYE CHEMISTRY, HANS EDUARD FIERZ-DAVID and Louis BLANGEY, INTERSCIENCE PUBLISHERS LTD., LONDON (1949) Tetrahedron Letters, Vol. 38, No. 35, p.6267-6270 (1997)Tetrahedron Letters, Vol. 38, No. 35, p. 6267-6270 (1997) Biodegradation, Vol. 3, p..351-368 (1992)Biodegradation, Vol. 3, p .. 351-368 (1992) Ap.l. Environ. Microbiol., Vol. 66, No. 2, p..518-523 (2000)Ap.l. Environ. Microbiol., Vol. 66, No. 2, p .. 518-523 (2000) J. Ind. Microbiol. Biotechnol. Vol. 23, p.284-293 (1999)J. Ind. Microbiol. Biotechnol. Vol. 23, p. 284-293 (1999) Biochemical and Biophysical Research Communications, Vol. 327, p.656-6621 (2005)Biochemical and Biophysical Research Communications, Vol. 327, p. 656-6621 (2005) J. Bacteriol., Vol. 181, No. 9, p..2675-2682 (1999)J. Bacteriol., Vol. 181, No. 9, p..2675-2682 (1999) Appl. Environ. Microbiol., Vol. 67, No. 6, p.2507-2514 (2001)Appl. Environ. Microbiol., Vol. 67, No. 6, p. 2507-2514 (2001)

本発明の課題は、安価な3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を原料として2,3−ジヒドロキシナフタレンを生産するための方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for producing 2,3-dihydroxynaphthalene from inexpensive 3-hydroxy-2-naphthoic acid as a raw material.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、アントラセン資化能を
有するグラム陰性細菌であるスフィンゴモナス・ヤノイクヤエ(Sphingomonas yanoikuyae)B1株〔非特許文献5〕がアントラセンを代謝することにより2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成することを見い出した。
As a result of conducting earnest studies to solve the above problems, the present inventors found that Sphingomonas yanoikuyae B1 (a non-patent document 5), which is a gram-negative bacterium having anthracene assimilation ability, has anthracene. It has been found that upon metabolism, 2,3-dihydroxynaphthalene is produced.

続いて、ナショナル・センター・フォア・バイオテクノロジー・インフォメーション(以下、NCBIと略記する)のジェンバンク(GenBank;以下、GBと略記する)データベースから、アクセッション番号NZ_JGVR00000000.1 として得たスフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株のゲノム配列情報を解析し、配列番号2に示すアミノ酸配列(NCBIのGBのアクセッション番号KFD28101.1)に示す芳香環水酸化ジオキシゲナーゼ・大サブユニットと相同性を有する蛋白質(以下、オキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質という)をコードする配列番号1に示すDNA、および配列番号6に示すアミノ酸配列(NCBIのGBのアクセッション番号KFD28100.1)の芳香環水酸化ジオキシゲナーゼ・小サブユニットと相同性を有する蛋白質(以下、オキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質という)をコードする配列番号5に示すDNAをクローニングした。これら2種類の蛋白質は、それぞれ芳香環水酸化ジオキシゲナーゼの大サブユニット蛋白質および小サブユニット蛋白質と相同性を有するが、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸の2位を水酸化するモノオキシゲナーゼ反応を行うことが知られていることから、芳香環水酸化ジオキシゲナーゼでなく、芳香環水酸化オキシゲナーゼと呼ぶことにする〔非特許文献6〕。 Subsequently, Sphingomonas yanoi yae obtained as accession number NZ_JGVR00000000.1 from the GenBank (GenBank; hereinafter abbreviated as GB) database of the National Center for Biotechnology Information (hereinafter, NCBI). The genome sequence information of strain B1 was analyzed, and a protein having homology with the aromatic ring hydroxyl dioxygenase large subunit shown in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (GB accession number KFD 28101.1 of NCBI) (hereinafter referred to as DNA shown in SEQ ID NO: 1 which codes for oxygenase, large subunit protein), and aromatic ring hydroxyl dioxygenase small subunit of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 (GB accession number KFD 28100.1 of NCBI) A protein having homology (hereinafter referred to as oxygena The DNA shown in SEQ ID NO: 5 encoding the small subunit protein) was cloned. These two types of proteins have homology with the large subunit protein and small subunit protein of aromatic ring hydroxyl dioxygenase, respectively, but have monooxygenase reaction of hydroxylating the 2-position of 1-hydroxy-2-naphthoic acid. Since it is known to carry out, it will be called aromatic ring hydroxylase, not aromatic ring hydroxyl dioxygenase [Non-patent document 6].

続いて、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli;以下、適宜「大腸菌」と呼ぶ)K12株を宿主として、組換えDNA技術を用いてこれら2種類の蛋白質を発現する菌株を構築した。該菌株を培養し、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を加えたところ、該菌株菌が2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成することがわかった。さらに、2,3−ジヒドロキシナフタレンの生成量を増大させるために、スフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株の配列番号10に示すアミノ酸配列(NCBIのGBのアクセッション番号KFD28099.1)に示すフェレドキシン蛋白質をコードする配列番号9に示すDNA、および配列番号14に示すアミノ酸配列(NCBIのGBのアクセッション番号KFD28072.1)のフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質をコードする配列番号13に示すDNAをクローニングした後、これら2種類の蛋白質をオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質とオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質とともに発現する大腸菌株を構築した。該大腸菌株を培養し、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を加えたところ、著量の2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成することがわかった。これらの結果から、これら2種類の蛋白質は1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から1,2−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わることが知られていたが、予期せぬことに、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を2,3−ジヒドロキシナフタレンに転換する機能を有することを見い出し、本発明を完成するに至った。 Subsequently, a strain expressing the two types of proteins was constructed using recombinant DNA technology, using Escherichia coli ( Escherichia coli ; hereinafter referred to as "E. coli" as appropriate) K12 strain as a host. When the strain was cultured and 3-hydroxy-2-naphthoic acid was added, it was found that the strain produced 2,3-dihydroxynaphthalene. Furthermore, in order to increase the production amount of 2,3-dihydroxynaphthalene, it encodes a ferredoxin protein shown in the amino acid sequence (Accession No. KFD 28099.1 of GB of NCBI) shown in SEQ ID NO: 10 of Sphingomonas yanoi yae B1 strain. After cloning the DNA shown in SEQ ID NO: 9 and the DNA shown in SEQ ID NO: 14 encoding SEQ ID NO: 14 and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14 (GB accession number KFD 28072.1 of NCBI) shown in SEQ ID NO: 13 An E. coli strain was constructed in which proteins were expressed together with oxygenase, large subunit protein and oxygenase, small subunit protein. When this E. coli strain was cultured and 3-hydroxy-2-naphthoic acid was added, it was found that a significant amount of 2,3-dihydroxynaphthalene was produced. From these results, these two proteins were known to be involved in the conversion of 1-hydroxy-2-naphthoic acid to 1,2-dihydroxynaphthalene, but, unexpectedly, 3-hydroxy-2 It has been found that it has the function of converting naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下の(1)〜(8)に関する。
(1)フェレドキシン蛋白質およびフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現し、かつ2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する能力が欠損または減弱した性質を有する微生物であって、以下の(a)、(b)、(c)、(d)または(e)に示すDNA、ならびに以下の(f)、(g)、(h)、(i)または (j)に示すDNAを保有し、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンを生産する能力を有する微生物
(a)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列を含む蛋白質をコードするDNA。
(b)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換および/または付加された配列を含み、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(c)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を示すアミノ酸配列を含み、かつ、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレ
ンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(d)配列番号1または3に示される塩基配列からなるDNA。
(e)配列番号1または3に示される塩基配列の全部もしくは一部の配列に相補的な配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(f)配列番号6または8に示されるアミノ酸配列を含む蛋白質をコードするDNA。
(g)配列番号6または8に示されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換および/または付加された配列を含み、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(h)配列番号6または8に示されるアミノ酸配列と67%以上の同一性を示すアミノ酸配列を含み、かつ、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(i)配列番号5または7に示される塩基配列からなるDNA。
(j)配列番号5または7に示される塩基配列の全部もしくは一部の配列に相補的な配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(2)フェレドキシン蛋白質および/またはフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質をコードする組換えDNAを導入することにより該蛋白質を発現させることを特徴とする前記(1)に記載の微生物。
(3)フェレドキシン蛋白質が以下の(k)、(l)、(m)、(n)または(o)に示すDNAがコードする蛋白質であることを特徴とする前記(1)または(2)に記載の微生物。
(k)配列番号10または12に示されるアミノ酸配列を含む蛋白質をコードするDNA。
(l)配列番号10または12に示されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換および/または付加された配列を含み、かつ電子伝達機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(m)配列番号10または12に示されるアミノ酸配列と38%以上の同一性を示すアミノ酸配列を含み、かつ電子伝達機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(n)配列番号9または11に示される塩基配列からなるDNA。
(o)配列番号9または11に示される塩基配列の全部もしくは一部の配列に相補的な配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ電子伝達機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(4)フェレドキシン・レダクターゼ蛋白質が以下の(p)、(q)、(r)、(s)または(t)に示すDNAがコードする蛋白質であることを特徴とする前記(1)から(3)のいずれか1項に記載の微生物。
(p)配列番号14または16に示されるアミノ酸配列を含む蛋白質をコードするDNA。
(q)配列番号14または16に示されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換および/または付加された配列を含み、かつフェレドキシン蛋白質を還元する機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(r)配列番号14または16に示されるアミノ酸配列と33%以上の同一性を示すアミノ酸配列を含み、かつフェレドキシン還元活性を有する蛋白質をコードするDNA。
(s)配列番号13または15に示される塩基配列からなるDNA。
(t)配列番号13または15に示される塩基配列の全部もしくは一部の配列に相補的な配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつフェレドキシン蛋白質を還元する機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(5)本来的に2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する酵素蛋白質をコードするDNAを持たないことを特徴とする前記(1)から(4)のいずれか1項に記載の微生物。
(6)変異導入処理または組換えDNA技術を用いて、2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する能力が欠損または減弱するように改変された前記(1)から(4)のいずれか1項に記載の微生物。
(7)前記(1)から(6)のいずれか1項に記載の微生物を3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を含有する培地中で3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸と反応させることにより、該培地中に2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成、蓄積させ、該培地から2,3−ジヒドロキシナフタレンを採取することを特徴とする2,3−ジヒドロキシナフタレンの製造法。
(8)前記(1)から(6)のいずれか1項に記載の微生物の培養物または該培養物の処理物および3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を水性媒体中で混合させることにより、該媒体中に2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成、蓄積させ、該媒体から2,3−ジヒドロキシナフタレンを採取することを特徴とする2,3−ジヒドロキシナフタレンの製造法。
That is, the present invention relates to the following (1) to (8).
(1) A microorganism which expresses a ferredoxin protein and a ferredoxin reductase protein and has a property in which the ability to metabolize 2,3-dihydroxynaphthalene is deficient or attenuated, and which comprises the following (a), (b), (c) ), (D) or (e), as well as the DNAs shown in (f), (g), (h), (i) or (j) below; And a microorganism having the ability to produce 2,3-dihydroxynaphthalene from (a) a DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4.
(B) contains a sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, and from 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxy acid DNA encoding a protein having a function involved in conversion to naphthalene.
(C) A function comprising an amino acid sequence showing 80% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4 and involved in the conversion of 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene A DNA encoding a protein having
(D) DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3
(E) hybridises under stringent conditions with DNA consisting of a sequence complementary to the sequence of all or part of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3, and from 3-hydroxy-2-naphthoic acid , DNA encoding a protein having a function involved in conversion to 3-dihydroxynaphthalene.
(F) DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 or 8.
(G) contains a sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 or 8, and from 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxy acid DNA encoding a protein having a function involved in conversion to naphthalene.
(H) A function comprising an amino acid sequence showing 67% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 or 8, and involved in the conversion of 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene A DNA encoding a protein having
(I) DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 or 7
(J) hybridises under stringent conditions with DNA consisting of a sequence complementary to the sequence of all or part of the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 or 7 and from 3-hydroxy-2-naphthoic acid , DNA encoding a protein having a function involved in conversion to 3-dihydroxynaphthalene.
(2) The microorganism according to (1) above, which expresses the protein by introducing a recombinant DNA encoding the ferredoxin protein and / or the ferredoxin reductase protein.
(3) The above (1) or (2), wherein the ferredoxin protein is a protein encoded by the DNA shown in (k), (l), (m), (n) or (o) below: Microorganisms described.
(K) DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 or 12.
(L) A DNA encoding a protein having an electron transfer function, which comprises a sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 or 12.
(M) A DNA comprising an amino acid sequence showing 38% or more identity to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 or 12 and encoding a protein having an electron transfer function.
(N) DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 9 or 11.
(O) a DNA which hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a sequence complementary to all or part of the base sequence shown in SEQ ID NO: 9 or 11 and which encodes a protein having an electron transfer function .
(4) The ferredoxin reductase protein is a protein encoded by the DNA shown in the following (p), (q), (r), (s) or (t): The microorganism according to any one of the above.
(P) DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14 or 16.
(Q) A DNA encoding a protein comprising a sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14 or 16 and having a function of reducing ferredoxin protein.
(R) A DNA which comprises an amino acid sequence showing 33% or more identity to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14 or 16 and which encodes a protein having ferredoxin reducing activity.
(S) DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 13 or 15.
(T) A protein having the function of hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a sequence complementary to all or part of the sequence of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 13 or 15 and reducing ferredoxin protein DNA to encode.
(5) The microorganism according to any one of (1) to (4), which does not have a DNA encoding an enzyme protein which metabolizes 2,3-dihydroxynaphthalene inherently.
(6) Any one of the above (1) to (4), which has been modified such that the ability to metabolize 2,3-dihydroxynaphthalene is deficient or diminished using mutagenesis or recombinant DNA technology Microorganisms.
(7) By reacting the microorganism according to any one of the above (1) to (6) with 3-hydroxy-2-naphthoic acid in a medium containing 3-hydroxy-2-naphthoic acid, A process for producing 2,3-dihydroxynaphthalene, which comprises producing and accumulating 2,3-dihydroxynaphthalene in a culture medium and collecting 2,3-dihydroxynaphthalene from the culture medium.
(8) A culture of the microorganism according to any one of (1) to (6) or a treated product of the culture and 3-hydroxy-2-naphthoic acid mixed in an aqueous medium, A process for producing 2,3-dihydroxynaphthalene comprising forming and accumulating 2,3-dihydroxynaphthalene in a medium and collecting 2,3-dihydroxynaphthalene from the medium.

本発明によれば、フェレドキシン蛋白質およびフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現し、かつ2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する能力が欠損または減弱した性質を有する微生物であって、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる2種類の蛋白質(オキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質およびオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質)を発現する微生物を用いて、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を原料として2,3−ジヒドロキシナフタレンを安価に製造する方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a microorganism which expresses ferredoxin protein and ferredoxin reductase protein and has a property of deficient or diminished ability to metabolize 2,3-dihydroxynaphthalene, which comprises 3-hydroxy-2-naphthoic acid Using microorganisms that express two types of proteins (oxygenase, large subunit protein and oxygenase, small subunit protein) involved in conversion to 2,3-dihydroxynaphthalene, 2-hydroxy-2-naphthoic acid is used as a raw material2 It is possible to provide a method for producing 3, 3-dihydroxy naphthalene inexpensively.

以下に本発明を詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.

本発明のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質としては、たとえばスフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株由来の配列番号2のアミノ酸配列を有する蛋白質、またはノボスフィンゴビウム・アロマティシボランス(Novosphingobium aromaticivorans)F199株由来の配列番号4のアミノ酸配列(NCBIのGBのアクセッション番号AAD04009.1)を有する蛋白質があげられる。また、本発明のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質としては、配列番号2または4のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加したアミノ酸配列からなり、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をあげることができる。また、配列番号2の蛋白質と配列番号4の蛋白質間のアミノ酸配列の同一性は80%であることから、本発明のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質としては、配列番号2または4のアミノ酸配列と80%以上の同一性、好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をあげることができる。 As the oxygenase / large subunit protein of the present invention, for example, a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 derived from Sphingomonas yanoi yae B1 strain, or a sequence derived from Novosphingobium aromaticivorans F199 strain A protein having the amino acid sequence of No. 4 (GB Accession No. AAD 04009.1 of NCBI) can be mentioned. Furthermore, the oxygenase / large subunit protein of the present invention comprises an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or 4, and 3-hydroxy-2- A protein having a function involved in the conversion of naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene can be mentioned. In addition, since the amino acid sequence identity between the protein of SEQ ID NO: 2 and the protein of SEQ ID NO: 4 is 80%, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or 4 and 80 of the large subunit protein of the present invention % Consisting of an amino acid sequence having an identity of at least 90%, particularly preferably at least 95%, and a function involved in the conversion of 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene It is possible to give a protein having

ここで、「3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能」とは、フェレドキシン蛋白質とフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現する微生物に、当該オキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質をオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質とともに発現させたときに、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成しうる機能を意味する。 Here, "the function involved in the conversion of 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene" refers to a microorganism that expresses ferredoxin protein and ferredoxin reductase protein, the oxygenase / large subunit protein. It means a function capable of producing 2,3-dihydroxynaphthalene from 3-hydroxy-2-naphthoic acid when expressed together with an oxygenase / small subunit protein.

本発明で用いられるオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質としては、たとえばスフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株由来の配列番号6のアミノ酸配列を有する蛋白質、または
ノボスフィンゴビウム・アロマティシボランスF199株由来の配列番号8のアミノ酸配列(NCBIのGBのアクセッション番号AAD04008.1)を有する蛋白質があげられる。また、本発明で用いられるオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質としては、配列番号6または8のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加したアミノ酸配列からなり、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をあげることができる。また、配列番号6の蛋白質と配列番号8の蛋白質間のアミノ酸配列の同一性は67%であることから、本発明のオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質としては、配列番号6または8のアミノ酸配列と67%以上の同一性、好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をあげることができる。
Examples of the oxygenase / small subunit protein used in the present invention include a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 derived from Sphingomonas yanoi yae B1 strain, or SEQ ID NO: 8 derived from Novosphingobium aromatiiboranes F199 strain. And a protein having the amino acid sequence of (Accession No. AAD 04008.1 of NCBI GB). Moreover, the oxygenase / small subunit protein used in the present invention is composed of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 or 8 and 3-hydroxy- A protein having a function involved in the conversion of 2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene can be mentioned. Further, since the amino acid sequence identity between the protein of SEQ ID NO: 6 and the protein of SEQ ID NO: 8 is 67%, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 or 8 and 67 of the present invention are % Consisting of an amino acid sequence having an identity of at least 90%, particularly preferably at least 95%, and a function involved in the conversion of 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene It is possible to give a protein having

ここで、「3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能」とは、フェレドキシン蛋白質とフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現する微生物に、当該オキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質をオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質とともに発現させたときに、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成しうる機能を意味する。 Here, "the function involved in the conversion of 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene" refers to a microorganism that expresses ferredoxin protein and ferredoxin reductase protein, the oxygenase / small subunit protein. It means a function capable of producing 2,3-dihydroxynaphthalene from 3-hydroxy-2-naphthoic acid when expressed together with an oxygenase / large subunit protein.

芳香環水酸化ジオキシゲナーゼは、活性中心の非ヘム鉄、および電子伝達系から電子を受け取るためのリスケ(Rieske)型クラスターを含んでいる。本発明のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質とオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質からなる芳香環水酸化オキシゲナーゼの場合には、NAD(P)Hから電子を受け取るフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質、およびフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質による還元反応により電子を受け取るフェレドキシン蛋白質が電子伝達系を構成している。そして、フェレドキシン蛋白質が受け取った電子がリスケ(Rieske)型クラスターに伝達され、酸化反応に利用される。 The aromatic ring hydroxyl dioxygenase contains non-heme iron of the active center and Rieske type clusters for receiving electrons from the electron transfer system. In the case of an aromatic ring hydroxylase comprising the oxygenase / large subunit protein and the oxygenase / small subunit protein of the present invention, the reduction reaction by the ferredoxin reductase protein which receives electrons from NAD (P) H and the ferredoxin reductase protein The ferredoxin protein that receives electrons by this constitutes the electron transfer system. Then, the electrons received by the ferredoxin protein are transferred to the Rieske-type cluster, and are used for the oxidation reaction.

本発明で用いられるフェレドキシン蛋白質としては、たとえばスフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株由来の配列番号10のアミノ酸配列を有する蛋白質、またはノボスフィンゴビウム・アロマティシボランスF199株由来の配列番号12のアミノ酸配列(NCBIのGBのアクセッション番号AAD04007.1)を有する蛋白質があげられる。また、本発明で用いられるフェレドキシン蛋白質としては、配列番号10または12のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加したアミノ酸配列からなり、かつ本発明の芳香環水酸化ジオキシゲナーゼへの電子伝達機能を有する蛋白質をあげることができる。配列番号10の蛋白質と配列番号12の蛋白質間のアミノ酸配列の同一性は82%である。また、後述の実施例で示すように、大腸菌K−12株が持つフェレドキシン蛋白質でも、本発明の芳香環水酸化オキシゲナーゼに対して電子伝達を行うことができる。大腸菌K−12株が持つフェレドキシン蛋白質の中で、配列番号10の蛋白質と配列番号12の蛋白質に対してアミノ酸配列において相同性が高い蛋白質は、GBアクセッション番号NP_417035.1のアミノ酸配列を持つフェレドキン蛋白質であるが、その同一性はそれぞれ40%、38%である。したがって、本発明で用いられるフェレドキシン蛋白質としては、配列番号10または12のアミノ酸配列と38%以上の同一性、好ましくは82%以上、特に好ましくは90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ本発明の芳香環水酸化ジオキシゲナーゼに電子を伝達する機能を有する蛋白質をあげることができる。一般に、芳香環水酸化ジオキシゲナーゼのリスケ型クラスターに電子を伝達するフェレドキシン蛋白質も1種類と限らず、互いに相同性が低いフェレドキシン蛋白質でも、芳香環水酸化ジオキシゲナーゼのリスケ型クラスターへの電子伝達機能を有することが知られている。たとえば、本発明のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質とオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質を大腸菌K12株に発現させたときに、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンが生成することを確認できている。 As the ferredoxin protein used in the present invention, for example, a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10 derived from Sphingomonas yanoi yae B1 strain, or the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12 derived from Novosphingobium aromatiiensis F199 strain ( There is a protein having GB accession number AAD 04007.1) of NCBI. In addition, the ferredoxin protein used in the present invention comprises an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10 or 12, and A protein having an electron transfer function to oxygenase can be mentioned. The identity of the amino acid sequence between the protein of SEQ ID NO: 10 and the protein of SEQ ID NO: 12 is 82%. Moreover, as shown in the below-mentioned Example, electron transfer can be performed with respect to the aromatic ring hydroxylase of this invention also with the ferredoxin protein which E. coli K-12 strain has. Among the ferredoxin proteins possessed by E. coli K-12, the protein having high homology in the amino acid sequence to the protein of SEQ ID NO: 10 and the protein of SEQ ID NO: 12 has ferredkin having the amino acid sequence of GB accession No. NP — 417035.1 Although it is a protein, its identity is 40% and 38%, respectively. Therefore, the ferredoxin protein used in the present invention comprises an amino acid sequence having 38% or more identity, preferably 82% or more, particularly preferably 90% or more with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10 or 12 And the protein which has a function which transmits an electron to the aromatic ring hydroxyl dioxygenase of this invention can be mentioned. Generally, not only one type of ferredoxin protein that transmits electrons to the riske-type cluster of the aromatic ring hydroxyl dioxygenase but also a ferredoxin protein having low homology with each other has an electron transfer function to the riske-type cluster of the aromatic ring hydroxyl dioxygenase It is known to have For example, when the oxygenase / large subunit protein and the oxygenase / small subunit protein of the present invention are expressed in E. coli K12 strain, it is confirmed that 2,3-dihydroxynaphthalene is formed from 3-hydroxy-2-naphthoic acid is made of.

本発明で用いられるフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質としては、たとえばスフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株由来の配列番号14のアミノ酸配列を有する蛋白質、またはノボスフィンゴビウム・アロマティシボランスF199株由来の配列番号16のアミノ酸配列(NCBIのGBのアクセッション番号AAD03978.1)を有する蛋白質があげられる。また、本発明で用いられるフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質としては、配列番号14または16のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加したアミノ酸配列からなり、かつ本発明の芳香環水酸化ジオキシゲナーゼへの電子伝達機能を有する蛋白質をあげることができる。配列番号14の蛋白質と配列番号16の蛋白質間のアミノ酸配列の同一性は78%である。また、後述の実施例で示すように、大腸菌K−12株が持つフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質でも、本発明の芳香環水酸化オキシゲナーゼに対して電子伝達を行うことができる。大腸菌K−12株が持つフェレドキシン蛋白質の中で、配列番号14の蛋白質と配列番号16の蛋白質に対してアミノ酸配列において相同性が高い蛋白質は、GBアクセッション番号NP_417037.1のアミノ酸配列を持つフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質であるが、その同一性はそれぞれ33%、34%である。したがって、本発明で用いられるフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質としては、配列番号14または16のアミノ酸配列と33%以上の同一性、好ましくは78%以上、特に好ましくは90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ本発明の芳香環水酸化オキシゲナーゼに電子を伝達する機能を有する蛋白質をあげることができる。 The ferredoxin reductase protein to be used in the present invention is, for example, a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 14 derived from Sphingomonas yanoi yae B1 strain, or the amino acid of SEQ ID NO: 16 derived from Novosphingium aromatensis Vol. A protein having the sequence (GB accession number AAD03978.1 of NCBI) can be mentioned. Further, the ferredoxin reductase protein used in the present invention comprises an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 14 or 16, and the aromatic ring water of the present invention There can be mentioned proteins having an electron transfer function to oxidative dioxygenase. The identity of the amino acid sequence between the protein of SEQ ID NO: 14 and the protein of SEQ ID NO: 16 is 78%. In addition, as shown in Examples described later, electron transfer can be performed to the aromatic ring hydroxylase of the present invention even with a ferredoxin reductase protein possessed by E. coli K-12 strain. Among the ferredoxin proteins possessed by E. coli K-12, a protein having high amino acid sequence homology to the protein of SEQ ID NO: 14 and the protein of SEQ ID NO: 16 is ferredoxin having the amino acid sequence of GB accession number NP — 417037.1 Reductase protein, but its identity is 33% and 34% respectively. Therefore, the ferredoxin reductase protein used in the present invention is an amino acid sequence having an identity of 33% or more, preferably 78% or more, particularly preferably 90% or more, with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 14 or 16 And proteins having the function of transferring electrons to the aromatic ring hydroxylase of the present invention.

上記のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質またはオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質において1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質、ならびに上記のフェレドキシン蛋白質またはフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質においてまたは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ電子伝達機能を有する蛋白質は、Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989)(以下、モレキュラー・クローニング第2版と略す)、Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1987-1997)(以下、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジーと略す)、Nucleic Acids Res., 10, 6487 (1982)、Proc. Natl.
Acad. Sci., USA, 79, 6409 (1982)、Gene, 34, 315 (1985)、Nucleic Acids Res., 13,
4431 (1985)、Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 82, 488 (1985)等に記載の部位特異的変異導入法を用いて、たとえば配列番号2、4、6、8、10、12、14または16で表されるアミノ酸配列からなる蛋白質において特定の位置に欠失、置換もしくは付加が導入されるように、それぞれコードする配列番号1、3、5、7、9、11、13または15に表わされるDNAに部位特異的変異を導入することにより取得することができる。欠失、置換または付加される1または数個というアミノ酸の数は、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能または電子伝達機能が維持される限り特に限定されないが、配列番号2、4、6、8、10、12、14または16のアミノ酸配列との違いの個数以内であることが望ましく、1〜20個が好ましく、1〜10個がより好ましく、1〜5個が特に好ましい。
It consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added in the above-mentioned oxygenase / large subunit protein or oxygenase / small subunit protein, and from 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3- A protein having a function involved in conversion to dihydroxynaphthalene, and a protein having an electron transfer function consisting of an amino acid sequence having a deletion, substitution or addition of several amino acids in the above-mentioned ferredoxin protein or ferredoxin reductase protein , Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989) (hereinafter referred to as Molecular Cloning 2nd Edition), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1987-1997) Current Protocols in Moreki Abbreviated as Ra Biology), Nucleic Acids Res., 10, 6487 (1982), Proc. Natl.
Acad. Sci., USA, 79, 6409 (1982), Gene, 34, 315 (1985), Nucleic Acids Res., 13,
4431 (1985), Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 82, 488 (1985), etc., using, for example, SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 10, 12 or the like. , SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 or 13 which encode a deletion, substitution or addition at a specific position in a protein consisting of the amino acid sequence represented by It can be obtained by introducing site-specific mutations into the DNA represented by 15. The number of one or several amino acids deleted or substituted or added is particularly limited as long as the function or electron transfer function involved in the conversion of 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene is maintained. Preferably, it is within the number of differences from the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 or 16, preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, One to five are particularly preferred.

本発明のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質をコードするDNAとしては、たとえば、配列番号1または3で表される塩基配列を有するDNAがあげられる。
本発明のオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質をコードするDNAとしては、たとえば、配列番号5または7で表される塩基配列を有するDNAがあげられる。
本発明で用いられるフェレドキシン蛋白質をコードするDNAとしては、たとえば、配列番号9または11で表される塩基配列を有するDNAがあげられる。
本発明で用いられるフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質をコードするDNAとしては、たとえば、配列番号13または15で表される塩基配列を有するDNAがあげられる。
Examples of the DNA encoding the oxygenase / large subunit protein of the present invention include a DNA having a base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3.
Examples of the DNA encoding the oxygenase / small subunit protein of the present invention include a DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 5 or 7.
Examples of the DNA encoding the ferredoxin protein used in the present invention include a DNA having a base sequence represented by SEQ ID NO: 9 or 11.
Examples of the DNA encoding the ferredoxin reductase protein used in the present invention include a DNA having a base sequence represented by SEQ ID NO: 13 or 15.

本発明のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質またはオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質をコードするDNAには、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を失わない範囲内で置換変異、欠失変異、挿入変異などの変異が導入されたDNA、たとえば、配列番号1、3、5、または7に表わされるDNAの全部もしくは一部をプローブとして、ハイブリダイゼーション法によってストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAも包含する。 In the DNA encoding the oxygenase / large subunit protein or the oxygenase / small subunit protein of the present invention, the function associated with the conversion of 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene is not lost A DNA in which a mutation such as a substitution mutation, a deletion mutation, or an insertion mutation has been introduced, for example, all or part of the DNAs represented by SEQ ID NOs: 1, 3, 5, or 7 as a probe, and stringent by hybridization. Also included are DNA that hybridizes under conditions.

本発明で用いられるフェレドキシン蛋白質をコードするDNAには、本発明の芳香環水酸化ジオキシゲナーゼへの電子伝達機能を失わない範囲内で置換変異、欠失変異、挿入変異などの変異が導入されたDNA、たとえば、配列番号9または11に表わされるDNAの全部もしくは一部をプローブとして、ハイブリダイゼーション法によってストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAも包含する。 In the DNA encoding the ferredoxin protein used in the present invention, mutations such as substitution mutation, deletion mutation, insertion mutation and the like have been introduced within the range that does not lose the electron transfer function to the aromatic ring hydroxyl dioxygenase of the present invention. Also included are DNAs, for example, all or part of the DNA represented by SEQ ID NO: 9 or 11 as a probe, which hybridizes under stringent conditions by the hybridization method.

本発明で用いられるフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質をコードするDNAには、本発明で用いられるフェレドキシン蛋白質を還元する機能を失わない範囲内で置換変異、欠失変異、挿入変異などの変異が導入されたDNA、たとえば、配列番号13または15に表わされるDNAの全部もしくは一部をプローブとして、ハイブリダイゼーション法によってストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAも包含する。 The DNA encoding the ferredoxin reductase protein used in the present invention is a DNA in which mutations such as substitution mutation, deletion mutation, insertion mutation, etc. have been introduced within a range not losing the function of reducing the ferredoxin protein used in the present invention. For example, a DNA that hybridizes under stringent conditions by the hybridization method using all or part of the DNA represented by SEQ ID NO: 13 or 15 as a probe is also included.

ここで、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAとは、具体的には、DNAを固定化したフィルターを用いて、0.7 〜1.0 M のNaClの存在下で65℃でハイブリダイゼーションを行った後、0.1 倍濃度から2倍濃度までの間の濃度のSSC溶液(1倍濃度のSSC溶液の組成は、150 mM NaCl、15 mM クエン酸ナトリウムである)の中、65℃でフィルターを洗浄することにより同定できるDNAを意味する。なお、ハイブリダイゼーションの実験法は、モレキュラー・クローニング:ア・ラボラトリー・マニュアル(Molecular Cloning, A laboratory manual)、第2版〔サンブルック(Sambrook)、フリッチ(Fritsch)、マニアチス(Maniatis)編集、コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・プレス(Cold Spring Harbor Laboratory Press) 、1989年刊〕に記載されている。 Here, specifically, a DNA that hybridizes under stringent conditions is a hybridization performed at 65 ° C. in the presence of 0.7 to 1.0 M NaCl using a filter on which the DNA is immobilized. Wash the filter at 65 ° C. in an SSC solution of a concentration between 0.1 and 2 times the concentration (the composition of the 1 × SSC solution is 150 mM NaCl, 15 mM sodium citrate) Means DNA that can be identified by The experimental method of hybridization is described in Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Edition (Sambrook, Fritsch, Maniatis), Cold. Spring Harbor Laboratory Press, 1989.].

本発明の微生物としては、フェレドキシン蛋白質およびフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現し、かつ2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する能力が欠損または減弱した性質を有する微生物であって、オキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質をコードするDNAおよびオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質をコードするDNAを保有し、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を2,3−ジヒドロキシナフタレンへ転換する能力を有する微生物であれば、いずれの微生物を用いることができる。すなわち前記(1)記載の微生物を用いることができる。上記性質を有する微生物は、前記(1)に記載したDNAのうち1つ以上のDNAを組換え技術を用いて宿主細胞に導入した形質転換体であってもよい。また、前記(1)に記載したフェレドキシン蛋白質および/またはフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質については、該蛋白質をコードする組換えDNAを導入することにより該蛋白質を発現させた形質転換体であってもよい。 The microorganism of the present invention is a microorganism which expresses ferredoxin protein and ferredoxin reductase protein and has a property of deficient or attenuated ability to metabolize 2,3-dihydroxynaphthalene, and encodes an oxygenase large subunit protein. Any microorganism is used, as long as it is a microorganism that retains the DNA encoding the DNA and the DNA encoding the oxygenase / small subunit protein and has the ability to convert 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene. Can. That is, the microorganism described in the above (1) can be used. The microorganism having the above-mentioned properties may be a transformant obtained by introducing one or more of the DNAs described in (1) into a host cell using recombinant technology. The ferredoxin protein and / or ferredoxin reductase protein described in the above (1) may be a transformant in which the protein is expressed by introducing a recombinant DNA encoding the protein.

本発明の微生物が、スフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株のように、本発明のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質および、オキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質、ならびにフェレドキシン蛋白質およびフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質をそれぞれコードするDNAを有している場合には、該蛋白質をコードする組換えDNAを導入することにより該蛋白質を発現させる方法だけでなく、ゲノムDNA中に変異を導入し、これら蛋白質の発現量を増大させること、またはこれらのタンパク質をコードするゲノムDNAの天然プロモーターを強力なプロモーターに置換することによっても、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへ転換する能力を向上させることができる。 The microorganism of the present invention has DNAs encoding the oxygenase / large subunit protein of the present invention, the oxygenase / small subunit protein, and the ferredoxin protein and the ferredoxin reductase protein, respectively, as in the case of the Sphingomonas yanoi yae B1 strain. In addition to the method of expressing the protein by introducing the recombinant DNA encoding the protein, mutations may be introduced into the genomic DNA to increase the expression amount of these proteins, or The ability to convert 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene can also be improved by replacing the natural promoter of the genomic DNA encoding the protein of (1) with a strong promoter.

本発明の微生物は、2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する能力が欠損または減弱した性質を有する。大腸菌12株などは、野生型菌株が本来的に2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する能力を欠損しているが、当該性質は本発明の微生物の必要条件である。一方、スフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株のように、2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する能力を有している場合には、2,3−ジヒドロキシナフタレンの分解または修飾に関わる酵素蛋白質をコードするDNAに変異を導入することにより、2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する能力を欠損または減弱させる必要がある。減弱としては、微生物の2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する能力を、改変前の10%以下に減弱させることが好ましく、改変前の1%以下に減弱させることが好ましい。または、組換え技術などを用いて2,3−ジヒドロキシナフタレンの分解または修飾に関わる酵素蛋白質をコードするDNAの転写に関わるプロモーターへの変異導入、または当該蛋白質の翻訳開始領域への変異導入、またはアンチセンスRNA法により、当該蛋白質の発現を欠損または減弱させること、または遺伝子破壊により2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する能力が欠損または減弱するように改変してもよい。 The microorganism of the present invention has a property in which the ability to metabolize 2,3-dihydroxynaphthalene is deficient or attenuated. Twelve E. coli strains etc. originally lack the ability of wild type strains to metabolize 2,3-dihydroxynaphthalene, but this property is a prerequisite for the microorganism of the present invention. On the other hand, when the ability to metabolize 2,3-dihydroxynaphthalene, as in the case of Sphingomonas yanoi yae B1 strain, the DNA encoding an enzyme protein involved in the degradation or modification of 2,3-dihydroxynaphthalene is used. By introducing a mutation, it is necessary to eliminate or attenuate the ability to metabolize 2,3-dihydroxynaphthalene. As the attenuation, the ability of the microorganism to metabolize 2,3-dihydroxynaphthalene is preferably reduced to 10% or less before the modification, and preferably to 1% or less before the modification. Alternatively, mutation is introduced into a promoter involved in transcription of a DNA encoding an enzyme protein involved in the degradation or modification of 2,3-dihydroxynaphthalene using recombinant technology or the like, or into a translation initiation region of the protein, or The antisense RNA method may be modified to delete or attenuate the expression of the protein or to delete or reduce the ability to metabolize 2,3-dihydroxynaphthalene by gene disruption.

本発明の微生物が形質転換体である場合は、モレキュラー・クローニング第2版に記載の方法にしたがって組換えDNAを作製し、該組換えDNAを用いて宿主細胞を形質転換することにより取得することができる。以下に、DNAのクローニングと形質転換体の作製方法について詳しく述べる。なお、その他の形質転換体も同様の方法により取得することができる。 When the microorganism of the present invention is a transformant, a recombinant DNA is prepared according to the method described in Molecular Cloning 2nd Edition, and is obtained by transforming a host cell using the recombinant DNA. Can. In the following, the cloning of DNA and the method for preparing transformants are described in detail. Other transformants can be obtained by the same method.

上記のスフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株またはノボスフィンゴビウム・アロマティシボランスF199株をスフィンゴモナス属細菌またはノボスフィンゴビウム属細菌の培養に通常用いられる公知の方法により培養する。培養後、公知の方法(たとえば、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジーに記載の方法)により、該微生物の染色体DNAを単離・精製する。この染色体DNAから合成DNAを用いて、ハイブリダイゼーション法またはPCR法などにより、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有するオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質およびオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質をコードするDNAを含む断片、ならびに芳香環水酸化ジオキシゲナーゼに電子を伝達する機能を有するフェレドキシン蛋白質をコードするDNAを含む断片、ならびにフェレドキシン蛋白質を還元する機能を有するフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質をコードするDNAを含む断片を取得することができる。 The above-mentioned Sphingomonas x japonicum B1 strain or the novosphingobium aromatiivolans F199 strain is cultured by a known method generally used for culturing Sphingomonas bacteria or Novosphingobium bacteria. After cultivation, chromosomal DNA of the microorganism is isolated and purified by known methods (for example, the method described in Current Protocols in Molecular Biology). Using synthetic DNA from this chromosomal DNA, oxygenase / large subunit protein and oxygenase having functions involved in conversion of 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene by hybridization method or PCR method etc. · A fragment containing DNA encoding a small subunit protein, and a fragment containing DNA encoding a ferredoxin protein having a function of transferring electrons to aromatic ring hydroxyl dioxygenase, and a ferredoxin reductase having a function of reducing ferredoxin protein A fragment containing DNA encoding a protein can be obtained.

該合成DNAは、スフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株またはノボスフィンゴビウム・アロマティシボランスF199株由来のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質をコードするDNAの配列番号1または3で表される塩基配列、およびスフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株またはノボスフィンゴビウム・アロマティシボランスF199株由来のオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質をコードするDNAの配列番号5または7で表される塩基配列、およびスフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株またはノボスフィンゴビウム・アロマティシボランスF199株由来のフェレドキシン蛋白質をコードするDNAの配列番号9または11で表される塩基配列、およびスフィンゴモナス・ヤノイクヤエB1株またはノボスフィンゴビウム・アロマティシボランスF199株由来のフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質をコードするDNAの配列番号13または15で表される塩基配列に基づいて設計することができる。 The synthetic DNA is a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 of a DNA encoding an oxygenase / large subunit protein derived from Sphingomonas • Yanoi yae B1 strain or Novosphingobium • aromaticiboranes F199 strain; The nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5 or 7 of the DNA encoding the small subunit protein of the oxygenase derived from Monas japonica B1 strain or the novosphingobium aromatiivolans F199 strain, and Sphingomonas japonica B1 strain or The base sequence represented by SEQ ID NO: 9 or 11 of the DNA encoding the ferredoxin protein from Novosphingobium aromatiivolans strain F199, and Sphingomonas yanoi yae B1 strain or novosphingobium Can be designed based on the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 13 or 15 of the DNA encoding the ferredoxin reductase protein from Loma tee grain lance F199 strain.

上記DNAを連結するベクターとしては、大腸菌K12株などにおいて自立複製可能なベクターであればプラスミドベクター、ファージベクター等いずれも使用可能であるが、具体的には、pUC19〔Gene, 33, 103 (1985)〕、pUC18、pBR322、pHelix1(ロシュ・ダイア
グノスティクス社製)、ZAP Express〔ストラタジーン社製、Strategies, 5, 58 (1992)〕、pBluescript II SK(+)〔ストラタジーン社製、Nucleic Acids Res., 17, 9494 (1989)〕、pUC118(タカラバイオ社製)等を用いることができる。
As a vector to which the above DNA is ligated, any vector capable of autonomous replication in E. coli K12 can be used, and any vector such as a plasmid vector or a phage vector can be used. Specifically, pUC19 [Gene, 33, 103 (1985) ], PUC18, pBR322, pHelix 1 (Roche Diagnostics), ZAP Express (Stratagene, Strategies, 5, 58 (1992)), pBluescript II SK (+) [Stratagene, Nucleic Acids] Res., 17, 9494 (1989)], pUC118 (manufactured by Takara Bio Inc.), etc. can be used.

該ベクターに上記で取得したDNAを連結して得られる組換えDNAの宿主に用いる大腸菌(エシェリヒア・コリ)は、エシェリヒア・コリに属する微生物であればいずれでも用いることができるが、具体的には、エシェリヒア・コリK−12株から派生した菌株であるエシェリヒア・コリMG1655〔Science, 277, 1453 (1997)〕、エシェリヒア・コリ XL1-Blue MRF'〔ストラタジーン社製、Strategies, 5, 81 (1992)〕、エシェリヒア・コリC600〔Genetics, 39, 440 (1954)〕、エシェリヒア・コリJM105〔Gene, 38, 275 (1985)〕、エシェリヒア・コリJM109、エシェリヒア・コリBL21等をあげることができる。 E. coli (Escherichia coli) used as a host of the recombinant DNA obtained by ligating the DNA obtained above to the vector may be any microorganism belonging to Escherichia coli, but specifically, E. coli MG1655 (Science, 277, 1453 (1997)), a strain derived from E. coli K-12, E. coli XL1-Blue MRF '(Stratagene, Strategies, 5, 81 (1992) ], E. coli C600 (Genetics, 39, 440 (1954)), E. coli JM 105 (Gene, 38, 275 (1985)), E. coli JM109, E. coli BL21 and the like.

ロドコッカス(Rhodococcus)属、アシネトバクター(Acinetobacter)属、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属、シノリゾビウム(Sinorhizobium)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、ノボスフィンゴビウム(Novosphingobium)属またはラルストニア(Ralstonia)属、スフィンゴモナス(Sphingomonas)属に属する微生物の中に、上記DNAを導入するときは、これら微生物の中で自立複製可能なベクターを用いる。好ましくは、該微生物のいずれかと大腸菌K12株の両方の微生物の中で自立複製可能なシャトル・ベクターを用いて、組換えDNAを宿主となる該微生物に導入することができる。 Rhodococcus (Rhodococcus) genus, Acinetobacter (Acinetobacter) spp., Bradyrhizobium (Bradyrhizobium) genus Corynebacterium (Corynebacterium) genus Pseudomonas (Pseudomonas) genus, Rhodopseudomonas (Rhodopseudomonas) genus, Sinorhizobium (Sinorhizobium) genus, Burebibakuteri um (Brevibacterium) genus, Novo sphingolipids bi um (Novosphingobium) genus or Ralstonia (Ralstonia) genus, in Sphingomonas (Sphingomonas) microorganism belonging to the genus, when introducing the DNA is self replicable among these microorganisms Use a vector. Preferably, recombinant DNA can be introduced into the host microorganism using a shuttle vector capable of autonomous replication in both of the microorganism and E. coli K12 strain.

組換えDNAの導入方法としては、上記宿主細胞へDNAを導入する方法であればいずれも用いることができ、たとえば、カルシウムイオンを用いる方法〔Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 69, 2110 (1972)〕、エレクトロポレーション法〔Nucleic Acids Res., 16, 6127 (1988)〕等をあげることができる。 As a method for introducing recombinant DNA, any method can be used as long as it is a method for introducing DNA into the above-mentioned host cell, for example, a method using calcium ion [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 69, 2110 ( 1972)], electroporation [Nucleic Acids Res., 16, 6127 (1988)], and the like.

上記のようにして得られた形質転換体から組換えDNAを抽出し、該組換えDNAに含まれる本発明のDNAの塩基配列を決定することができる。塩基配列の決定には、通常用いられる塩基配列解析方法、たとえばジデオキシ法〔Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74, 5463 (1977)〕または3730xl型DNAアナライザー(アプライド・バイオシステムズ社製)等の塩基配列分析装置を用いることができる。 Recombinant DNA can be extracted from the transformant obtained as described above, and the base sequence of the DNA of the present invention contained in the recombinant DNA can be determined. For determination of the base sequence, a commonly used base sequence analysis method such as dideoxy method [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74, 5463 (1977)] or 3730xl type DNA analyzer (manufactured by Applied Biosystems), etc. The following sequence analyzer can be used.

また、上記において決定されたDNAの塩基配列に基づいて、パーセプティブ・バイオシステムズ社製8905型DNA合成装置等を用いて化学合成することによっても目的とするDNAを調製することもできる。 Alternatively, the target DNA can also be prepared by chemical synthesis using a Perceptive Biosystems 8905 DNA synthesizer or the like based on the base sequence of the DNA determined above.

上記のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質、オキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質、フェレドキシン蛋白質および/またはフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現する形質転換体は、下記の方法を用いて上記のDNAを宿主細胞中で発現させることによって得られる。 The transformant expressing the oxygenase / large subunit protein, the oxygenase / small subunit protein, the ferredoxin protein and / or the ferredoxin reductase protein described above expresses the above DNA in a host cell using the following method Obtained by

上記蛋白質をコードするDNAを用いる際には、必要に応じて、本発明の蛋白質をコードする部分を含む適当な長さのDNA断片を調製することができる。また、該蛋白質をコードする部分の塩基配列を、宿主の発現に最適なコドンとなるように、塩基を置換することにより、該蛋白質の生産率を向上させることもできる。本発明のDNAを発現する形質転換体は、上記DNA断片を適当な発現ベクターのプロモーターの下流に挿入することにより、組換えDNAを作製し、該組換えDNAを、該発現ベクターに適合した宿主細胞に導入することにより取得することができる。 When using a DNA encoding the above-mentioned protein, a DNA fragment of appropriate length containing a portion encoding the protein of the present invention can be prepared, if necessary. In addition, the production rate of the protein can also be improved by substituting a base so that the base sequence of the portion encoding the protein is an optimal codon for host expression. A transformant expressing the DNA of the present invention is inserted into the downstream of the promoter of an appropriate expression vector to produce a recombinant DNA, and the recombinant DNA is used as a host compatible with the expression vector. It can be obtained by introduction into cells.

本発明の蛋白質を発現させる宿主としては、細菌、酵母、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞等、目的とする遺伝子を発現できるものであればいずれも用いることができる。好ましくは、フェレドキシン蛋白質およびフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現しており、かつ2,3−ジヒドロキシナフタレンの代謝能を欠損または減弱している性質を有する微生物を用いることができる。より好ましくは、該性質を有するエシェリヒア属、ロドコッカス属、アシネトバクター属、ブラディリゾビウム属、コリネバクテリウム属、シュードモナス属、ロドシュードモナス属、シノリゾビウム属、ブレビバクテリウム属、ノボスフィンゴビウム属、ラルストニア属またはスフィンゴモナス属の細菌をあげることができる。さらに好ましくは、エシェリヒア・コリK12株をあげることができる。 As a host for expressing the protein of the present invention, any host can be used as long as it can express a target gene, such as bacteria, yeast, animal cells, insect cells, plant cells and the like. Preferably, a microorganism which expresses ferredoxin protein and ferredoxin reductase protein and has the property of deficient or attenuated the ability of 2,3-dihydroxynaphthalene to metabolise can be used. More preferably, Escherichia, Rhodococcus, Acinetobacter, Bradyrhizobium, Corynebacterium, Pseudomonas, Rhodoshdomonas, Sinorhizobium, Brevibacterium, Novosphingobium, Ralstonia having the above properties It is possible to cite bacteria of the genus or sphingomonas. More preferably, E. coli K12 strain can be mentioned.

このような宿主微生物に本発明のオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質とオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質を発現させることにより作製した本発明の微生物を用いることにより、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンを製造することができる。すなわち本発明の微生物を3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を含有する培地中に加えて3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸と反応させることにより、2,3−ジヒドロキシナフタレンを得ることができる。 By using the microorganism of the present invention prepared by expressing the oxygenase / large subunit protein of the present invention and the oxygenase / small subunit protein of the present invention in such a host microorganism, it is possible to obtain Dihydroxynaphthalene can be produced. That is, 2,3-dihydroxynaphthalene can be obtained by adding the microorganism of the present invention to a medium containing 3-hydroxy-2-naphthoic acid and reacting it with 3-hydroxy-2-naphthoic acid.

また、このような本発明の微生物を増殖させて、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を細胞内に取り込ませて2,3−ジヒドロキシナフタレンを製造する場合には、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸の輸送(取り込み)能を有する微生物を用いることが好ましい。 In addition, when such a microorganism of the present invention is grown to introduce 3-hydroxy-2-naphthoic acid into cells to produce 2,3-dihydroxynaphthalene, 3-hydroxy-2-naphthoic acid It is preferable to use a microorganism having the transport (intake) ability of

発現ベクターとしては、上記宿主細胞において自立複製可能ないしは染色体中への組込みが可能で、本発明のDNAを転写できる位置にプロモーターを含有しているものが用いられる。 As an expression vector, a vector capable of autonomous replication in the host cell or capable of being integrated into a chromosome, and containing a promoter at a position at which the DNA of the present invention can be transcribed is used.

細菌等の原核生物を宿主細胞として用いる場合は、本発明のDNAを含有してなる組換えDNAは原核生物中で自立複製可能であると同時に、プロモーター、リボソーム結合配列、本発明のDNA、転写終結配列、より構成された組換えDNAであることが好ましい。プロモーターを制御する遺伝子が含まれていてもよい。 When a prokaryote such as bacteria is used as a host cell, a recombinant DNA comprising the DNA of the present invention can be autonomously replicated in prokaryotes, and at the same time, a promoter, ribosome binding sequence, DNA of the present invention, transcription Preferably, the termination sequence is a recombinant DNA composed of: A gene that controls a promoter may be included.

本発明の蛋白質、または該蛋白質と他の蛋白質との融合蛋白質をコードするDNAを大腸菌などの微生物に導入し、発現するためのベクターとしては、いわゆるマルチコピー型のものが好ましく、ColE1由来の複製開始点を有するプラスミド、たとえばpUC系のプラスミドやpBR322系のプラスミドあるいはその誘導体が挙げられる。ここで、「誘導体」とは、塩基の置換、欠失、挿入、付加および/または逆位などによってプラスミドに改変を施したものを意味する。なお、ここでいう改変とは、変異剤やUV照射などによる変異処理、あるいは自然変異などによる改変をも含む。より具体的には、ベクターとしては、たとえば、pUC19〔Gene, 33, 103 (1985)〕、pUC18、pBR322、pHelix1(ロシュ・ダイアグノスティクス社製)、pKK233-2(アマシャム・ファルマシア・バイオテク社製)、pSE280(インビトロジェン社製)、pGEMEX-1(プロメガ社製)、pQE-8(キアゲン社製)、pET-3(ノバジェン社製)pBluescriptII SK(+)、pBluescript II KS(+)(ストラタジーン社製)、pSTV28(タカラバイオ社製)、pUC118(タカラバイオ社製)等を用いることができる。 As a vector for introducing and expressing a protein of the present invention or a fusion protein of the protein and a fusion protein of the protein and another protein into a microorganism such as E. coli, a so-called multicopy vector is preferable, and ColE1-derived replication A plasmid having a starting point, such as a plasmid of pUC series or a plasmid of pBR322 series or derivatives thereof may be mentioned. Here, the "derivative" means that the plasmid has been modified by base substitution, deletion, insertion, addition and / or inversion and the like. The term "modification" as used herein also includes modification by mutation or UV irradiation or the like, or modification by natural mutation or the like. More specifically, as a vector, for example, pUC19 [Gene, 33, 103 (1985)], pUC18, pBR322, pHelix1 (Roche Diagnostics), pKK233-2 (Amersham Pharmacia Biotech) ), PSE280 (Invitrogen), pGEMEX-1 (Promega), pQE-8 (Qiagen), pET-3 (Novagen) pBluescript II SK (+), pBluescript II KS (+) (Stratagene) , PSTV28 (manufactured by Takara Bio Inc.), pUC118 (manufactured by Takara Bio Inc.), and the like can be used.

プロモーターとしては、大腸菌等の宿主細胞中で発現できるものであればいかなるものでもよい。たとえば、trpプロモーター(Ptrp)、lacプロモーター(Plac)、PLプロモーター、PRプロモーター等の、T7プロモーターなどの大腸菌やファージ等に由来するプロモーター、およびtacプロモーター、lacT7プロモーターのように人為的に設計改変されたプロモーター等、およびシュードモナス・プチダのTOLプラスミドのXylS蛋白質により制御されるPmプロモーターを用いることができる。 Any promoter may be used as long as it can be expressed in host cells such as E. coli. For example, promoters such as trp promoter (Ptrp), lac promoter (Plac), PL promoter, PR promoter, etc. derived from E. coli such as T7 promoter and phage, etc., and artificially designed and modified as tac promoter, lacT7 promoter And Pm promoter controlled by XylS protein of P. putida TOL plasmid can be used.

リボソーム結合配列であるシャイン−ダルガノ(Shine-Dalgarno)配列と開始コドンとの間を適当な距離(たとえば5〜18塩基)に調節したプラスミドを用いることが好ましい。本発明の組換えDNAにおいては、本発明のDNAの発現には転写終結配列は必ずしも必要ではないが、構造遺伝子の直下に転写終結配列を配置することが好ましい。 It is preferable to use a plasmid in which the distance between the Shine-Dalgarno sequence, which is a ribosome binding sequence, and the initiation codon is adjusted to an appropriate distance (for example, 5 to 18 bases). In the recombinant DNA of the present invention, a transcription termination sequence is not necessarily required for expression of the DNA of the present invention, but it is preferable to place the transcription termination sequence immediately below the structural gene.

組換えDNAの導入方法としては、上記宿主細胞へDNAを導入する方法であればいずれも用いることができ、たとえば、カルシウムイオンを用いる方法〔Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 69, 2110 (1972) 〕、エレクトロポレーション法〔Nucleic Acids Res., 16, 6127 (1988)〕、接合伝達法〔J. G. C. Ottow, Ann. Rev.Microbiol., Vol.29, p.80 (1975)〕、細胞融合法〔M.H. Gabor, J. Bacteriol., Vol.137, p.1346 (1979)〕等をあげることができる。 As a method for introducing recombinant DNA, any method can be used as long as it is a method for introducing DNA into the above-mentioned host cell, for example, a method using calcium ion [Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 69, 2110] (1972)], electroporation [Nucleic Acids Res., 16, 6127 (1988)], conjugation and transmission [JGC Ottow, Ann. Rev. Microbiol., Vol. 29, p. 80 (1975)], cells And fusion methods (MH Gabor, J. Bacteriol., Vol. 137, p. 1346 (1979)) and the like.

組換えDNA技術などを用いて、上記いずれか1つ以上の蛋白質の生産量を野生株と比較して増強した微生物を作製し、2,3−ジヒドロキシナフタレンの生産量を上げることもできる。具体的には、上記いずれかの蛋白質をコードする遺伝子を発現させるためのプロモーターとして天然のプロモーターよりも転写活性が強いプロモーターを用いる、あるいは該蛋白質をコードする遺伝子の転写を終結するためのターミネーターとして天然のターミネーターよりも転写終結活性が強いターミネーターを用いる、あるいは発現ベクターとして高コピー数ベクターを利用すること、相同組換えで染色体上に組み込むことなどがあげられる。 It is also possible to produce a microorganism in which the production amount of any one or more of the above-mentioned proteins is enhanced as compared with a wild strain using recombinant DNA technology or the like to increase the production amount of 2,3-dihydroxynaphthalene. Specifically, a promoter having higher transcription activity than a natural promoter is used as a promoter for expressing a gene encoding any of the above-mentioned proteins, or as a terminator for terminating transcription of a gene encoding the protein For example, a terminator having a transcription termination activity stronger than that of a natural terminator is used, or a high copy number vector is used as an expression vector, and chromosomal integration by homologous recombination and the like can be mentioned.

以上のようにして得られる本発明の2,3−ジヒドロキシナフタレン生産微生物を、好ましくは0.1 mM〜1 Mの3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を含有する培地で培養し、培養物中に2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成蓄積させ、該培養物から採取することにより、2,3−ジヒドロキシナフタレンを製造することができる。本発明の微生物を培地に培養する方法は、微生物の培養に用いられる通常の方法に従って行うことができる。 The 2,3-dihydroxynaphthalene-producing microorganism of the present invention obtained as described above is preferably cultured in a medium containing 0.1 mM to 1 M of 3-hydroxy-2-naphthoic acid, and 2, 2,3-Dihydroxynaphthalene can be produced by producing and accumulating 3-dihydroxynaphthalene and collecting it from the culture. The method of culturing the microorganism of the present invention in a culture medium can be carried out according to a conventional method used for culturing a microorganism.

本発明の微生物の培養は、炭素源、窒素源、無機塩、各種ビタミン等を含む通常の栄養培地で行うことができ、炭素源としては、たとえばブドウ糖、ショ糖、果糖等の糖類、エタノール、メタノール等のアルコール類、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸等の有機酸類、廃糖蜜等が用いられる。窒素源としては、たとえばアンモニア、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、尿素等がそれぞれ単独または混合して用いられる。また、無機塩としては、たとえばリン酸一水素カリウム、リン酸二水素カリウム、硫酸マグネシウム等が用いられる。この他にペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンステイープリカー、カザミノ酸、ビオチン等の各種ビタミン等の栄養素を培地に添加することができる。2,3−ジヒドロキシナフタレンを生産するための原料としては、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を添加する。 Cultivation of the microorganism of the present invention can be carried out in a conventional nutrient medium containing a carbon source, nitrogen source, inorganic salt, various vitamins and the like, and carbon sources include, for example, sugars such as glucose, sucrose, fructose and the like, ethanol, Alcohols such as methanol, organic acids such as citric acid, malic acid and succinic acid, waste molasses and the like are used. As the nitrogen source, for example, ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium nitrate, urea and the like are used alone or in combination. Further, as the inorganic salt, for example, potassium monohydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, magnesium sulfate and the like are used. In addition to this, nutrients such as various vitamins such as peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, casamino acid, and biotin can be added to the medium. As a raw material for producing 2,3-dihydroxy naphthalene, 3-hydroxy-2-naphthoic acid is added.

培養は、通常、通気攪拌、振とう等の好気条件下で行う。培養温度は、本発明の微生物が生育し得る温度であれば特に制限はなく、また、培養途中のpHについても本発明の微生物が生育し得るpHであれば特に制限はない。培養中のpH調整は、酸またはアルカリを添加して行うことができる。 The culture is usually performed under aerobic conditions such as aeration and agitation, shaking and the like. The culture temperature is not particularly limited as long as the microorganism of the present invention can grow, and the pH in the middle of the culture is also not particularly limited as long as the microorganism of the present invention can grow. PH adjustment during culture can be performed by adding an acid or an alkali.

本発明の2,3−ジヒドロキシナフタレン生産微生物を培養した後、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を含む水性媒体中に、該微生物の培養物もしくは該培養物の処理物を加えることにより、該媒体中に2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成、蓄積させ、該媒体から2,3−ジヒドロキシナフタレンを採取することもできる。 The 2,3-dihydroxynaphthalene-producing microorganism of the present invention is cultured, and then the culture of the microorganism or a treated product of the culture is added to an aqueous medium containing 3-hydroxy-2-naphthoic acid. It is also possible to form and accumulate 2,3-dihydroxynaphthalene therein, and to collect 2,3-dihydroxynaphthalene from the medium.

該培養物の処理物として、本発明の微生物を担体に固定化したものを用いてもよい。その場合には、培養物から回収されたまま、あるいは適当な緩衝液、たとえば0.02〜0.2 M程
度のリン酸緩衝液(pH6〜10)等で洗浄された菌体を使用することができる。また、培養物から回収された菌体を、超音波、圧搾等の手段で破砕して得られる破砕物、該破砕物を水等で抽出して得られる本発明の蛋白質を含有する抽出物、該抽出物を更に硫安塩析、カラムクロマトグラフィー等の処理を行って得られる本発明の蛋白質の部分精製成分等を担体に固定化したものも、本発明の2,3−ジヒドロキシナフタレンの製造に使用することができる。
As a processed product of the culture, one obtained by immobilizing the microorganism of the present invention on a carrier may be used. In such a case, cells recovered from the culture or washed with an appropriate buffer, for example, a phosphate buffer (pH 6 to 10) of about 0.02 to 0.2 M or the like can be used. In addition, crushed products obtained by crushing the cells collected from the culture by means of ultrasonic waves, pressing, etc., extracts containing the protein of the present invention obtained by extracting the crushed products with water or the like, The extract is further subjected to treatment such as ammonium sulfate salting out, column chromatography, etc. What is obtained by immobilizing the partially purified component etc. of the protein of the present invention obtained in the present invention on a carrier is also used for producing 2,3-dihydroxynaphthalene of the present invention. It can be used.

これら菌体、菌体破砕物、抽出物または精製酵素の固定化は、それ自体既知の通常用いられている方法に従い、アクリルアミドモノマー、アルギン酸、またはカラギーナン等の適当な担体に菌体等を固定化させる方法により行うことができる。 Immobilization of these cells, disrupted cells, extract or purified enzyme is carried out by immobilizing cells etc. on a suitable carrier such as acrylamide monomer, alginic acid or carrageenan according to a commonly used method known per se. It can be done by the method of

反応に用いる水性媒体は、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を含有する水溶液または適当な緩衝液、たとえば0.02〜0.2 M程度のリン酸緩衝液(pH6〜10)とすることができる。この水性媒体には、さらに菌体の細胞膜の物質透過性を高める必要のあるときには、トルエン、キシレン、非イオン性界面活性剤等を0.05〜2.0%(w/v)添加することもできる。 The aqueous medium used for the reaction can be an aqueous solution containing 3-hydroxy-2-naphthoic acid or a suitable buffer, for example, a phosphate buffer (pH 6 to 10) of about 0.02 to 0.2 M or so. To the aqueous medium, it is also possible to add 0.05 to 2.0% (w / v) of toluene, xylene, a nonionic surfactant and the like, when it is necessary to further increase the material permeability of the cell membrane of the cells.

水性媒体中の反応原料となる3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸の濃度は、0.1 mM〜1 M程度が適当である。上記の水性媒体における酵素反応温度およびpHは特に限定されないが、通常10〜60℃、好ましくは15〜50℃が適当であり、反応液中のpHは通常5〜10、好ましくは6〜9付近とすることができる。また、pHの調整は、酸またはアルカリを添加して行うことができる。発明で使用する酵素は、菌体抽出液をそのまま、またはそれから遠心分離、濾過等で集め、これを水または緩衝液に懸濁して得ることができる。このようにして得られた酵素を3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸の存在下、反応させるが、反応液中の3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸の濃度は酵素の活性を阻害しない範囲で可能な限り高くするのが有利である。反応は静置、攪拌、振盪のいずれの方法で行ってもよい。また、酵素を適当な支持体に固定化してカラムに充填し、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を含む溶液を流す方法も利用できる。反応は、通常10〜60℃、好ましくは15〜50℃、pH5〜9、好ましくはpH6〜9で行う。 The concentration of 3-hydroxy-2-naphthoic acid as a starting material for the reaction in an aqueous medium is suitably about 0.1 mM to 1 M. The enzyme reaction temperature and pH in the above aqueous medium are not particularly limited, but generally 10 to 60 ° C., preferably 15 to 50 ° C. are appropriate, and the pH in the reaction solution is usually 5 to 10, preferably about 6 to 9 It can be done. Moreover, adjustment of pH can be performed by adding an acid or an alkali. The enzyme used in the invention can be obtained by collecting the cell extract as it is or from it by centrifugation, filtration or the like and suspending it in water or a buffer. The enzyme thus obtained is reacted in the presence of 3-hydroxy-2-naphthoic acid, but the concentration of 3-hydroxy-2-naphthoic acid in the reaction solution can be such that the activity of the enzyme is not inhibited. It is advantageous to make it as high as possible. The reaction may be performed by any method of standing, stirring and shaking. Alternatively, the enzyme may be immobilized on a suitable support and packed into a column, and a solution containing 3-hydroxy-2-naphthoic acid may be flowed. The reaction is usually performed at 10 to 60 ° C., preferably 15 to 50 ° C., at a pH of 5 to 9, preferably at a pH of 6 to 9.

また、上記水性媒体に、反応時に抗酸化剤または還元剤を添加すると、2,3−ジヒドロキシナフタレンの生成収率が一層向上する場合がある。抗酸化剤/還元剤としては、アスコルビン酸、イソアルコルビン酸、システイン、亜硫酸ナトリウムや亜硫酸水素ナトリウムなどの亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリムなどのチオ硫酸塩が挙げられる。添加濃度は、抗酸化剤/還元剤の種類によって異なるが、2,3−ジヒドロキシナフタレンの生成を阻害しない濃度で加えることが望ましく、通常0.001〜5%(W/V)、好ましくは0.005〜1%である。 Moreover, when an antioxidant or a reducing agent is added to the above aqueous medium at the time of reaction, the production yield of 2,3-dihydroxynaphthalene may be further improved. Antioxidants / reductants include ascorbic acid, isoalkorbic acid, cysteine, sulfites such as sodium sulfite and sodium bisulfite, and thiosulfates such as sodium thiosulfate. The addition concentration varies depending on the type of antioxidant / reducing agent, but it is desirable to add it at a concentration that does not inhibit the formation of 2,3-dihydroxynaphthalene, usually 0.001 to 5% (W / V), preferably 0.005 to 1 %.

また、上記水性媒体に、反応時に酸化剤を添加すると、2,3−ジヒドロキシナフタレンの生成収率が一層向上する場合がある。酸化剤としては、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム等の硝酸塩、塩化第二鉄等の金属塩、ハロゲン、ペルオクソ酸等が挙げられ、好ましくは、亜硝酸ナトリウム、塩化第二鉄が挙げられる。添加濃度は、酸化剤の種類によって異なるが、2,3−ジヒドロキシナフタレンの生成を阻害しない濃度で加えることが望ましく、通常0.001〜0.05%(W/V)、好ましくは0.005〜0.02%である。 Moreover, when the oxidizing agent is added to the above aqueous medium at the time of reaction, the production yield of 2,3-dihydroxynaphthalene may be further improved. Examples of the oxidizing agent include nitrates such as sodium nitrite and potassium nitrite, metal salts such as ferric chloride, halogens, peroxy acids and the like, with preference given to sodium nitrite and ferric chloride. Although the addition concentration varies depending on the type of oxidizing agent, it is desirable to add it at a concentration that does not inhibit the formation of 2,3-dihydroxynaphthalene, and is usually 0.001 to 0.05% (W / V), preferably 0.005 to 0.02%.

培養終了後の培養液または反応液中からの2,3−ジヒドロキシナフタレンは、酢酸エチル等の有機溶剤によって抽出することにより単離・精製することができる。また、必要に応じて遠心分離等により該培養液から菌体等の不溶成分を除いた後、たとえば、活性炭を用いる方法、イオン交換樹脂を用いる方法、結晶化法、蒸留法、沈殿法等の方法を単独でまたは組み合わせることによって2,3−ジヒドロキシナフタレンを採取することができる。 The 2,3-dihydroxynaphthalene from the culture solution or reaction solution after completion of the culture can be isolated and purified by extraction with an organic solvent such as ethyl acetate. In addition, after removing insoluble components such as cells from the culture solution by centrifugation etc. as necessary, for example, a method using activated carbon, a method using an ion exchange resin, a crystallization method, a distillation method, a precipitation method, etc. The 2,3-dihydroxy naphthalene can be collected by the method alone or in combination.

以下に本発明の方法を実施例により具体的に述べるが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the method of the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1.外来のフェレドキシン蛋白質およびフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現させていない大腸菌K−12株での2,3−ジヒドロキシナフタレンの生産 Example 1 Production of 2,3-dihydroxynaphthalene in Escherichia coli K-12 strain not expressing foreign ferredoxin protein and ferredoxin reductase protein

(1)染色体DNAの単離・精製
独立行政法人理化学研究所バイオリソースセンターが運営するJapan Collection of Microorganismsより、スフィンゴビウム・ヤノイクヤエB1株(菌株番号:JCM30198)を入手し、apan Collection of Microorganismsから提供された情報にしたがって培養した。続いて、培養した菌体からDNA精製キット(illustra bacteria genomicPrep Mini Spin Kit;GEヘルスケア社製)を用いて染色体DNAを単離・精製した。
(1) Isolation and Purification of Chromosomal DNA Obtained from the Japan Collection of Microorganisms operated by the RIKEN BioResource Center, Sphingobium yanoi yae B1 strain (strain No. JCM30198) and provided from the apan Collection of Microorganisms Culture was performed according to the information. Subsequently, chromosomal DNA was isolated and purified from the cultured cells using a DNA purification kit (illustra bacteria genomicPrep Mini Spin Kit; manufactured by GE Healthcare).

(2)スフィンゴビウム・ヤノイクヤエB1株由来の芳香環水酸化酵素を発現する大腸菌株の構築
NCBIのGBデータベースよりスフィンゴビウム・ヤノイクヤエB1株由来のオキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質をコードするbphA2c遺伝子(配列番号3)とオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質をコードするbphA1c遺伝子(配列番号1)の塩基配列データをインターネット経由で取得し、bphA2c遺伝子とbphA1c遺伝子を含むDNAを増幅するためのプライマー(配列番号17と18)を設計した。各PCRプライマーの合成は株式会社ファスマックに外注した。PCRプライマーなどの合成DNAの調製は特記しない限り株式会社ファスマックに外注することにより行った。上記で得た染色体DNAを鋳型にし、配列番号17と18のDNAプライマーを用いて、PrimeStar DNAポリメラーゼ(タカラバイオ社製)を用いて添付の説明書に従ってbphA2c遺伝子とbphA1c遺伝子を含むDNAを増幅した。続いて、上記で得られたbphA2c遺伝子とbphA1c遺伝子を含むDNAを、大腸菌発現ベクターであるpUXPEaLT19(特開2014−50373を参照)のPacI部位とNotI部位の間に挿入することにより、bphA2c遺伝子とbphA1c遺伝子を発現するプラスミドpUXPEaLT_bphA21cを得た。上記で得たプラスミドpUXPEaLT_bphA21cを大腸菌JM109株にカルシウムイオンを用いる形質転換法を用いて導入することにより、形質転換株pUXPEaLT_bphA21c/JM109を構築した。
(2) Construction of an E. coli strain expressing an aromatic ring hydroxylase derived from Sphingobium japonica B1 strain According to the GBBI database of NCBI, bphA2c gene which encodes an oxygenase / small subunit protein derived from Sphingobium japonica B1 strain ( Primers for obtaining DNA comprising the sequence of bphA2c gene and bphA1c gene (SEQ ID NO: 17) by obtaining the sequence data of SEQ ID NO: 3 and the bphA1c gene (SEQ ID NO: 1) encoding oxygenase / large subunit protein via the Internet And 18) designed. The synthesis of each PCR primer was outsourced to Fasmac. Preparation of synthetic DNAs such as PCR primers was performed by outsourcing to Fasmac unless otherwise stated. Using the chromosomal DNA obtained above as a template and the DNA primers of SEQ ID NOS: 17 and 18, PrimeDNA DNA polymerase (Takara Bio Inc.) was used to amplify DNA containing the bphA2c gene and the bphA1c gene according to the attached instruction. . Subsequently, the DNA containing the bphA2c gene and the bphA1c gene obtained above is inserted between the PacI site and the NotI site of the E. coli expression vector pUXPEaLT19 (see JP-A-2014-50373) to obtain the bphA2c gene and The plasmid pUXPEaLT_bphA21c expressing the bphA1c gene was obtained. The transformed strain pUXPEaLT_bphA21c / JM109 was constructed by introducing the plasmid pUXPEaLT_bphA21c obtained above into Escherichia coli JM109 strain using a calcium ion transformation method.

(3)大腸菌lacZ遺伝子を発現する大腸菌株の構築
3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸の水酸化とは関係のない遺伝子である大腸菌MG1655株のβ−ガラクトシダーゼ遺伝子(以下、lacZ遺伝子と略記する)を対照実験に用いることにした。lacZ遺伝子の塩基配列としてはNCBIのGBデータベースからアクセッション番号 JF300162の塩基番号1〜3075の配列を得て、この配列をもとにlacZ遺伝子をクローニングするためにPCRプライマー(配列番号19と20)を設計し、合成した。国立遺伝学研究所・ナショナルバイオリソースプロジェクト大腸菌より入手した大腸菌MG1655株をLB液体培地〔10 g/l トリプトン(Difco社製)、5 g/l 乾燥酵母エキス(Difco社製)、10 g/l 塩化ナトリウム〕に接種し、37℃で一晩振とう培養を行った。集菌した菌体をもとに、illustra bacteria genomicPrep Mini Spin Kit(GE healthcare社製)を用いて大腸菌染色体DNAを調製した。
(3) Construction of E. coli Strain Expressing E. coli lacZ Gene The β-galactosidase gene (hereinafter abbreviated as lacZ gene) of E. coli MG1655 strain, which is a gene not related to the hydroxylation of 3-hydroxy-2-naphthoic acid It was decided to use for control experiment. As a base sequence of lacZ gene, a sequence of accession number JF 300162 from base number 1 to 3075 is obtained from NCBI GB database, and PCR primers (SEQ ID NOs: 19 and 20) for cloning lacZ gene based on this sequence. Was designed and synthesized. E. coli MG1655 strain obtained from E. coli from National Institute of Genetics, National BioResource Project, LB liquid medium (10 g / l tryptone (Difco), 5 g / l dry yeast extract (Difco), 10 g / l chloride Sodium] and shake culture overnight at 37 ° C. Based on the collected bacterial cells, E. coli chromosomal DNA was prepared using illustra bacteria genomicPrep Mini Spin Kit (manufactured by GE healthcare).

上記(1)で得た染色体DNAを鋳型とし、PrimeSTAR DNAポリメラーゼとPCRプライマー(配列番号19と20)を用いて添付の説明書に従ってlacZ遺伝子のDNAを増幅させた。このPCR増幅産物を精製し、制限酵素PacIと制限酵素NotIで消化した後、大腸菌発現ベクターpUXPEaLT19のPacI部位とNotI部位の間に挿入することにより、lacZ遺伝子を発現するプラスミドpUXPEaLT_lacZを得た。次に、プラスミドpUXPEaLT_lacZを大腸菌JM10
9株にカルシウムイオンを用いる形質転換法を用いて導入することにより、形質転換株pUXPEaLT_lacZ/JM109を構築した。
Using the chromosomal DNA obtained in the above (1) as a template, DNA of the lacZ gene was amplified using PrimeSTAR DNA polymerase and PCR primers (SEQ ID NOS: 19 and 20) according to the attached instruction. The PCR amplification product was purified, digested with restriction enzymes PacI and NotI, and inserted between the PacI site and the NotI site of E. coli expression vector pUXPEaLT19 to obtain plasmid pUXPEaLT_lacZ expressing the lacZ gene. Next, the plasmid pUXPEaLT_lacZ was transformed into E. coli JM10.
The transformed strain pUXPEaLT_lacZ / JM109 was constructed by introducing into 9 strains using a calcium ion-based transformation method.

(4)上記大腸菌株を用いた2,3―ジヒドロキシナフタレンの生産
上記で構築したpUXPEaLT_bphA21c/JM109株およびpUXPEaLT_lacZ/JM109株をそれぞれ100 mg/Lのアンピシリンを含む0.5 mlのLB液体培地で一晩培養した後、培養液を100 mg/Lのアンピシリンを含むLB液体培地4 mlに1%接種し、32℃で培養を行った。対数増殖期にm−トルイル酸を終濃度1 mMになるよう添加した後、32℃で3時間培養を続けた。培養菌体を10 mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)で2回洗浄した後、菌体を2%グルコースと1 mMの3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を含む10mMリン酸カリウム緩衝液100μlに懸濁した。なお、菌体濃度は吸光度600nmで10.0となるように調整した。
(4) Production of 2,3-dihydroxynaphthalene using the above-mentioned Escherichia coli strain The pUXPEaLT_bphA21c / JM109 strain constructed above and the pUXPEaLT_lacZ / JM109 strain were cultured overnight in 0.5 ml of LB liquid medium containing 100 mg / L of ampicillin respectively. Then, the culture solution was inoculated 1% in 4 ml of LB liquid medium containing 100 mg / L of ampicillin, and cultured at 32 ° C. After adding m-toluic acid to a final concentration of 1 mM in the logarithmic growth phase, culture was continued at 32 ° C. for 3 hours. After washing the cultured cells twice with 10 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), 100 μl of 10 mM potassium phosphate buffer containing 2% glucose and 1 mM 3-hydroxy-2-naphthoate Suspended in The cell concentration was adjusted to be 10.0 at an absorbance of 600 nm.

この菌体懸濁液を30℃、1000 rpmの条件で18時間反応させた。反応液を遠心分離(室温、1分、15000×g)にかけた後、上清50μlを新しい1.5 mLチューブに移し、1N塩酸5μlと酢酸エチル250μlを加え、良く混和した。遠心分離後、上層液200μlをとり、新しい1.5 mLチューブに移した。この上層液を減圧乾燥器内に置くことにより得られた乾固物を2%アセトニトリルに溶解した。この溶解液中の有機化合物を、表1に示す高速液体クロマトグラフィー(HPLC)の分離条件でLC-TOF型質量分析計(Waters社、LCT Premier XE)を用いて分析した。標品の2,3−ジヒドロキシナフタレンと比較して、高速液体クロマトグラフィーの保持時間と質量分析計からの質量値を合わせて生産された2,3−ジヒドロキシナフタレンを同定した。 This cell suspension was allowed to react for 18 hours at 30 ° C. and 1000 rpm. The reaction solution was centrifuged (room temperature, 1 minute, 15000 × g), 50 μl of the supernatant was transferred to a new 1.5 mL tube, 5 μl of 1N hydrochloric acid and 250 μl of ethyl acetate were added and mixed well. After centrifugation, 200 μl of the supernatant was taken and transferred to a new 1.5 mL tube. The dried product obtained by placing this upper layer solution in a vacuum drier was dissolved in 2% acetonitrile. The organic compounds in this solution were analyzed under the separation conditions of high performance liquid chromatography (HPLC) shown in Table 1 using an LC-TOF mass spectrometer (LCT, Inc. LCT Premier XE). The retention time of high performance liquid chromatography and the mass value from the mass spectrometer were combined to identify 2,3-dihydroxynaphthalene produced as compared with the standard 2,3-dihydroxynaphthalene.

Figure 0006527708
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その結果、表2に示すように、pUXPEaLT_bphA21c/JM109株において約8μMの2,3−ジヒドロキシナフタレンが検出された。一方、lacZ遺伝子を発現するpUXPEaLT_lacZ/JM109株では2,3−ジヒドロキシナフタレンは検出されなかった。したがって、外来のフェレドキシン蛋白質およびフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現させていない大腸菌K12株にbphA2c遺伝子とbphA1c遺伝子を発現させることによって、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンが生産されることが明らかとなった。 As a result, as shown in Table 2, about 8 μM of 2,3-dihydroxynaphthalene was detected in pUXPEaLT_bphA21c / JM109 strain. On the other hand, 2,3-dihydroxynaphthalene was not detected in pUXPEaLT_lacZ / JM109 strain expressing the lacZ gene. Therefore, 2,3-dihydroxynaphthalene is produced from 3-hydroxy-2-naphthoic acid by expressing bphA2c gene and bphA1c gene in E. coli K12 strain not expressing foreign ferredoxin protein and ferredoxin reductase protein It became clear.

Figure 0006527708
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実施例2.オキシゲナーゼ大サブユニット蛋白質、オキシゲナーゼ小サブユニット蛋白質、フェレドキシン蛋白質およびフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現させた大腸菌における2,3−ジヒドロキシナフタレンの生産 Example 2 Production of 2,3-dihydroxynaphthalene in Escherichia coli expressing oxygenase large subunit protein, oxygenase small subunit protein, ferredoxin protein and ferredoxin reductase protein

(1)スフィンゴビウム・ヤノイクヤエB1株由来の2,3−ジヒドロキシナフタレン生産に関わる3種類の蛋白質を発現する大腸菌株の構築
スフィンゴビウム・ヤノイクヤエB1株のフェレドキシン蛋白質をコードするbphA3遺伝子(GBアクセッション番号JPOU01000022.1の塩基番号151095〜151421)の塩基配列データ(配列番号9)をNCBIのGBデータベースよりインターネット経由で取得し、bphA3遺伝子を含むDNAを増幅するためのプライマー(配列番号21)を設計し、合成した。続いて、実施例1(1)で得た染色体DNAを鋳型にし、配列番号18と21のDNAプライマーを用いて、添付の説明書に従ってPrimeStar DNAポリメラーゼ(タカラバイオから購入)を用いて、bphA3遺伝子、bphA2c遺伝子およびbphA1c遺伝子を含むDNAを増幅させた。
(1) Construction of an E. coli strain expressing three types of proteins involved in the production of 2,3-dihydroxynaphthalene derived from Sphingobium japonica B1 strain bphA3 gene encoding the ferredoxin protein of Sphingobium yanoicaya B1 strain (GB Ac The base sequence data (SEQ ID NO: 9) of session No. JPOU01000022.1 base No. 151095 to 151421) is acquired from the GBBI database of NCBI via the Internet, and a primer (SEQ ID NO: 21) for amplifying DNA containing bphA3 gene Designed and synthesized. Subsequently, using the chromosomal DNA obtained in Example 1 (1) as a template and using the DNA primers of SEQ ID NOS: 18 and 21 according to the attached instruction, PrimeStar DNA polymerase (purchased from Takara Bio) is used to obtain bphA3 gene , DNA containing the bphA2c gene and the bphA1c gene was amplified.

上記で得られたbphA3遺伝子とbphA2c遺伝子とbphA1c遺伝子を含むDNAを大腸菌発現ベクターpUXPEaLT19のPacI部位とNotI部位の間に挿入することにより、bphA3遺伝子とbphA2c遺伝子とbphA1c遺伝子を発現するプラスミドpUXPEaLT_bphA321cを得た。
上記で得たプラスミドpUXPEaLT_bphA321cを大腸菌JM109株にカルシウムイオンを用いる形質転換法を用いて導入することにより、形質転換株pUXPEaLT_bphA321c/JM109を構築した。
The DNA containing the bphA3 gene, bphA2c gene and bphA1c gene obtained above is inserted between the PacI site and NotI site of the E. coli expression vector pUXPEaLT19 to obtain the plasmid pUXPEaLT_bphA321c expressing the bphA3 gene, bphA2c gene and bphA1c gene The
The transformed strain pUXPEaLT_bphA321c / JM109 was constructed by introducing the plasmid pUXPEaLT_bphA321c obtained above into the E. coli JM109 strain using a calcium ion transformation method.

(2)スフィンゴビウム・ヤノイクヤエB1株由来の2,3−ジヒドロキシナフタレン生産に関わる4種類の蛋白質を発現する大腸菌株の構築
スフィンゴビウム・ヤノイクヤエB1株のフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質をコードするbphA4遺伝子(JPOU01000022.1の塩基番号124178〜125404の相補鎖)の塩基配列データ(配列番号11)をNCBIのGBデータベースよりインターネット経由で取得し、bphA4遺伝子を含むDNAを増幅するためのプライマー(配列番号22と23)を設計し、合成した。続いて、実施例1(1)で得た染色体DNAを鋳型とし、配列番号22と23のDNAプライマーを用いて、添付の説明書に従ってPrimeStar DNAポリメラーゼを用いて増幅させた。Taq DNAポリメラーゼによって増幅DNA断片の3’末端にA残基を付加した後、該増幅DNA断片をゲル電気泳動法により精製し、pT7Blue-Tベクター(ノバジェン社製)に組み込むことによりプラスミドpT7_bphA4_B1を構築した。
(2) Construction of an E. coli strain that expresses four types of proteins involved in 2,3-dihydroxynaphthalene production from Sphingobium japonica B1 strain bphA4 gene encoding the ferredoxin reductase protein of Sphingobium janoia B1 strain ( The nucleotide sequence data (SEQ ID NO: 11) of the complementary strand of base numbers 124178 to 125404 of JPOU01000022.1 is obtained from the GBBI database of NCBI via the Internet, and a primer (SEQ ID NO: 22) for amplifying DNA containing bphA4 gene 23) designed and synthesized. Subsequently, using the chromosomal DNA obtained in Example 1 (1) as a template and DNA primers of SEQ ID NOs: 22 and 23, amplification was performed using PrimeStar DNA polymerase in accordance with the attached instruction. After adding an A residue to the 3 'end of the amplified DNA fragment by Taq DNA polymerase, the amplified DNA fragment is purified by gel electrophoresis and incorporated into pT7Blue-T vector (Novagen) to construct plasmid pT7_bphA4_B1. did.

プラスミドpT7_bphA4_B1から制限酵素SwaIと制限酵素NotIによりフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質をコードするDNAを切り出し、該DNAを上記で得たプラスミドpUXPEaLT_bphA321cのPmeI部位とNotI部位の間に挿入することにより、bphA3遺伝子、bphA2c遺伝子、bphA1c遺伝子およびbphA4遺伝子を発現するプラスミドpUXPEaLT_bphA321c_A4を得た。続いて、プラスミドpUXPEaLT_bphA321c_A4を大腸菌JM109株にカルシウムイオンを用いる形質転換法を用いて導入することにより、形質転換株pUXPEaLT_bphA321c_A4/JM109を構築した。 The DNA encoding ferredoxin reductase protein is excised from plasmid pT7_bphA4_B1 with restriction enzyme SwaI and restriction enzyme NotI, and the DNA is inserted between the PmeI site and NotI site of plasmid pUXPEaLT_bphA321c obtained above to obtain bphA3 gene, bphA2c gene , And the plasmid pUXPEaLT_bphA321c_A4 expressing the bphA1c gene and the bphA4 gene. Subsequently, a transformant pUXPEaLT_bphA321c_A4 / JM109 was constructed by introducing plasmid pUXPEaLT_bphA321c_A4 into E. coli JM109 strain using a calcium ion transformation method.

(3)上記大腸菌株を用いた2,3―ジヒドロキシナフタレンの生産
上記で構築したpUXPEaLT_bphA321c/JM109株、pUXPEaLT_bphA321c_A4/JM109株およびpUXPEaLT_lacZ/JM109株について、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を原料とする2,3−ジヒドロナフタレンの生産性の評価を実施した。生産性評価は実施例1と同様に行った。
その結果、表3に示すように、pUXPEaLT_bphA321c/JM109株、pUXPEaLT_BphA321c_A4/JM109株ではそれぞれ290μMと830μMの2,3−ジヒドロナフタレンの生産が確認された。一方、lacZ遺伝子を発現するpUXPEaLT_lacZ/JM109株では2,3−ジヒドロナフタレンは検出されなかった。
(3) Production of 2,3-dihydroxynaphthalene using the above-mentioned E. coli strain With regard to pUXPEaLT_bphA321c / JM109 strain, pUXPEaLT_bphA321c_A4 / JM109 strain and pUXPEaLT_lacZ / JM109 strain constructed above, using 3-hydroxy-2-naphthoic acid as a raw material 2 The evaluation of the productivity of 3, 3-dihydronaphthalene was carried out. The productivity evaluation was performed in the same manner as in Example 1.
As a result, as shown in Table 3, in the pUXPEaLT_bphA321c / JM109 strain and the pUXPEaLT_BphA321c_A4 / JM109 strain, production of 290 μM and 830 μM 2,3-dihydronaphthalene was confirmed, respectively. On the other hand, 2,3-dihydronaphthalene was not detected in pUXPEaLT_lacZ / JM109 strain expressing the lacZ gene.

Figure 0006527708
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実施例3.ノボスフィンゴビウム・アロマティシボランス F199株の芳香環水酸化酵素を用いた2,3―ジヒドロキシナフタレンの生産 Example 3 Production of 2,3-dihydroxynaphthalene using aromatic ring hydroxylase from novosphingobium aromaticiboranes strain F199

(1)ノボスフィンゴビウム・アロマティシボランス F199株の染色体DNAの単離・精製
ノボスフィンゴビウム・アロマティシボランス F199株は、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションから入手した(ATCC 700278)。続いて、ノボスフィンゴビウム・アロマティシボランス F199株を培養して得た菌体から染色体DNAを単離・精製した。
(1) Isolation / Purification of Chromosomal DNA of Novosphingobium Aromasticiboranes F199 Strain The Novosphingobium Aromasticibolus F199 strain was obtained from the American Type Culture Collection (ATCC 700278). Subsequently, chromosomal DNA was isolated and purified from the cells obtained by culturing the Novosphingobium aromatiiboranes F199 strain.

(2)ノボスフィンゴビウム・アロマティシボランスF199株由来の2,3−ジヒドロキシナフタレン生産に関わる3種類の蛋白質を発現する大腸菌株の構築
ノボスフィンゴビウム・アロマティシボランスF199株由来のフェレドキシン蛋白質をコードするbphA3遺伝子(配列番号11)、オキシゲナーゼ・小サブユニット蛋白質をコードするbphA2c遺伝子(配列番号7)およびオキシゲナーゼ・大サブユニット蛋白質をコードするbphA1c遺伝子(配列番号3)を含むDNA領域(GBアクセッション番号CP000676.1の塩基番号33613〜35714)の塩基配列データをインターネット経由で取得し、bphA3遺伝子、bphA2c遺伝子およびbphA1c遺伝子を含むDNAを増幅するためのプライマー(配列番号24と25)を設計し、合成した。ノボスフィンゴビウム・アロマティシボランス
F199株由来のbphA3遺伝子、bphA2c遺伝子およびbphA1c遺伝子を含むDNAを、上記で得た染色体DNAを鋳型にし、配列番号24と25のプライマーを用いたPCR法により増幅させた。
(2) Construction of an E. coli strain that expresses three types of proteins involved in 2,3-dihydroxynaphthalene production derived from Novosphingobium aromatiiboranes F199 strain Ferredoxin derived from Novosphingobium aromatiiboranes F199 strain A DNA region (bphA3 gene (SEQ ID NO: 11) encoding a protein, bphA2c gene (SEQ ID NO: 7) encoding an oxygenase / small subunit protein, and a bphA1c gene (SEQ ID NO: 3) encoding an oxygenase / large subunit protein (SEQ ID NO: 3) Obtain nucleotide sequence data of GB accession number CP000676.1 (nucleotide numbers 33613 to 35714) via the Internet, and use primers (SEQ ID NOs: 24 and 25) for amplifying DNA containing bphA3 gene, bphA2c gene and bphA1c gene Designed and synthesized. A DNA containing the bphA3 gene, bphA2c gene and bphA1c gene derived from Novosphingobium aromatiivolans strain F199 was amplified by the PCR method using primers of SEQ ID NOS: 24 and 25 using the chromosomal DNA obtained above as a template I did.

このようにして得られたbphA3遺伝子、bphA2c遺伝子およびbphA1c遺伝子を含むDNAを、大腸菌発現ベクターpUXPEaLT19のPacI部位とNotI部位の間に挿入することにより、bphA3遺伝子、bphA2c遺伝子およびbphA1c遺伝子を発現するプラスミドpUXPEaLT_bphA321c_F199を得た。プラスミドpUXPEaLT_bphA321c_F199を大腸菌JM109株にカルシウムイオンを用いる形質転換法を用いて導入することにより、形質転換株pUXPEaLT_bphA321c_F199/JM109を構築した。 A plasmid expressing the bphA3 gene, bphA2c gene and bphA1c gene by inserting the thus obtained DNA containing the bphA3 gene, bphA2c gene and bphA1c gene between the PacI site and NotI site of the E. coli expression vector pUXPEaLT19 Obtained pUXPEaLT_bphA 321 c_F199. The transformed strain pUXPEaLT_bphA321c_F199 / JM109 was constructed by introducing the plasmid pUXPEaLT_bphA321c_F199 into E. coli JM109 strain using a calcium ion transformation method.

(3)ノボスフィンゴビウム・アロマティシボランスF199株由来の2,3−ジヒドロキシナフタレン生産に関わる4種類の蛋白質を発現する大腸菌株の構築
NCBIのGBデータベースよりノボスフィンゴビウム・アロマティシボランス F199株由来のフェレドキシン・レダクターゼ遺伝子であるbphA4遺伝子(GBアクセッション番号CP000676.1の塩基番号4755〜5981の相補鎖の塩基配列データ(配列番号15)をインターネット経由で取得し、bphA4を増幅するためのプライマー(配列番号26と27)を設計し、合成した。bphA4遺伝子を、実施例1(1)で得た染色体DNAを鋳型とし、配列番号26と27のプライマーを用いて、添付の説明書に従ってPrimeStar DNAポリメラーゼ(タカラバイオから購入)を用いて増幅させた。Taq DNAポリメラーゼによって増幅DNA断片の3’末端にA残基を付加した後、該増幅DNA断片をゲル電気泳動法により精製し、pT7Blue-Tベクター(ノバジェン社製)に組み込むことによりプラスミドpT7_bphA4_F199を構築した。
(3) Construction of an E. coli strain expressing four types of proteins involved in 2,3-dihydroxynaphthalene production derived from novosphingobium and aromaticiboranes strain F199 Novosphingobium and aromatiiboranes from the GBBI database of NCBI To obtain bphA4 gene (SEQ ID NO: 15 of the complementary strand of base number 4755-5981 of GB accession No. CP000676.1), which is a ferredoxin reductase gene derived from strain F199, via the Internet to amplify bphA4 The primers (SEQ ID NOS: 26 and 27) were designed and synthesized The bphA4 gene was prepared using the chromosomal DNA obtained in Example 1 (1) as a template and the primers of SEQ ID NOS: 26 and 27 as attached. It was amplified using PrimeStar DNA polymerase (purchased from Takara Bio) according to Taq DNA polymerase. After addition of A residues at the 3 'end of the amplified DNA fragments by Ze, the amplified DNA fragment was purified by gel electrophoresis, a plasmid was constructed pT7_bphA4_F199 by incorporating into pT7Blue-T vector (Novagen).

プラスミドpT7_bphA4_F199から制限酵素SwaIと制限酵素NotIによりレダクターぜ酵素蛋白質をコードするDNAを切り出し、上記で得たプラスミドpUXPEaLT_bphA321c_F199のPmeI部位とNotI部位の間に挿入することにより、bphA3遺伝子、bphA2c遺伝子、bphA1c遺伝子、bphA4遺伝子を発現するプラスミドpUXPEaLT_bphA321c_A4_F199を得た。
上記で得たプラスミドpUXPEaLT_bphA321c_A4_F199を大腸菌JM109株にカルシウムイオンを用いる形質転換法を用いて導入することにより、形質転換株pUXPEaLT19_bphA321c_A4_F199/JM109を構築した。
The DNA encoding the leptidase enzyme protein is excised from plasmid pT7_bphA4_F199 with restriction enzyme SwaI and restriction enzyme NotI, and inserted between the PmeI site and NotI site of plasmid pUXPEaLT_bphA321c_F199 obtained above to obtain bphA3 gene, bphA2c gene, bphA1c gene , And a plasmid pUXPEaLT_bphA321c_A4_F199 expressing the bphA4 gene was obtained.
The transformed strain pUXPEaLT19_bphA321c_A4_F199 / JM109 was constructed by introducing the plasmid pUXPEaLT_bphA321c_A4_F199 obtained above into the E. coli JM109 strain using a calcium ion transformation method.

(4)上記形質転換株を用いた2,3―ジヒドロキシナフタレンの生産
上記で構築したpUXPEaLT_BphA321c_F199/JM109株、pUXPEaLT_bphA321c_A4_F199/JM109株、pUXPEaLT_lacZ/JM109株およびpUXPEaLT_lacZ/JM109株について、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を原料とする2,3−ジヒドロナフタレンの生産性の評価を実施した。生産性評価は実施例1と同様に行った。
(4) Production of 2,3-dihydroxynaphthalene using the above transformant strain pUXPEaLT_BphA321c_F199 / JM109 strain constructed above, pUXPEaLT_bphA321c_A4_F199 / JM109 strain, pUXPEaLT_lacZ / JM109 strain and pUXPEaLT_lacZ / JM109 strain: An evaluation of the productivity of 2,3-dihydronaphthalene from acid was conducted. The productivity evaluation was performed in the same manner as in Example 1.

その結果、表4に示すように、pUXPEaLT_BphA321c_F199/JM109株とpUXPEaLT_BphA321c_A4_F199/JM109株ではそれぞれ190μMと310μMの2,3−ジヒドロキシナフタレンの生産が確認された。一方、lacZ遺伝子を発現するpUXPEaLT_lacZ/JM109株では2,3−ジヒドロキシナフタレンは検出されなかった。したがって、ノボスフィンゴビウム・アロマティシボランス F199株のbphA2c遺伝子とbphA1c遺伝子の発現によって3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンが生産されることが明らかとなった。 As a result, as shown in Table 4, production of 190 μM and 310 μM 2,3-dihydroxynaphthalene was confirmed in the pUXPEaLT_BphA321c_F199 / JM109 strain and the pUXPEaLT_BphA321c_A4_F199 / JM109 strain, respectively. On the other hand, 2,3-dihydroxynaphthalene was not detected in pUXPEaLT_lacZ / JM109 strain expressing the lacZ gene. Therefore, it was revealed that 2,3-dihydroxynaphthalene was produced from 3-hydroxy-2-naphthoate by the expression of the bphA2c gene and the bphA1c gene of the novosphingobium aromaticivorus F199 strain.

Figure 0006527708
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実施例4.オキシゲナーゼ大サブユニット蛋白質、オキシゲナーゼ小サブユニット蛋白質、フェレドキシン蛋白質およびフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現させたコリネバクテリウム属細菌における2,3−ジヒドロキシナフタレンの生産 Example 4 Production of 2,3-dihydroxynaphthalene in Corynebacterium bacteria expressing oxygenase large subunit protein, oxygenase small subunit protein, ferredoxin protein and ferredoxin reductase protein

(1)コリネバクテリウム属細菌用発現ベクターpECsfの構築
コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacteriumg/Lutamicum)ATCC13032株に外来遺伝子などをプラスミド状態で保持させるために用いる大腸菌−コリネバクテリウム用シャトル・ベクターとしてはコリネバクテリウム・グルタミカムATCC 13032株が保持するプラスミドpHM1519をもとに構築したpHCG100を用いた。プラスミドpHCG100の
構築方法およびコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株の情報は特開2014−188282に開示されている。
(1) Construction of expression vector pECsf for Corynebacterium bacteria As a shuttle vector for Escherichia coli-Corynebacterium used for holding foreign genes etc. in a plasmid state in Corynebacterium glutamicum ( Corynebacterium g / Lutamicum ) ATCC13032 strain The pHCG100 constructed based on the plasmid pHM1519 carried by Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 was used. The construction method of plasmid pHCG100 and the information of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain are disclosed in JP-A-2014-188282.

プラスミドpHCG100にPacIサイト、NotIサイト、転写終結配列およびSfiIサイトを付加するために配列番号28と29で表される2本の合成DNAを調製した。これら合成DNAとプラスミドpHCG100由来のBamHI-PvuIIのDNA断片(大きさ:約3.2 kb)およpびプラスミドpHCG100由来のClaIとBamHのDNA断片(大きさ:約1.7kb)を連結することにより、プラスミドpHCGPNを得た。 In order to add PacI site, NotI site, transcription termination sequence and SfiI site to plasmid pHCG100, two synthetic DNAs represented by SEQ ID NOS: 28 and 29 were prepared. These synthetic DNAs are ligated by ligating the DNA fragment of BamHI-PvuII (size: about 3.2 kb) derived from plasmid pHCG100 and the DNA fragment of ClaI and BamH derived from plasmid pHCG100 (size: about 1.7 kb). The plasmid pHCGPN was obtained.

上記で得たプラスミドpHCGPNにSwaIサイト、転写終結配列、SbfIサイトを付加するために配列番号30と31で表される2本の合成DNAを合成した。これら合成DNAをプラスミドpHCGPNのBamHI部位とPacI部位の間に挿入することにより、プラスミドpECPNsfを得た。 Two synthetic DNAs represented by SEQ ID NOS: 30 and 31 were synthesized in order to add SwaI site, transcription termination sequence and SbfI site to the plasmid pHCGPN obtained above. These synthetic DNAs were inserted between the BamHI and PacI sites of plasmid pHCGPN to obtain plasmid pECPNsf.

続いて、プラスミドpECPNsfにXhoIサイト、転写終結サイト、SfiIサイトを付加するために配列番号32と33で表される2本の合成DNAを合成した。これら合成DNAをプラスミドpECPNsfのBamHI部位とSwaI部位の間に挿入することにより、コリネバクテリウム属細菌用発現ベクターpECsfを得た。 Subsequently, in order to add an XhoI site, a transcription termination site and an SfiI site to plasmid pECPNsf, two synthetic DNAs represented by SEQ ID NOS: 32 and 33 were synthesized. These synthetic DNAs were inserted between the BamHI site and the SwaI site of plasmid pECPNsf to obtain an expression vector pECsf for Corynebacterium bacteria.

(2)gapプロモーターのクローニング
2,3−ジヒドロキシナフタレン生産に関わる4種類の蛋白質をコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株内で発現させるため、本菌株のgapプロモーターをクローニングすることにした。
(2) Cloning of gap Promoter In order to express four types of proteins involved in 2,3-dihydroxynaphthalene production in Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain, it was decided to clone the gap promoter of this strain.

コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株のゲノム配列情報をNCBI・GBアクセッション番号NC_006958としてインターネット経由で取得した後、該菌株のgap遺伝子のプロモーター領域(以下、gapプロモーターと略す;塩基番号1685102〜1685581の480 bpの領域)の塩基配列(配列番号34)に基づいて、gapプロモーター領域を増幅するためにプライマー(配列番号35と36)を設計・合成した。配列番号35と36のDNAプライマーを用いて、上記で得た染色体DNAを鋳型にし、添付の説明書に従って増幅させた。このgapプロモーター領域のDNAを制限酵素SnaBIとPacIで消化した後に、プラスミドpECsfのSnaBI部位とPacI部位の間に挿入することにより、プラスミドpECsf_gapSを得た。 The genomic sequence information of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain is obtained via the Internet as NCBI • GB accession number NC — 006958, and then the promoter region of the gap gene of the strain (hereinafter abbreviated as gap promoter; 480 of base numbers 1685102 to 1685581 Based on the base sequence (SEQ ID NO: 34) of the region of bp), primers (SEQ ID NO: 35 and 36) were designed and synthesized to amplify the gap promoter region. The chromosomal DNA obtained above was used as a template using DNA primers of SEQ ID NOS: 35 and 36, and amplified according to the attached instruction. The DNA of this gap promoter region was digested with restriction enzymes SnaBI and PacI, and then inserted between the SnaBI site and PacI site of plasmid pECsf to obtain plasmid pECsf_gapS.

(3)2,3−ジヒドロキシナフタレン生産プラスミドの構築
実施例2(2)で得たプラスミドpUXPEaLT_bphA321c_A4から制限酵素PacIと制限酵素NotIにより切り出したbphA3遺伝子、bphA2c遺伝子、bphA1c遺伝子およびbphA4遺伝子をコードするDNAを、上記で得たプラスミドpECsfD_gapのPacI部位とNotI部位の間に挿入することにより、bphA3遺伝子、bphA2c遺伝子、bphA1c遺伝子およびbphA4遺伝子を発現するプラスミドpECsf_gapS_bphA321c_bphA4を得た。
(3) Construction of 2,3-dihydroxynaphthalene-producing plasmid DNAs encoding the bphA3 gene, bphA2c gene, bphA1c gene and bphA4 gene cut out from the plasmid pUXPEaLT_bphA321c_A4 obtained in Example 2 (2) with restriction enzymes PacI and NotI Was inserted between the PacI site and the NotI site of the plasmid pECsfD_gap obtained above, to obtain the plasmid pECsf_gapS_bphA321c_bphA4 expressing the bphA3 gene, bphA2c gene, bphA1c gene and bphA4 gene.

上記で得たプラスミドpECsf_gapS_bphA321c_bphA4をコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株にエレクトロポレーションによる形質転換法を用いて導入することにより、形質転換株pECsf_gapS_bphA321c_bphA4/ATCC 13032を構築した。 The transformant pECsf_gapS_bphA321c_bphA4 / ATCC13032 was constructed by introducing the plasmid pECsf_gapS_bphA321c_bphA4 obtained above into the Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain using the transformation method by electroporation.

実施例1(3)で得たプラスミドpUXPEaLT_lacZから制限酵素PacIと制限酵素NotIにより切り出したlacZ遺伝子をコードするDNAを、上記で得たプラスミドpECsf_gapSのPacI部位とNotI I部位の間に挿入することにより、lacZ遺伝子を発現するプラスミドpECsf_gapS_lacZを得た。 By inserting the DNA encoding the lacZ gene excised from the plasmid pUXPEaLT_lacZ obtained in Example 1 (3) with the restriction enzymes PacI and NotI, between the PacI site and the NotI site of the plasmid pECsf_gapS obtained above , The plasmid pECsf_gapS_lacZ expressing the lacZ gene was obtained.

上記で得たプラスミドpECsf_gapS_lacZをコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株にエレクトロポレーションによる形質転換法を用いて導入することにより、形質転換株pECsf_gapS_lacZ/ATCC 13032を構築した。 The transformant pECsf_gapS_lacZ / ATCC13032 was constructed by introducing the plasmid pECsf_gapS_lacZ obtained above into the Corynebacterium glutamicum ATCC13032 strain using the transformation method by electroporation.

(4)コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株内での2,3―ジヒドロキシナフタレンの生産
上記で構築したpECsf_gapS_bphA321c_bphA4/ATCC 13032株およびpECsf_gapS_lacZ/ATCC 13032株を50 mg/Lのカナマイシンを含むCGXII培地(硫酸アンモニウム 20 g/L、尿素 5 g/L、リン酸二水素カリウム 1 g/L、リン酸水素二カリウム 1 g/L、硫酸マグネシウム・7水和物0.25 g/L、塩化カルシウム 10 mg/L、硫酸第一鉄・7水和物 10 mg/L、硫酸マンガン・5水和物10 mg/L、硫酸亜鉛・7水和物1 mg/L、硫酸銅 0.2 mg/L、塩化ニッケル・6水和物 0.02 mg/L、ビオチン 0.2 mg/L、グルコース 20 g/L、プロトカテク酸 30 mg/L、pH7.0)0.5 mlで16時間培養した後、培養液を50 mg/Lのカナマイシンを含むCGXII培地4
mlに1%接種し、32℃で9時間培養を行った。実施例1(4)と同様の方法により、菌体濃度が吸光度600nmで20.0となるように菌体懸濁液を調製し、2,3−ジヒドロキシナフタレンの生産量を測定した。
(4) Production of 2,3-dihydroxynaphthalene in Corynebacterium glutamicum strain ATCC13032 CGXII medium containing 50 mg / L kanamycin (ammonium sulfate 20 g / L, urea 5 g / L, potassium dihydrogen phosphate 1 g / L, dipotassium hydrogen phosphate 1 g / L, magnesium sulfate · heptahydrate 0.25 g / L, calcium chloride 10 mg / L, sulfuric acid Ferrous iron heptahydrate 10 mg / L, manganese sulfate pentahydrate 10 mg / L, zinc sulfate heptahydrate 1 mg / L, copper sulfate 0.2 mg / L, nickel chloride hexahydrate After culture with 0.5 ml of 0.02 mg / L of biotin, 0.2 mg / L of biotin, 20 g / L of glucose, 30 mg / L of protocatechuate, pH 7.0) for 16 hours, CGXII containing 50 mg / L of kanamycin Medium 4
The cells were inoculated 1% to ml and cultured at 32 ° C. for 9 hours. A cell suspension was prepared by the same method as in Example 1 (4) so that the cell concentration was 20.0 at an absorbance of 600 nm, and the production amount of 2,3-dihydroxynaphthalene was measured.

その結果、表5に示すように、pECsf_gapS_bphA321c_bphA4/ATCC 13032株では約145μMの2,3−ジヒドロキシナフタレンの生産が確認された。一方、lacZ遺伝子を発現するpECsf_gapS_lacZ/ATCC 13032株では2,3−ジヒドロキシナフタレンは検出されなかった。 As a result, as shown in Table 5, in the pECsf_gapS_bphA 321 c_bphA4 / ATCC 13032 strain, production of about 145 μM of 2,3-dihydroxynaphthalene was confirmed. On the other hand, 2,3-dihydroxynaphthalene was not detected in pECsf_gapS_lacZ / ATCC 13032 strain expressing the lacZ gene.

Figure 0006527708
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Claims (6)

変異導入処理または組換えDNA技術を用いて、2,3−ジヒドロキシナフタレンを代謝する能力が欠損または減弱するように改変された微生物であって、フェレドキシン蛋白質およびフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質を発現し、かつ以下の(a)、(b)、(c)、(d)または(e)に示すDNA、ならびに以下の(f)、(g)、(h)、(i)または (j)に示すDNAを保有し、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンを生産する能力を有する微生物
(a)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列を含む蛋白質をコードするDNA。
(b)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換および/または付加された配列を含み、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(c)配列番号2または4に示されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を含み、かつ、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(d)配列番号1または3に示される塩基配列からなるDNA。
(e)配列番号1または3に示される塩基配列の全部もしくは一部の配列に相補的な配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(f)配列番号6または8に示されるアミノ酸配列を含む蛋白質をコードするDNA。
(g)配列番号6または8に示されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換および/または付加された配列を含み、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(h)配列番号6または8に示されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を含み、かつ、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(i)配列番号5または7に示される塩基配列からなるDNA。
(j)配列番号5または7に示される塩基配列の全部もしくは一部の配列に相補的な配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から2,3−ジヒドロキシナフタレンへの転換に関わる機能を有する蛋白質をコードするDNA。
Using the mutagenesis treatment or recombinant DNA techniques, 2,3 ability to metabolize dihydroxynaphthalene a microorganism modified to deficient or attenuated, express ferredoxin protein and the ferredoxin reductase protein, One or of (a), below shown in (b), (c), (d) or DNA shown in (e), and the following (f), (g), (h), (i) or (j) 1. A microorganism carrying DNA and capable of producing 2,3-dihydroxynaphthalene from 3-hydroxy-2-naphthoic acid (a) A DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4.
(B) contains a sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4, and from 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxy acid DNA encoding a protein having a function involved in conversion to naphthalene.
(C) A function comprising an amino acid sequence showing 90 % or more identity to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4 and involved in the conversion of 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene A DNA encoding a protein having
(D) DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3
(E) hybridises under stringent conditions with DNA consisting of a sequence complementary to the sequence of all or part of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3, and from 3-hydroxy-2-naphthoic acid , DNA encoding a protein having a function involved in conversion to 3-dihydroxynaphthalene.
(F) DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 or 8.
(G) contains a sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 or 8, and from 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxy acid DNA encoding a protein having a function involved in conversion to naphthalene.
(H) A function comprising an amino acid sequence showing 90 % or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 or 8 and involved in the conversion of 3-hydroxy-2-naphthoic acid to 2,3-dihydroxynaphthalene A DNA encoding a protein having
(I) DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 or 7
(J) hybridises under stringent conditions with DNA consisting of a sequence complementary to the sequence of all or part of the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 or 7 and from 3-hydroxy-2-naphthoic acid , DNA encoding a protein having a function involved in conversion to 3-dihydroxynaphthalene.
フェレドキシン蛋白質および/またはフェレドキシン・レダクターゼ蛋白質をコードする組換えDNAを導入することにより該蛋白質が発現するように改変された請求項1に記載の微生物。   2. The microorganism according to claim 1, wherein the microorganism is modified to express a ferredoxin protein and / or a recombinant DNA encoding a ferredoxin reductase protein so that the protein is expressed. フェレドキシン蛋白質が以下の(k)、(l)、(m)、(n)または(o)に示すDNAがコードする蛋白質であることを特徴とする請求項2に記載の微生物。
(k)配列番号10または12に示されるアミノ酸配列を含む蛋白質をコードするDNA。
(l)配列番号10または12に示されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換および/または付加された配列を含み、かつ電子伝達機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(m)配列番号10または12に示されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を含み、かつ電子伝達機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(n)配列番号9または11に示される塩基配列からなるDNA。
(o)配列番号9または11に示される塩基配列の全部もしくは一部の配列に相補的な配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ電子伝達機能を有する蛋白質をコードするDNA。
The microorganism according to claim 2, wherein the ferredoxin protein is a protein encoded by the DNA shown in the following (k), (l), (m), (n) or (o).
(K) DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 or 12.
(L) A DNA encoding a protein having an electron transfer function, which comprises a sequence in which one or several amino acids have been deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 or 12.
(M) A DNA comprising an amino acid sequence showing 90 % or more identity to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 or 12 and encoding a protein having an electron transfer function.
(N) DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 9 or 11.
(O) a DNA which hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a sequence complementary to all or part of the base sequence shown in SEQ ID NO: 9 or 11 and which encodes a protein having an electron transfer function .
フェレドキシン・レダクターゼ蛋白質が以下の(p)、(q)、(r)、(s)または(t)に示すDNAがコードする蛋白質であることを特徴とする請求項2に記載の微生物。
(p)配列番号14または16に示されるアミノ酸配列を含む蛋白質をコードするDNA。
(q)配列番号14または16に示されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換および/または付加された配列を含み、かつフェレドキシン蛋白質を還元する機能を有する蛋白質をコードするDNA。
(r)配列番号14または16に示されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を示すアミノ酸配列を含み、かつフェレドキシン還元活性を有する蛋白質をコードするDNA。
(s)配列番号13または15に示される塩基配列からなるDNA。
(t)配列番号13または15に示される塩基配列の全部もしくは一部の配列に相補的な配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつフェレドキシン蛋白質を還元する機能を有する蛋白質をコードするDNA。
The microorganism according to claim 2, wherein the ferredoxin reductase protein is a protein encoded by the DNA shown in the following (p), (q), (r), (s) or (t).
(P) DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14 or 16.
(Q) A DNA encoding a protein comprising a sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14 or 16 and having a function of reducing ferredoxin protein.
(R) A DNA comprising an amino acid sequence showing 90 % or more identity to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14 or 16 and encoding a protein having ferredoxin reducing activity.
(S) DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 13 or 15.
(T) A protein having the function of hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a sequence complementary to all or part of the sequence of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 13 or 15 and reducing ferredoxin protein DNA to encode.
請求項1からのいずれか1項に記載の微生物を3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を含有する培地中で3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸と反応させることにより、該培地中に2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成、蓄積させ、該培地から2,3−ジヒドロキシナフタレンを採取することを特徴とする2,3−ジヒドロキシナフタレンの製造法。 By reacting the microorganism according to any one of claims 1 to 4 with 3-hydroxy-2-naphthoic acid in a medium containing 3-hydroxy-2-naphthoic acid, -A process for producing 2,3-dihydroxynaphthalene, which comprises producing and accumulating dihydroxynaphthalene and collecting 2,3-dihydroxynaphthalene from the culture medium. 請求項1からのいずれか1項に記載の微生物の培養物または該培養物の処理物および3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を水性媒体中で混合させることにより、該媒体中に2,3−ジヒドロキシナフタレンを生成、蓄積させ、該媒体から2,3−ジヒドロキシナフタレンを採取することを特徴とする2,3−ジヒドロキシナフタレンの製造法。 A culture of the microorganism according to any one of claims 1 to 4 or a treated product of the culture and 3-hydroxy-2-naphthoic acid are mixed in an aqueous medium to obtain -A process for producing 2,3-dihydroxynaphthalene, which comprises forming and accumulating dihydroxynaphthalene and collecting 2,3-dihydroxynaphthalene from the medium.
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