JP6807976B2 - O−ホスホセリン生産微生物及びそれを用いたo−ホスホセリンまたはl−システイン生産方法 - Google Patents
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Description
スルフヒドリラーゼ(O-phosphoserine sulfhydrylase、以下「OPSS」)の触媒作用
の下で、硫化物と反応してL−システインに転換させた方法が公知となっている(特許文献2)。
とは、セリン及びリン酸(phosphoric acid)のエステル化合物であり、種々のタンパク
質の構成要素である。特に、前記OPSはL−システインの前駆体であり、OPSスルフヒドリラーゼ(OPS sulfhydrylase、OPSS)の触媒作用の下で、硫化物と反応してシステ
インに変換することができる(特許文献2)。
るYegB MFSトランスポーターである。前記YegB MFSトランスポーターは、本発明においてMdtDと混用して使用することができる。前記タンパク質のOPS排出活性は知られておらず、本発明で最初に究明された。
、同一性(identity)及び類似度(similarity)などのパラメータ(parameter)を計算
する標準ソフトウェア、具体的にはBLAST 2.0を利用したり、定義された厳格な条件の下でサザンハイブリダイゼイション実験により配列を比較して確認することができ、定義される適切な混成化条件は、当業者によく知られている方法で決定することができる(例えば、非特許文献2参照)。
ンパク質のようにMFSトランスポーターに属するタンパク質であり、MFSトランスポーターに属する他のタンパク質もOPS排出能を示すことができるかを確認するために比較群として使用した。その結果、EmrD及びYcaDタンパク質は、YhhS及びMdtDタンパク質とは異なり、OPS排出能を示さないことを確認した。
他の表現形質を示すため、形質転換された細胞を選別することができる。
クレオチドの塩基配列を含有するDNA製造物であり得る。前記発現調節配列は、転写を開始することができるプロモーター、そのような転写を調節するための任意のオペレーター配列、適合したmRNAリボゾーム結合部位をコードする配列、及び転写及び解読の終結を調節する配列を含む。ベクターは、適当な宿主細胞内に形質転換された後、宿主ゲノムとは無関係に複製または機能することができ、ゲノムそのものに統合することができる。
胞に導入されることができ、これに限定されるものではない。前記発現カセットは、通常、前記ポリヌクレオチドに作動可能に連結されているプロモーター(promoter)、転写終結シグナル、リボゾーム結合部位及び翻訳終結シグナルを含むことができる。前記発現カセットは、自体複製が可能な発現ベクターの形態であることができる。また、前記ポリヌクレオチドは、それ自体の形態で宿主細胞に導入され、宿主細胞で発現に必要な配列と作動可能に連結されているものであり得る。
去された場合も含む。
おいて全体的なタンパク質活性の程度が天然型菌株に比べて低い場合、前記遺伝子の発現が全く行われない場合、及び発現されても活性がない場合も含む概念である。
どがあり、これらの組み合わせでも達成することができるが、前記の例により特に制限されるものではない。
り、前記SerAは野生型またはセリンに対するフィードバックが解除された変異体が使
用されることができる。また、前記SerCは3−ホスホヒドロキシピルビン酸をOPSに転換する活性を有するタンパク質である。したがって、前記SerAまたは/及びSerCの活性が強化された微生物は、OPS生産菌株として有用に使用されることができる。
及び前記O−ホスホセリン生産微生物またはその培地からO−ホスホセリンを分離する段階を含む、OPSの生産方法を提供する。
階で製造されたOPSまたはこれを含む培地を硫化物と反応させる段階を含む、システインまたはその誘導体の製造方法を提供する。
、OPSS)」とは、OPSにチオール基(thiol、group、SH基)を提供し、前記OPSをシステインに転換する反応を触媒するポリペプチドを意味する。前記酵素は、アエロパイラム・ペルニクス(Aeropyrum pernix)、マイコバクテリウム・チュバキュローシス(Mycobacterium tuberculosis)、マイコバクテリウム・スメグマチス(Mycobacterium smegmatics)、トリコモナス・バギナリス(Trichomonas vaginalis)(非特許文献10及び
非特許文献11)で初めて明らかになった。また、前記OPSSは、野生型OPSSタンパク質だけでなく、前記OPSSをコードするポリヌクレオチド配列中、一部の配列が欠失、置換または付加された配列であり、野生型OPSSタンパク質の生物学的活性と同等またはそれ以上の活性を示す変異体タンパク質も含め、例えば、特許文献2及び特許文献7で開示されたOPSSタンパク質及びその変異体タンパク質もすべて含まれる。
、チオ硫酸塩(thiosulfate、S2O3 2−)などの形態でチオール基(thiol group、SH基)に転換することができるすべての硫化物であれば、利用可能である。具体的には、チオール基をOPSに提供するNa2S、NaSH、H2S、(NH4)2S及びNa2S2O3を用いることができる。前記反応は、一つのOPS反応基に1つのチオール基を提供して1つのシステインあるいはシステイン誘導体を製造する反応であり、前記反応時、硫化物の添加量はOPSモル濃度の0.1〜3倍であることができ、具体的には、1〜2倍であることができる。
本発明において、用語「システイン誘導体」とは、システインの水素原子、または特定の原子団が、他の原子または原子団により置換された化合物を意味する。その例として、システインのアミン基(−NH2)の窒素原子またはチオール基(−SH)の硫黄原子に他の原子または原子団が付着された形態であることができ、その例としてNAC(N−acetylcysteine)、SCMC(S−Carboxymetylcystei
ne)、BOC−CYS(ME)−OH、(R)−S−(2−アミノ−2−カルボキシエチル)−L−ホモシステイン、(R)−2−アミノ−3−スルホプロピオン酸、D−2−アミノ−4−(エチルチオ)酪酸、3−スルフィノ−L−アラニン、Fmoc−Cys(Boc−methyl)−OH、セレノ−L−システイン、S−(2−チアゾリル)−L−システイン、S−(2−チエニル)−L−システイン、S−(4−トレイル)−L−システインなどがあるが、これらに限定されない。システインは、アセチル化剤(acetylation agent)と反応してNAC(N−アセチルシステイン)で容易に合成することができ、
塩基性条件下では、ハロ酢酸(haloacetic acid)と反応させることによりSCMC(S-Carboxymetylcysteine)で合成することができる。前記システイン誘導体は、主に医薬品
原料であり、鎮咳薬、咳抑制薬、気管支炎、気管支喘息と咽頭炎などの治療剤として使用される。
OPSの排出に関与する大腸菌の膜タンパク質を同定するために、Escherichia coli K12_W3110(ATCC27325)のゲノムDNAライブラリを用いてスクリーニングを行った。
、SerB)の活性が弱化されるように変異させた組換え微生物であり、KCCM11212P(「CA07−0012」とも命名、特許文献2及び特許文献5)と命名した菌株である。
ライブラリプラスミドをCA07−0012電気穿孔法で形質転換させ(非特許文献12)、過量のOPSが添加された培地条件で生育の低下が解除されるコロニーを選別した。選別されたコロニーからプラスミドを獲得してシーケンス技法を利用して塩基配列を分析した。このことから、過量のOPS添加条件で生育の低下を解除させるのに関与する大腸菌の膜タンパク質の2種を同定した。
OPSによる生育の低下を解除させるのに関与するYhhS MFSトランスポーター及びYegB MFSトランスポーターをOPS生産菌株でそれぞれ強化した場合、OPS排出能が向上するかを確認するために、それぞれ遺伝子の過発現ベクターを製作しようとした。また、ホモセリン及びホモセリンラクトントランスポーターであるRhtBをOPS生産菌株で強化した場合、OPS濃度が上昇することを確認したため(特許文献2)
、これを陽性対照群(positive control)として用いた。そして、YhhS及びMdtDと同様に、MFS(major facilitator superfamily)に属する大腸菌膜タンパク質マルチ
薬物放出トランスポーター(multidrug efflux transporter )EmrD及びYcaD
MFSトランスポーターを共に評価した。YhhS MFSトランスポーターをコードする遺伝子yhhS(配列番号3、Accession Numbers:b3473)及びYegB MFSトラ
ンスポーターをコードする遺伝子mdtD(配列番号4、Accession Numbers:b2077)断
片は、W3110ゲノムDNAを鋳型としてPCRを通じて獲得した。
pCL1920ベクター(GenBank No AB236930)に大腸菌のrhtB遺伝子のプロモー
ター(PrhtB)が挿入されているpCL−PrhtB−ベクターのEcoRV及びHindIII制限酵素部位にそれぞれクローニングして、pCL−PrhtB−rhtB、
pCL−PrhtB−yhhS、pCL−PrhtB−mdtD、pCL−PrhtB−emrD、pCL−PrhtB−ycaDを作製した。
<実施例3−1:CA07−0012を利用したYhhS MFSトランスポーター及びYegB MFSトランスポーター強化菌株製作、及びOPS生産能の評価>
実施例2で製作された5種のプラスミドをそれぞれOPS生産株であるCA07−0012に導入した菌株を作製し、OPSの生産能を評価した。
また、OPS生合成経路であるSerA(3−ホスホグリセリン酸デヒドロゲナーゼ、D-3-phosphoglycerate dehydrogenase)及びSerC(3−ホスホセリンアミノトランスフェラーゼ、3-phosphoserine aminotransferase)の活性を強化させることによりOPS生産能が増加されたOPS生産菌株であるCA07−0022/pCL−Prmf−serA*(G336V)−(RBS)serC(特許文献3)を用いて前記大腸菌の膜タンパク質遺伝子の効果を把握しようとし、その結果を下記の表4に示した。
gB MFSトランスポーターの強化菌株製作、及びOPS生産能の評価>
また、OPS濃度が対照群に比べて上昇した膜タンパク質YhhS及びMdtDにおいてプロモーター強度を強化した時、排出能が向上するかどうかを確認するために、CA07−0022/pCL−Prmf−serA*(G336V)−(RBS)serCにYhhS及びMdtD遺伝子をさらに導入した。この時、rhtBプロモーター(PrhtB)より強いtrcプロモーター(Ptrc)を使用した。
また、染色体上でYhhS及びMdtDのプロモーターをより強力なプロモーターで変えた場合、排出能が向上するかを確認するために自己プロモーターをcj1プロモーター(特許文献4)で置換された菌株を製作し、O−ホスホセリンの生産能を評価した。Cj1プロモーターを大腸菌の染色体に導入する方法は、一般的に用いられる下記方法で製作した。染色体にYhhS及びMdtDがプロモーターを置換するために製作した組換えベクターをOPS生産菌株であるCA07−0022/pCL−Prmf−serA*(G336V)−(RBS)serC(特許文献2)に形質転換させて、親菌株が有している自己プロモーター配列と前記ベクター上のプロモーター配列とを相同組換えを通じて置換させることにより、染色体内にcj1プロモーター配列を挿入させた。
実施例3においてOPS生産が確認された前記フラスコサンプル中、膜タンパク質を強化させていない陰性対照群(negative control)であるCA07−0022/pCL−Prmf−serA*(G336V)−(RBS)serC、YhhS及びMdtDタンパク質を強化させたサンプルCA07−0022/pCL−Prmf−serA*(G336V)−(RBS)serC−Ptrc−yhhS及びCA07−0022/pCL−Prmf−serA*(G336V)−(RBS)serC−Ptrc−mdtDを用いて培地内に排出されたOPSをすべて除去した後、細胞のみを収集し細胞を破砕した。その後、細胞内のOPS濃度をHPLC(high performance liquid chromatography)機器を用いて測定して、その結果を図1に示した。
Claims (4)
- O−ホスホセリン(O-phosphoserine、OPS)を生産するための、配列番号1または2のアミノ酸配列を有するO−ホスホセリンの排出活性を示すポリペプチドの活性が内在的活性に比べて強化された微生物の使用であって、
前記微生物が、エシェリキア属、エルウィニア属、セラチア属、プロビデンシア属、コリネバクテリウム属、又はブレビバクテリウム属に属する微生物である、使用。 - 前記微生物が、さらにホスホセリンホスファターゼ(phosphoserine phosphatase、SerB)の活性が内在的活性に比べて弱化されたものである、請求項1に記載の使用。
- 前記微生物が、さらにホスホグリセリン酸デヒドロゲナーゼ(phosphoglycerate dehydrogenase、SerA)またはホスホセリンアミノトランスフェラーゼ(phosphoserine aminotransferase、SerC)の活性が内在的活性に比べて強化されたものである、請求項1に記載の使用。
- 前記微生物が大腸菌である、請求項1に記載の使用。
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