JP6994449B2 - 1-ケストースを得る方法 - Google Patents
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Description
ピキア・パストリスで生産された植物由来の3種のスクロース:スクロース1-フルクトース転移酵素(1-SST)によって示されるフルクトース転移酵素(FTF)活性レベルの比較試験
上述の3種の酵素FTF活性レベルを比較するために、以前の文献[Vijnら、1998年、The Plant Journal 11:387~398;Luscherら2000年、Plant Physiology 124:1217~1227;Avila-Fernandezら2007年、Plant Science 173:478~486]に記載されたプライマーを使用する逆転写(RT)-ポリメラーゼ連鎖反応法(PCR)によって、オニウシノケグサ(Festuca arundinacea)、タマネギ(Allium cepa)、及びブルーアガベ(Agave tequilana)由来の1-SST酵素をコードするcDNAをその生来の宿主から単離した。
高FTF活性を有する3つの1-sstf単一遺伝子コピークローンの発酵運転中に分析されたパラメータの平均値
ゲノムに組込まれた単一の1-sstfコピーを持つ3つのクローンを、例1に記載した同一の実験条件を使用して発酵槽レベルで比較した。
1-sstf遺伝子発現カセットの多コピーをピキア・パストリスのAOX1遺伝子座に組込むことによる1-SSTrec活性の増大
FOSを生産する経済的な工業生産技術を開発するために、高レベルの1-SSTrec活性がそのために必要とされ、宿主酵母中の遺伝子量を増加させることが求められる。
追加的な6コピーの発現カセットをAOX1遺伝子座に挿入することによる、PF6X多コピークローンの再形質転換による1-SST活性の増大
クローン1-SST PF6Xの酵素活性を増大させるために、pALS223と呼ばれる新たなプラスミドを構築した。この新たな構築物を得るために、プラスミドp1-SSTF6xを構築するのに使用した、6コピーの発現カセットを同じ転写方向に直列に含有する16.92kbの配列を、BamHIで予め消化され、アルカリホスファターゼで脱リン酸化されたベクターpPICHaCのAOX1リンカーに挿入した。
P.パストリスGIGB308株は、発酵槽規模で前躯体PF1X及びPF6Xより高い1-SST酵素活性を有し、高い生産性を示す
P.パストリスのCIGB308クローン、並びにゲノムに組込まれた発現カセットのコピーがそれぞれ1つ及び6つであるそれらの前駆体(PF1X、PF6X)を、5Lの作業容積を有する7.5Lの発酵槽中で、28℃、pH5.5、500~900rpm、通気1.2vvm、及び20%超に制御された溶存酸素で増殖させた。組込まれた発現カセットのコピー数が異なるにもかかわらず、3つの組換え株は同様の増殖パターンを示した。
スクロースを炭素源として使用してピキア・パストリスCIGB308株を増殖させるための追加培養戦略
グリセロール以外の、スクロース又はグルコースなどのより安価な炭素源を使用することで、P.パストリスCIGB308株の発酵費用が減少する。宿主として使用されるP.パストリスGS115株にはインベルターゼ活性がないので、スクロースを炭素源として使用することができない。しかし、酵母宿主が獲得した新たなFTF活性によって、1-SSTrecがスクロースからトランスフルクトシル化反応を行う結果としてグルコースが放出され、次いでそれが組換え酵母宿主の増殖のために直接代謝される。組換え酵母株のこうした挙動により、生産プロセス中の発酵費用を減少させることができる。
連続培養での1-SSTrec酵素の生産
P.パストリスで高レベルで発現する組換えFTFの連続生産を記載する報告は文献中にない。1-SSTrecの連続生産は、5Lの全作業容積を有する7.5LのINFORS HT発酵槽中で行われた。Iris V 5.0 Softwareによって次のパラメータを確定し、培養期間を通して記録した:温度を28℃に維持し、その間、NH3OH(28%(v/v))及びH3PO4(40%(v/v))を自動的に添加することによってpH値を5.5に制御した。溶存酸素を、撹拌(500~900rpmの間)、空気流(1~2vvm)及び圧力(0~0.7気圧)を自動的に変えることによって培養期間を通して20%より高く維持した。
1-ケストースを合成するために最適な1-SSTrecの反応パラメータの決定
発酵槽の上清に得られた酵素調製物を、Hydrosart膜(0.2μm)を備えたSarticon Slice 200(Sartorius)フィルターを製造業者の指示書に従って使用して、濾過プロセスに供した。続いて、濾過したものを、同じ機器であるがHydrosart限外濾過膜(10kDa)を備えたものを使用して、酢酸ナトリウム緩衝液0.1Mに対するダイアフィルトレーションによって10倍に濃縮して、1000U/mLの最終調製物を得た。任意選択で、濾液を凍結乾燥プロセスに供して、8500U/gより高い活性を有する固体の酵素調製物を得た。
1-SSTrec活性を4~8の範囲内のpHで調査した。反応を、最終容積0.5mL中に0.87Mスクロース溶液及び10Uの酵素で、1時間30℃で行った。pHの範囲が4.0~5.5の場合は酢酸ナトリウム緩衝液0.1Mを使用し、pHが6.0~8.0の間の場合は0.1Mリン酸塩緩衝液を使用した。1-SSTrec酵素活性の最大値は5.5~6.0の間のpH値に見出された。
これらのパラメータを決定するために、60Uの1-SSTrecを、0.1M酢酸ナトリウム、pH5.5の緩衝液中、200~600g/Lの範囲内の基質濃度で、それぞれ30、40及び50℃で、最終反応容量10mL中で、250rpmで反応させた。1時間の反応後に、HPLCによって反応混合物中の糖類の組成を決定した。このクロマトグラフィーのために、20μlの試料を、Aminex HPX 42-C(BioRad、リッチモンド)カラム中に、作業流量0.6mL/分、圧力約52bar及び作業温度81℃で加えた。使用した移動相は水であり、示差屈折率検出器-Knauer Differential Refractometerを用いた。糖類を、Biocromソフトウェアパッケージ、バージョン3.0、IGBC、1996~1997を使用して定量化した。
遊離及びEupergit固定化酵素並びにアルギン酸カルシウム中に固定化されたP.パストリスCIGB308細胞について熱安定性を評価した。遊離又は固定化形態の両方を、pH5.5の0.1M酢酸塩緩衝液中、30、35及び40℃でインキュベートした。30℃の場合は24時間間隔、35℃の場合は1時間間隔、及び40℃の場合は20分間隔で、各反応物からそれぞれ試料を採取して、残留する活性を試験した。続いて、半減期を、アッセイした酵素調製物のそれぞれがその当初の活性の50%を失った時間として定義した。表5の結果から、遊離1-SSTrecを含有する酵素調製物は、アルギン酸カルシウム中に固定化された1-SST活性を有する細胞よりもはるかに安定であることが示される。
撹拌槽型反応器を使用するバッチ反応における、1-SSTrecによって触媒されるスクロースのFOSへの転移
1-SSTrecに触媒されるFOS合成の経時変化を、スクロース濃度600g/LでpH5.5の0.1M酢酸ナトリウム緩衝液中に酵素-基質重量比15U/gで酵素を添加して、40℃で6時間、1Lの反応器中、250rpmで試験した。生産された糖類の定量及び組成を、20分毎に取った試料でHPLCによって例8と同様に決定した。
半連続的に運転される膜型バイオリアクター中でのスクロースからの1-ケストース合成
撹拌槽型バイオリアクター中で遊離の1-SSTrecを用いることによってスクロースから1-ケストースを合成する、例9に記載の手順に従った。この目的のために、図5に示すように、1L(作業容積)の撹拌槽型バイオリアクターの出力部にカートリッジ型の限外濾過膜(Prep/Scale TFF-1 30kDa、Millipore、0.09m2の公称フィルター面積を有する)を結合し、反応生成物と酵素を分離できるようにした。
Claims (4)
- オニウシノケグサ(Festuca arundinacea)由来の組換えスクロース:スクロース1-フルクトース転移酵素(1-SST)を使用して、40℃から50℃の温度でバイオリアクター中でスクロースを1-ケストースに転換する、1-ケストースを生産する方法であって、前記バイオリアクター中の前記スクロースの初期濃度が600~800g/Lの範囲である、方法。
- 前記スクロースの1-ケストースへの転換が、遊離又は固定化1-SSTによって行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記スクロースの1-ケストースへの転換が、撹拌槽、固定床又は膜型のバイオリアクター中で行われる、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記膜型バイオリアクターが、連続又は半連続様式で運転される、請求項3に記載の方法。
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