JP7015933B2 - マイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物及びそれを用いたマイコスポリン様アミノ酸の生産方法 - Google Patents

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Description

KCCM KCCM12224P
本発明は、マイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物及び前記微生物を用いたマイコスポリン様アミノ酸の生産方法に関する。
太陽から放出される紫外線は、UV A(紫外線A,約320~400nmの領域)と、UV B(紫外線B,約290~320nmの領域)と、UV C(紫外線C,約100~280nmの領域)とから構成されている。紫外線Aは真皮層まで侵入して主に色素沈着及び皮膚老化を誘発し、光線過敏性皮膚症の発生に関与し、紫外線Bは高エネルギー光線であり、表皮と真皮の上部に侵入して日光皮膚炎、色素沈着及び皮膚癌の発生に関与することが知られている。
これらの副作用を防止するために、紫外線を遮断しようとする試みがなされている。紫外線遮断剤の種類としては、化学的紫外線遮断剤(Chemical sunscreen agent)と、物理的紫外線遮断剤(Physical sunscreen agent)が挙げられるが、化学的紫外線遮断剤は主に紫外線の吸収により、物理的紫外線遮断剤は反射及び散乱により、紫外線の侵入を防止する。
化学的紫外線遮断剤に含まれる成分としては、紫外線Bを主に吸収するPABA、PABAエステル(Amyl dimethyl PABA, octyl dimethyl PABA)、ケイ皮酸塩(Cinnamates: Cinoxate)、サリチル酸塩(Salicylate: Homomenthyl salicylate)、ショウノウ(Camphor)などや、紫外線Aを主に吸収するベンゾフェノン(Benzophenone: Oxybenzone, Dioxybenzone, Suliso benzene)、ジベンゾイルメタン(Dibenzoyl methane)、アントラニル酸塩(Anthranilate)などが知られている。このような化学的紫外線遮断剤は紫外線を吸収して遮断する効果が得られるが、これらのうちの一部は皮膚や目に刺激を与えることがあり、特にPABA、PABAエステル、ベンゾフェノン、ケイ皮酸などは接触性皮膚炎を誘発することが知られている。また、一部は皮膚の光過敏性反応を誘発するなどの問題が報告されており、一部の国では化学的紫外線遮断剤の使用やその使用量を制限している。
物理的紫外線遮断剤に含まれる成分としては、二酸化チタン(Titanium dioxide)、タルク(Talc; Magnesium silicate)、酸化マグネシウム(Magnesium oxide)、酸化亜鉛(Zinc oxide)、カオリン(Kaolin)などが知られている。これらは接触性皮膚炎などの副作用がなく、水に流されにくいという利点があるが、所望の剤形にすると同時に有効な含有量を維持することは困難であり、皮膚に塗布すると白濁現象などが現れるという欠点がある。
マイコスポリン様アミノ酸(Mycosporine-like amino acids: MAAs)は、自然生物体に存在する物質であり、UVA、UVBを効果的に吸収することが知られている。MAAsは、自然界に35種以上存在することが知られている(非特許文献4,15)。近年、様々な糖が付いた形態のMAAsが微細藻類に存在し、それは抗酸化機能に優れることが報告されている(非特許文献5)。また、MAAsは、紫外線遮断能だけでなく、酸化、浸透及び熱ストレスに対する抵抗性などを付与することが知られている(非特許文献11,13)。
しかし、微細藻類内で生産されるMAAsの量が数μgレベルと非常に低く、微細藻類を培養してMAAsを分離、抽出、精製する条件が複雑であるので、MAAs素材を大量生産するのは困難であるという問題がある。
国際公開第2009/096689号 国際公開第2006/065095号 韓国登録特許第10-1783170号公報 韓国登録特許第10-1632642号公報 国際公開第2008/082179号 韓国登録特許第10-0620092号公報 国際公開第2009/125992号
Comp. Biochem. Physiol. B 1995, 112: 105-114. FEMS Microbiol Lett. 2007, 269: 1-10. Ann. Rev. Physiol. 2002, 64: 223-262. Mar. Biol. 1991, 108: 157-166. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2015, 142: 154-168 Biol. Rev. 1999, 74: 311-345. Mol. Biol. Evol. 2006, 23: 1437-1443. Science, 2010, 329: 1653-1656. Genomics 2010, 95: 120-128. Geomicrobiol. J. 1997. 14: 231-241. Comp. Biochem. Physiol. C Toxicol. Pharmacol. 2007. 146: 60-78. Can. J. Bot. 2003. 81: 131-138. J. Photochem. Photobiol. B. 2007, 89: 29-35. J. Bacteriol. 2011. 193(21): 5923-5928. Planta Med. 2015. 81: 813-820 ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. 7: 16558-16564 Appl Environ Microbiol. 2016, 82(20): 6167-6173 ChemBioChem. 2015, 16: 320-327 Methods Mol Biol. 2013, 1073: 43-7 Nature Review, 2011, 9: 791-802 J. Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory press, Cold Spring Harbor,New York, 1989 F.M. Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, Inc., New York Sambrook et al., supra, 9.50-9.51, 11.7-11.8
本発明者らは、微生物においてMAAsの生産を増加させるために鋭意努力した結果、MAAsを生産する微生物において2-dehydro-3-deoxyphosphoheptonate aldolase、phosphoenolpyruvate synthetase及びtransketolaseタンパク質の活性を強化する多方面の研究によりMAAsの生産が増加することを確認し、本発明を完成するに至った。
本発明は、2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ(2-dehydro-3-deoxyphosphoheptonate aldolase)、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ(phosphoenolpyruvate synthetase)及びトランスケトラーゼ(transketolase)からなる群から選択される少なくとも1つのタンパク質活性が強化された、マイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記微生物を培地で培養するステップと、前記培養した微生物又は培地からマイコスポリン様アミノ酸を回収するステップとを含む、マイコスポリン様アミノ酸の生産方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、マイコスポリン様アミノ酸を生産するための前記微生物の用途を提供することを目的とする。
本発明の微生物は、マイコスポリン様アミノ酸の生産能が向上するので、マイコスポリン様アミノ酸の生産に効率的に用いられる。
以下、本発明について詳細に説明する。
なお、本明細書で開示される各説明及び実施形態はそれぞれ他の説明及び実施形態にも適用される。すなわち、本明細書で開示される様々な要素のあらゆる組み合わせが本発明に含まれる。また、以下の具体的な記述に本発明が限定されるものではない。さらに、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、通常の実験のみを用いて本明細書に記載された本発明の特定の態様の多くの等価物を認識し、確認することができるであろう。さらに、このような等価物も本発明に含まれることが意図されている。
前記目的を達成するための本発明の一態様は、2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ(2-dehydro-3-deoxyphosphoheptonate aldolase)、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ(phosphoenolpyruvate synthetase)及びトランスケトラーゼ(transketolase)からなる群から選択される少なくとも1つのタンパク質活性が強化された、マイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物を提供する。
本発明における「2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ(2-dehydro-3-deoxyphosphoheptonate aldolase)」とは、下記反応式の可逆反応を触媒する酵素を意味し、具体的には3-デオキシ-アラビノ-ヘプツロン酸-7-リン酸(3-deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate, DAHP)を合成する酵素を意味するが、これに限定されるものではない。
Figure 0007015933000001
本発明における2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼは、3-デオキシ-D-アラビノ-ヘプツロン酸-7-リン酸(DAHP)シンターゼと混用される。
本発明における「ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ(phosphoenolpyruvate synthetase)」とは、下記反応式の可逆反応を触媒する酵素を意味し、具体的にはホスホエノールピルビン酸を合成する酵素を意味するが、これに限定されるものではない。
Figure 0007015933000002
本発明における「トランスケトラーゼ(transketolase)」とは、下記反応式(化学式3又は4)の可逆反応を触媒する酵素を意味する。
Figure 0007015933000003
Figure 0007015933000004
前記2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ、トランスケトラーゼの遺伝的情報は、公知のデータベースから得られ、例えば米国国立生物工学情報センター(National Center for Biotechnology Information; NCBI)のGenBankなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
前記2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ、トランスケトラーゼは、微生物の種又は微生物に応じて活性を示すタンパク質のアミノ酸配列が異なることがあるので、その由来や配列に限定されるものではない。
具体的には、前記2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼは、配列番号2、37又は124のアミノ酸配列を含むタンパク質であり、前記ホスホエノールピルビン酸シンテターゼは、配列番号19又は98のアミノ酸配列を含むタンパク質であり、トランスケトラーゼは、配列番号24、96又は123のアミノ酸配列を含むタンパク質であるが、これらに限定されるものではない。本発明における「アミノ酸配列を含むタンパク質」は、「アミノ酸配列を有するタンパク質」又は「アミノ酸配列からなるタンパク質」という表現と混用されてもよい。
また、本発明における前記酵素には、各酵素と同一又は相当する生物学的活性を有するものであれば、前述した配列番号だけでなく、前記アミノ酸配列と80%以上、85%以上、90%以上、91%以上、92%以上、93%以上、94%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、99%以上の相同性又は同一性を示すタンパク質が含まれてもよい。
さらに、前記配列と相同性又は同一性を有する配列であって、実質的に前述した配列番号の酵素タンパク質と同一又は相当する生物学的活性を有するアミノ酸配列であれば、一部の配列が欠失、改変、置換又は付加されたアミノ酸配列を有するものも本発明に含まれることは言うまでもない。
本発明における「相同性又は同一性」とは、与えられたアミノ酸配列又はヌクレオチド配列に一致する程度を意味し、百分率で表される。本明細書において、与えられたアミノ酸配列又はヌクレオチド配列と同一又は類似の活性を有するその相同性配列は「%の相同性」又は「%の同一性」と表される。例えば、スコア(score)、同一性(identity)、類似度(similarity)などのパラメーター(parameter)を計算する標準ソフトウェア、具体的にはBLAST 2.0を用いるか、定義されたストリンジェントな条件(stringent condition)下にてサザンハイブリダイゼーション実験で配列を比較することにより確認することができ、定義される好適なハイブリダイゼーション条件は当該技術の範囲内であり、当業者に公知の方法(例えば、非特許文献21、22)で決定されてもよい。前記「ストリンジェントな条件」とは、ポリヌクレオチド間の特異的ハイブリダイゼーションを可能にする条件を意味する。例えば、このような条件は文献(例えば、非特許文献21)に具体的に記載されている。
本発明における2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ、トランスケトラーゼには、前述した各酵素と同一又は相当する生物学的活性を有するものであれば、前述した配列番号のアミノ酸配列又は前記配列と80%以上、85%以上、90%以上、91%以上、92%以上、93%以上、94%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、99%以上の相同性又は同一性を示すタンパク質をコードするポリヌクレオチドが含まれてもよい。
また、前記酵素をコードするポリヌクレオチドは、コドンの縮退(degeneracy)により前記タンパク質を発現させようとする生物において好まれるコドンを考慮し、コード領域から発現するタンパク質のアミノ酸配列が変化しない範囲でコード領域に様々な改変を行うことができる。よって、前記ポリヌクレオチドは、各酵素タンパク質をコードするポリヌクレオチド配列であればいかなるものでもよい。
さらに、公知の遺伝子配列から調製されるプローブ、例えば前記ポリヌクレオチド配列の全部又は一部に対する相補配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることにより前記2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ、トランスケトラーゼ酵素タンパク質の活性を有するタンパク質をコードする配列であればいかなるものでもよい。
前記「ストリンジェントな条件」とは、ポリヌクレオチド間の特異的ハイブリダイゼーションを可能にする条件を意味する。このような条件は文献(例えば、非特許文献21)に具体的に記載されている。例えば、相同性又は同一性の高い遺伝子同士、40%以上、具体的には90%以上、より具体的には95%以上、さらに具体的には97%以上、特に具体的には99%以上の相同性又は同一性を有する遺伝子同士をハイブリダイズし、それより相同性又は同一性の低い遺伝子同士をハイブリダイズしない条件、又は通常のサザンハイブリダイゼーションの洗浄条件である、60℃、1×SSC、0.1%SDS、具体的には60℃、0.1×SSC、0.1%SDS、より具体的には68℃、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度及び温度において、1回、具体的には2回~3回洗浄する条件が挙げられる。
ハイブリダイゼーションは、たとえハイブリダイゼーションの厳格さに応じて塩基間のミスマッチ(mismatch)が可能であっても、2つのポリヌクレオチドが相補的配列を有することが求められる。「相補的」とは、互いにハイブリダイゼーションが可能なヌクレオチド塩基間の関係を表すために用いられるものである。例えば、DNAにおいて、アデノシンはチミンに相補的であり、シトシンはグアニンに相補的である。よって、本発明には、実質的に類似したポリヌクレオチド配列だけでなく、全配列に相補的な単離されたポリヌクレオチド断片が含まれてもよい。
具体的には、相同性又は同一性を有するポリヌクレオチドは、55℃のTm値でハイブリダイゼーションステップが行われるハイブリダイゼーション条件と前述した条件を用いて探知することができる。また、前記Tm値は、60℃、63℃又は65℃であってもよいが、これらに限定されるものではなく、その目的に応じて当業者により適宜調節されてもよい。
ポリヌクレオチドをハイブリダイズする適切な厳格さはポリヌクレオチドの長さ及び相補性の程度に依存し、変数は当該技術分野で公知である(非特許文献23参照)。本発明における「活性の強化」とは、酵素タンパク質の活性が導入されるか、微生物が有する内在性活性又は修飾前の活性に比べて活性が向上することを意味する。前記活性の「導入」とは、微生物が本来持っていなかった特定タンパク質の活性が自然に又は人為的に現れるようにすることを意味する。具体的には、酵素タンパク質の活性が強化された微生物とは、天然の野生型微生物又は非変型微生物より酵素タンパク質の活性が向上した微生物を意味する。例えば、前記活性の強化には、外来の2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ及び/もしくはトランスケトラーゼを導入して強化すること、又は内在性2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ及び/もしくはトランスケトラーゼの活性を強化することが全て含まれる。具体的には、本発明における活性強化の方法は、1)前記酵素をコードするポリヌクレオチドのコピー数の増加、2)前記ポリヌクレオチドの発現を増加させる発現調節配列の改変、3)前記酵素の活性を強化する染色体上のポリヌクレオチド配列の改変、4)それらの組み合わせにより強化する改変などにより行われるが、これらに限定されるものではない。
前記1)ポリヌクレオチドのコピー数の増加は、特にこれらに限定されるものではないが、ベクターに作動可能に連結された形態で行われるか、宿主細胞内の染色体内に挿入されることにより行われてもよい。また、コピー数の増加の一態様として、酵素の活性を示す外来ポリヌクレオチド又は前記ポリヌクレオチドのコドン最適化された変異型ポリヌクレオチドを宿主細胞内に導入することにより行われてもよい。前記外来ポリヌクレオチドは、前記酵素と同一/類似の活性を示すものであれば、その由来や配列が限定されるものではない。前記導入は、公知の形質転換方法を当業者が適宜選択して行うことができ、宿主細胞内で前記導入されたポリヌクレオチドが発現することにより酵素が生成されるので、その活性が増加する。
次に、2)ポリヌクレオチドの発現を増加させる発現調節配列の改変は、特にこれらに限定されるものではないが、前記発現調節配列の活性がさらに強化されるように、核酸配列の欠失、挿入、非保存的もしくは保存的置換、又はそれらの組み合わせにより配列上の変異を誘導して行われるか、より強い活性を有する核酸配列に置換することにより行われてもよい。前記発現調節配列には、特にこれらに限定されるものではないが、プロモーター、オペレーター配列、リボソーム結合部位をコードする配列、転写及び翻訳の終結を調節する配列などが含まれてもよい。
具体的には、ポリヌクレオチド発現単位の上流には、本来のプロモーターに代えて強力な異種プロモーターが連結されてもよいが、前記強力なプロモーターの例としては、CJ7プロモーター、lysCP1プロモーター、EF-Tuプロモーター、groELプロモーター、aceA又はaceBプロモーターなどが挙げられる。より具体的には、コリネバクテリウム属由来のプロモーターであるlysCP1プロモーター(特許文献1)、CJ7プロモーター(特許文献2)、SPLプロモーター(特許文献3)又はo2プロモーター(特許文献4)に作動可能に連結されることにより、前記酵素をコードするポリヌクレオチドの発現率を向上させることができるが、これらに限定されるものではない。
また、3)染色体上のポリヌクレオチド配列の改変は、特にこれらに限定されるものではないが、前記ポリヌクレオチド配列の活性がさらに強化されるように、核酸配列の欠失、挿入、非保存的もしくは保存的置換、又はそれらの組み合わせにより発現調節配列上の変異を誘導して行われるか、より強い活性を有するように改良されたポリヌクレオチド配列に置換することにより行われてもよい。
最後に、4)前記1)~3)の組み合わせにより強化する改変は、前記酵素をコードするポリヌクレオチドのコピー数の増加、その発現を増加させる発現調節配列の改変、染色体上の前記ポリヌクレオチド配列の改変、及び前記酵素の活性を示す外来ポリヌクレオチド又はそのコドン最適化された変異型ポリヌクレオチドの改変の少なくとも1つの方法を共に適用することにより行われてもよい。
前記ポリヌクレオチドは、機能するポリヌクレオチドの集合体であれば、遺伝子ともいう。本発明において、ポリヌクレオチドと遺伝子は混用されてもよく、ポリヌクレオチド配列とヌクレオチド配列は混用されてもよい。
本発明における「ベクター」とは、好適な宿主内で標的タンパク質を発現させることができるように、好適な調節配列に作動可能に連結された前記標的タンパク質をコードするポリヌクレオチドの塩基配列を含有するDNA産物を意味する。前記調節配列には、転写を開始するプロモーター、その転写を調節するための任意のオペレーター配列、好適なmRNAリボソーム結合部位をコードする配列、並びに転写及び翻訳の終結を調節する配列が含まれてもよい。ベクターは好適な宿主細胞内に形質転換されると、宿主ゲノムに関係なく複製及び機能することができ、ゲノム自体に組み込まれる。
本発明に用いられるベクターは、宿主細胞内で複製可能なものであれば特に限定されるものではなく、当該技術分野で公知の任意のベクターを用いることができる。通常用いられるベクターの例としては、天然状態又は組換え状態のプラスミド、コスミド、ウイルス及びバクテリオファージが挙げられる。例えば、ファージベクター又はコスミドベクターとしては、pWE15、M13、MBL3、MBL4、IXII、ASHII、APII、t10、t11、Charon4A、Charon21Aなどを用いることができ、プラスミドベクターとしては、pBR系、pUC系、pBluescriptII系、pGEM系、pTZ系、pCL系、pET系などを用いることができる。具体的には、pDZ、pACYC177、pACYC184、pCL、pECCG117、pUC19、pBR322、pMW118、pCC1BAC、pSKH、pRS-413、pRS-414、pRS-415ベクターなどを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
本発明に使用可能なベクターは、特に限定されるものではなく、公知の発現ベクターを用いることができる。また、細胞内染色体挿入用ベクターにより、染色体内に標的タンパク質をコードするポリヌクレオチドを挿入することができる。前記ポリヌクレオチドの染色体内への挿入は、当該技術分野で公知の任意の方法、例えば相同組換えにより行うことができるが、これに限定されるものではない。前記染色体に挿入されたか否かを確認するための選択マーカー(selection marker)をさらに含んでもよい。選択マーカーは、ベクターで形質転換された細胞を選択、すなわち標的核酸分子が挿入されたか否かを確認するためのものであり、薬物耐性、栄養要求性、細胞毒性剤に対する耐性、表面タンパク質の発現などの選択可能表現型を付与するマーカーが用いられてもよい。選択剤(selective agent)で処理した環境においては、選択マーカーを発現する細胞のみ生存するか、異なる表現形質を示すので、形質転換された細胞を選択することができる。
本発明における「形質転換」とは、標的タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含むベクターを宿主細胞内に導入することにより、宿主細胞内で前記ポリヌクレオチドがコードするタンパク質を発現させることを意味する。形質転換されたポリヌクレオチドは、宿主細胞内で発現するものであれば、宿主細胞の染色体内に挿入されて位置するか、染色体外に位置するかに関係なく、それらが全て含まれてもよい。また、前記ポリヌクレオチドは、標的タンパク質をコードするDNA及びRNAを含むものである。前記ポリヌクレオチドは、宿主細胞内に導入されて発現するものであれば、いかなる形態で導入されるものでもよい。例えば、前記ポリヌクレオチドは、自ら発現する上で必要な全ての要素を含む遺伝子構造体である発現カセット(expression cassette)の形態で宿主細胞に導入されてもよい。通常、前記発現カセットは、前記ポリヌクレオチドに作動可能に連結されたプロモーター(promoter)、転写終結シグナル、リボソーム結合部位及び翻訳終結シグナルを含む。前記発現カセットは、自己複製可能な発現ベクター形態であってもよい。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、宿主細胞において発現に必要な配列と作動可能に連結されたものであってもよいが、これに限定されるものではない。前記形質転換する方法は、核酸を細胞内に導入するいかなる方法であってもよく、当該分野において公知であるように、宿主細胞に適した標準技術を選択して行うことができる。例えば、エレクトロポレーション(electroporation)、リン酸カルシウム(CaPO4)沈殿、塩化カルシウム(CaCl2)沈殿、微量注入法(microinjection)、ポリエチレングリコール(PEG)法、EAE-デキストラン法、カチオン性リポソーム法、酢酸リチウム-DMSO法などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、前記「作動可能に連結」されたものとは、本発明の標的タンパク質をコードするポリヌクレオチドの転写を開始及び媒介するプロモーター配列と前記ポリヌクレオチド配列が機能的に連結されたものを意味する。作動可能な連結は当該技術分野で公知の遺伝子組換え技術を用いて作製することができ、部位特異的DNA切断及び連結は当該技術分野の切断及び連結酵素などを用いて作製することができるが、これらに限定されるものではない。
本発明の微生物は、さらに3-デヒドロキナ酸デヒドラターゼ(3-dehydroquinate dehydratase)のタンパク質活性が不活性化されたものであってもよい。
本発明における「3-デヒドロキナ酸デヒドラターゼ(3-dehydroquinate dehydratase)」とは、下記反応式の可逆反応を触媒する酵素を意味し、具体的には3-デヒドロキナ酸(3-dehydroquinate)を3-デヒドロシキミ酸(3-dehydroshikimate)に変換するものであるが、これに限定されるものではない。
Figure 0007015933000005
3-デヒドロキナ酸デヒドラターゼは、微生物の種又は微生物に応じて活性を示すタンパク質のアミノ酸配列が異なることがあるので、その由来や配列に限定されるものではない。具体的には、配列番号90のアミノ酸配列を含むタンパク質であるが、これに限定されるものではない。また、配列番号90のアミノ酸配列、又はそれと少なくとも80%、90%、95%、96%、97%、98%もしくは99%の相同性もしくは同一性を有するアミノ酸配列が含まれてもよい。さらに、このような相同性又は同一性を有し、前記タンパク質と同一又は相当する生物学的活性を有するアミノ酸配列であれば、一部の配列が欠失、改変、置換又は付加されたアミノ酸配列を有するものも本発明に含まれることは言うまでもない。
本発明における「不活性化」とは、本来微生物が有する酵素タンパク質の内在性活性又は修飾前の活性に比べてその活性が低下することや、タンパク質が全く発現しないことや、発現してもその活性がないことを意味する。前記不活性化は、酵素をコードするポリヌクレオチドの変異などにより酵素自体の活性が、本来微生物が有する酵素の活性より低下したり、除去された場合や、酵素をコードする遺伝子の発現阻害又は翻訳(translation)阻害などにより細胞内で全体的な酵素活性の程度が天然の微生物より低下したり、除去された場合や、酵素をコードする遺伝子の一部又は全部が欠失した場合や、それらの組み合わせを含む概念であるが、これらに限定されるものではない。すなわち、酵素タンパク質の活性が不活性化された微生物とは、天然の野生型微生物又は非変型微生物より酵素タンパク質の活性が低下したり、除去された微生物を意味する。
前記酵素活性の不活性化は、当該分野で公知の様々な方法の適用により達成することができる。前記方法の例として、1)前記酵素をコードする染色体上の遺伝子の全部又は一部を欠失させる方法、2)前記タンパク質をコードする染色体上の遺伝子の発現が減少するように発現調節配列を改変する方法、3)前記タンパク質の活性が欠失又は低下するようにタンパク質をコードする染色体上の遺伝子配列を改変する方法、4)前記タンパク質をコードする染色体上の遺伝子の転写体に相補的に結合するアンチセンスオリゴヌクレオチド(例えば、アンチセンスRNA)を導入する方法、5)前記タンパク質をコードする染色体上の遺伝子のシャイン・ダルガノ(Shine-Dalgarno)配列の前にシャイン・ダルガノ配列と相補的な配列を付加することにより2次構造物を形成させてリボソーム(ribosome)の付着を不可能にする方法、6)前記タンパク質をコードするポリヌクレオチド配列のORF(open reading frame)の3’末端に逆転写するようにプロモーターを付加する方法(Reverse transcription engineering, RTE)などが挙げられ、それらの組み合わせによっても達成することができるが、特にこれらに限定されるものではない。
前記酵素をコードする染色体上の遺伝子の全部又は一部を欠失させる方法は、微生物内の染色体挿入用ベクターを用いて、染色体内の内在性標的タンパク質をコードするポリヌクレオチドを一部のヌクレオチド配列が欠失したポリヌクレオチド又はマーカー遺伝子に置換することにより行うことができる。このようなポリヌクレオチドの全部又は一部を欠失させる方法の一例として、相同組換えによりポリヌクレオチドを欠失させる方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。
前記発現調節配列を改変する方法は、前記発現調節配列の活性がさらに低下するように、核酸配列の欠失、挿入、非保存的もしくは保存的置換、又はそれらの組み合わせにより発現調節配列上の変異を誘導して行うこともでき、より低い活性を有する核酸配列に置換することにより行うこともできる。前記発現調節配列には、プロモーター、オペレーター配列、リボソーム結合部位をコードする配列、及び転写と翻訳の終結を調節する配列が含まれるが、これらに限定されるものではない。
前記染色体上の遺伝子配列を改変する方法は、前記酵素の活性がさらに低下するように、遺伝子配列を欠失、挿入、非保存的もしくは保存的置換、又はそれらの組み合わせにより配列上の変異を誘導して行うこともでき、より低い活性を有するように改良された遺伝子配列又は活性がなくなるように改良された遺伝子配列に置換することにより行うこともできるが、これらに限定されるものではない。
前記「一部」とは、ポリヌクレオチドの種類により異なり、具体的には1~300個、より具体的には1~100個、さらに具体的には1~50個であるが、特にこれらに限定されるものではない。
本発明の微生物は、さらに3-デヒドロキナ酸シンターゼ(3-dehydroquinate synthase)のタンパク質活性が非変型微生物より強化されてもよい。
前記3-デヒドロキナ酸シンターゼ(3-dehydroquinate synthase)とは、下記反応式の可逆反応を触媒する酵素を意味し、具体的には3-デヒドロキナ酸(3-dehydroquinate, 3-DHQ)を合成することができるが、これに限定されるものではない。
Figure 0007015933000006
本発明における「マイコスポリン様アミノ酸(mycosporine-like amino acids; MAAs)」とは、紫外線を吸収する環型化合物を意味する。本発明におけるマイコスポリン様アミノ酸は、紫外線を吸収するものであればいかなるものでもよく、具体的にはシクロヘキサノン(cyclohexanone)又はシクロヘキセンイミン(cyclohexenimine)の中心環を有する化合物、又は前記中心環にアミノ酸などの様々な物質が結合された化合物であってもよく、より具体的にはマイコスポリン-2-グリシン(Mycosporine-2-glycine)、パリチノール(Palythinol)、パリテン酸(Palythenic acid)、デオキシガズソール(deoxygadusol)、マイコスポリン-メチルアミン-トレオニン(Mycosporine-methylamine-threonine)、マイコスポリン-グリシン-バリン(Mycosporine-glycine-valine)、パリチン(Palythine)、アステリナ-330(Asterina-330)、シノリン(Shinorine)、ポルフィラ-334(Porphyra-334)、オイハロテセ-362(Euhalothece-362)、マイコスポリン-グリシン(Mycosporine-glycine)、マイコスポリン-オルニチン(Mycosporine-ornithine)、マイコスポリン-リシン(Mycosporine-lysine)、マイコスポリン-グルタミン酸-グリシン(Mycosporine-glutamic acid-glycine)、マイコスポリン-メチルアミン-セリン(Mycosporine-methylamine-serine)、マイコスポリン-タウリン(Mycosporine-taurine)、パリテン(Palythene)、パリテン-セリン(Palythine-serine)、パリテン-セリン-サルフェート(Palythine-serine-sulfate)、パリチノール(Palythinol)、ウスジレン(Usujirene)又はそれらの組み合わせであってもよい。
本発明におけるマイコスポリン様アミノ酸は、MAAやMAAsと混用されてもよい。
本発明における「マイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物」とは、マイコスポリン様アミノ酸の生合成に関与する酵素の遺伝子又は前記遺伝子のクラスターを含む微生物を意味するか、又は前記クラスターが導入又は強化された微生物を意味する。また、本発明における「マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子のクラスター」とは、マイコスポリン様アミノ酸生合成に関与する酵素をコードする遺伝子群を意味する。具体的には、マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子、マイコスポリン様アミノ酸にさらなるアミノ酸残基を付加する活性を有する酵素の遺伝子、又はそれら遺伝子のクラスターが挙げられる。前記マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子には、それを含む微生物がマイコスポリン様アミノ酸を生産するものであれば、微生物の外来及び/又は内在性遺伝子が全て含まれる。前記外来遺伝子は、同種及び/又は異種であってもよい。
前記マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子は、それを含む微生物がマイコスポリン様アミノ酸生合成に関与する酵素を生産して結果としてマイコスポリン様アミノ酸を生産するものであれば、前記遺伝子の由来微生物種はいかなるものでもよく、具体的にはシアノバクテリア(cyanobacteria)であるアナベナ・バリアビリス(Anabaena variabilis)、ノストック・パンクチフォルム(Nostoc punctiforme)、ノデュラリア・スプミゲナ(Nodularia spumigena)、シアノセイス属PCC7424(Cyanothece sp. PCC 7424)、リングビア属PCC8106(Lyngbya sp. PCC 8106)、ミクロキスティス・エルギノーサ(Microcystis aeruginosa)、ミクロコレス・クソノプラステス(Microcoleus chthonoplastes)、シアノセイス属ATCC51142(Cyanothece sp. ATCC 51142)、クロコスファエラ・ワトソニー(Crocosphaera watsonii)、シアノセイス属CCY0110(Cyanothece sp. CCY 0110)、シリンドロスペルマム・スタグナレ属PCC7417(cylindrospermum stagnale sp,PCC 7417)、アファノセケ・ハロフィチカ(Aphanothece halophytica)もしくはトリコデスミウム・エリスラエウム(Trichodesmium erythraeum)であるか、又は菌類(fungi)であるマグナポルテ・オリゼ(Magnaporthe oryzae)、ピレノフォラ・トリチシ・レペンチス(Pyrenophora tritici-repentis)、アスペルギルス・クラバタス(Aspergillus clavatus)、ネクトリア・ヘマトコッカ(Nectria haematococca)、アスペルギルス・ニデュランス(Aspergillus nidulans)、ジベレラ・ゼアエ(Gibberella zeae)、バーティシリウム・アルボ・アトラム(Verticillium albo-atrum)、ボトリオチニア・フッケリアナ(Botryotinia fuckeliana)、ファエオスファエリア・ノドラム(Phaeosphaeria nodorum)であるか、又はネマトステラ・ベクテンシス(Nematostella vectensis)、ヘテロカプサ・トリケトラ(Heterocapsa triquetra)、オキシリス・マリナ(Oxyrrhis marina)、カルロディニウム・ミクルム(Karlodinium micrum)、アクチノシネマ・ミルム(Actinosynnema mirum)などであるが、これらに限定されるものではない。
一実施態様によれば、本発明のマイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物は、マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子又はそのクラスターを含む。具体的には、前記微生物は、マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子のクラスターが導入されるか、又は前記遺伝子によりコードされるタンパク質の活性が内在性活性又は修飾前の活性に比べて向上してもよいが、これらに限定されるものではない。
また、前記マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子は、微生物がマイコスポリン様アミノ酸を生産するものであれば酵素名や由来微生物が限定されるものではなく、2-ジメチル4-デオキシガズソールシンターゼ(2-demetyl 4-deoxygadusol synthase)、O-メチルトランスフェラーゼ(O-methyltransferase)及びC-Nリガーゼ(C-N ligase)からなる群から選択される少なくとも1つ、具体的には1つ以上、2つ以上、3つ以上又は全ての酵素タンパク質、又はそれと同一及び/もしくは類似の活性を有する酵素タンパク質をコードする遺伝子が挙げられる。
例えば、前記2-ジメチル4-デオキシガズソールシンターゼ(2-demetyl 4-deoxygadusol synthase)は、セドヘプツロース-7-リン酸(sedoheptulose-7-phosphate)を2-ジメチル-4-デオキシガズソール(2-demethyl-4-deoxygadusol)に変換する酵素である。前記O-メチルトランスフェラーゼ(O-methyltransferase)は2-ジメチル-4-デオキシガズソール(2-demethyl-4-deoxygadusol)を4-デオキシガズソール(4-deoxygadusol)に変換する酵素であり、前記4-デオキシガズソール(4-deoxygadusol)のグリシル化(glycylation)は前記C-Nリガーゼ(C-N ligase)により触媒される。
また、マイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物は、マイコスポリン様アミノ酸にさらなるアミノ酸残基を付加する活性を有する酵素の遺伝子又は前記遺伝子のクラスターを含んでもよい。前記遺伝子又は前記遺伝子のクラスターは、マイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物が少なくとも2つのアミノ酸残基が付加されたマイコスポリン様アミノ酸を生産するものであれば酵素名や由来微生物が限定されるものではなく、具体的には非リボソームペプチドシンテターゼ(non-ribosomal peptide synthetase: NRPS)、非リボソームペプチドシンテターゼ様酵素(non-ribosomal peptide synthetase-like enzyme: NRPS-like enzyme)及びD-アラニンD-アラニンリガーゼ(D-Ala D-Ala ligase: DDL)からなる群から選択される少なくとも1つ、具体的には1つ以上、2つ以上、3つ以上又は全ての酵素タンパク質、又はそれと同一及び/もしくは類似の活性を有する酵素タンパク質をコードする遺伝子が挙げられる。
一部のマイコスポリン様アミノ酸は、マイコスポリン-グリシンに2番目のアミノ酸残基を含む。前記非リボソームペプチドシンテターゼ、非リボソームペプチドシンテターゼ様酵素及びD-アラニンD-アラニンリガーゼからなる群から選択される少なくとも1つの酵素は、マイコスポリン-グリシンに2番目のアミノ酸残基を付加することができる。
一実施態様によれば、マイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物は、非リボソームペプチドシンテターゼ、非リボソームペプチドシンテターゼ様酵素及びD-アラニンD-アラニンリガーゼのように、マイコスポリン-グリシンに2番目のアミノ酸を付加する活性を有する酵素であれば酵素名や由来微生物種はいかなるものでもよい。
一例として、アナベナ・バリアビリス(Anabaena variabilis)内の非リボソームペプチドシンテターゼ様酵素(Ava_3855)、又はノストック・パンクチフォルム(Nostoc punctiforme)内のD-アラニンD-アラニンリガーゼ(NpF5597)は、マイコスポリン-グリシンにセリン残基を付加してシノリンを形成させることができる。他の例として、マイコスポリン-2-グリシンは、アファノセケ・ハロフィチカ(Aphanothece halophytica)内のD-アラニンD-アラニンリガーゼホモログ(Ap_3855)による2番目のグリシン残基の付加により形成されてもよい。同様に、アクチノシネマ・ミルム(Actinosynnema mirum)においては、D-アラニンD-アラニンリガーゼによりセリン又はアラニンが付加されてシノリン又はマイコスポリン-グリシン-アラニンが形成されてもよい。本出願の一実施例による微生物は、前述した酵素又はそれと同一及び/又は類似の活性を有する酵素から、目的とするマイコスポリン様アミノ酸生産に適したものを選択して含んでもよい。
本発明に用いられる前記2-ジメチル4-デオキシガズソールシンターゼ、O-メチルトランスフェラーゼ、C-Nリガーゼ、非リボソームペプチドシンテターゼ、非リボソームペプチドシンテターゼ様酵素及び/又はD-アラニンD-アラニンリガーゼは、由来する微生物種が限定されるものではなく、同一及び/又は類似の機能及び役割を有する酵素として公知のものであればいかなるものでもよく、それらの相同性又は同一性の数値範囲も限定されるものではない。例えば、シリンドロスペルマム・スタグナレPCC7417(C. stagnale PCC 7417)のMylA、MylB、MylD、MylE及びMylCは、アナベナ・バリアビリス(Anabaena variabilis)及びノストック・パンクチフォルム(Nostoc punctiforme)由来の2-ジメチル4-デオキシガズソールシンターゼ、O-メチルトランスフェラーゼ、C-Nリガーゼ及びD-アラニンD-アラニンリガーゼに対応し(homologous)、それらの類似度は約61~88%である(非特許文献17,14)。すなわち、本発明に用いられる酵素は、同一及び/又は類似の機能及び効果を示すことが知られているものであれば、由来する微生物種や配列相同性又は同一性が限定されるものではない。また、先行技術文献として挙げた非特許文献は、全て本出願に参照として含まれる。
また、マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子は、配列番号115、116、117、118、119、120、121又は122のアミノ酸配列を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドであってもよいが、これらに限定されるものではない。
さらに、マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子は、配列番号115、116、117、118、119、120、121又は122のアミノ酸配列と50%、60%又は70%以上、具体的には80%以上、より具体的には90%以上、さらに具体的には95%以上、一層具体的には99%以上の相同性又は同一性を有するアミノ酸配列を含むタンパク質をコードするヌクレオチド配列を含んでもよく、微生物がマイコスポリン様アミノ酸を生産するものであれば、前記相同性又は同一性を有しないタンパク質をコードするヌクレオチド配列のいかなるものを含んでもよい。具体的には、マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子は、配列番号102、103、104、105、106、107、108又は109のヌクレオチド配列を含んでもよいが、これらに限定されるものではない。
また、前記配列と相同性又は同一性を有する配列であって、実質的に前述した配列番号のタンパク質と同一又は相当する生物学的活性を有するアミノ酸配列であれば、一部の配列が欠失、改変、置換又は付加されたアミノ酸配列を有するものも本願に含まれることは言うまでもない。
さらに、前記ヌクレオチド配列は、コドンの縮退(degeneracy)により前記タンパク質を発現させようとする生物において好まれるコドンを考慮し、コード領域から発現するタンパク質のアミノ酸配列が変化しない範囲でコード領域に様々な改変を行うことができる。よって、前記マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子は、マイコスポリン様アミノ酸生合成に関与するタンパク質をコードするヌクレオチド配列であれば本願に全て含まれる。
あるいは、公知の遺伝子配列から調製されるプローブ、例えば前記ヌクレオチド配列の全部又は一部に対する相補配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることによりマイコスポリン様アミノ酸生合成に関与するタンパク質をコードする配列であれば本発明に全て含まれる。
一実施態様によれば、マイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物は、由来が異なるマイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子を含んでもよい。
本発明において、タンパク質の活性強化及び/又は遺伝子の導入は、順序に関係なく同時、順次、逆順に行われてもよい。
前記マイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物は、マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子のクラスターを含むので、マイコスポリン様アミノ酸を生産することができ、さらに2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ及びトランスケトラーゼからなる群から選択される少なくとも1つのタンパク質の活性を強化することにより、マイコスポリン様アミノ酸の生産能が向上した微生物であってもよい。また、本発明の微生物は、2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ及びトランスケトラーゼからなる群から選択される少なくとも1つのタンパク質の活性を強化することにより、マイコスポリン様アミノ酸の生産能が向上した微生物であればいかなるものでもよく、具体的にはコリネバクテリウム属微生物、エシェリキア属微生物又は酵母であってもよい。
前記コリネバクテリウム属微生物は、具体的にはコリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、コリネバクテリウム・アンモニアゲネス(Corynebacterium ammoniagenes)、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)、コリネバクテリウム・サーモアミノゲネス(Corynebacterium thermoaminogenes)、コリネバクテリウム・エフィシエンス(Corynebacterium efficiens)などであってもよく、より具体的にはコリネバクテリウム・グルタミカムであってもよいが、これらに限定されるものではない。
前記エシェリキア属微生物は、具体的にはエシェリキア・アルベルティイ(Escherichia albertii)、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)、エシェリキア・フェルグソニイ(Escherichia fergusonii)、エシェリキア・ヘルマンニイ(Escherichia hermannii)、エシェリキア・バルネリス(Escherichia vulneris)などであり、より具体的にはエシェリキア・コリであるが、これらに限定されるものではない。
前記酵母は、具体的には子嚢菌門(Ascomycota)であるサッカロミケス亜門(Saccharomycotina)、タフリナ菌亜門(Taphrinomycotina)、又は担子菌門(Basidiomycota)であるハラタケ亜門(Agaricomycotina)、サビキン亜門(Pucciniomycotina)などに属する微生物であってもよく、より具体的にはサッカロマイセス(Saccharomyces)属微生物、シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属微生物、ファフィア(Phaffia)属微生物、クルイベロマイセス(Kluyveromyces)属微生物、ピキア(Pichia)属微生物、カンジダ(Candida)属微生物であってもよく、さらに具体的にはサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)であってもよいが、これらに限定されるものではない。
本発明の他の態様は、本発明の微生物を培地で培養するステップと、前記培養した微生物又は培地からマイコスポリン様アミノ酸を回収するステップとを含む、マイコスポリン様アミノ酸の生産方法を提供する。
前記「微生物」及び「マイコスポリン様アミノ酸」については前述した通りである。
本発明における「培養」とは、前記微生物を好適に調節された環境条件で生育させることを意味する。本発明の培養過程は、当該技術分野で公知の好適な培地と培養条件で行われてもよい。このような培養過程は、選択される微生物に応じて当業者が容易に調整して用いることができる。前記微生物を培養するステップは、特にこれらに限定されるものではないが、公知の回分培養法、連続培養法、流加培養法などにより行われてもよい。本発明の微生物の培養に用いられる培地及びその他の培養条件は、通常の微生物の培養に用いられる培地であれば特に限定されるものではなく、いかなるものでも用いることができ、具体的には本発明の微生物を好適な炭素源、窒素源、リン源、無機化合物、アミノ酸及び/又はビタミンなどを含有する通常の培地内において、好気性条件下で温度、pHなどを調節して培養することができる。具体的には、塩基性化合物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又はアンモニア)又は酸性化合物(例えば、リン酸又は硫酸)を用いて適正pH(例えば、pH5~9、具体的にはpH6~8、最も具体的にはpH6.8)に調節することができるが、これらに限定されるものではない。また、培養物の好気状態を維持するために、培養物中に酸素又は酸素含有気体を注入してもよく、嫌気及び微好気状態を維持するために、気体を注入しなくてもよく、窒素、水素又は二酸化炭素ガスを注入してもよいが、これらに限定されるものではない。さらに、培養温度は20~45℃、具体的には25~40℃に維持してもよく、約10~160時間培養してもよいが、これらに限定されるものではない。さらに、培養中に脂肪酸ポリグリコールエステルなどの消泡剤を用いて気泡生成を抑制してもよいが、これに限定されるものではない。
さらに、用いられる培養用培地において、炭素供給源としては、糖及び炭水化物(例えば、グルコース、スクロース、ラクトース、フルクトース、マルトース、モラセス、デンプン及びセルロース)、油脂(例えば、大豆油、ヒマワリ油、落花生油及びココナッツ油)、脂肪酸(例えば、パルミチン酸、ステアリン酸及びリノール酸)、アルコール(例えば、グリセリン及びエタノール)、有機酸(例えば、酢酸)などを個別に又は混合して用いることができるが、これらに限定されるものではない。窒素供給源としては、窒素含有有機化合物(例えば、ペプトン、酵母抽出液、肉汁、麦芽抽出液、トウモロコシ浸漬液、大豆粕及びウレア)、無機化合物(例えば、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム、炭酸アンモニウム及び硝酸アンモニウム)などを個別に又は混合して用いることができるが、これらに限定されるものではない。リン供給源としては、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、それらに相当するナトリウム含有塩などを個別に又は混合して用いることができるが、これらに限定されるものではない。また、培地は、その他金属塩(例えば、硫酸マグネシウム又は硫酸鉄)、アミノ酸、ビタミンなどの必須成長促進物質を含んでもよい。
前記培養により生産されたMAAsは、培地中に分泌されるか、細胞内に残留する。
本発明における「培地」とは、本発明の微生物を培養する培養培地、及び/又は培養して得られた産物を意味する。前記培地は、微生物を含む形態、及び前記微生物を含む培養液から遠心分離、濾過などにより微生物を除去した形態をどちらも含む概念である。
本発明の前記培養するステップで生産されたMAAsを回収するステップは、培養方法に応じて、当該分野で公知の好適な方法により培養液から目的とするMAAsを回収することができる。例えば、遠心分離、濾過、陰イオン交換クロマトグラフィー、結晶化、HPLCなどが用いられてもよく、当該分野で公知の好適な方法を用いて培養された微生物又は培地から目的とするMAAsを回収することができる。前記MAAsを回収するステップは、分離工程及び/又は精製工程をさらに含んでもよい。
本発明のさらに他の態様は、マイコスポリン様アミノ酸を生産するための本発明の微生物の用途を提供する。
前記「微生物」及び「マイコスポリン様アミノ酸」については前述した通りである。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。しかし、これらの実施例は本発明を例示的に説明するためのものであり、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。
<大腸菌由来MAAs生産組換え微生物の作製及びそれを用いたMAAs生産>
(実施例1)
2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ(2-dehydro-3-deoxyphosphoheptonate aldolase)活性強化菌株の作製
微生物のMAAs生産能を増加させるために、2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼの活性が強化された大腸菌を作製した。具体的には、大腸菌W3110をベース菌株とし、aroG(2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ;配列番号1及び2)遺伝子をさらに導入した。プラスミドの作製に用いた鋳型及びプライマーを表1に示す。
Figure 0007015933000007
前記鋳型及びプライマーを用いてPCRにより遺伝子断片を増幅し、その後fhuA arm 1及びfhuA arm 2遺伝子断片をBamH1-Spe1制限酵素で切断したpSKHベクター(特許文献5(PCT/KR2007/006933))に、前述したように増幅した断片をIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)した。作製したベクターをpSKH-ΔfhuAと命名した。前記fhuA遺伝子欠損により大腸菌のファージ感染が抑制される。
Pn_aroG遺伝子断片をSpe1-EcoRV制限酵素で切断したpSKH-ΔfhuAベクターにIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)し、強化されたプロモーターとして知られるPtrc及びPcj1遺伝子断片をSpe1-Nde1制限酵素で切断し、aroG遺伝子断片をNde1-EcoRV制限酵素で切断し、次いでPtrc及びaroG遺伝子断片又はPcj1(特許文献6)及びaroG遺伝子断片をそれぞれSpe1-EcoRV制限酵素で切断したpSKH-ΔfhuAベクターにIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)した。作製したベクターをそれぞれpSKH-ΔfhuA-Pn-aroG、pSKH-ΔfhuA-Ptrc-aroG、pSKH-ΔfhuA-Pcj1-aroGと命名した。
前記ベクターは、シーケンシングによりクローニングの是非とベクターの遺伝子配列を確認し、その後野生型大腸菌W3110菌株にエレクトロポレーションにより形質転換した。形質転換した遺伝子は、1次組換え(交差)により染色体に導入し、その後2次組換え(交差)により染色体からプラスミド部位を除去(excision)した。前記2次組換えが完了した大腸菌形質転換株を対象に、配列番号14(正方向)及び8(逆方向)のプライマーを用いたPCRによりaroG遺伝子導入を確認した。
(実施例2)
微細藻類由来シノリン生合成遺伝子を過剰発現するベクターの作製
A.variabilisベースのシノリン生合成遺伝子クラスターは、2-ジメチル4-デオキシガズソールシンターゼ(2-demetyl 4-deoxygadusol synthase)、O-メチルトランスフェラーゼ(O-methyltransferase)、C-Nリガーゼ(C-N ligase)及び非リボソームペプチドシンテターゼ(non-ribosomal peptide synthetase)をコードする4つの遺伝子(Ava_ABCD)で形成されており、A.variabilis ATCC29413のゲノムDNAを用いてシノリン生合成遺伝子クラスターを同定した。pECCG117_Pcj1_GFP_terminatorベクターを用いて、A.variabilis ATCC29413由来のシノリン生合成遺伝子を含むベクターを作製した。シノリン生合成遺伝子発現ベクターの名称とベクターを作製するために用いた各鋳型及びプライマーを表2に示す。
Figure 0007015933000008
前記鋳型とプライマーを用いて遺伝子断片を得た。その後、各遺伝子断片をEcoRV-XbaI制限酵素で処理したpECCG 117_Pcj1_GFP_terminatorベクターにIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)した。作製したベクターをpECCG117_Pcj1_Ava_ABCDと命名し、シーケンシングによりクローニングの是非とベクターの遺伝子配列を確認した。Ava_ABCDのヌクレオチド配列を配列番号17に示す。
(実施例3)
2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ活性強化菌株のシノリン生産能の評価
実施例1で作製したaroG遺伝子強化菌株及び野生型W3110菌株に、実施例2で作製したpECCG117_Pcj1_Ava_ABCDプラスミドをそれぞれエレクトロポレーションにより導入し、その後LB固体培地に塗抹した。前記菌株を37℃の培養器で一晩培養し、その後25mLの力価培地[培地の組成:グルコース40g/L,KH2PO4 0.3g/L,K2HPO4 0.6g/L,(NH42SO4 15g/L,MgSO47H2O 1g/L,NaCl 2.5g/L,Sodium citrate 1.2g/L,酵母抽出物2.5g/L,炭酸カルシウム40g/L:pH7.0]に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを37℃、200rpmの培養器で48時間培養した。HPLC(waters社)を用いた分析結果を表3に示す。
Figure 0007015933000009
表3に示すように、遺伝子aroGが強化された菌株(W3110ΔfhuA::Pn-aroG/pECCG117_Pcj1_Ava_ABCD)から生産されたシノリン濃度は、対照群に比べて約20%増加した。特に、プロモーターを強化することにより遺伝子aroGが強化された菌株(W3110ΔfhuA::Ptrc-aroG/pECCG117_Pcj1_Ava_ABCD,W3110ΔfhuA::Pcj1-aroG/pECCG117_Pcj1_Ava_ABCD)においては、69%、94%増加した。
(実施例4)
ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ(phosphoenolpyruvate synthetase)活性強化菌株の作製
微生物のMAAs生産能を増加させるために、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼの活性が強化された大腸菌を作製した。具体的には、大腸菌W3110をベース菌株とし、pps(ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ;配列番号18及び19)遺伝子をさらに導入した。プラスミドの作製に用いた鋳型及びプライマーを表4に示す。
Figure 0007015933000010
前記鋳型及びプライマーを用いてPCRにより遺伝子断片を増幅し、その後Pn_pps遺伝子断片をSpe1-EcoRV制限酵素で切断したpSKH-ΔfhuAベクターにIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)した。実施例1で作製したPtrc及びPcj1遺伝子断片をSpe1-Nde1制限酵素で切断し、pps遺伝子断片をNde1-EcoRV制限酵素で切断し、次いでPtrc及びpps遺伝子断片又はPcj1及びpps遺伝子断片をそれぞれSpe1-EcoRV制限酵素で切断したpSKH-ΔfhuAベクターにIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)した。作製したベクターをそれぞれpSKH-ΔfhuA-Pn-pps、pSKH-ΔfhuA-Ptrc-pps、pSKH-ΔfhuA-Pcj1-ppsと命名した。
前記ベクターは、シーケンシングによりクローニングの是非とベクターの遺伝子配列を確認し、その後野生型大腸菌W3110菌株にエレクトロポレーションにより形質転換した。形質転換した遺伝子は、1次組換え(交差)により染色体に導入し、その後2次組換え(交差)により染色体からプラスミド部位を除去(excision)した。前記2次組換えが完了した大腸菌形質転換株を対象に、配列番号14(正方向)及び21(逆方向)のプライマーを用いたPCRによりpps遺伝子導入を確認した。
(実施例5)
ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ活性強化菌株のシノリン生産能の評価
実施例4で作製したpps遺伝子導入菌株及び野生型W3110菌株に、実施例2で作製したpECCG117_Pcj1_Ava_ABCDプラスミドをそれぞれエレクトロポレーションにより導入し、その後LB固体培地に塗抹した。前記菌株を37℃の培養器で一晩培養し、その後実施例3の25mLの力価培地に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを37℃、200rpmの培養器で48時間培養した。その結果を表5に示す。
Figure 0007015933000011
表5に示すように、遺伝子ppsが強化された菌株から生産されたシノリン濃度は41%増加し、強いプロモーターに置換することにより活性を強化したものにおいては、対照群に比べて最大で60%増加した。
(実施例6)
トランスケトラーゼ(transketolase I/II)活性強化菌株の作製
微生物のMAAs生産能を増加させるために、トランスケトラーゼの活性が強化された大腸菌を作製した。具体的には、大腸菌W3110をベース菌株とし、tktA(トランスケトラーゼ;配列番号23及び24)遺伝子をさらに導入した。プラスミドの作製に用いた鋳型及びプライマーを表6に示す。
Figure 0007015933000012
前記鋳型及びプライマーを用いてPCRにより遺伝子断片を増幅し、その後Pn_tktA遺伝子断片をSpe1-EcoRV制限酵素で切断したpSKH-ΔfhuAベクターにIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)した。実施例1で作製したPtrc及びPcj1遺伝子断片をSpe1、Nde1制限酵素で切断し、tktA遺伝子断片をNde1-EcoRV制限酵素で切断し、次いでPtrc及びtktA遺伝子断片又はPcj1及びtktA遺伝子断片をそれぞれSpe1-EcoRV制限酵素で切断したpSKH-ΔfhuAベクターにIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)した。作製したベクターをそれぞれpSKH-ΔfhuA-Pn-tktA、pSKH-ΔfhuA-Ptrc-tktA、pSKH-ΔfhuA-Pcj1-tktAと命名した。
前記ベクターは、シーケンシングによりクローニングの是非とベクターの遺伝子配列を確認し、その後野生型大腸菌W3110菌株にエレクトロポレーションにより形質転換した。形質転換した遺伝子は、1次組換え(交差)により染色体に導入し、その後2次組換え(交差)により染色体からプラスミド部位を除去(excision)した。前記2次組換えが完了した大腸菌形質転換株を対象に、配列番号14(正方向)及び26(逆方向)のプライマーを用いたPCRによりtktA遺伝子導入を確認した。
(実施例7)
トランスケトラーゼ活性強化菌株のシノリン生産能の評価
実施例6で作製したtktA遺伝子導入菌株及び野生型W3110菌株に、実施例2で作製したpECCG117_Pcj1_Ava_ABCDプラスミドをそれぞれエレクトロポレーションにより導入し、その後LB固体培地に塗抹した。前記菌株を37℃の培養器で一晩培養し、その後実施例3の25mLの力価培地に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを37℃、200rpmの培養器で48時間培養した。その結果を表7に示す。
Figure 0007015933000013
表7に示すように、遺伝子tktAが強化された菌株から生産されたシノリン濃度は4.5%増加し、強いプロモーターに置換することにより活性を強化したものにおいては、対照群に比べて最大で32%増加した。
(実施例8)
2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ/ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ/トランスケトラーゼ活性強化菌株の作製
微生物のMAAs生産能を増加させるために、2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ/ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ/トランスケトラーゼの活性が強化された大腸菌を作製した。具体的には、大腸菌W3110をベース菌株とし、aroG、pps、tktA遺伝子をさらに導入した。プラスミドの作製に用いた鋳型及びプライマーを表8に示す。
Figure 0007015933000014
前記鋳型及びプライマーを用いてPCRにより遺伝子断片を増幅し、その後Spe1-EcoRV制限酵素で切断したpSKH-ΔfhuAベクターにIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)した。作製したベクターをpSKH-ΔfhuA-Pcj1-aroG-Pcj1-ppsA-Pcj1-tktAと命名した。
前記ベクターは、シーケンシングによりクローニングの是非とベクターの遺伝子配列を確認し、その後野生型大腸菌W3110菌株にエレクトロポレーションにより形質転換した。形質転換した遺伝子は、1次組換え(交差)により染色体に導入し、その後2次組換え(交差)により染色体からプラスミド部位を除去(excision)した。前記2次組換えが完了した大腸菌形質転換株を対象に、配列番号14(正方向)及び26(逆方向)のプライマーを用いたPCRによりaroG、pps、tktA遺伝子導入を確認した。
(実施例9)
2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ/ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ/トランスケトラーゼ活性強化菌株のシノリン生産能の評価
実施例8で作製したaroG、pps、tktA遺伝子導入菌株及び野生型W3110菌株に、実施例2で作製したpECCG117_Pcj1_Ava_ABCDプラスミドをエレクトロポレーションにより導入し、その後LB固体培地に塗抹した。前記菌株を37℃の培養器で一晩培養し、その後実施例3の25mLの力価培地に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを37℃、200rpmの培養器で48時間培養した。その結果を表9に示す。
Figure 0007015933000015
表9に示すように、遺伝子3種(aroG,pps,tktA)が組み合わされて強化された菌株から生産されたシノリン濃度は、対照群に比べて267%増加した。これは、各遺伝子のプロモーターを強いプロモーターに置換して得た最大増加量の和に比べて予期せぬレベルに向上した結果である。すなわち、前記aroG、pps、tktAの3種の遺伝子を組み合わせると、より高い濃度のシノリンを生産できることが確認された。
(実施例10)
3-デヒドロキナ酸デヒドラターゼ(3-dehydroquinate dehydratase)が不活性された菌株の作製
微生物のMAAs生産能を増加させるために、3-デヒドロキナ酸デヒドラターゼ(aroD)が不活性された菌株を作製した。
具体的には、遺伝子導入マーカーとしてpKD3のクロラムフェニコール(chloramphenicol)耐性遺伝子を用い、aroD遺伝子の一部分とpKD3プラスミドのクロラムフェニコール耐性遺伝子を含むaroD欠損カセットは、配列番号32(正方向)及び33(逆方向)のプライマーを用いてPCRにより作製した。野生型大腸菌W3110、及び実施例8で作製したaroG、pps、tktA遺伝子導入菌株に、ラムダレッドリコンビナーゼ遺伝子を含むpKD46プラスミドを形質転換し、アラビノース(arabinose)を用いて当該遺伝子の発現を誘導することによりコンピテント細胞を作製した。コンピテント細胞にaroD欠損カセットをエレクトロポレーションにより導入し、その後クロラムフェニコールを30mg/L含むLB固体培地に塗抹した。このようにして得た菌株を配列番号34(正方向)及び35(逆方向)のプライマーでPCRし、1300bpの増幅した断片を観察してaroD遺伝子欠損を確認した。
(実施例11)
3-デヒドロキナ酸デヒドラターゼが不活性された菌株のシノリン生産能の評価
実施例10で作製したaroD遺伝子欠損菌株に、実施例2で作製したpECCG117_Pcj1_Ava_ABCDプラスミドをエレクトロポレーションにより導入し、その後LB固体培地に塗抹した。前記菌株を37℃の培養器で一晩培養し、その後実施例3の25mLの力価培地に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを37℃、200rpmの培養器で48時間培養した。その結果を表10に示す。
Figure 0007015933000016
表10に示すように、aroG、pps、tktAが強化されたシノリン生産菌株に比べて、さらにaroDが欠損した菌株は、シノリンの濃度が66%増加した。前記aroG、pps、tktAが強化された菌株W3110ΔfhuA::Pcj1-aroG-Pcj1-pps-Pcj1-tktA/pECCG117_PCJ1_Ava_ABCD菌株をCB06-0020と命名し、ブダペスト条約に基づいて2018年2月14日付けで韓国微生物保存センター(Korean Culture Center of Microorganisms, KCCM)に寄託番号KCCM12224Pとして寄託した。
<コリネバクテリウム・グルタミカムベースのMAAs生産組換え微生物の作製及びそれを用いたMAAs生産>
(実施例12)
2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ活性強化ベクターの作製及びシノリン生産能の評価
微生物のMAAs生産能を増加させるために、2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼの活性が強化されたコリネバクテリウム属微生物を作製した。具体的には、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032をベース菌株とし、aroG(2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ;配列番号36及び37)遺伝子をさらに導入した。プラスミドの作製に用いた鋳型及びプライマーを表11に示す。
Figure 0007015933000017
前記鋳型とプライマーを用いて遺伝子断片を得て、その後各遺伝子断片をEcoRV/XbaI制限酵素で処理したpECCG 117、pECCG 117_Pcj7_GFP_terminator(特許文献6,p117-cj7-gfp)ベクターにIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)した。作製したベクターをそれぞれpECCG117_Pn_cgl aroG、pECCG117_Pcj7_cgl aroGと命名した。前記ベクターは、シーケンシングによりクローニングの是非とベクターの遺伝子配列を確認した。
まず、コリネバクテリウム属微生物はシノリンを生産することができないので、シノリン生合成経路を導入した菌株を作製した。具体的には、pECCG117_Ptrc_Ava_ABCDを鋳型とし、配列番号42(正方向)及び43(逆方向)のプライマー対を用いてAva_ABCDをPCRした。約7kbのPCR断片をNdeI制限酵素で処理したpDZTnベクター(特許文献7)にIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)してpDZTn_Ava_ABCDを作製した。その後、配列番号44(正方向)及び45(逆方向)のプライマー対でO2プロモーター(特許文献4)断片をPCRし、pDZTn_Ava_ABCDをNdeI制限酵素で処理したベクターにIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)してpDZTn_PO2_Ava_ABCDを作製した。
前記組換えプラスミドを野生のコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032にエレクトロポレーションにより形質転換し(van der Rest et al. 1999)、前記プラスミドを1次組換え(交差)により染色体に導入し、その後2次組換え(交差)により染色体からプラスミドを除去(excision)した。
前記2次組換えが完了したコリネバクテリウム・グルタミカム形質転換株を対象に、各遺伝子特異的プライマー(gene-specific primer)対である配列番号42及び43を用いたPCRによりAva_ABCD遺伝子の導入を確認した。作製した菌株をコリネバクテリウム・グルタミカム13032△N1021PO2_Ava_ABCDと命名した。
前記コリネバクテリウム・グルタミカム13032△N1021_PO2_Ava_ABCD菌株にそれぞれpECCG117_Pn_cgl aroG、pECCG117_Pcj7_cgl aroGベクターをエレクトロポレーションにより形質転換した。
前述したように作製した菌株及び対照群であるコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032(c.gl 13032)を、カナマイシン(Kanamycin)を含むBHIS固体培地で一晩培養し、前記菌株を25mLの力価培地[培地の組成:グルコース40g/L,KH2PO4 1g/L,(NH42SO4 10g/L,MgSO47H2O 5g/L,NaCl 5g/L,酵母抽出物5g/L,炭酸カルシウム30g/L:pH7.0]に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを37℃、200rpmの培養器で48時間培養した。その結果を表12に示す。
Figure 0007015933000018
表12に示すように、シノリン生合成遺伝子を含む菌株のaroG発現量を増加させると、シノリンの濃度が39%増加した。特に、プロモーターを強化すると、シノリンの濃度が80%まで向上することが確認された。
(実施例13)
ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ/トランスケトラーゼ活性強化ベクターの作製及びシノリン生産能の評価
微生物のMAAs生産能を増加させるために、tkt又はppsの活性が強化されたコリネバクテリウム・グルタミカムを作製した。具体的には、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032をベース菌株とし、tkt(トランスケトラーゼ;配列番号95及び96)又はpps(ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ;配列番号97及び98)遺伝子をさらに導入した。プラスミドの作製に用いた鋳型及びプライマーを表13に示す。
Figure 0007015933000019
鋳型とプライマーの組み合わせを合わせてPCR技法により得た遺伝子断片とEcoRV/XbaI制限酵素で処理したpECCG117、pECCG117_Ptrc_GFP_terminator及びpECCG 117_Pcj7_GFP_terminatorベクターをIn-FusionR HD cloning kit(clontech)によりライゲーション(ligation)して作製した。作製したベクターをそれぞれpECCG117-Pn-tkt/pECCG117-Pcj7-tkt及びpECCG117-Ptrc-pps/pECCG117-Pcj7-ppsと命名した。前記ベクターは、シーケンシングによりクローニングの是非とベクターの遺伝子配列を確認し、その後コリネバクテリウム・グルタミカム13032△N1021_PO2_Ava_ABCD菌株にエレクトロポレーションにより形質転換した。作製したKanamycinを含むBHIS固体培地で一晩培養した菌株を実施例12の25mLの力価培地に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを37℃、200rpmの培養器で48時間培養した。その結果を表14に示す。
Figure 0007015933000020
表14に示すように、遺伝子tkt、ppsを強化すると、シノリン生産がそれぞれ最大で57%又は72%向上することが確認された。
(実施例14)
2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ/ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ/トランスケトラーゼ活性強化菌株の作製及び評価
微生物のMAAs生産能を増加させるために、aroG、pps及びtktの活性が強化されたコリネバクテリウム・グルタミカムを作製し、より高いMAAs生産量を得るために、さらに3-デヒドロキナ酸デヒドラターゼ(aroD)も不活性化した。具体的には、aroG、pps、tktA遺伝子の強化のためにpDZ-ΔaroD-Pcj7-aroG-Pcj7-pps-Pcj7-tktAプラスミドを作製した。前記pDZ-ΔaroD-Pcj7-aroG-Pcj7-pps-Pcj7-tktAプラスミドの作製に用いた鋳型及びプライマーを表15に示す。
Figure 0007015933000021
まず、コリネバクテリウム・グルタミカムのaroD遺伝子(配列番号89及び90)欠失菌株を作製するために、aroDのオープンリーディングフレーム(open reading frame)が内部で欠失したpDZ-ΔaroDプラスミドを作製した。前記pDZ-ΔaroDの内部での遺伝子消失は、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC 13032ゲノムDNAを鋳型とし、配列番号91及び92、並びに配列番号93及び94の正方向及び逆方向プライマー対で交差PCRを行って生成した遺伝子断片をpDZベクターに導入することにより作製した。
次に、表15の鋳型及びプライマーを用いてaroG、pps及びtktの各遺伝子断片をPCRにより増幅し、その後SpeI制限酵素で切断したpDZ-ΔaroDベクターにそれぞれ導入した。前記2種のベクターは、シーケンシングによりクローニングの是非とベクターの遺伝子配列を確認し、その後コリネバクテリウム・グルタミカム13032△N1021_PO2_Ava_ABCD菌株にエレクトロポレーションにより形質転換した。作製したKanamycinを含むBHIS固体培地で一晩培養した菌株を実施例12の25mLの力価培地に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを37℃、200rpmの培養器で48時間培養した。その結果を表16に示す。
Figure 0007015933000022
表16に示すように、遺伝子3種(aroG,pps,tktA)が強化された菌株から生産されたシノリン濃度は、対照群に比べて約25%増加した。よって、aroD欠損によりシノリン生産能を向上させた菌株においても、前記3種の遺伝子を組み合わせると高い濃度でシノリンを生産できることが確認された。また、前記3種の遺伝子の強化を組み合わせた菌株においてさらにaroD遺伝子を不活性化すると、より高い濃度でシノリンを生産できるものと解釈される。
<YeastベースのMAAs生産組換え微生物の作製及びそれを用いたMAAs生産>
(実施例15)
シノリンを生産するサッカロマイセス・セレビシエ(S. cerevisiae)菌株の作製
サッカロマイセス・セレビシエ(S. cerevisiae)をシノリン生産菌株として用いるために、A.variabilis ATCC29413由来のシノリン生合成遺伝子をyeast発現用ベクターに導入した。GPDプロモーターを用いてpRS-413ベクターにAva_A及びAva_B遺伝子を挿入した。具体的には、pGPD-Ava_A、pGPD-Ava_B部位をoverlapping PCRにより連結し、その後ベクターとPCR productを制限酵素BamH I、Sal Iで処理し、次いでT4リガーゼを用いて連結することによりpRS-413-pGPD-Ava_A-pGPD-Ava_Bベクターを作製した。
次に、GPDプロモーターを用いてpRS-414ベクターにAva_C及びAva_D遺伝子を挿入した。具体的には、pGPD-Ava_C、pGPD-Ava_D部位をoverlapping PCRにより連結し、その後ベクターとPCR productを制限酵素BamH I、Sal Iで処理し、次いでT4リガーゼを用いて連結することにより、pRS-414-pGPD-Ava_C-pGPD-Ava_Dベクターを作製した。ベクターの作製に用いたプライマーと鋳型DNAを表17に示す。
Figure 0007015933000023
pRS-413-pGPD-Ava_A-pGPD-Ava_Bベクター及びpRS-414-pGPD-Ava_C-pGPD-Ava_Dベクターをサッカロマイセス・セレビシエCEN.PK-1D(S. cerevisiae CEN.PK-1D)に酢酸リチウム形質転換法により導入し、その後シノリン生産の有無を確認した。auxotrophic markerであるTrp、Hisを除去したSC(synthetic complete)固体培地に塗抹し、その後30℃の培養器で一晩培養した。Trp、Hisを除去したSC(synthetic complete)固体培地で一晩培養した菌株を表18の25mLの力価培地に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを30℃、150rpmの培養器で24時間培養した。その結果を表19に示す。
Figure 0007015933000024
Figure 0007015933000025
実験の結果、シノリンを生産しない野生型サッカロマイセス・セレビシエ菌株にシノリン生合成遺伝子を導入すると、331mg/lのシノリンを生産することが確認された。
(実施例16)
サッカロマイセス・セレビシエのTKL1(トランスケトラーゼ)強化によるシノリン生産量の増大
MAAs生産能を増加させるために、TKL1の活性が強化されたサッカロマイセス・セレビシエ菌株を作製した。そのために、pRS-415-pGPD、pRS-415-pADH、pRS-415-pTEFベクターにTKL1遺伝子(配列番号110及び123)をクローニングすることによりTKL1遺伝子の発現を強化した。
前記pRS-415-pGPDベクターに含まれるGPDプロモーターは、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ(GAPDH: Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)、isozyme 3(TDH3)遺伝子のプロモーターであり、THD3遺伝子のORFの開始コドンから-674bp~-1bpの配列を含む。
前記pRS-415-pADHベクターに含まれるADHプロモーターは、アルコールデヒドロゲナーゼ(ADH1: Alcohol dehydrogenase)遺伝子のプロモーターであり、ADH1遺伝子のORFの開始コドンから-1500bp~-1bpの配列を含む。
前記pRS-415-pTEFベクターに含まれるTEFプロモーターは、翻訳伸長因子(TEF1: Translational elongation factor EF-1 alpha)遺伝子のプロモーターであり、TEF1遺伝子のORFの開始コドンから-500bp~-1bpの配列を含む。
具体的には、表20のプライマーを用いてTKL1遺伝子をPCRし、その後PCR productとpRS-415-pGPD、pRS-415-pADH、pRS-415-pTEFベクターを制限酵素BamH I及びSal Iで処理し、次いでT4リガーゼを用いて連結することによりpRS-415-pGPD-TKL1、pRS-415-pADH-TKL1、pRS-415-pTEF-TKL1ベクターを作製した。
Figure 0007015933000026
次に、実施例15で作製したシノリン生合成プラスミドをpRS-415-pGPD-TKL1、pRS-415-pADH-TKL1、pRS-415-pTEF-TKL1と共にサッカロマイセス・セレビシエCEN.PK-1D菌株に導入し、Trp、Ura、Hisを除去したSC(synthetic complete)固体培地に塗抹し、その後30℃の培養器で一晩培養した。Trp、Ura、Hisを除去したSC(synthetic complete)固体培地で一晩培養した菌株を25mLの力価培地に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを30℃、150rpmの培養器で24時間培養した。その結果を表21に示す。
Figure 0007015933000027
表21に示すように、GPDプロモーターを用いてTKL1遺伝子の発現を強化した菌株において、WTに比べてシノリン生産量が増加することが確認された。また、プロモーターの強度が増加するにつれて(pGPD>pTEF>pADH)シノリン生産量が増加することも確認された。
(実施例17)
サッカロマイセス・セレビシエのARO4(3-デオキシ-D-アラビノ-ヘプツロン酸-7-リン酸(DAHP)シンターゼ)強化によるシノリン生産量の増大
MAAs生産能を増加させるために、ARO4の活性が強化されたサッカロマイセス・セレビシエ菌株を作製した。そのために、pRS-415-pGPD、pRS-415-pADH、pRS-415-pTEFベクターにARO4遺伝子(配列番号111及び124)をクローニングすることによりARO4遺伝子の発現を強化する方法を用いた。具体的には、表22のプライマーを用いてARO4遺伝子をPCRし、その後ARO4 PCR productとpRS-415-pGPD、pRS-415-pADH、pRS-415-pTEFベクターを制限酵素BamH I及びSal Iで処理し、次いでT4リガーゼを用いて連結することによりpRS-415-pGPD-ARO4、pRS-415-pADH-ARO4、pRS-415-pTEF-ARO4ベクターを作製した。
Figure 0007015933000028
次に、実施例15で作製したシノリン生合成プラスミドをpRS-415-pGPD-ARO4、pRS-415-pADH-ARO4、pRS-415-pTEF-ARO4と共にサッカロマイセス・セレビシエCEN.PK-1D菌株に導入し、Trp、Ura、Hisを除去したSC(synthetic complete)固体培地に塗抹し、その後30℃の培養器で一晩培養した。Trp、Ura、Hisを除去したSC(synthetic complete)固体培地で一晩培養した菌株を25mLの力価培地に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを30℃、150rpmの培養器で24時間培養した。その結果を表23に示す。
Figure 0007015933000029
表23に示すように、GPDプロモーターを用いてARO4遺伝子の発現を強化した菌株において、WTに比べてシノリン生産量が187%増加することが確認された。
(実施例18)
サッカロマイセス・セレビシエのpps(ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ)強化によるシノリン生産量の増大
MAAs生産能を向上させるために、ppsの活性が強化されたサッカロマイセス・セレビシエ菌株を作製した。そのために、pRS-415-pGPD、pRS-415-pADH、pRS-415-pTEFベクターに大腸菌のpps遺伝子をクローニングすることによりpps遺伝子の発現を強化する方法を用いた。
具体的には、表24のプライマーを用いてpps遺伝子をPCRし、その後pps PCR productとpRS-415-pGPD、pRS-415-pADH、pRS-415-pTEFベクターを制限酵素BamH I及びSal Iで処理し、次いでT4リガーゼを用いて連結することによりpRS-415-pGPD-pps、pRS-415-pADH-pps、pRS-415-pTEF-ppsベクターを作製した。
Figure 0007015933000030
次に、実施例15で作製したシノリン生合成プラスミドをpRS-415-pGPD-pps、pRS-415-pADH-pps、pRS-415-pTEF-ppsと共にサッカロマイセス・セレビシエCEN.PK-1D菌株に導入し、Trp、Ura、Hisを除去したSC(synthetic complete)固体培地に塗抹し、その後30℃の培養器で一晩培養した。Trp、Ura、Hisを除去したSC(synthetic complete)固体培地で一晩培養した菌株を25mLの力価培地に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを30℃、150rpmの培養器で24時間培養した。その結果を表25に示す。
Figure 0007015933000031
表25に示すように、pps遺伝子を過剰発現する菌株において、WTに比べてシノリン生産量が70%増加することが確認された。また、プロモーターの強度が増加するにつれて(pGPD>pTEF>pADH)シノリン生産量が増加することも確認された。
(実施例19)
サッカロマイセス・セレビシエ菌株におけるTKL1強化、ARO4強化、pps遺伝子導入によるシノリン生産量の増大
実施例16、17及び18の結果に基づいて、サッカロマイセス・セレビシエにおいてシノリン生合成に影響を与える有効因子としてTKL1、ARO4、pps(E. coli)遺伝子を選定し、その3種の遺伝子の同時強化によりシノリン生合成を増大させることを試みた。3種の有効遺伝子を導入するために、pRS-415-pGPD-TKL1-pGPD-ARO4、pRS-416-pGPD-ppsベクターを作製した。具体的には、pGPD-TKL1、pGPD-ARO4部位をoverlapping PCRにより連結し、その後ベクターとPCR productを制限酵素BamH I、Sal Iで処理し、次いでT4リガーゼを用いて連結することによりpRS-415-pGPD-TKL1-pGPD-ARO4ベクターを作製した。
次に、大腸菌由来のpps遺伝子をPCRし、その後pps PCR productとpRS-416-pGPDベクターを制限酵素BamH I及びSal Iで処理し、次いでT4リガーゼを用いて連結することによりpRS-416-pGPD-ppsベクターを作製した。ベクターの作製に用いたプライマーと鋳型DNAを表26に示す。
Figure 0007015933000032
次に、実施例15で作製したシノリン生合成プラスミドをpRS-415-pGPD-TKL1-pGPD-ARO4、pRS-416-pGPD-ppsベクターと共にサッカロマイセス・セレビシエCEN.PK-1D菌株に導入し、Leu、Trp、Ura、Hisを除去したSC(synthetic complete)固体培地に塗抹し、その後30℃の培養器で一晩培養した。Leu、Trp、Ura、Hisを除去したSC(synthetic complete)固体培地で一晩培養した菌株を25mLの力価培地に1白金耳ずつ接種し、次いでそれを30℃、150rpmの培養器で24時間培養した。その結果を表27に示す。
Figure 0007015933000033
表27に示すように、3種の有効遺伝子(pps,TKL1,ARO4)が過剰発現する菌株において、WTに比べてシノリン生産量が230%に画期的に増加することが確認された。
本明細書においては、本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば十分に認識、類推できる内容はその詳細な記載を省略し、本明細書に記載されている具体的な例示以外に、本発明の技術的思想や必須構成を変更しない範囲で様々な変形をすることができる。よって、本発明は、本明細書において具体的に説明、例示したものとは異なる方式で実施することができ、それらは本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば理解できる事項である。
Figure 0007015933000034

Claims (6)

  1. 2-デヒドロ-3-デオキシホスホヘプトン酸アルドラーゼ(2-dehydro-3-deoxyphosphoheptonate aldolase)、ホスホエノールピルビン酸シンテターゼ(phosphoenolpyruvate synthetase)及びトランスケトラーゼ(transketolase)からなる群から選択される少なくとも1つのタンパク質活性が天然の野生型微生物又は非変型微生物より強化され、マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子のクラスターをさらに含む、マイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物(但し、3-デヒドロキナ酸デヒドラターゼ(3-dehydroquinate dehydratase)が天然の野生型微生物又は非変型微生物に比べて不活性された微生物を除く)
  2. 前記マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子のクラスターは、2-ジメチル4-デオキシガズソールシンターゼ(2-demetyl 4-deoxygadusol synthase)、O-メチルトランスフェラーゼ(O-methyltransferase)及びC-Nリガーゼ(C-N ligase)からなる群から選択される少なくとも1つのタンパク質をコードする遺伝子を含む、請求項に記載のマイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物。
  3. 前記マイコスポリン様アミノ酸生合成遺伝子のクラスターは、非リボソームペプチドシンテターゼ(non-ribosomal peptide synthetase)、非リボソームペプチドシンテターゼ様酵素(non-ribosomal peptide synthetase-like enzyme: NRPS-like enzyme)及びD-アラニンD-アラニンリガーゼ(D-Ala D-Ala ligase)からなる群から選択される少なくとも1つのタンパク質をコードする遺伝子を含む、請求項に記載のマイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物。
  4. 前記微生物は、コリネバクテリウム属微生物、エシェリキア属微生物又は酵母である、請求項1に記載のマイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物。
  5. 前記マイコスポリン様アミノ酸は、マイコスポリン-2-グリシン(Mycosporine-2-glycine)、パリチノール(Palythinol)、パリテン酸(Palythenic acid)、デオキシガズソール(deoxygadusol)、マイコスポリン-メチルアミン-トレオニン(Mycosporine-methylamine-threonine)、マイコスポリン-グリシン-バリン(Mycosporine-glycine-valine)、パリチン(Palythine)、アステリナ-330(Asterina-330)、シノリン(Shinorine)、ポルフィラ-334(Porphyra-334)、オイハロテセ-362(Euhalothece-362)、マイコスポリン-グリシン(Mycosporine-glycine)、マイコスポリン-オルニチン(Mycosporine-ornithine)、マイコスポリン-リシン(Mycosporine-lysine)、マイコスポリン-グルタミン酸-グリシン(Mycosporine-glutamic acid-glycine)、マイコスポリン-メチルアミン-セリン(Mycosporine-methylamine-serine)、マイコスポリン-タウリン(Mycosporine-taurine)、パリテン(Palythene)、パリテン-セリン(Palythine-serine)、パリテン-セリン-サルフェート(Palythine-serine-sulfate)、パリチノール(Palythinol)及びウスジレン(Usujirene)からなる群から選択される少なくとも1つである、請求項1に記載のマイコスポリン様アミノ酸を生産する微生物。
  6. 請求項1~のいずれか一項に記載の微生物を培地で培養するステップと、
    前記培養した微生物又は培地からマイコスポリン様アミノ酸を回収するステップとを含む、マイコスポリン様アミノ酸の生産方法。
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