JP7194950B2 - Manufacture of hydroxytyrosol - Google Patents

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Description

本開示は、ヒドロキシチロソール製造のための微生物及び方法に関する。 The present disclosure relates to microorganisms and methods for producing hydroxytyrosol.

ヒドロキシチロソール(以下、「HTY」と略されることがある。)はオリーブなどの天然物から得られるが、精製が非常に困難であり、低純度品にも関わらず非常に高価(100万円/kg)である。化学合成法で高純度品を製造することも可能であるが、価格は依然として高い(20万円/kg)。そこでバイオ技術を用いたヒドロキシチロソールの新たな合成方法が検討されている。
バイオ技術を用いた合成方法には、バイオコンバージョンと発酵法の2つがある。バイオコンバージョンでは比較的高い収量でヒドロキシチロソールを得ることが可能である(~6g/L、非特許文献1、非特許文献2)。しかし、バイオコンバージョンでの基質となるチロシン、チロソール、DOPAは非常に高価であり(数千円~数万円/kg)、それがヒドロキシチロソールの製造価格が高騰する原因となっている。またチロソールは化石資源由来であり、それらの使用は近年の持続可能な開発目標(SDGs)を推進する枠組みから逸脱するため、社会的にも好ましくない。
一方、発酵法での原料となる糖質は安価だが(数百円/kg)、発酵法によるヒドロキシチロソールの生産量が低いために(~0.65g/L、非特許文献3)、ヒドロキシチロソールを安価に製造することが不可能であった。
Hydroxytyrosol (hereinafter sometimes abbreviated as “HTY”) is obtained from natural products such as olives, but it is extremely difficult to purify and is very expensive (1 million yen/kg). Although it is possible to produce a high-purity product by chemical synthesis, the price is still high (200,000 yen/kg). Therefore, a new method for synthesizing hydroxytyrosol using biotechnology is being investigated.
There are two methods of synthesis using biotechnology: bioconversion and fermentation. Relatively high yields of hydroxytyrosol can be obtained in bioconversion (∼6 g/L, Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2). However, tyrosine, tyrosol, and DOPA, which are substrates in bioconversion, are very expensive (several thousand yen to several tens of thousands of yen/kg), which causes the production price of hydroxytyrosol to soar. Moreover, tyrosol is derived from fossil resources, and its use is socially unfavorable because it deviates from the framework for promoting recent Sustainable Development Goals (SDGs).
On the other hand, the sugar used as the raw material in the fermentation method is inexpensive (several hundred yen/kg), but the amount of hydroxytyrosol produced by the fermentation method is low (~0.65 g/L, Non-Patent Document 3). It was impossible to produce tyrosol cheaply.

一方、シキミ酸経路を強化した組み換え大腸菌を利用して、グルコース等の糖から、チロシン、フェニルアラニン、2-フェニルエタノール(フェネチルアルコール、2PE)等の芳香族化合物を効率よく生産する方法が報告された(特許文献1)。
また、シキミ酸経路を拡張した組み換え大腸菌を利用して、グルコース等の糖から、チロソール(4-ヒドロキシフェニルエタノール、4HPE)や2PE等の芳香族化合物を効率よく生産する方法が報告された(非特許文献4)。
この非特許文献4には、pheA遺伝子を欠失させたフェニルアラニン要求性の組み換え大腸菌(ΔpheA)は、副産物が抑制され、チロソール(4HPE)の収率が倍増することが開示されている(同文献のTABLE 5、及び6211頁右欄第一パラグラフ等)。
On the other hand, a method for efficiently producing aromatic compounds such as tyrosine, phenylalanine, and 2-phenylethanol (phenethyl alcohol, 2PE) from sugars such as glucose using recombinant E. coli with an enhanced shikimate pathway has been reported. (Patent Document 1).
In addition, a method for efficiently producing aromatic compounds such as tyrosol (4-hydroxyphenylethanol, 4HPE) and 2PE from sugars such as glucose using recombinant E. coli with an extended shikimate pathway was reported (non Patent Document 4).
This non-patent document 4 discloses that the phenylalanine-auxotrophic recombinant E. coli (ΔpheA) in which the pheA gene is deleted suppresses by-products and doubles the yield of tyrosol (4HPE) (id. Table 5, and page 6211, right column, first paragraph, etc.).

WO2019/030808WO2019/030808

Z. Bouallagui and S. Sayadi, Bioconversion of p-Tyrosol into Hydroxytyrosol under Bench-Scale Fermentation, BioMed Research InternationalVolume 2018, Article ID 7390751Z. Bouallagui and S. Sayadi, Bioconversion of p-Tyrosol into Hydroxytyrosol under Bench-Scale Fermentation, BioMed Research International Volume 2018, Article ID 7390751 Chaozhi Li et al., Efficient Synthesis of Hydroxytyrosol from l-3,4-Dihydroxyphenylalanine Using Engineered Escherichia coli Whole Cells、J. Agric. Food Chem., 2019, 67, 24, 6867-6873Chaozhi Li et al., Efficient Synthesis of Hydroxytyrosol from l-3,4-Dihydroxyphenylalanine Using Engineered Escherichia coli Whole Cells, J. Agric. Food Chem., 2019, 67, 24, 6867-6873 Xianglai Li et al., Establishing an Artificial Pathway for Efficient Biosynthesis of Hydroxytyrosol, ACS Synth Biol. 2018, 16;7(2):647-654Xianglai Li et al., Establishing an Artificial Pathway for Efficient Biosynthesis of Hydroxytyrosol, ACS Synth Biol. 2018, 16;7(2):647-654 Koma et al., Production of Aromatic Compounds by Metabolically Engineered Escherichia coli with an Expanded Shikimate Pathway, Appl. Environ. Microbiol. 78:6203-6216, 2012Koma et al., Production of Aromatic Compounds by Metabolically Engineered Escherichia coli with an Expanded Shikimate Pathway, Appl. Environ. Microbiol. 78:6203-6216, 2012

シキミ酸経路及び拡張シキミ酸経路を利用した、グルコースからチロソール(4HPE)、2-フェニルエタノール(2PE)、及びヒドロキシチロソール(HTY)への合成ルートの概略を図1に示す。図1は、非特許文献4のFIG.1を参照したものである。
大腸菌で糖質原料からヒドロキシチロソール(HTY)、チロソール(4HPE)、2-フェニルエタノール(2PE)等を合成するためには、少なくとも、菌体内で生成する4-ヒドロキシフェニルピルビン酸(4HPP)又はフェニルピルビン酸(PP)を、それぞれ、4-ヒドロキシフェニルアセトアルデヒド(4HPAAL)又はフェニルアセトアルデヒド(PAAL)に変換する経路が必要である。その経路のために、外来生物種から得られるフェニルピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子(pdc遺伝子)が導入される(拡張シキミ酸経路)。
また、ヒドロキシチロソール(HTY)の上流の化合物であるチロソール(4HPE)の収率を向上させるには、菌株のフェニルアラニン合成経路を欠失させることが好ましい(ΔpheA)(非特許文献4のTABLE 5、及び6211頁右欄第一パラグラフ等)。
FIG. 1 shows an outline of synthetic routes from glucose to tyrosol (4HPE), 2-phenylethanol (2PE), and hydroxytyrosol (HTY) using the shikimate pathway and the extended shikimate pathway. FIG. 1.
In order to synthesize hydroxytyrosol (HTY), tyrosol (4HPE), 2-phenylethanol (2PE), etc. from carbohydrate raw materials in Escherichia coli, at least 4-hydroxyphenylpyruvic acid (4HPP) or A pathway is required to convert phenylpyruvate (PP) to 4-hydroxyphenylacetaldehyde (4HPAAL) or phenylacetaldehyde (PAAL), respectively. For that pathway, a phenylpyruvate decarboxylase gene (pdc gene) from a foreign species is introduced (extended shikimate pathway).
In addition, in order to improve the yield of tyrosol (4HPE), which is an upstream compound of hydroxytyrosol (HTY), it is preferable to delete the phenylalanine synthesis pathway of the strain (ΔpheA) (Table 5 of Non-Patent Document 4). , and page 6211, right column, first paragraph, etc.).

本発明者らは、非特許文献4及び特許文献1に記載された教示に従って、シキミ酸経路及び拡張シキミ酸経路に関連する遺伝子の発現を強化し、かつ、pheA遺伝子を欠失させることにより、ヒドロキシチロソール産生組み換え大腸菌株を作製した(図2参照)。図2において、太線の矢印は、過剰発現が誘導可能であることを示す。
図2のような、pdc遺伝子が導入され、かつ、フェニルアラニン要求性(ΔpheA)であるヒドロキシチロソール産生組み換え大腸菌株は、試験管等による小スケールではフェニルアラニンを加えた培地で概ね問題なく生育し、ヒドロキシチロソールを産生できた。しかしながら、本発明者らは、同株が、ジャーファーメンターにおける大スケール培養では、フェニルアラニンを加えても菌そのものの生育が悪くヒドロキシチロソールの工業的な生産には利用できない、という新たな課題を見出した。
The present inventors enhanced the expression of genes related to the shikimate pathway and the extended shikimate pathway and deleted the pheA gene according to the teachings described in Non-Patent Document 4 and Patent Document 1. A hydroxytyrosol-producing recombinant E. coli strain was generated (see Figure 2). In Figure 2, bold arrows indicate that overexpression is inducible.
A hydroxytyrosol-producing recombinant E. coli strain introduced with a pdc gene and having a phenylalanine auxotrophy (ΔpheA) as shown in FIG. Hydroxytyrosol could be produced. However, the present inventors have found a new problem that this strain cannot be used for industrial production of hydroxytyrosol because the strain itself grows poorly in large-scale culture in a jar fermenter even when phenylalanine is added. Found it.

本開示は、ヒドロキシチロソールの生産性が向上可能な組み換え株、及び前記株を用いたヒドロキシチロソールの製造方法を提供する。 The present disclosure provides a recombinant strain capable of improving the productivity of hydroxytyrosol and a method for producing hydroxytyrosol using the strain.

本開示は、4-ヒドロキシフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有する酵素をコードする外因性遺伝子が発現可能に導入され、内因性pheA遺伝子が破壊され、内因性tyrB遺伝子が破壊され、且つ、ヒドロキシチロソールの生産能を有する、エシェリキア属の形質転換体に関する。 The present disclosure provides that an exogenous gene encoding an enzyme having 4-hydroxyphenylpyruvate decarboxylase activity is expressably introduced, the endogenous pheA gene is disrupted, the endogenous tyrB gene is disrupted, and hydroxytyrosol It relates to a transformant of the genus Escherichia, which has the ability to produce

本開示は、糖質原料と本開示に係る形質転換体とを反応させる工程を含む、ヒドロキシチロソールの製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for producing hydroxytyrosol, comprising reacting a carbohydrate raw material with a transformant according to the present disclosure.

本開示によれば、ヒドロキシチロソールの生産性が向上可能なエシェリキア属の形質転換体、及び前記形質転換体を用いたヒドロキシチロソールの製造方法を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a transformant of the genus Escherichia capable of improving the productivity of hydroxytyrosol, and a method for producing hydroxytyrosol using the transformant.

図1は、グルコースからフェニルアラニン、2-フェニルエタノール(2PE)、チロシン、チロソール(4HPE)、及びヒドロキシチロソール(HTY)等の芳香族化合物への合成ルートの概略を示す。シキミ酸経路と、拡張されたシキミ酸経路(導入された外因性pdc遺伝子等)が利用される。FIG. 1 outlines synthetic routes from glucose to aromatic compounds such as phenylalanine, 2-phenylethanol (2PE), tyrosine, tyrosol (4HPE), and hydroxytyrosol (HTY). The shikimate pathway and the extended shikimate pathway (such as an introduced exogenous pdc gene) are utilized. 図2は、従来技術(非特許文献4)に基づいてHTYの生産性向上を試みた株(実施例F株)におけるHTY合成ルートの概略を示す。F株では、シキミ酸経路及び拡張シキミ酸経路の遺伝子発現が強化されている(発現誘導、太線及び太字部分)。また、F株は、pheA遺伝子を欠失していることにより、フェニルアラニン要求性(ΔpheA)である。FIG. 2 shows an outline of the HTY synthesis route in a strain (Example F strain) in which an attempt was made to improve the productivity of HTY based on the prior art (Non-Patent Document 4). In the F strain, gene expression of the shikimate pathway and the extended shikimate pathway is enhanced (induction of expression, bold line and bolded part). The F strain is also phenylalanine auxotrophic (ΔpheA) due to the deletion of the pheA gene. シキミ酸経路及び拡張シキミ酸経路の遺伝子発現が強化され、かつ、ΔpheAである株は、ラージスケールの培養で増殖能が悪化する。図3は、その増殖能悪化の原因となるエールリッヒ経路(点線矢印)の概略を示す。エールリッヒ経路が働くことで、前記株では、フェニルアラニンを添加してもすぐにフェニルアラニンが枯渇して増殖性が悪くなり、培養液中に2PEが蓄積する。Strains with enhanced shikimate pathway and extended shikimate pathway gene expression and ΔpheA have worse growth potential in large-scale culture. FIG. 3 shows an outline of the Ehrlich pathway (dotted arrow) responsible for the deterioration of its proliferative capacity. Due to the action of the Ehrlich pathway, the strain quickly depletes phenylalanine even when phenylalanine is added, resulting in poor growth and accumulation of 2PE in the culture medium. 図4は、本開示に係る形質転換株における糖質原料からHTYへの合成ルートの概略を示す。本開示に係る形質転換株では、tyrB遺伝子が破壊されているため、エールリッヒ経路が機能せず、フェニルアラニンが消費されず、株の増殖性が向上する。一方で、tyrB遺伝子が破壊された場合でも、IlvE、AlaC、AspC等の他のアミノ酸アミノトランスフェラーゼにより補完される場合には、チロシン要求性とはならない。FIG. 4 outlines the synthetic route from carbohydrate raw materials to HTY in transformant strains according to the present disclosure. Since the tyrB gene is disrupted in the transformed strain according to the present disclosure, the Ehrlich pathway does not function, phenylalanine is not consumed, and the growth of the strain is improved. On the other hand, even when the tyrB gene is disrupted, it does not become tyrosine auxotrophic when complemented by other amino acid aminotransferases such as IlvE, AlaC and AspC. 図5は、実施例のF株の増殖と、グルコース流加培養(発酵)によるヒドロキシチロソールの生産を観察したグラフである。●が菌数(OD660)を示す。△、■、◇、及び〇が、それぞれ、反応液(又は培地)中のヒドロキシチロソール濃度(g/L)、チロソール濃度(g/L)、2-フェニルエタノール濃度(g/L)、及びフェニルアラニン濃度(g/L)を示す。FIG. 5 is a graph showing the observation of the growth of strain F in Examples and the production of hydroxytyrosol by glucose fed-batch culture (fermentation). ● indicates the number of bacteria (OD 660 ). △, ■, ◇, and 〇 are the hydroxytyrosol concentration (g/L), tyrosol concentration (g/L), 2-phenylethanol concentration (g/L), and Phenylalanine concentration (g/L) is shown. 図6は、実施例のG株の増殖と、グルコース流加培養(発酵)によるヒドロキシチロソールの生産を観察したグラフである。●が菌数(OD660)を示す。△、■、◇、及び〇が、それぞれ、反応液(又は培地)中のヒドロキシチロソール濃度(g/L)、チロソール濃度(g/L)、2-フェニルエタノール濃度(g/L)、及びフェニルアラニン濃度(g/L)を示す。FIG. 6 is a graph showing observations of the growth of strain G in Examples and the production of hydroxytyrosol by glucose fed-batch culture (fermentation). ● indicates the number of bacteria (OD 660 ). △, ■, ◇, and 〇 are the hydroxytyrosol concentration (g/L), tyrosol concentration (g/L), 2-phenylethanol concentration (g/L), and Phenylalanine concentration (g/L) is shown. 図7は、実施例のG株の増殖と、グルコース流加培養(発酵)によるヒドロキシチロソールの生産を観察したグラフである。●が菌数(OD660)を示す。△、■、及び〇が、それぞれ、反応液(又は培地)中のヒドロキシチロソール濃度(g/L)、チロソール濃度(g/L)、及びフェニルアラニン濃度(g/L)を示す。FIG. 7 is a graph showing observations of the growth of strain G in Examples and the production of hydroxytyrosol by glucose fed-batch culture (fermentation). ● indicates the number of bacteria (OD 660 ). Δ, ▪, and ◯ indicate the hydroxytyrosol concentration (g/L), tyrosol concentration (g/L), and phenylalanine concentration (g/L) in the reaction solution (or medium), respectively.

本発明者らは、グルコースからヒドロキシチロソールを製造する効率を向上させるために、シキミ酸経路及び拡張シキミ酸経路の遺伝子発現を強化し、かつ、フェニルアラニン要求性に改変した株を作製した。しかし、この株は、試験管レベルの容量の培養では増殖性に問題がないように見えるが、ジャーファーメンター(バイオリアクター)等における大量培養時に増殖性が顕著に低下するという新たな課題が見出された。
本開示は、この新たな課題が、tyrB遺伝子を破壊する改変を加えた株により解決される、という知見に基づく。
この株を用いれば、糖質原料からのヒドロキシチロソール製造における効率の向上が、ジャーファーメンター等の大量培養システムで可能になる、という格別顕著な効果を奏し得る。
In order to improve the efficiency of producing hydroxytyrosol from glucose, the present inventors enhanced the gene expression of the shikimate pathway and the extended shikimate pathway and prepared strains modified to require phenylalanine. However, although this strain does not appear to have any problems with growth when cultured in a test-tube level, it presents a new problem of markedly reduced growth when cultured in large amounts in a jar fermenter (bioreactor) or the like. served.
The present disclosure is based on the finding that this new problem is solved by a strain with a modification that disrupts the tyrB gene.
The use of this strain can produce a particularly remarkable effect that the efficiency of hydroxytyrosol production from carbohydrate raw materials can be improved in a large-scale culture system such as a jar fermenter.

本開示における上記効果のメカニズムの詳細は明らかではないが、以下のように推定される。シキミ酸経路及び拡張シキミ酸経路の強化とフェニルアラニン要求性(ΔpheA)の改変を有する株の増殖性の低下は、エールリッヒ経路が原因であると推定される(図3)。すなわち、添加されたフェニルアラニンが、タンパク質合成(菌体の増殖)ではなく、2-フェニルエタノール等の合成に消費されて枯渇してしまう。そして、本開示に係る形質転換体は、tyrB遺伝子が破壊されることでエールリッヒ経路が機能しなくなり、フェニルアラニンの消費が抑制され、菌体の増殖性が回復し、HTYの生産性が向上する(図4)。
ただし、本開示は、このメカニズムに限定して解釈されなくてもよい。
Although the details of the mechanism of the above effect in the present disclosure are not clear, it is presumed as follows. The Ehrlich pathway is presumed to be responsible for the reduced growth of strains with enhanced shikimate and extended shikimate pathways and altered phenylalanine auxotrophy (ΔpheA) (FIG. 3). That is, the added phenylalanine is consumed and depleted for synthesis of 2-phenylethanol and the like rather than for protein synthesis (proliferation of bacterial cells). In the transformant according to the present disclosure, the tyrB gene is disrupted so that the Ehrlich pathway does not function, the consumption of phenylalanine is suppressed, the proliferation of the cells is restored, and the productivity of HTY is improved ( Figure 4).
However, the present disclosure may not be construed as being limited to this mechanism.

[形質転換体]
本開示に係る形質転換体は、エシェリキア属の菌の形質転換体である。
エシェリキア属の菌としては、一又は複数の実施形態において、エシェリキア コリ(大腸菌)が挙げられる。
大腸菌としては、大腸菌K12株及びB株、これらに由来する株が挙げられる。大腸菌K12株由来の株としては、MG1655、W3110、W1330、JM109、HST02、HB101、DH5α、及びこれらの染色体にラムダDE3遺伝子が組み込まれたDE3株が挙げられる。B株由来の株としては、BL21、BL21(DE3)等が挙げられる。
大腸菌としては、これら菌株から派生した自然変異株でも人為的な遺伝子改変株であってもよい。
[Transformant]
A transformant according to the present disclosure is a transformant of a fungus belonging to the genus Escherichia.
In one or more embodiments, Escherichia bacteria include Escherichia coli (Escherichia coli).
E. coli includes E. coli K12 and B strains, and strains derived therefrom. Strains derived from the E. coli K12 strain include MG1655, W3110, W1330, JM109, HST02, HB101, DH5α, and DE3 strains in which the lambda DE3 gene is integrated into their chromosomes. Strains derived from the B strain include BL21, BL21(DE3), and the like.
Escherichia coli may be naturally occurring mutants derived from these strains or artificially genetically modified strains.

本開示において、遺伝子名は、特に言及がない場合、大腸菌の遺伝子名を意味する。本開示において、遺伝子は、大腸菌の当該遺伝子のオーソログ(他生物種由来のホモログ)を含みうる。本開示において、遺伝子の配列は、特に言及がない場合、野生型(例えば、大腸菌であれば、K-12株)のもの、あるいは、データベース(NCBI GENBANKなど)に本願出願時において登録されているものを指すが、野生型と同等の機能を果たす範囲、又は、野生型と同等の蛋白質をコードする範囲で配列が異なっていてもよく、オーソログの配列であってもよい。また、遺伝子は、宿主での発現のため、コドンが最適化されてもよい。
本開示において「オーソログ」とは、異なる生物に存在する相同な機能を有する類縁遺伝子を意味する。
本開示において「由来する酵素」とは、一又は複数の実施形態において、元の酵素のアミノ酸配列に対して同一性が70%以上、80%以上、90%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、又は99%以上のアミノ酸配列である酵素をいう。
In the present disclosure, gene names refer to E. coli gene names unless otherwise specified. In the present disclosure, genes may include orthologues (homologues derived from other species) of the E. coli gene. In the present disclosure, unless otherwise specified, the gene sequences are those of the wild type (for example, K-12 strain in the case of Escherichia coli), or are registered in databases (NCBI GENBANK, etc.) at the time of filing the application. However, the sequence may be different within the range that it performs the same function as the wild type or encodes the same protein as the wild type, and it may be an orthologous sequence. The gene may also be codon optimized for expression in the host.
In the present disclosure, "orthologue" means a related gene with a homologous function that exists in different organisms.
In the present disclosure, the term “derived enzyme” refers to, in one or more embodiments, having an identity of 70% or more, 80% or more, 90% or more, 95% or more, 96% or more to the amino acid sequence of the original enzyme. , 97% or more, 98% or more, or 99% or more of the amino acid sequence.

[pdc遺伝子]
本開示の形質転換体は、4-ヒドロキシフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有する酵素をコードする外因性遺伝子が発現可能に導入されている。
本開示において、4-ヒドロキシフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼ活性とは、4-ヒドロキシフェニルピルビン酸(4HPP)から4-ヒドロキシフェニルアセトアルデヒド(4HPAAL)への反応を触媒できる酵素活性をいう。このような酵素活性を有する酵素をコードする遺伝子を、本開示において、pdc遺伝子という。
4-ヒドロキシフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有する酵素は、一又は複数の実施形態において、HTYの生産性向上の観点から、宿主であるエシェリキア属の菌が有さない酵素、すなわち、外因性の酵素であることが好ましい。
4-ヒドロキシフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有する酵素としては、一又は複数の実施形態において、アゾスピリルム(Azospirillum)属細菌、又は、サッカロミケス(Saccharomyces)属酵母のフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼ、及びこれらに由来する酵素が挙げられる。
アゾスピリルム(Azospirillum)属細菌のフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼとしては、アゾスピリルム・ブラシレンセ(Azospirillum brasilense、NBRC102289)のフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼ(GenBank ALJ36000.1)及びこれらに由来する酵素が挙げられる。
サッカロミケス属酵母のフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼとしては、S.セレビシエ(S.cerevisiae)のARO10(GenBank DAA12223.1)及びこれらに由来する酵素が挙げられる。
本開示に係る形質転換体に導入されるpdc遺伝子は、一又は複数の実施形態において、上記の酵素をコードする外因性遺伝子又はこれらのオーソログである。
外因性pdc遺伝子が導入されることで、シキミ酸経路が拡張され、シキミ酸経路由来のPP及び4HPPがそれぞれPAAL及び4HPAALへ変換され、さまざまな芳香族化合物の生産が可能になる(拡張されたシキミ酸経路、図1)。
[pdc gene]
The transformant of the present disclosure has introduced an exogenous gene encoding an enzyme having 4-hydroxyphenylpyruvate decarboxylase activity so that it can be expressed.
In the present disclosure, 4-hydroxyphenylpyruvate decarboxylase activity refers to an enzymatic activity capable of catalyzing the reaction of 4-hydroxyphenylpyruvate (4HPP) to 4-hydroxyphenylacetaldehyde (4HPAAL). A gene encoding an enzyme having such enzymatic activity is referred to as a pdc gene in the present disclosure.
In one or more embodiments, the enzyme having 4-hydroxyphenylpyruvate decarboxylase activity is an enzyme that is not possessed by the host fungus of the genus Escherichia, that is, an exogenous enzyme, from the viewpoint of improving HTY productivity. is preferably
In one or more embodiments, the enzyme having 4-hydroxyphenylpyruvate decarboxylase activity is phenylpyruvate decarboxylase of bacteria of the genus Azospirillum or yeast of the genus Saccharomyces, and derived from these enzymes.
Phenylpyruvate decarboxylase of bacteria of the genus Azospirillum includes phenylpyruvate decarboxylase of Azospirillum brasilense (NBRC102289) (GenBank ALJ36000.1) and enzymes derived therefrom.
Saccharomyces yeast phenylpyruvate decarboxylase includes S. ARO10 of S. cerevisiae (GenBank DAA12223.1) and enzymes derived therefrom.
The pdc gene introduced into the transformant according to the present disclosure is, in one or more embodiments, an exogenous gene encoding the above enzyme or an orthologue thereof.
Introduction of an exogenous pdc gene expands the shikimate pathway, converts PP and 4HPP from the shikimate pathway to PAAL and 4HPAAL, respectively, and enables the production of various aromatic compounds (extended shikimate pathway, Fig. 1).

本開示において、遺伝子を「発現可能に導入する」方法は、特に制限されないが、一又は複数の実施形態において、遺伝子の発現亢進を誘導可能なプロモーター等の発現調節配列とともに導入する方法が挙げられる。
本開示において、発現誘導可能なプロモーターとともに導入される遺伝子は、単独の遺伝子であってもよく、複数遺伝子が発現可能なオペロンであってもよい。
遺伝子の発現亢進が誘導可能なプロモーターとしては、一又は複数の実施形態において、T7プロモーターが挙げられる。発現誘導にT7プロモーターを用いる場合、宿主微生物は、T7RNAポリメラーゼ遺伝子を有する株であることが好ましい。宿主微生物としては、一又は複数の実施形態において、λDE3ファージを溶原化したDE3株が挙げられる。
遺伝子の発現亢進が誘導可能なプロモーターとしては、その他の一又は複数の実施形態において、λファージのPLプロモーター(熱で発現誘導されるプロモーター)、アラビノースオペロンのアラビノースプロモーター(アラビノースで発現誘導されるプロモーター)、tetプロモーター(テトラサイクリンで発現誘導されるプロモーター)、tyrRなどの構成タンパク質のプロモーター、及び、構成性の人工プロモーターなどが挙げられる。
宿主への遺伝子の導入方法は、特に制限されないが、一又は複数の実施形態において、プラスミドで導入する方法、及び、宿主染色体に組み込む方法が挙げられる。
本開示において、遺伝子を発現誘導可能なプロモーターとともに染色体に導入する方法は、特に限定されないが、一又は複数の実施形態において、実施例に記載の方法(Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93:815-829に記載の方法)が挙げられる。当該文献の内容は本開示の一部を構成するものとして援用される。
導入される遺伝子が、染色体上に組み込まれる場合、その座位は、宿主ゲノムが本来備えている当該遺伝子の座位でもよく、当該遺伝子とは別の宿主染色体の座位に導入さてもよい。
In the present disclosure, the method of “introducing a gene to be expressible” is not particularly limited, but in one or more embodiments, it includes a method of introducing the gene together with an expression regulatory sequence such as a promoter capable of inducing enhanced expression of the gene. .
In the present disclosure, a gene introduced together with an expression-inducible promoter may be a single gene or an operon capable of expressing multiple genes.
In one or a plurality of embodiments, a T7 promoter is an example of a promoter that can induce increased gene expression. When using a T7 promoter for expression induction, the host microorganism is preferably a strain having the T7 RNA polymerase gene. Host microorganisms, in one or more embodiments, include the DE3 strain, which is a lysogenized λDE3 phage.
Promoters capable of inducible gene expression enhancement include, in one or more embodiments, phage PL promoter of λ phage (promoter whose expression is induced by heat), arabinose promoter of arabinose operon (promoter whose expression is induced by arabinose ), tet promoter (a promoter whose expression is induced by tetracycline), promoters of constitutive proteins such as tyrR, and constitutive artificial promoters.
The method of introducing the gene into the host is not particularly limited, but in one or more embodiments, a method of introducing with a plasmid and a method of integrating into the host chromosome can be mentioned.
In the present disclosure, the method of introducing a gene into a chromosome together with an expression-inducible promoter is not particularly limited, but in one or more embodiments, the method described in the example (Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. 93: 815-829). The contents of this document are incorporated by reference as forming part of the present disclosure.
When the introduced gene is integrated on the chromosome, the locus of the gene may be the locus of the gene originally provided in the host genome, or the locus of the host chromosome other than the locus of the gene may be introduced.

[フェニルアラニン要求性]
本開示に係る形質転換体は、宿主ゲノムのpheA遺伝子、すなわち、内因性pheA遺伝子が破壊されている。
本開示において、「pheA」遺伝子は、コリスミ酸ムターゼ及びプレフェン酸デヒドラターゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:947081である。
本開示において、pheA遺伝子が破壊されているとは、一又は複数の実施形態において、pheA遺伝子又はその発現調節配列の変異(塩基配列の付加、置換、及び/又は欠失など)により、pheA遺伝子の機能が抑制又は消失していることをいい、あるいは、野生型pheA遺伝子の遺伝子産物の機能が抑制又は消失していることをいい、あるいは、形質転換体がフェニルアラニン要求性(ΔpheA)となっていることをいう。
[Phenylalanine auxotrophy]
A transformant according to the present disclosure has a disrupted pheA gene in the host genome, that is, the endogenous pheA gene.
In the present disclosure, the "pheA" gene is a gene encoding chorismate mutase and prephenate dehydratase, which in one or more embodiments is GENBANK GeneID: 947081.
In the present disclosure, disruption of the pheA gene means that, in one or more embodiments, mutation of the pheA gene or its expression regulatory sequence (addition, substitution, and/or deletion of base sequence, etc.) causes the pheA gene or that the function of the gene product of the wild-type pheA gene is suppressed or lost, or that the transformant becomes phenylalanine auxotrophic (ΔpheA) It means that there is

シキミ酸経路、及び、拡張されたシキミ酸経路を有する株において、フェニルアラニン要求性(ΔpheA)となる変異が導入されると、4HPEの生産性が向上することが知られている(非特許文献4の表5、及び6211頁右欄第一パラグラフ等)。したがって、HTY生産株をΔpheAとすることで、合成経路上で4HPEの下流に位置するHTYの生産性も向上することが想定された(図2)。
そこで、HTY生産株をΔpheAとした株を作製したところ、この株は、試験管レベルでの培養であれば増殖性に問題は認められなかった。しかしながら、この株をジャーファーメンターのようなラージスケールで培養すると増殖性が著しく低下する、すなわち、菌数(菌密度)の上昇が通常の菌に比べて著しく低い段階で止まってしまうという問題点が、本発明者らにより見出された(実施例F株、図5)。
ラージスケールの培養では、エールリッヒ経路の影響が大きくなり、フェニルアラニンが枯渇し、増殖性に悪影響を及ぼしていると考えられる(図3)。
It is known that 4HPE productivity is improved when a mutation that causes phenylalanine auxotrophy (ΔpheA) is introduced in a strain having a shikimate pathway and an extended shikimate pathway (Non-Patent Document 4. Table 5, page 6211, right column, first paragraph, etc.). Therefore, it was assumed that the productivity of HTY located downstream of 4HPE on the synthetic pathway would also be improved by using ΔpheA as the HTY-producing strain (FIG. 2).
Therefore, when a strain was prepared with ΔpheA as the HTY-producing strain, no problem was observed in the proliferation of this strain when cultured at the test tube level. However, when this strain is cultured on a large scale such as a jar fermenter, the growth rate is remarkably reduced. was found by the inventors (Example F strain, Figure 5).
In large-scale culture, the effect of the Ehrlich pathway becomes greater, depleting phenylalanine, which is thought to adversely affect growth (Fig. 3).

[内因性tyrB遺伝子の破壊]
本開示に係る形質転換体は、宿主ゲノムのtyrB遺伝子、すなわち、内因性tyrB遺伝子が破壊されている。
本開示において、「tyrB」遺伝子は、チロシンアミノトランスフェラーゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:945031である。
本開示において、tyrB遺伝子が破壊されているとは、一又は複数の実施形態において、tyrB遺伝子又はその発現調節配列の変異(塩基配列の付加、置換、及び/又は欠失など)により、tyrB遺伝子の機能が抑制又は消失していることをいい、あるいは、野生型tyrB遺伝子の遺伝子産物の機能が抑制又は消失していることをいう。
[Disruption of endogenous tyrB gene]
A transformant according to the present disclosure has a disrupted tyrB gene in the host genome, ie, a disrupted endogenous tyrB gene.
In the present disclosure, the "tyrB" gene is a gene encoding tyrosine aminotransferase, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 945031.
In the present disclosure, disruption of the tyrB gene means that, in one or more embodiments, mutation of the tyrB gene or its expression regulatory sequence (addition, substitution, and/or deletion of base sequence, etc.) causes the tyrB gene to Alternatively, it means that the function of the gene product of the wild-type tyrB gene is suppressed or lost.

シキミ酸経路、及び、拡張されたシキミ酸経路を有し、かつ、フェニルアラニン要求性(ΔpheA)である株は、培地に添加したフェニルアラニンがエールリッヒ経路により消費されるため(図3)、ラージスケール培養で増殖阻害が発生するが、内因性tyrB遺伝子を破壊することで、エールリッヒ経路の問題を解消することができる(図4)。
tyrB遺伝子が破壊されるとチロシン要求性になると考えられたが、チロシン要求性にならない場合がある。例えば、IlvE、AlaC、AspC等の他のアミノ酸アミノトランスフェラーゼが存在すると、tyrB遺伝子産物の機能が補完され、チロシン要求性とならない。本開示に係る形質転換体は、一又は複数の実施形態において、チロシン要求性ではない。
なお、IlvE、AlaC、AspC等のアミノ酸アミノトランスフェラーゼが存在しても増殖阻害は発生しない。これは、これらの酵素のPhe→PPの活性が高くなく、エールリッヒ経路が働きにくいからと考えられる。
Shikimate pathway, and strains that have an extended shikimate pathway and are phenylalanine auxotrophic (ΔpheA), since the phenylalanine added to the medium is consumed by the Ehrlich pathway (Fig. 3), large-scale culture However, disruption of the endogenous tyrB gene can overcome the problem of the Ehrlich pathway (Fig. 4).
Disruption of the tyrB gene was thought to result in tyrosine auxotrophy, but may not result in tyrosine auxotrophy. For example, the presence of other amino acid aminotransferases such as IlvE, AlaC, AspC complements the function of the tyrB gene product and renders it non-tyrosine auxotrophic. A transformant according to the present disclosure, in one or more embodiments, is not tyrosine-requiring.
The presence of amino acid aminotransferases such as IlvE, AlaC and AspC does not inhibit growth. This is probably because the Phe→PP activity of these enzymes is not high and the Ehrlich pathway does not work easily.

本開示において、宿主ゲノム遺伝子(内因性遺伝子)の破壊方法は、特に制限されず、一又は複数の実施形態において、部位特異的な組み換えで行われる。部位特異的な組み換えは、一又は複数の実施形態において、CRIMプラスミドを利用する方法、Cre/LoxPシステムを利用する方法、出芽酵母の組み換え酵素FLPとFRT配列を利用する方法、CRISPR/Cas9システムを利用する方法、P1トランスダクションを利用する方法などが挙げられる。 In the present disclosure, the method for disrupting the host genome gene (endogenous gene) is not particularly limited, and in one or more embodiments, site-specific recombination is performed. Site-specific recombination, in one or more embodiments, a method using a CRIM plasmid, a method using the Cre / LoxP system, a method using the budding yeast recombinase FLP and FRT sequences, a CRISPR / Cas9 system A method using P1 transduction, a method using P1 transduction, and the like.

[ヒドロキシチロソールの生産能]
本開示に係る形質転換体は、ヒドロキシチロソール(HTY)を生産する能力を有する。本開示に係る形質転換体は、一又は複数の実施形態において、糖質原料からHTYを生産する能力を有する。
本開示に係る形質転換体は、HTYを効率的に生産する観点から、一又は複数の実施形態において、4-ヒドロキシフェニルエタノール-3-ヒドロキシラーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が発現可能に導入されていることが好ましい。
本開示に係る形質転換体は、HTYを効率的に生産する観点から、一又は複数の実施形態において、4-ヒドロキシフェニルアセトアルデヒドレダクターゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が発現可能に導入されていることが好ましい。
[Production capacity of hydroxytyrosol]
A transformant according to the present disclosure has the ability to produce hydroxytyrosol (HTY). A transformant according to the present disclosure, in one or more embodiments, has the ability to produce HTY from a carbohydrate raw material.
From the viewpoint of efficient production of HTY, the transformant according to the present disclosure, in one or more embodiments, introduces a gene encoding an enzyme having 4-hydroxyphenylethanol-3-hydroxylase activity so that it can be expressed. It is preferable that
From the viewpoint of efficient production of HTY, the transformant according to the present disclosure, in one or more embodiments, contains an expressible gene encoding an enzyme having 4-hydroxyphenylacetaldehyde reductase activity. is preferred.

[4-ヒドロキシフェニルエタノール-3-ヒドロキシラーゼ活性を有する酵素]
本開示における4-ヒドロキシフェニルエタノール-3-ヒドロキシラーゼ活性を有する酵素は、チロソール(4HPE)がヒドロキシチロソール(HTY)となる化学反応を触媒できるものである(図1)。
4-ヒドロキシフェニルエタノール-3-ヒドロキシラーゼ活性を有する酵素としては、一又は複数の実施形態において、4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-ヒドロキシラーゼ(4-ヒドロキシフェニルアセテート-3-モノオキシゲナーゼ)が使用できる。
本開示における4-ヒドロキシフェニルエタノール-3-ヒドロキシラーゼ活性を有する酵素は、上記触媒機能があるものであれば制限されないが、HTYを効率的に産生する観点から、一又は複数の実施形態において、二成分酵素のものが好ましく、補酵素として還元型のフラビンアデニンヌクレオチド(FAD)、すなわち、FADH2を使用する、二成分型FAD依存モノオキシゲナーゼがより好ましい。
[Enzyme having 4-hydroxyphenylethanol-3-hydroxylase activity]
Enzymes with 4-hydroxyphenylethanol-3-hydroxylase activity in the present disclosure are those capable of catalyzing the chemical reaction of tyrosol (4HPE) to hydroxytyrosol (HTY) (Figure 1).
As an enzyme having 4-hydroxyphenylethanol-3-hydroxylase activity, in one or more embodiments, 4-hydroxyphenylacetate-3-hydroxylase (4-hydroxyphenylacetate-3-monooxygenase) can be used. .
The enzyme having 4-hydroxyphenylethanol-3-hydroxylase activity in the present disclosure is not limited as long as it has the catalytic function described above, but from the viewpoint of efficiently producing HTY, in one or more embodiments, Binary enzymes are preferred, and more preferred are two -component FAD-dependent monooxygenases that use the reduced form of the flavin adenine nucleotide (FAD), FADH2, as a coenzyme.

本開示における4-ヒドロキシフェニルエタノール-3-ヒドロキシラーゼ活性を有する酵素は、HTYを効率的に産生する観点から、大腸菌のhpaBC遺伝子の遺伝子産物(hpaB:GenBank ACT46003.1、hpaC:GenBank ACT46002.1)、及びこれらに由来する酵素又はこれらのオーソログの遺伝子産物が好ましい。
同酵素としては、その他の一又は複数の実施形態において、緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)のhpaAC遺伝子の遺伝子産物(hpaA:GenBank AAG07478.1、hpaC:GenBank AAG07479.1)、若しくは、Parageobacillus thermoglucosidansのフェノールー2-ヒドロキシラーゼ(component A:GenBank AAF66546.1、component B: GenBank AAF66547.1)、及びこれらに由来する酵素又はこれらのオーソログの遺伝子産物が挙げられる。
From the viewpoint of efficiently producing HTY, the enzyme having 4-hydroxyphenylethanol-3-hydroxylase activity in the present disclosure is the gene product of the hpaBC gene of Escherichia coli (hpaB: GenBank ACT46003.1, hpaC: GenBank ACT46002.1). ), and enzymes derived therefrom or gene products of their orthologs.
In one or more embodiments, the enzyme includes the gene product of the hpaAC gene of Pseudomonas aeruginosa (hpaA: GenBank AAG07478.1, hpaC: GenBank AAG07479.1), or the phenol- 2-hydroxylase (component A: GenBank AAF66546.1, component B: GenBank AAF66547.1), and enzymes derived therefrom or gene products of orthologs thereof.

[4-ヒドロキシフェニルアセトアルデヒドレダクターゼ活性を有する酵素]
本開示における4-ヒドロキシフェニルアセトアルデヒドレダクターゼ活性を有する酵素は、4-ヒドロキシフェニルアセトアルデヒド(4HPAAL)がチロソール(4HPE)となる化学反応を触媒できるものである(図1)。
4-ヒドロキシフェニルアセトアルデヒドレダクターゼ活性を有する酵素は、上記触媒機能があるものであれば制限されないが、一又は複数の実施形態において、大腸菌yahK遺伝子の遺伝子産物(GenBank AAC73428.1)、大腸菌yjgB遺伝子の遺伝子産物(GenBank AAC77226.2)、大腸菌yqhD(GenBank AAC76047.1)及びこれらに由来する酵素、又はこれらのオーソログの遺伝子産物が挙げられる。
これらの中でも、HTYを効率的に産生する観点から、yahK及びyjgBがより好ましく、yahKが更に好ましい。
[Enzyme having 4-hydroxyphenylacetaldehyde reductase activity]
Enzymes with 4-hydroxyphenylacetaldehyde reductase activity in the present disclosure are those capable of catalyzing the chemical reaction of 4-hydroxyphenylacetaldehyde (4HPAAL) to tyrosol (4HPE) (Figure 1).
The enzyme having 4-hydroxyphenylacetaldehyde reductase activity is not limited as long as it has the above catalytic function. gene products (GenBank AAC77226.2), E. coli yqhD (GenBank AAC76047.1) and enzymes derived therefrom, or gene products of orthologs thereof.
Among these, yahK and yjgB are more preferable, and yahK is even more preferable, from the viewpoint of efficiently producing HTY.

[シキミ酸経路の強化]
本開示に係る形質転換体は、HTYを効率的に産生する観点から、一又は複数の実施形態において、シキミ酸経路に関する遺伝子(群)の発現が強化されていることが好ましく、該遺伝子(群)が発現可能に導入されていることが好ましく、宿主染色体上に発現可能に導入されていることがより好ましい。
[Enhancement of shikimate pathway]
From the viewpoint of efficiently producing HTY, the transformant according to the present disclosure preferably has enhanced expression of a gene (group) related to the shikimate pathway in one or more embodiments. ) is preferably introduced so that it can be expressed, and more preferably introduced into the host chromosome so that it can be expressed.

本開示に係る形質転換体は、HTYを効率的に産生する観点から、下記(1)~(5)の5つの遺伝子の全てが発現可能に導入されていることが好ましく、宿主染色体上に発現可能に導入されていることがより好ましい。
(1)aroA
(2)aroB
(3)aroC
(4)aroGfbr又はaroFfbr
(5)tyrAfbr
上記(4)及び(5)に加え、上記(1)~(3)のすべてを発現可能に導入することで、上記(4)及び(5)の発現亢進による代謝負荷を低減しうる。
From the viewpoint of efficient production of HTY, the transformant according to the present disclosure preferably has all of the following five genes (1) to (5) introduced so that they can be expressed on the host chromosome. It is more preferable that it is introduced as possible.
(1) aroA
(2) aroB
(3) aroC
(4) aroG fbr or aroF fbr
(5) tyrA fbr
In addition to the above (4) and (5), introduction of all of the above (1) to (3) so that they can be expressed can reduce the metabolic load due to the above expression enhancement of (4) and (5).

本開示において、「aroA」遺伝子は、5-エノールピルビルシキミ酸-3-リン酸シンターゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:945528である。
本開示において、「aroB」遺伝子は、3-デヒドロキナ酸シンターゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:947927である。
本開示において、「aroC」遺伝子は、コリスミ酸シンターゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:946814である。
本開示において、「aroG」遺伝子は、3-デオキシ-D-アラビノ-7-ホスホヘプツロン酸シンターゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:645605である。
本開示において、「aroGfbr」遺伝子は、aroGのフィードバック阻害の脱感作変異型を意味する。aroGfbrは、一又は複数の実施形態において、特開平05-236947に開示のものを使用できる。当該文献の内容は本開示の一部を構成するものとして援用される。
本開示において、「aroF」遺伝子は、3-デオキシ-D-アラビノ-7-ホスホヘプツロン酸シンターゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:947084である。
本開示において、「aroFfbr」遺伝子は、aroFのフィードバック阻害の脱感作変異型を意味する。aroFfbrは、一又は複数の実施形態において、特開平05-236947に開示のものを使用できる。
本開示において、「tyrA」遺伝子は、コリスミ酸ムターゼ及びプレフェン酸デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:947115である。
本開示において、「tyrAfbr」遺伝子は、tyrAのフィードバック阻害の脱感作変異型を意味する。tyrAfbrは、一又は複数の実施形態において、特開平05-076352に開示のものを使用できる。当該文献の内容は本開示の一部を構成するものとして援用される。
In the present disclosure, the “aroA” gene is a gene encoding 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 945528.
In the present disclosure, the “aroB” gene is a gene encoding 3-dehydroquinate synthase, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 947927.
In the present disclosure, the "aroC" gene is a gene encoding chorismate synthase, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 946814.
In the present disclosure, the “aroG” gene is a gene encoding 3-deoxy-D-arabino-7-phosphohepturonate synthase, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 645605.
In the present disclosure, the “aroG fbr ” gene refers to the feedback-inhibiting desensitizing mutant of aroG. For the aroG fbr , one disclosed in JP-A-05-236947 can be used in one or more embodiments. The contents of this document are incorporated by reference as forming part of the present disclosure.
In the present disclosure, the “aroF” gene is a gene encoding 3-deoxy-D-arabino-7-phosphohepturonate synthase, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 947084.
In the present disclosure, the “aroF fbr ” gene refers to the feedback-inhibiting desensitizing mutant of aroF. For aroF fbr , in one or more embodiments, the one disclosed in JP-A-05-236947 can be used.
In the present disclosure, the "tyrA" gene is a gene encoding chorismate mutase and prephenate dehydrogenase, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 947115.
In the present disclosure, the “tyrA fbr ” gene refers to the feedback-inhibiting desensitizing mutant of tyrA. For tyrA fbr , in one or more embodiments, one disclosed in JP-A-05-076352 can be used. The contents of this document are incorporated by reference as forming part of the present disclosure.

本開示に係る形質転換体は、HTYを効率的に産生する観点から、上記(1)~(5)の5つの遺伝子に加え、下記(6)及び(7)の2つの遺伝子が発現可能に導入されていることが好ましく、宿主染色体上に発現可能に導入されていることがより好ましい。
(6)ppsA
(7)tktA
ここで、発現誘導可能なプロモーターとしてT7プロモーターを使用する場合、目的の芳香族化合物の生産性向上の点から、上記(7)tktAのプロモーターは発現誘導能が低減した変異型T7プロモーターであることが好ましい。
From the viewpoint of efficiently producing HTY, the transformant according to the present disclosure can express the following two genes (6) and (7) in addition to the above five genes (1) to (5). It is preferably introduced, and more preferably introduced into the host chromosome so that it can be expressed.
(6) ppsA
(7) tktA
Here, when a T7 promoter is used as an expression-inducible promoter, the (7) tktA promoter should be a mutant T7 promoter with reduced expression-inducibility from the viewpoint of improving the productivity of the target aromatic compound. is preferred.

本開示において、「ppsA」遺伝子は、ホスホエノールピルビン酸シンターゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:946209である。
本開示において、「tktA」遺伝子は、トランスケトラーゼ1をコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:947420である。
In the present disclosure, the "ppsA" gene is a gene encoding phosphoenolpyruvate synthase, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 946209.
In the present disclosure, the "tktA" gene is a gene encoding transketolase 1, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 947420.

本開示に係る形質転換体は、HTYを効率的に産生する観点から、上記(1)~(7)の7つの遺伝子に加え、下記(8)から(10)の少なくとも1つ、より好ましくは2つ、更に好ましくは3つの遺伝子が発現可能に導入されていることが好ましく、宿主染色体上に発現可能に導入されていることがより好ましい。
(8)aroD
(9)aroE又はydiB
(10)aroL又はaroK
上記(9)のaroE又はydiBは相互に代替可能であるが、HTYを効率的に産生する観点から、上記(9)の遺伝子としては、aroEが好ましい。
上記(10)のaroL又はaroKは相互に代替可能であるが、HTYを効率的に産生する観点から、上記(10)の遺伝子としては、aroLが好ましい。
From the viewpoint of efficiently producing HTY, the transformant according to the present disclosure has at least one of the following (8) to (10) in addition to the above seven genes (1) to (7), more preferably It is preferable that two, more preferably three genes are introduced so that they can be expressed, and more preferably that they are introduced into the host chromosome so that they can be expressed.
(8) aroD
(9) aroE or ydiB
(10) aroL or aroK
Although aroE or ydiB in (9) above can be substituted for each other, aroE is preferable as the gene in (9) above from the viewpoint of efficient production of HTY.
Although aroL or aroK in (10) above can be substituted for each other, aroL is preferable as the gene in (10) above from the viewpoint of efficient production of HTY.

本開示において、「aroD」遺伝子は、3-デヒドロキナ酸デヒドラターゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:946210である。
本開示において、「aroE」遺伝子は、デヒドロシキミ酸レダクターゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:947776である。
本開示において、「ydiB」遺伝子は、キナ酸/シキミ酸5-デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:946200である。
本開示において、「aroL」遺伝子は、シキミ酸キナーゼIIをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:945031である。
本開示において、「aroK」遺伝子は、シキミ酸キナーゼIをコードする遺伝子であって、一又は複数の実施形態において、GENBANKのGeneID:2847759である。
In the present disclosure, the "aroD" gene is a gene encoding 3-dehydroquinate dehydratase, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 946210.
In the present disclosure, the “aroE” gene is a gene encoding dehydroshikimate reductase, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 947776.
In the present disclosure, the “ydiB” gene is a gene encoding quinate/shikimate 5-dehydrogenase, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 946200.
In the present disclosure, the "aroL" gene is a gene encoding shikimate kinase II, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 945031.
In the present disclosure, the "aroK" gene is a gene encoding shikimate kinase I, and in one or more embodiments, GENBANK GeneID: 2847759.

[ヒドロキシチロソールの製造方法]
本開示に係るヒドロキシチロソールの製造方法は、糖質原料と、本開示に係る形質転換体とを反応させる工程を含む製造方法に関する。
本開示におけるこの「反応」は、「培養」や「発酵」ということもできる。
本開示に係る形質転換体と反応させる糖質原料としては、糖や糖アルコールが挙げられる。糖としては、グルコース、キシロース、アラビノース、廃糖蜜等が挙げられる。糖アルコールとしては、グリセリン等が挙げられる。
糖質原料と本開示に係る形質転換体との反応は、一又は複数の実施形態において、所定量まで液体培地で培養した本開示に係る形質転換体に対して導入した発現誘導を行い、その後、培養中の培地に糖質原料を添加することで行うことができる。
本開示に係る形質転換体の培養は、フェニルアラニン要求性であること以外は、通常の培養方法の条件で行うことができ、反応工程も、従来の発酵又は反応の条件で行うことができる。
培養の培地は、フェニルアラニンに加え、炭素源、窒素源、リン源、硫黄源、ミネラル、ビタミンなどのその他の成分を含むもので、本開示の微生物が生育できるものなら特に限定されない。培地におけるフェニルアラニンの含有量(初期濃度)としては、一又は複数の実施形態において、0.2~10mM、又は、1~8mMが挙げられる。
本開示に係る形質転換体の培養は、ヒドロキシチロソールの生産量を向上する点から、ジャーファンメンターやバイオリアクター等の大量培養可能な装置で行うことが好ましい。
本開示に係る形質転換体の培養は、ヒドロキシチロソールの生産量を向上する点から、糖質原料を培養中に添加する流加培養が好ましい。
[Method for producing hydroxytyrosol]
The method for producing hydroxytyrosol according to the present disclosure relates to a production method including a step of reacting a carbohydrate raw material with a transformant according to the present disclosure.
This "reaction" in the present disclosure can also be called "culture" or "fermentation."
Carbohydrate raw materials to be reacted with the transformant according to the present disclosure include sugars and sugar alcohols. Sugars include glucose, xylose, arabinose, blackstrap molasses, and the like. Sugar alcohols include glycerin and the like.
In one or more embodiments, the reaction between the sugar raw material and the transformant according to the present disclosure is performed by inducing expression introduced into the transformant according to the present disclosure cultured in a liquid medium up to a predetermined amount, and then , can be carried out by adding a saccharide raw material to the medium during culture.
Cultivation of the transformant according to the present disclosure can be performed under the conditions of ordinary culture methods, except that the transformant is phenylalanine auxotrophic, and the reaction step can also be performed under conventional fermentation or reaction conditions.
The culture medium contains phenylalanine and other components such as a carbon source, a nitrogen source, a phosphorus source, a sulfur source, minerals and vitamins, and is not particularly limited as long as the microorganism of the present disclosure can grow. The content (initial concentration) of phenylalanine in the medium is, in one or more embodiments, 0.2 to 10 mM or 1 to 8 mM.
Cultivation of the transformant according to the present disclosure is preferably carried out in an apparatus capable of large-scale cultivation, such as a jar fan mentor or a bioreactor, from the viewpoint of improving the production of hydroxytyrosol.
Cultivation of the transformant according to the present disclosure is preferably fed-batch culture in which carbohydrate raw materials are added during the culture, from the viewpoint of improving the production of hydroxytyrosol.

糖質原料の流加培養によるヒドロキシチロソールの製造方法は、例えば、実施例の方法を参照できる。簡単には、前培養を行い、1~10%の濃度で最小培地に植菌して培養し、OD660が0.5~20に達したら発現誘導(T7プロモーターであれば、例えば1mMイソプロピル-β-D-チオガラクトピラノシド(IPTG)を添加)して2~5時間培養した後、原料である糖質溶液を所定の供給スピードで流加して20~35時間反応し、培養液及び/又は菌内にヒドロキシチロソールを得る。 For the method for producing hydroxytyrosol by fed-batch culture of carbohydrate raw materials, for example, the methods in Examples can be referred to. Briefly, preculture is performed, inoculated in a minimal medium at a concentration of 1 to 10%, cultured, and when OD 660 reaches 0.5 to 20, expression is induced (for example, 1 mM isopropyl After adding β-D-thiogalactopyranoside (IPTG)) and culturing for 2 to 5 hours, the sugar solution as a raw material was fed at a predetermined feeding speed and reacted for 20 to 35 hours, and the culture solution was added. and/or to obtain hydroxytyrosol within the fungus.

[培養温度]
微生物が生育できる温度が挙げられる。生育速度の観点から、その生物の至適な培養温度が好ましい。大腸菌であれば、一又は複数の実施形態において、25℃~40℃、又は、30℃~37℃が挙げられる。
[培地]
微生物が生育できる培地であれば制限されない。培地は、一又は複数の実施形態において、液体培地である。LB培地などの天然培地にフェニルアラニンを加えたもの、M9や実施例のHCF培地などの合成培地にフェニルアラニンを加えたものが挙げられる。化合物の精製を考えた場合には合成培地の方が好ましい。
[培養pH]
培養pHは、一又は複数の実施形態において、6.0~7.5の範囲が挙げられ、その他の態様において、7.0付近、又は、6.2~7.2が挙げられる。
[培地への糖質原料の添加量(流加速度)]
糖質溶液の添加量は、菌の種類、菌体量、培養条件に依存して調節する。一又は複数の実施形態において、添加した糖質原料の多くがなるべくHTYに変換されるように糖質原料を流加することが好ましい。一又は複数の実施形態において、酢酸などの副産物量を抑制できる範囲で添加することが好ましい。
一又は複数の実施形態において、糖質原料を、培地中の濃度が0~2g/L、好ましくは0.1~1g/Lの範囲に収まるように添加する。
添加される糖質原料の総量は、菌の種類や培養条件によって異なるが、添加した糖質原料のほぼすべてが菌体によって消費される量が好ましい。大腸菌の場合には、一又は複数の実施形態において、100~300g/L程度が挙げられる
[培養時間]
培養時間は、一又は複数の実施形態において、流加した糖質原料がなくなるまで培養することが好ましい。
但し、培養条件はこれらに限定されない。
[Incubation temperature]
Examples include temperatures at which microorganisms can grow. From the viewpoint of growth rate, the optimum culture temperature for the organism is preferred. For E. coli, in one or more embodiments, 25°C to 40°C or 30°C to 37°C is mentioned.
[Culture medium]
There are no restrictions as long as the medium can grow microorganisms. The medium, in one or more embodiments, is a liquid medium. Natural media such as LB medium to which phenylalanine is added, and synthetic media such as M9 and HCF medium in Examples to which phenylalanine is added are included. Synthetic media are preferred when purification of compounds is considered.
[Culture pH]
The culture pH ranges from 6.0 to 7.5 in one or more embodiments, and around 7.0 or from 6.2 to 7.2 in other aspects.
[Amount of saccharide raw material added to medium (flow rate)]
The amount of sugar solution to be added is adjusted depending on the type of bacteria, the amount of cells, and the culture conditions. In one or more embodiments, it is preferable to feed the sugar raw material so that as much of the added sugar raw material as possible is converted to HTY. In one or a plurality of embodiments, it is preferable to add acetic acid or the like within a range where the amount of by-products such as acetic acid can be suppressed.
In one or more embodiments, the carbohydrate raw material is added so that the concentration in the medium is in the range of 0-2 g/L, preferably 0.1-1 g/L.
The total amount of the sugar raw material to be added varies depending on the type of bacteria and the culture conditions, but the amount is preferably such that almost all of the added sugar raw material is consumed by the cells. In the case of E. coli, in one or more embodiments, about 100 to 300 g / L [Culture time]
As for the culture time, in one or a plurality of embodiments, it is preferable to culture until the sugar raw material fed is exhausted.
However, culture conditions are not limited to these.

本開示は、一又は複数の実施形態において、以下に関しうる;
<1> 4-ヒドロキシフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有する酵素をコードする外因性遺伝子が発現可能に導入され、
内因性pheA遺伝子が破壊され、
内因性tyrB遺伝子が破壊され、且つ、
ヒドロキシチロソールの生産能を有する、エシェリキア属の形質転換体。
<2> 4-ヒドロキシフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有する酵素が、アゾスピリルム(Azospirillum)属細菌、又は、サッカロミケス(Saccharomayces)属酵母のフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼである、<1>記載の形質転換体。
<3> さらに、4-ヒドロキシフェニルエタノール-3-ヒドロキシラーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が発現可能に導入されている、<1>又は<2>記載の形質転換体。
<4> さらに、4-ヒドロキシフェニルアセトアルデヒドレダクターゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が発現可能に導入されている、<1>から<3>のいずれかに記載の形質転換体。
<5> さらに、下記(1)~(5)の5つの遺伝子が発現可能に導入されている、<1>から<4>のいずれかに記載の形質転換体。
(1)aroA
(2)aroB
(3)aroC
(4)aroGfbr又はaroFfbr
(5)tyrAfbr
<6> さらに、下記(6)及び(7)の遺伝子が発現可能に導入されている、<1>から<5>のいずれかに記載の形質転換体。
(6)ppsA
(7)tktA
<7> さらに、下記(8)~(10)の少なくとも1つの遺伝子が発現可能に導入されている、<1>から<6>のいずれかに記載の形質転換体。
(8)aroD
(9)aroE又はydiB
(10)aroL又はaroK
<8> 糖質原料と、<1>から<7>のいずれかに記載の形質転換体とを反応させる工程を含む、ヒドロキシチロソールの製造方法。
<9> 前記反応が、糖質原料の流加培養より行われる、<8>記載の製造方法。
The present disclosure, in one or more embodiments, may relate to;
<1> introducing an exogenous gene encoding an enzyme having 4-hydroxyphenylpyruvate decarboxylase activity so that it can be expressed;
the endogenous pheA gene is disrupted,
the endogenous tyrB gene is disrupted, and
A transformant of the genus Escherichia having the ability to produce hydroxytyrosol.
<2> The transformant according to <1>, wherein the enzyme having 4-hydroxyphenylpyruvate decarboxylase activity is phenylpyruvate decarboxylase of bacteria of the genus Azospirillum or yeast of the genus Saccharomayces.
<3> The transformant of <1> or <2>, further comprising an expressible gene encoding an enzyme having 4-hydroxyphenylethanol-3-hydroxylase activity.
<4> The transformant according to any one of <1> to <3>, further comprising an expressible gene encoding an enzyme having 4-hydroxyphenylacetaldehyde reductase activity.
<5> The transformant according to any one of <1> to <4>, wherein the following five genes (1) to (5) are introduced so as to be expressible.
(1) aroA
(2) aroB
(3) aroC
(4) aroG fbr or aroF fbr
(5) tyrA fbr
<6> The transformant according to any one of <1> to <5>, wherein the genes of (6) and (7) below are introduced so as to be expressible.
(6) ppsA
(7) tktA
<7> The transformant according to any one of <1> to <6>, wherein at least one of the following genes (8) to (10) is introduced in an expressible manner.
(8) aroD
(9) aroE or ydiB
(10) aroL or aroK
<8> A method for producing hydroxytyrosol, comprising the step of reacting the carbohydrate raw material with the transformant according to any one of <1> to <7>.
<9> The production method according to <8>, wherein the reaction is performed by fed-batch culture of the saccharide raw material.

以下、実施例により本開示をさらに詳細に説明するが、これらは例示的なものであって、本開示はこれら実施例に制限されるものではない。 EXAMPLES The present disclosure will be described in more detail below with reference to examples, but these are examples and the present disclosure is not limited to these examples.

実施例で使用した株を表1に示す。
本開示において「T7p」は、T7lacプロモーター(lacリプレッサーが付加されたT7プロモーター)を意味する。本開示において「T7p(-8TC)」とは、発現誘導能が低減した変異型T7pを意味する。本開示において、「T7t」は、T7ターミネーターを意味する。
The strains used in the examples are shown in Table 1.
In the present disclosure, "T7p" means T7lac promoter (T7 promoter with lac repressor added). In the present disclosure, "T7p (-8TC) " means mutant T7p with reduced ability to induce expression. In this disclosure, "T7t" means the T7 terminator.

Figure 0007194950000001
Figure 0007194950000001

1.A株(tyrA挿入株)の作製
(1)プラスミドpET21a-FRT-tyrAfbrの作製
大腸菌MG1655のゲノムDNAを鋳型として、EcTyrA-F(CCAACCATATGGTTGCTGAATTGACCGC,配列番号1)とEcTyrA-RM1(CGCGAGGCCAAGATAGATGCCTCGCGC,配列番号2)プライマーペア、EcTyrA-FM1(GCGCGAGGCATCTATCTTGGCCTCGCG,配列番号3)とEcTyrA-RM2(CTCTGAAAACGCTGTACGTAATCGCCGAAC,配列番号4)プライマーペア、及びEcTyrA-FM2(GTTCGGCGATTACGTACAGCGTTTTCAGAG,配列番号5)とEcTyrA-R(CACTCGAGTTACTGGCGATTGTCATTCGCC,配列番号6)プライマーペアを用いて、Phusion Hot Start II DNAポリメラーゼにより3つのDNA断片を増幅した。なお、PCR反応の条件は、説明書に記載の基本的な条件に基づいて行った。つぎに、3つの増幅断片を鋳型としてEcTyrA-FとEcTyrA-Rのプライマーペアを用いて、Phusion Hot Start II DNAポリメラーゼによりオーバーラップエクステンションPCRを行い、53番目のメチオニンがイソロイシンに置換され、かつ354番目のアラニンがバリンに置換されたTyrAをコードするDNA(tyrAfbr)を得た。
増幅されたDNAとpET21a-FRTベクター(Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93:815-829)をそれぞれNdeIとXhoIで消化し、1%アガロースゲル電気泳動でDNAを分離した後、QIAquick Gel Extraction kitを用いて該当のDNAをゲルから抽出・精製した。精製されたDNAを常法によりLigationし、反応液を大腸菌DH5αコンピテントセル(GMbiolab社製)と混ぜて氷上で40分間静置した後、42℃で45秒間ヒートショックを行い、再び氷上で2分間静置した後にLB液体培地を900μL加えて37℃で30分間恒温した。適量の菌液を20μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地に塗布し、37℃で一晩培養した。T7プロモータープライマー(TAATACGACTCACTATAGGG,配列番号7)とT7ターミネータープライマー(ATGCTAGTTATTGCTCAGCGG,配列番号8)を用いたコロニーダイレクトPCRを行い、目的のプラスミドを持つ菌株を選別した。コロニーダイレクトPCRにはOneTaq(New England BioLabs社製)を用いた。最終的に目的プラスミドを有する菌株を20μg/mLのカナマイシンを含むLB液体培地を用いて37℃で一晩培養し、NucleoSpin Plasmid QuickPureを用いて目的のプラスミドを抽出し精製した。
LB寒天培地の組成(本実施例において以下同じ):10g/L ハイポリペプトン、5g/L粉末酵母エキスD3-H、10g/L塩化ナトリウム、20g/L寒天、pH7.0
LB液体培地の組成(本実施例において以下同じ):10g/L ハイポリペプトン、5g/L粉末酵母エキスD3-H、10g/L塩化ナトリウム、pH7.0
1. Preparation of A strain (tyrA insertion strain) (1) Preparation of plasmid pET21a-FRT-tyrA fbr EcTyrA-F (CCAACCATATGGTTGCTGAATTGACCGC, SEQ ID NO: 1) and EcTyrA-RM1 (CGCGAGGCCAAGATAGATGCCTCGGCGC, SEQ ID NO: 2) were prepared using E. coli MG1655 genomic DNA as a template. )プライマーペア、EcTyrA-FM1(GCGCGAGGCATCTATCTTGGCCTCGCG,配列番号3)とEcTyrA-RM2(CTCTGAAAACGCTGTACGTAATCGCCGAAC,配列番号4)プライマーペア、及びEcTyrA-FM2(GTTCGGCGATTACGTACAGCGTTTTCAGAG,配列番号5)とEcTyrA-R(CACTCGAGTTACTGGCGATTGTCATTCGCC,配列番号6) Using the primer pairs, three DNA fragments were amplified with Phusion Hot Start II DNA polymerase. The conditions for the PCR reaction were based on the basic conditions described in the manual. Next, using the three amplified fragments as templates and a primer pair of EcTyrA-F and EcTyrA-R, overlap extension PCR was performed with Phusion Hot Start II DNA polymerase, and methionine at position 53 was replaced with isoleucine, and 354 A DNA (tyrA fbr ) encoding TyrA in which the th alanine was substituted with valine was obtained.
The amplified DNA and pET21a-FRT vector (Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93: 815-829) were digested with NdeI and XhoI, respectively, and the DNA was separated by 1% agarose gel electrophoresis, The DNA of interest was extracted and purified from the gel using the QIAquick Gel Extraction kit. The purified DNA was ligated by a conventional method, and the reaction solution was mixed with E. coli DH5α competent cells (manufactured by GMbiolab) and allowed to stand on ice for 40 minutes. After allowing to stand for 30 minutes, 900 μL of LB liquid medium was added and the mixture was incubated at 37° C. for 30 minutes. An appropriate amount of the bacterial solution was spread on an LB agar medium containing 20 µg/mL of kanamycin and cultured overnight at 37°C. Colony direct PCR was performed using a T7 promoter primer (TAATACGACTCACTATAGGG, SEQ ID NO: 7) and a T7 terminator primer (ATGCTAGTTATTGCTCAGCGG, SEQ ID NO: 8) to select a strain having the desired plasmid. OneTaq (manufactured by New England BioLabs) was used for colony direct PCR. Finally, the strain having the target plasmid was cultured overnight at 37°C using LB liquid medium containing 20 µg/mL kanamycin, and the target plasmid was extracted and purified using NucleoSpin Plasmid QuickPure.
Composition of LB agar medium (same below in this example): 10 g/L high polypeptone, 5 g/L powdered yeast extract D3-H, 10 g/L sodium chloride, 20 g/L agar, pH 7.0
Composition of LB liquid medium (same below in this example): 10 g/L high polypeptone, 5 g/L powdered yeast extract D3-H, 10 g/L sodium chloride, pH 7.0

(2)A株の作製
tyrAfbr遺伝子の大腸菌染色体への導入は既報(Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93:815-829)により行った。はじめに染色体へ導入するためのDNA断片を含む溶液の調製を行った。上記で作製したプラスミドpET21a-FRT-tyrAfbrを鋳型DNAとして、delta-ldhA-feaB-F(AAATATCTGTTTTAACTAATTGGCGTTGCAGTACATGCAACGCCAATTAGATTCCGGGGATCCGTCGACC,配列番号9)とdelta-feaB-FRT-R(TGCCGTTTTTTACTTATGAGCGAACCAGATTAATACCGTACACACACCGAATTCGCCAATCCGGATATAG,配列番号10)のプライマーセットを用いて、2つのフリパーゼ認識配列(FRT)とカナマイシン耐性遺伝子配列(Km)を含むtyrAfbr遺伝子(FRT-Km-FRT-T7p-tyrAfbr-T7t)をPCRで増幅した。PCR酵素にはPrimeStar GXL(タカラバイオ社製)を用い、添付の説明書に従って反応を行った。PCRでの増幅産物をQIAquick PCR Purification Kit(Qiagen社製)を用いて精製した後、制限酵素DpnIで一晩消化し、再度、QIAquick PCR Purification Kit(Qiagen社製)で精製したものを染色体導入用のDNA溶液とした。
つぎに、大腸菌のエレクトロポレーションセルの調製を行った。大腸菌MG1655(DE3)/pKD46株を10mMのL-アラビノースと100μg/mLのカルベニシリンを含むLB液体培地にて、OD660が0.5程度に達するまで30℃で培養した。次に、2mLの菌液を5,000rpm、4℃で5分間遠心分離して上清を捨て、菌体を回収した。菌体を氷冷しておいた滅菌蒸留水1mLに懸濁し、5,000rpm、4℃で5分間遠心分離して上清を捨て、菌体を回収した。再度、菌体を氷冷しておいた滅菌蒸留水1mLに懸濁し、5,000rpm、4℃で5分間遠心分離して上清を捨て、菌体を回収した。菌体を氷冷しておいた滅菌蒸留水50μLに懸濁してエレクトロポレーションセルとした。
つぎに、エレクトロポレーションセルにDNA断片を100~200ng(1μL程度)添加し、溶液をエレクトロポレーションキュベットに移し、MicroPulserエレクトロポレーター(Bio-Rad社製)を用いてエレクトロポレーションを行った。エレクトロポレーションキュベットに1mLのLB液体培地を加えた後、菌懸濁液を1.5mLチューブに移し、37℃で2時間程度振とうした。50μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地に菌液を塗布し、37℃で一晩培養した。出現したコロニーから、ldhA-feaB座位にtyrAfbr遺伝子を持つ大腸菌をコロニーダイレクトPCRで選別した。EmeraldAmp PCR Master Mix(タカラバイオ社製)に添付の説明書に従って、反応液にK2(CGGTGCCCTGAATGAACTGC,配列番号11)とDown-feaB(CTGTTGAGTAACCCGAACAAAG,配列番号12)のプライマーセットを添加し、コロニーを鋳型DNAとして加えてPCRを行った。反応後に1%のアガロースゲルを用いて電気泳動を行い、ldhA-feaB座位にtyrAfbr遺伝子が挿入された菌株(A株)を確認した。
(2) Preparation of A strain Introduction of the tyrA fbr gene into the E. coli chromosome was performed according to a previous report (Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93: 815-829). First, a solution containing DNA fragments to be introduced into chromosomes was prepared.上記で作製したプラスミドpET21a-FRT-tyrA fbrを鋳型DNAとして、delta-ldhA-feaB-F(AAATATCTGTTTTAACTAATTGGCGTTGCAGTACATGCAACGCCAATTAGATTCCGGGGATCCGTCGACC,配列番号9)とdelta-feaB-FRT-R(TGCCGTTTTTTACTTATGAGCGAACCAGATTAATACCGTACACACACCGAATTCGCCAATCCGGATATAG,配列番号10)のプライマーセットを用いA tyrA fbr gene (FRT-Km-FRT-T7p-tyrA fbr -T7t) containing two flipase recognition sequences (FRT) and a kanamycin resistance gene sequence (Km) was amplified by PCR. PrimeStar GXL (manufactured by Takara Bio Inc.) was used as the PCR enzyme, and the reaction was carried out according to the attached instructions. After purifying the amplified product by PCR using QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by Qiagen), digesting it overnight with restriction enzyme DpnI, again, purified with QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by Qiagen) for chromosome introduction was used as a DNA solution.
Next, an E. coli electroporation cell was prepared. Escherichia coli MG1655(DE3)/pKD46 strain was cultured in LB liquid medium containing 10 mM L-arabinose and 100 μg/mL carbenicillin at 30° C. until OD 660 reached about 0.5. Next, 2 mL of the bacterial solution was centrifuged at 5,000 rpm and 4° C. for 5 minutes, the supernatant was discarded, and the bacterial cells were recovered. The cells were suspended in 1 mL of ice-cooled sterilized distilled water, centrifuged at 5,000 rpm and 4°C for 5 minutes, the supernatant was discarded, and the cells were collected. The cells were again suspended in 1 mL of ice-cooled sterilized distilled water, centrifuged at 5,000 rpm and 4°C for 5 minutes, the supernatant was discarded, and the cells were collected. The cells were suspended in 50 μL of ice-cooled sterilized distilled water to prepare an electroporation cell.
Next, 100 to 200 ng (about 1 μL) of a DNA fragment was added to the electroporation cell, the solution was transferred to an electroporation cuvette, and electroporation was performed using a MicroPulser electroporator (manufactured by Bio-Rad). . After adding 1 mL of LB liquid medium to the electroporation cuvette, the bacterial suspension was transferred to a 1.5 mL tube and shaken at 37° C. for about 2 hours. The bacterial solution was spread on an LB agar medium containing 50 µg/mL of kanamycin and cultured overnight at 37°C. From the colonies that appeared, Escherichia coli harboring the tyrA fbr gene at the ldhA-feaB locus was selected by colony direct PCR. According to the instructions attached to EmeraldAmp PCR Master Mix (manufactured by Takara Bio Inc.), a primer set of K2 (CGGTGCCCTGAATGAACTGC, SEQ ID NO: 11) and Down-feaB (CTGTTGAGTAACCCGAACAAAG, SEQ ID NO: 12) was added to the reaction solution, and colonies were converted to template DNA. PCR was performed in addition as After the reaction, electrophoresis was performed using 1% agarose gel to confirm a strain (A strain) in which the tyrA fbr gene was inserted at the ldhA-feaB locus.

2.B株(pdc挿入株)の作製
(1)プラスミドpET21a-FRT-pdcの作製
人工合成したpdc遺伝子(配列番号13、合成時に末端にNdeIとXhoIのサイトを付加してある)とpET21a-FRTをNdeIとXhoIで消化し、1%アガロースゲル電気泳動でDNAを分離した後、QIAquick Gel Extraction kitを用いて精製した。精製されたDNAを常法によりLigationし、大腸菌DH5αを形質転換し、20μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地を用いて37℃で一晩培養した。T7プロモータープライマーとT7ターミネータープライマーを用いたコロニーダイレクトPCRを行い、目的のプラスミドを持つ菌株を選別した。最終的に目的プラスミドを有する菌株を20μg/mLのカナマイシンを含むLB液体培地を用いて37℃で一晩培養し、NucleoSpin Plasmid QuickPureを用いて目的のプラスミドを抽出し精製した。
2. Preparation of strain B (pdc insertion strain) (1) Preparation of plasmid pET21a-FRT-pdc An artificially synthesized pdc gene (SEQ ID NO: 13, with NdeI and XhoI sites added to the ends during synthesis) and pET21a-FRT. The DNA was digested with NdeI and XhoI, separated by 1% agarose gel electrophoresis, and purified using the QIAquick Gel Extraction kit. The purified DNA was ligated by a conventional method, transformed into Escherichia coli DH5α, and cultured overnight at 37° C. using LB agar medium containing 20 μg/mL kanamycin. Colony direct PCR was performed using a T7 promoter primer and a T7 terminator primer to select strains having the desired plasmid. Finally, the strain having the target plasmid was cultured overnight at 37°C using LB liquid medium containing 20 µg/mL kanamycin, and the target plasmid was extracted and purified using NucleoSpin Plasmid QuickPure.

配列番号13:ATGAAACTGGCTGAAGCTCTGCTGCGTGCCCTGAAAGACCGTGGTGCTCAAGCGATGTTTGGTATTCCGGGTGATTTTGCTCTGCCGTTTTTCAAAGTGGCGGAAGAAACCCAGATTCTGCCGCTGCATACGCTGAGCCACGAACCGGCCGTTGGTTTTGCGGCCGATGCAGCTGCGCGTTATAGCTCTACCCTGGGTGTGGCAGCAGTTACGTACGGCGCTGGTGCGTTCAACATGGTCAATGCCGTGGCAGGTGCTTATGCGGAAAAATCACCGGTGGTTGTCATCTCGGGTGCACCGGGCACCACGGAGGGTAACGCTGGTCTGCTGCTGCATCACCAGGGTCGTACCCTGGATACGCAGTTTCAAGTCTTCAAAGAAATTACCGTGGCACAAGCACGTCTGGATGACCCGGCTAAAGCACCGGCAGAAATCGCACGTGTGCTGGGTGCTGCGCGTGCGCAGTCTCGTCCGGTTTACCTGGAAATTCCGCGTAACATGGTCAATGCGGAAGTTGAACCGGTCGGTGATGACCCGGCATGGCCGGTTGATCGTGACGCTCTGGCCGCATGCGCGGATGAAGTGCTGGCTGCGATGCGTAGTGCGACCTCCCCGGTTCTGATGGTTTGTGTCGAAGTGCGTCGCTATGGTCTGGAAGCGAAAGTGGCAGAACTGGCACAGCGTCTGGGTGTTCCGGTGGTTACCACGTTTATGGGCCGTGGTCTGCTGGCAGATGCTCCGACCCCGCCGCTGGGCACGTACATTGGTGTTGCTGGCGACGCGGAAATCACCCGTCTGGTCGAAGAATCAGATGGTCTGTTTCTGCTGGGCGCCATTCTGAGCGACACCAACTTCGCAGTGTCTCAGCGCAAAATTGACCTGCGTAAAACGATCCATGCCTTTGATCGCGCAGTCACCCTGGGTTATCACACGTACGCCGATATCCCGCTGGCAGGCCTGGTTGACGCTCTGCTGGAACGTCTGCCGCCGTCGGATCGTACCACGCGTGGCAAAGAACCGCATGCATATCCGACCGGTCTGCAGGCAGACGGTGAACCGATTGCACCGATGGATATCGCGCGTGCGGTGAATGACCGTGTTCGCGCGGGTCAAGAACCGCTGCTGATTGCCGCAGATATGGGCGACTGCCTGTTTACCGCGATGGATATGATCGACGCTGGTCTGATGGCGCCGGGCTATTACGCCGGTATGGGTTTCGGTGTCCCGGCAGGTATTGGTGCACAGTGCGTGTCAGGCGGTAAACGTATCCTGACCGTCGTGGGTGATGGCGCGTTTCAAATGACGGGTTGGGAACTGGGCAACTGTCGTCGCCTGGGTATTGATCCGATTGTGATCCTGTTCAACAATGCCAGTTGGGAAATGCTGCGCACCTTTCAGCCGGAATCCGCATTCAATGATCTGGATGACTGGCGTTTTGCGGACATGGCTGCGGGTATGGGTGGTGATGGTGTTCGTGTCCGTACCCGTGCGGAACTGAAAGCCGCACTGGATAAAGCATTTGCTACGCGCGGTCGTTTCCAACTGATTGAAGCCATGATCCCGCGTGGCGTGCTGTCGGATACCCTGGCTCGCTTCGTCCAAGGTCAAAAACGTCTGCATGCTGCCCCGCGTGAATAA 配列番号13:ATGAAACTGGCTGAAGCTCTGCTGCGTGCCCTGAAAGACCGTGGTGCTCAAGCGATGTTTGGTATTCCGGGTGATTTTGCTCTGCCGTTTTTCAAAGTGGCGGAAGAAACCCAGATTCTGCCGCTGCATACGCTGAGCCACGAACCGGCCGTTGGTTTTGCGGCCGATGCAGCTGCGCGTTATAGCTCTACCCTGGGTGTGGCAGCAGTTACGTACGGCGCTGGTGCGTTCAACATGGTCAATGCCGTGGCAGGTGCTTATGCGGAAAAATCACCGGTGGTTGTCATCTCGGGTGCACCGGGCACCACGGAGGGTAACGCTGGTCTGCTGCTGCATCACCAGGGTCGTACCCTGGATACGCAGTTTCAAGTCTTCAAAGAAATTACCGTGGCACAAGCACGTCTGGATGACCCGGCTAAAGCACCGGCAGAAATCGCACGTGTGCTGGGTGCTGCGCGTGCGCAGTCTCGTCCGGTTTACCTGGAAATTCCGCGTAACATGGTCAATGCGGAAGTTGAACCGGTCGGTGATGACCCGGCATGGCCGGTTGATCGTGACGCTCTGGCCGCATGCGCGGATGAAGTGCTGGCTGCGATGCGTAGTGCGACCTCCCCGGTTCTGATGGTTTGTGTCGAAGTGCGTCGCTATGGTCTGGAAGCGAAAGTGGCAGAACTGGCACAGCGTCTGGGTGTTCCGGTGGTTACCACGTTTATGGGCCGTGGTCTGCTGGCAGATGCTCCGACCCCGCCGCTGGGCACGTACATTGGTGTTGCTGGCGACGCGGAAATCACCCGTCTGGTCGAAGAATCAGATGGTCTGTTTCTGCTGGGCGCCATTCTGAGCGACACCAACTTCGCAGTGTCTCAGCGCAAAATTGACCTGCGTAAAACGATCCATGCCTTTGATCGCGCAGTCACCCTGGGTTATCACACGTACGCCGATATCCCGCTGGCAGGCCTGGTTGACGCTCTGCTGGAACGTCTGCCGCCGTCG GATCGTACCACGCGTGGCAAAGAACCGCATGCATATCCGACCGGTCTGCAGGCAGACGGTGAACCGATTGCACCGATGGATATCGCGCGTGCGGTGAATGACCGTGTTCGCGCGGGTCAAGAACCGCTGCTGATTGCCGCAGATATGGGCGACTGCCTGTTTACCGCGATGGATATGATCGACGCTGGTCTGATGGCGCCGGGCTATTACGCCGGTATGGGTTTCGGTGTCCCGGCAGGTATTGGTGCACAGTGCGTGTCAGGCGGTAAACGTATCCTGACCGTCGTGGGTGATGGCGCGTTTCAAATGACGGGTTGGGAACTGGGCAACTGTCGTCGCCTGGGTATTGATCCGATTGTGATCCTGTTCAACAATGCCAGTTGGGAAATGCTGCGCACCTTTCAGCCGGAATCCGCATTCAATGATCTGGATGACTGGCGTTTTGCGGACATGGCTGCGGGTATGGGTGGTGATGGTGTTCGTGTCCGTACCCGTGCGGAACTGAAAGCCGCACTGGATAAAGCATTTGCTACGCGCGGTCGTTTCCAACTGATTGAAGCCATGATCCCGCGTGGCGTGCTGTCGGATACCCTGGCTCGCTTCGTCCAAGGTCAAAAACGTCTGCATGCTGCCCCGCGTGAATAA

(2)B株の作製
染色体DNAのmtlA座位にpdc遺伝子が挿入された菌株(B株)の作製は、A株の作製と同様に行った。
pdc遺伝子を染色体に挿入するための遺伝子カセットをPCRで増幅するために、鋳型DNAにプラスミドpET21a-FRT-pdc、プライマーにdelta-mtlA-F(TCGGGCTTCCAGCCTGCGCGACAGCAAACATAAGAAGGGGTGTTTTTATGATTCCGGGGATCCGTCGACC,配列番号14)とdelta-mtlA-FRT-R(CTTCTCCATGTGGAGAGGGTGGGATTGGATTACTTACGACCTGCCAGCAGATTCGCCAATCCGGATATAG,配列番号15)のプライマーセットを用いた。また、mtlA座位へのpdc遺伝子の挿入を確認するために、K2とDown-mtlA(GATCAACGACATCATCACCAATGC,配列番号16)のプライマーセットを用いた。
(2) Preparation of B strain A strain in which the pdc gene was inserted into the mtlA locus of the chromosomal DNA (B strain) was prepared in the same manner as the A strain.
In order to amplify the gene cassette for inserting the pdc gene into the chromosome by PCR, the plasmid pET21a-FRT-pdc was used as the template DNA, and delta-mtlA-F (TCGGGCTTCCAGCCTGCGCGACAGCAAAACATAGAAGGGGGTGTTTTTATGATTCCGGGGATCCGTCGACC, SEQ ID NO: 14) and delta-mtlA-FRT-F were used as the primers. A primer set of R (CTTCTCCATGTGGAGAGGGTGGGATTGGATTACTTACGACCTGCCAGCAGATTCGCCAATCCGGATATAG, SEQ ID NO: 15) was used. To confirm the insertion of the pdc gene into the mtlA locus, a primer set of K2 and Down-mtlA (GATCAACGACATCATCACCAATGC, SEQ ID NO: 16) was used.

3.C株(yahK挿入株)の作製
(1)プラスミドpET21a-FRT-yahKの作製
大腸菌MG1655のゲノムDNAを鋳型として、yahK-Nde(CCAACCATATGAAGATCAAAGCTGTTGGTG,配列番号17)とyahK-Xho(CACTCGAGTCAGTCTGTTAGTGTGCG,配列番号18)のプライマーペアを用いて、Phusion Hot Start II DNAポリメラーゼによりyahK遺伝子を含むDNAを増幅した。なお、PCR反応の条件は、説明書に記載の基本的な条件に基づいて行った。増幅されたDNAとpET21a-FRTベクターをそれぞれNdeIとXhoIで消化し、1%アガロースゲル電気泳動でDNAを分離した後、QIAquick Gel Extraction kitを用いて該当のDNAをゲルから抽出・精製した。精製されたDNAを常法によりLigationし、大腸菌DH5αを形質転換し、20μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地を用いて37℃で一晩培養した。T7プロモータープライマーとT7ターミネータープライマーを用いたコロニーダイレクトPCRを行い、目的のプラスミドを持つ菌株を選別した。最終的に目的プラスミドを有する菌株を20μg/mLのカナマイシンを含むLB液体培地を用いて37℃で一晩培養し、NucleoSpin Plasmid QuickPureを用いて目的のプラスミドを抽出し精製した。
3. Preparation of C strain (yahK insertion strain) (1) Preparation of plasmid pET21a-FRT-yahK Using the genomic DNA of E. coli MG1655 as a template, yahK-Nde (CCAACCATATGAAGATCAAAGCTGTTGGTG, SEQ ID NO: 17) and yahK-Xho (CACTCGAGTCAGTCTGTTAGTGTGCG, SEQ ID NO: 18) DNA containing the yahK gene was amplified with Phusion Hot Start II DNA polymerase using the primer pair of . The conditions for the PCR reaction were based on the basic conditions described in the manual. The amplified DNA and pET21a-FRT vector were digested with NdeI and XhoI, respectively, the DNA was separated by 1% agarose gel electrophoresis, and then the corresponding DNA was extracted and purified from the gel using the QIAquick Gel Extraction kit. The purified DNA was ligated by a conventional method, transformed into Escherichia coli DH5α, and cultured overnight at 37° C. using LB agar medium containing 20 μg/mL kanamycin. Colony direct PCR was performed using a T7 promoter primer and a T7 terminator primer to select strains having the desired plasmid. Finally, the strain having the target plasmid was cultured overnight at 37°C using LB liquid medium containing 20 µg/mL kanamycin, and the target plasmid was extracted and purified using NucleoSpin Plasmid QuickPure.

(2)C株の作製
染色体DNAのpykA座位にyahK遺伝子が挿入された菌株(C株)の作製は、A株の作製と同様に行った。染色体に挿入するための遺伝子カセットをPCRで増幅するために、鋳型DNAにプラスミドpET21a-FRT-yahK、プライマーにdelta-pykA-F(TTTCATGTTCAAGCAACACCTGGTTGTTTCAGTCAACGGAGTATTACATGATTCCGGGGATCCGTCGACC,配列番号19)とdelta-pykA-FRT-R(TGGCGTTTTCGCCGCATCCGGCAACGTACTTACTCTACCGTTAAAATACGATTCGCCAATCCGGATATAG,配列番号20)のプライマーセットを用いた。また、pykA座位へのyahK遺伝子の挿入を確認するために、K2とDown-pykA(GTACTGGGGATATTATTTACCCG,配列番号21)のプライマーセットを用いた。
(2) Preparation of C strain A strain (C strain) in which the yahK gene was inserted into the pykA locus of the chromosomal DNA was prepared in the same manner as the A strain.染色体に挿入するための遺伝子カセットをPCRで増幅するために、鋳型DNAにプラスミドpET21a-FRT-yahK、プライマーにdelta-pykA-F(TTTCATGTTCAAGCAACACCTGGTTGTTTCAGTCAACGGAGTATTACATGATTCCGGGGATCCGTCGACC,配列番号19)とdelta-pykA-FRT-R(TGGCGTTTTCGCCGCATCCGGCAACGTACTTACTCTACCGTTAAAATACGATTCGCCAATCCGGATATAG , SEQ ID NO: 20) was used. To confirm the insertion of the yahK gene into the pykA locus, a primer set of K2 and Down-pykA (GTACTGGGGATATTATTTACCCG, SEQ ID NO: 21) was used.

4.D株(hpaBC挿入株)の作製
(1)プラスミドpET21a-FRT-hpaBCの作製
大腸菌BL21の染色体DNAを鋳型として、hpaBC-F(GTTTAACTTTAAGAAGGAGATATACATATGAAACCAGAAGATTTCCGC,配列番号22)とhpaBC-R(GTGGTGGTGGTGCTCGAGTTAAATCGCAGCTTCCATTTC,配列番号23)のプライマーセットを用いて、hpaBCオペロンをPCRで増幅した。PCR酵素にはPhusion Hot Start II DNA Polymerase(Thermo Fisher Scientific社製)を用い、添付の説明書に従って反応を行った。PCRでの増幅産物をQIAquick PCR Purification Kit(Qiagen社製)を用いて精製した後、制限酵素NdeIとXhoIで消化したpET21a-FRTベクターとGibson Assembly Master Mix(New England Biolabs社製)を用いて反応させた。反応液を用いて大腸菌DH5αを形質転換し、20μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地を用いて37℃で一晩培養した。
培養後のコロニーから目的とするプラスミドを有するものをコロニーダイレクトPCRで選別した。EmeraldAmp PCR Master Mix(タカラバイオ社製)に添付の説明書に従って、反応液にT7プロモータープライマーとT7ターミネータープライマーを規定量添加し、コロニーを鋳型DNAとして加えてPCRを行った。反応後に1%のアガロースゲルを用いて電気泳動を行い、hpaBCのインサートが確認されたものを候補菌株とした。
候補菌株を50μg/mLのカナマイシンを含むLB液体培地を用いて37℃で一晩培養し、NucleoSpin Plasmid QuickPure(マッハライ・ナーゲル社製)を用いてプラスミド抽出を行い、pET21a-FRT-hpaBCを得た。
4. Preparation of strain D (hpaBC insertion strain) (1) Preparation of plasmid pET21a-FRT-hpaBC Using the chromosomal DNA of Escherichia coli BL21 as a template, hpaBC-F (GTTTAACTTTAAGAAGGAGATACATATGAAACCAGAAGATTTCCGC, SEQ ID NO: 22) and hpaBC-R (GTGGTGGGTGGTGGCTCGAGTTCCTGCT3, SEQ ID NO: 22) The hpaBC operon was amplified by PCR using the primer set of . Phusion Hot Start II DNA Polymerase (manufactured by Thermo Fisher Scientific) was used as a PCR enzyme, and the reaction was carried out according to the attached instructions. After purifying the PCR amplification product using QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by Qiagen), reaction was performed using pET21a-FRT vector digested with restriction enzymes NdeI and XhoI and Gibson Assembly Master Mix (manufactured by New England Biolabs). let me E. coli DH5α was transformed with the reaction solution and cultured overnight at 37° C. using LB agar medium containing 20 μg/mL kanamycin.
Colonies having the target plasmid were selected from the cultured colonies by colony direct PCR. According to the instructions attached to EmeraldAmp PCR Master Mix (manufactured by Takara Bio Inc.), specified amounts of T7 promoter primer and T7 terminator primer were added to the reaction solution, colonies were added as template DNA, and PCR was performed. After the reaction, electrophoresis was performed using 1% agarose gel, and strains in which the hpaBC insert was confirmed were selected as candidate strains.
The candidate strain was cultured overnight at 37° C. in LB liquid medium containing 50 μg/mL of kanamycin, and plasmid extraction was performed using NucleoSpin Plasmid QuickPure (manufactured by Macharei Nagel) to obtain pET21a-FRT-hpaBC. .

(2)D株の作製
染色体DNAのpheA座位にhpaBC遺伝子が挿入された菌株(D株)の作製は、A株の作製と同様に行った。染色体に挿入するための遺伝子カセットをPCRで増幅するために、鋳型DNAにpET21a-FRT-hpaBC、プライマーにdelta-pheA-F(CTCCCAAATCGGGGGGCCTTTTTTATTGATAACAAAAAGGCAACACTATGATTCCGGGGATCCGTCGACC,配列番号24)とdelta-pheA-FRT-R(GATGATTCACATCATCCGGCACCTTTTCATCAGGTTGGATCAACAGGCACATTCGCCAATCCGGATATAG,配列番号25)のプライマーセットを用いた。また、pheA座位へのhpaBC遺伝子の挿入を確認するために、K2とDown-pheA(CATACCAATGGTTTCTGGAGCAAAT,配列番号26)のプライマーセットを用いた。
(2) Preparation of D strain A strain (D strain) in which the hpaBC gene was inserted into the pheA locus of the chromosomal DNA was prepared in the same manner as the A strain.染色体に挿入するための遺伝子カセットをPCRで増幅するために、鋳型DNAにpET21a-FRT-hpaBC、プライマーにdelta-pheA-F(CTCCCAAATCGGGGGGCCTTTTTTATTGATAACAAAAAGGCAACACTATGATTCCGGGGATCCGTCGACC,配列番号24)とdelta-pheA-FRT-R(GATGATTCACATCATCCGGCACCTTTTCATCAGGTTGGATCAACAGGCACATTCGCCAATCCGGATATAG, A primer set of SEQ ID NO: 25) was used. To confirm the insertion of the hpaBC gene into the pheA locus, a primer set of K2 and Down-pheA (CATACCAATGGTTTCTGGAGCAAAT, SEQ ID NO: 26) was used.

5.E株(lacIQ1及びhpaBC挿入株)の作製
(1)プラスミドpET21a-FRT-lacIQ1-hpaBCの作製
pET21a-FRTを鋳型として、pET21a-FRT-lacIQ1-F(CAACACCATGGAGCGGCATGCATTTACGTTGACACCACCTTTCGCGGTATGGCATGATAG,配列番号27)とpET21a-FRT-lacIQ-R(CAACACCATGGCGGGATCTCGACGCTCTCC,配列番号28)のプライマーペアを用いて、Phusion Hot Start II DNAポリメラーゼによりDNAを増幅した。なお、PCR反応の条件は、説明書に記載の基本的な条件に基づいて行った。増幅されたDNAはQIAquick Gel Extraction kitを用いて精製した。精製したDNAをそれぞれNcoIとDpnIで消化し、該当のDNAをゲルから抽出・精製した。精製されたDNAを常法によりSelf-ligationし、大腸菌DH5αを形質転換し、20μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地を用いて37℃で一晩培養した。菌株を20μg/mLのカナマイシンを含むLB液体培地を用いて37℃で一晩培養し、NucleoSpin Plasmid QuickPureを用いてプラスミドpET21a-FRT-lacIQ1を抽出し精製した。
つぎにpET21a-FRT-hpaBCを鋳型として、hpaBC-FとhpaBC-Rのプライマーセットを用いて、hpaBCオペロンのDNAをPCRで増幅した。PCR酵素にはPhusion Hot Start 2 DNA Polymerase(Thermo Fisher Scientific社製)を用い、添付の説明書に従って反応を行った。PCRでの増幅産物をQIAquick PCR Purification Kit(Qiagen社製)を用いて精製した後、制限酵素NdeIとXhoIで消化したpET21a-FRT-lacIQ1ベクターとGibson Assembly Master Mix(New England Biolabs社製)を用いて反応させた。反応液を大腸菌DH5αコンピテントセル(GMbiolab社製)と混ぜて氷上で40分間静置した後、42℃で45秒間ヒートショックを行い、再び氷上で2分間静置した後にLB液体培地を900μL加えて37℃で30分間恒温した。適量の菌液を50μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地に塗布し、37℃で一晩培養した。
培養後のコロニーから目的とするプラスミドを有するものをコロニーダイレクトPCRで選別した。EmeraldAmp PCR Master Mix(タカラバイオ社製)に添付の説明書に従って、反応液にT7プロモータープライマーとT7ターミネータープライマーを規定量添加し、コロニーを鋳型DNAとして加えてPCRを行った。反応後に1%のアガロースゲルを用いて電気泳動を行い、hpaBCのインサートが確認されたものを候補菌株とした。
候補菌株を50μg/mLのカナマイシンを含むLB液体培地を用いて37℃で一晩培養し、NucleoSpin Plasmid QuickPure(マッハライ・ナーゲル社製)を用いてプラスミド抽出を行い、pET21a-FRT-lacIQ1-hpaBCを得た。
5. Preparation of E strain (lacI Q1 and hpaBC insertion strain) (1) Preparation of plasmid pET21a-FRT-lacI Q1 -hpaBC Using pET21a-FRT as a template, pET21a-FRT-lacIQ1-F (CAACACCATGGAGCGGGCATGCATTTACGTTGACACCACCTTTCGCGGTATGGCATGATAG) and pET217-pSEQ ID NO: 217 DNA was amplified with Phusion Hot Start II DNA polymerase using the primer pair FRT-lacIQ-R (CAACACCATGGCGGGATCTCGACGCTCTCC, SEQ ID NO: 28). The conditions for the PCR reaction were based on the basic conditions described in the manual. Amplified DNA was purified using the QIAquick Gel Extraction kit. The purified DNA was digested with NcoI and DpnI, respectively, and the corresponding DNA was extracted from gel and purified. The purified DNA was self-ligated by a conventional method, transformed into Escherichia coli DH5α, and cultured overnight at 37° C. using LB agar medium containing 20 μg/mL kanamycin. The strain was grown overnight at 37° C. in LB liquid medium containing 20 μg/mL kanamycin, and plasmid pET21a-FRT-lacI Q1 was extracted and purified using NucleoSpin Plasmid QuickPure.
Next, using pET21a-FRT-hpaBC as a template, hpaBC operon DNA was amplified by PCR using a primer set of hpaBC-F and hpaBC-R. Phusion Hot Start 2 DNA Polymerase (manufactured by Thermo Fisher Scientific) was used as a PCR enzyme, and the reaction was carried out according to the attached instructions. After purifying the amplified product by PCR using QIAquick PCR Purification Kit (manufactured by Qiagen), pET21a-FRT-lacI Q1 vector digested with restriction enzymes NdeI and XhoI and Gibson Assembly Master Mix (manufactured by New England Biolabs) were added. was used to react. The reaction mixture was mixed with Escherichia coli DH5α competent cells (manufactured by GMbiolab), allowed to stand on ice for 40 minutes, subjected to heat shock at 42°C for 45 seconds, allowed to stand again on ice for 2 minutes, and then 900 µL of LB liquid medium was added. and incubate at 37°C for 30 minutes. An appropriate amount of the bacterial solution was spread on an LB agar medium containing 50 µg/mL of kanamycin and cultured overnight at 37°C.
Colonies having the target plasmid were selected from the cultured colonies by colony direct PCR. According to the instructions attached to EmeraldAmp PCR Master Mix (manufactured by Takara Bio Inc.), specified amounts of T7 promoter primer and T7 terminator primer were added to the reaction solution, colonies were added as template DNA, and PCR was performed. After the reaction, electrophoresis was performed using 1% agarose gel, and strains in which the hpaBC insert was confirmed were selected as candidate strains.
The candidate strain was cultured overnight at 37° C. in LB liquid medium containing 50 μg/mL of kanamycin, plasmid extraction was performed using NucleoSpin Plasmid QuickPure (manufactured by Macharei Nagel), and pET21a-FRT-lacI Q1 -hpaBC. got

(2)E株の作製
染色体DNAのtyrB座位にlacIQ1とhpaBC遺伝子が挿入された菌株(E株)の作製は、A株の作製と同様に行った。染色体に挿入するための遺伝子カセットをPCRで増幅するために、鋳型DNAにプラスミドpET21a-FRT-lacIQ1-hpaBC、プライマーにDelta-tyrB-Q-F(GTTTATTGTGTTTTAACCACCTGCCCGTAAACCTGGAGAACCATCGCGTGGTGCGGCGACGATAGTCATG,配列番号29)とdelta-tyrB-FRT-R(GCTGGGTAGCTCCAGCCTGCTTTCCTGCATTACATCACCGCAGCAAACGCATTCGCCAATCCGGATATAG,配列番号30)のプライマーセットを用いた。また、tyrB座位へのlacIQ1とhpaBC遺伝子の挿入を確認するために、K2とDown-tyrB(CGCTTTGCTGTTTTGCCGAG,配列番号31)のプライマーセットを用いた。
(2) Preparation of E strain A strain (E strain) in which the lacI Q1 and hpaBC genes were inserted into the tyrB locus of the chromosomal DNA was prepared in the same manner as the A strain. In order to amplify the gene cassette for insertion into the chromosome by PCR, the plasmid pET21a-FRT-lacI Q1 -hpaBC was used as the template DNA, and the primers Delta-tyrBQF (GTTTATTGTGTTTTAACCACCTGCCCGTAAACCTGGAGAACCATCGCGTGGTGCGGCGACGATAGTCATG, SEQ ID NO: 29) and delta-tyrB-tyr A primer set of FRT-R (GCTGGGTAGCTCCAGCCTGCTTTCCTGCATTACATCACCGCAGCAAACGCATTCGCCAATCCGGATATAG, SEQ ID NO: 30) was used. To confirm the insertion of the lacI Q1 and hpaBC genes into the tyrB locus, a primer set of K2 and Down-tyrB (CGCTTTGCTGTTTTGCCGAG, SEQ ID NO: 31) was used.

6.P1ファージライセートの調製
A株、B株、C株、D株、又はE株を20μg/mLのカナマイシンを含む5mLのLB液体培地に植菌し、37℃でOD660が0.1程度になるまで培養した。1M塩化カルシウムを50μL添加し、さらに100μLのP1ファージ溶液(>108pfu/mL)を添加して37℃で3~4時間程度培養した。10,000rpmで5分間遠心分離し、上澄みを0.2μmのポアサイズの滅菌フィルターでろ過することで、P1ファージライセートを得た。
6. Preparation of P1 phage lysate A strain A, B strain, C strain, D strain, or E strain is inoculated into 5 mL of LB liquid medium containing 20 μg/mL of kanamycin, and the OD 660 becomes approximately 0.1 at 37°C. cultured up to 50 μL of 1M calcium chloride was added, and 100 μL of P1 phage solution (>10 8 pfu/mL) was added and cultured at 37° C. for about 3 to 4 hours. P1 phage lysate was obtained by centrifuging at 10,000 rpm for 5 minutes and filtering the supernatant through a sterile filter with a pore size of 0.2 μm.

7.ヒドロキシチロソール生産菌F株の作製
フェニルアラニン生産菌P株を5mLのLB液体培地を用いて37℃で一晩培養した。50μLの1M塩化カルシウムを加えて良く撹拌した後、200μlを1.5mLチューブに移した。そこにA株のP1ファージライセートを20μL加えて混合し、37℃で20分間恒温した。1Mのクエン酸3ナトリウム溶液を100μLとLB液体培地を700μL加えて混合した後に、37℃でさらに40分間恒温した。20μg/mLのカナマイシンを含むLB寒天培地に菌液を塗布し、37℃で一晩培養した。K2とDown-feaBのプライマーペアを用いたコロニーダイレクトPCRを行い、得られた株のfeaB-ldhA座位にFRT-Km-FRT-T7p-tyrAfbrが挿入されていることを確認した。
なお、P株は、特許文献1のPhe13株に該当し、同文献を参照して作製できる。また、Koma et al. (2020) Appl. Environ. Microbiol. 86:e00525-20にも記載されている。これらの文献は参照により援用される。
つぎにこの株を20μg/mLのカナマイシンを含むLB液体培地で培養し、OD660の値が0.5程度になるまで培養した。培養液を氷冷した後、1mLの培養液を10,000rpm、4℃で3分間遠心分離し、上清を捨てた。菌体を100μLのTSS溶液(10%ポリエチレングリコール3350、5%ジメチルスルホキシド、70mM塩化マグネシウム、0.1M塩化カリウム、30mM塩化カルシウム)に懸濁し、50ng/μLのpCP20プラスミド溶液を1μL添加し、氷中で30分間静置した。42℃で90秒間ヒートショックした後に氷中で2分間静置し、900μLのLB培地を加え、100μLを50μg/mLのアンピシリンを含むLB寒天培地に塗布した。30℃で一晩培養し、出現したコロニーをLB寒天培地にストリークして、42℃で一晩培養した。つぎに、出現したコロニーを新たなLB寒天培地にストリークして、37℃で一晩培養した。Down-ldhA2(GTCTGTTTTGCGGTCGC,配列番号32)とDown-feaBのプライマーペアを用いて、feaB-ldhA座位に挿入されたFRT-Km-FRT-tyrAfbrからカナマイシン耐性遺伝子が除去されたことを確認した。
つぎに、得られた株を先と同様の方法に従って、C株のP1ファージライセートと反応させた。K2とDown-pykAのプライマーペアを用いたコロニーダイレクトPCRを行い、得られた株のpykA座位にFRT-Km-FRT-T7p-yahKが挿入されていることを確認した。つぎに先と同様の方法に従って、pCP20を用いて、pykA座位に挿入したFRT-Km-FRT-T7p-yahKからカナマイシン耐性遺伝子を除去した。除去の確認は、UP-pykA(ACGCATGAGTTGTATGAATTGTAG,配列番号33)とDown-pykAのプライマーセットを用いたコロニーダイレクトPCRで行った。
つぎに、得られた株を先と同様の方法に従って、B株のP1ファージライセートと反応させた。K2とDown-mtlAのプライマーペアを用いたコロニーダイレクトPCRを行い、得られた株のmtlA座位にFRT-Km-FRT-T7p-pdcが挿入されていることを確認した。つぎに先と同様の方法に従って、pCP20を用いて、mtlA座位に挿入したFRT-Km-FRT-T7p-pdcからカナマイシン耐性遺伝子を除去した。除去の確認は、UP-mtlA(GCCAGAAGGGAGTCAGGCTG,配列番号34)とDown-mtlAのプライマーセットを用いたコロニーダイレクトPCRで行った。
つぎに、得られた株を先と同様の方法に従って、D株のP1ファージライセートと反応させた。K2とDown-pheAのプライマーペアを用いたコロニーダイレクトPCRを行い、得られた株のpheA座位にFRT-Km-FRT-T7p-hpaBCが挿入されていることを確認した。つぎに先と同様の方法に従って、pCP20を用いて、pheA座位に挿入したFRT-Km-FRT-T7p-hpaBCからカナマイシン耐性遺伝子を除去し、ヒドロキシチロソール生産菌のF株を得た。除去の確認は、UP-pheA(CTGATTAATCCACATATCATTCTGTC,配列番号35)とDown-pheAのプライマーセットを用いたコロニーダイレクトPCRで行った。
7. Preparation of hydroxytyrosol-producing strain F The phenylalanine-producing strain P was cultured overnight at 37°C using 5 mL of LB liquid medium. After adding 50 μL of 1M calcium chloride and stirring well, 200 μL was transferred to a 1.5 mL tube. 20 μL of P1 phage lysate of strain A was added thereto, mixed, and incubated at 37° C. for 20 minutes. After adding 100 μL of 1 M trisodium citrate solution and 700 μL of LB liquid medium and mixing, the mixture was further incubated at 37° C. for 40 minutes. The bacterial solution was spread on an LB agar medium containing 20 µg/mL of kanamycin and cultured overnight at 37°C. Colony direct PCR was performed using a primer pair of K2 and Down-feaB to confirm that FRT-Km-FRT-T7p-tyrA fbr was inserted at the feaB-ldhA locus of the resulting strain.
The P strain corresponds to the Phe13 strain of Patent Document 1 and can be prepared with reference to the same document. Also, Koma et al. (2020) Appl. Environ. Microbiol. 86:e00525-20. These documents are incorporated by reference.
Next, this strain was cultured in LB liquid medium containing 20 μg/mL of kanamycin until the OD 660 value reached about 0.5. After ice-cooling the culture solution, 1 mL of the culture solution was centrifuged at 10,000 rpm and 4° C. for 3 minutes, and the supernatant was discarded. The cells were suspended in 100 μL of TSS solution (10% polyethylene glycol 3350, 5% dimethyl sulfoxide, 70 mM magnesium chloride, 0.1 M potassium chloride, 30 mM calcium chloride), 1 μL of 50 ng/μL pCP20 plasmid solution was added, and the mixture was cooled on ice. It was left to stand for 30 minutes. After heat-shocking at 42° C. for 90 seconds, the mixture was allowed to stand in ice for 2 minutes, 900 μL of LB medium was added, and 100 μL of the mixture was spread on an LB agar medium containing 50 μg/mL of ampicillin. After overnight culture at 30°C, the colonies that appeared were streaked on LB agar medium and cultured at 42°C overnight. The colonies that appeared were then streaked onto fresh LB agar medium and cultured overnight at 37°C. A primer pair of Down-ldhA2 (GTCTGTTTGCCGGTCGC, SEQ ID NO: 32) and Down-feaB was used to confirm that the kanamycin resistance gene was removed from FRT-Km-FRT-tyrA fbr inserted at the feaB-ldhA locus.
Next, the obtained strain was reacted with the C strain P1 phage lysate in the same manner as above. Colony direct PCR was performed using a primer pair of K2 and Down-pykA, and it was confirmed that FRT-Km-FRT-T7p-yahK was inserted at the pykA locus of the obtained strain. Next, pCP20 was used to remove the kanamycin resistance gene from FRT-Km-FRT-T7p-yahK inserted at the pykA locus according to the same method as above. Removal was confirmed by colony direct PCR using a primer set of UP-pykA (ACGCATGAGTTGTATGAATTGTAG, SEQ ID NO: 33) and Down-pykA.
Next, the obtained strain was reacted with the B strain P1 phage lysate in the same manner as above. Colony direct PCR was performed using a primer pair of K2 and Down-mtlA, and it was confirmed that FRT-Km-FRT-T7p-pdc was inserted at the mtlA locus of the obtained strain. Next, pCP20 was used to remove the kanamycin resistance gene from FRT-Km-FRT-T7p-pdc inserted at the mtlA locus according to the same method as above. Removal was confirmed by colony direct PCR using a primer set of UP-mtlA (GCCAGAAGGGAGTCAGGCTG, SEQ ID NO: 34) and Down-mtlA.
Next, the obtained strain was reacted with the P1 phage lysate of strain D according to the same method as above. Colony direct PCR was performed using a primer pair of K2 and Down-pheA, and it was confirmed that FRT-Km-FRT-T7p-hpaBC was inserted at the pheA locus of the obtained strain. Next, according to the same method as above, pCP20 was used to remove the kanamycin resistance gene from FRT-Km-FRT-T7p-hpaBC inserted at the pheA locus to obtain F strain of hydroxytyrosol-producing strain. Removal was confirmed by colony direct PCR using a primer set of UP-pheA (CTGATTAATCCACATATCATTCTGTC, SEQ ID NO: 35) and Down-pheA.

8.ヒドロキシチロソール生産菌G株の作製
ヒドロキシチロソール生産菌F株の作製と同様の方法により、F株をE株のP1ライセートと反応させた。K2とDown-tyrBのプライマーペアを用いたコロニーダイレクトPCRを行い、得られた株のtyrB座位にFRT-Km-FRT-lacIQ1-T7p-hpaBCが挿入されていることを確認した。つぎにpCP20を用いて、tyrB座位に挿入したFRT-Km-FRT-lacIQ1-T7p-hpaBCからカナマイシン耐性遺伝子を除去し、ヒドロキシチロソール生産菌のG株を得た。除去の確認は、UP-tyrB(CAGTGCTGGTGAACGGTCG,配列番号36)とDown-tyrBのプライマーセットを用いたコロニーダイレクトPCRで行った。
8. Preparation of hydroxytyrosol-producing strain G The F strain was reacted with the P1 lysate of the E strain in the same manner as in the preparation of the hydroxytyrosol-producing F strain. Colony direct PCR was performed using a primer pair of K2 and Down-tyrB, and it was confirmed that FRT-Km-FRT-lacI Q1 -T7p-hpaBC was inserted at the tyrB locus of the obtained strain. Next, pCP20 was used to remove the kanamycin resistance gene from FRT-Km-FRT-lacI Q1 -T7p-hpaBC inserted at the tyrB locus to obtain the G strain of hydroxytyrosol-producing strain. Removal was confirmed by colony direct PCR using a primer set of UP-tyrB (CAGTGCTGGTGAACGGTCG, SEQ ID NO: 36) and Down-tyrB.

9.グルコース流加培養1
LB寒天培地に生育したF株、又はG株をLB液体培地に植菌し、33℃で8時間振とう培養した。15mLの培養液を1.5LのHCF(+Phe)培地を含む3L容のジャーファーメンターに植菌して培養を開始した。
ジャーファーメンターには、丸菱バイオエンジニアリング社製のBioneerシリーズMDL-8Cを用いた。
HCF(+Phe)培地の組成は、1168mLの蒸留水に、150mLの10×リン酸/クエン酸緩衝液、3.6mLの500g/L硫酸マグネシウム7水和物水溶液、15mLの100×微量金属溶液、63.4mLの700g/Lグルコース溶液、340μLの20g/Lチアミン塩酸塩溶液、100mLの1.24g/100mLフェニルアラニン溶液を加えたものである(培地中のフェニルアラニン濃度は5mM)。
蒸留水と10×リン酸/クエン酸緩衝液をジャーファーメンターのベッセルに入れてオートクレーブ滅菌しておき、滅菌後の溶液が室温に戻った後に、別でオートクレーブ滅菌しておいた硫酸マグネシウム溶液とグルコース溶液、そしてろ過除菌しておいたチアミン塩酸塩溶液、微量金属溶液、およびフェニルアラニン溶液を加えた。
10×リン酸/クエン酸緩衝液の組成は、133g/Lリン酸2水素カリウム、40g/Lリン酸水素2アンモニウム、17g/Lクエン酸であり、5MのNaOHを用いてpHを6.3に調整した。100×微量金属溶液の組成は、10g/Lクエン酸鉄(III)、0.25g/L塩化コバルト6水和物、1.5g/L塩化マンガン4水和物、0.15g/L塩化銅2水和物、0.3g/Lホウ酸、0.25g/Lモリブデン酸ナトリウム2水和物、1.3g/L酢酸亜鉛2水和物、0.84g/Lエチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩二水和物である。
9. Glucose fed-batch culture 1
The F strain or G strain grown on the LB agar medium was inoculated into the LB liquid medium and cultured with shaking at 33° C. for 8 hours. Cultivation was started by inoculating 15 mL of the culture solution into a 3 L jar fermenter containing 1.5 L of HCF (+Phe) medium.
As a jar fermenter, Marubishi Bioengineering's Bioneer series MDL-8C was used.
The composition of HCF(+Phe) medium is 1168 mL of distilled water, 150 mL of 10× phosphate/citrate buffer, 3.6 mL of 500 g/L magnesium sulfate heptahydrate aqueous solution, 15 mL of 100× trace metal solution, 63.4 mL of 700 g/L glucose solution, 340 μL of 20 g/L thiamine hydrochloride solution, and 100 mL of 1.24 g/100 mL phenylalanine solution were added (phenylalanine concentration in medium is 5 mM).
Distilled water and 10x phosphate/citrate buffer were placed in a vessel of a jar fermenter and sterilized by autoclaving. Glucose solution and filter sterilized thiamine hydrochloride solution, trace metal solution, and phenylalanine solution were added.
The composition of the 10× phosphate/citrate buffer was 133 g/L potassium dihydrogen phosphate, 40 g/L diammonium hydrogen phosphate, 17 g/L citric acid and was brought to pH 6.3 using 5M NaOH. adjusted to The composition of the 100X trace metal solution is 10 g/L iron(III) citrate, 0.25 g/L cobalt chloride hexahydrate, 1.5 g/L manganese chloride tetrahydrate, 0.15 g/L copper chloride dihydrate, 0.3 g/L boric acid, 0.25 g/L sodium molybdate dihydrate, 1.3 g/L zinc acetate dihydrate, 0.84 g/L ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt di It is a hydrate.

培養は33℃で行い、通気量は3L/分とし、溶存酸素量の値が30%となるように回転数を自動調整した。pHは6.8で制御し、pHの制御には28%のアンモニア水を用いた。培養開始後、菌株のOD660の値が17~29に達した時にイソプロピル-β-D-チオガラクトピラノシド(IPTG)を1mMとなるように添加し、培養温度を30℃、pHを6.5に変更した。F株の培養の際には、菌数を増加させるために、必要に応じて1.24g/100mLのフェニルアラニン溶液を3度添加した。
途中グルコースが枯渇した場合、又は枯渇しそうな場合には、グルコース濃度が10g/L程度になるようにフィード溶液(+Phe)を適時添加した。フィード溶液(+Phe)は、136mLの蒸留水に280gのグルコースを加えてオートクレーブ滅菌し、溶液が50℃程度に冷えた後に別滅菌しておいた500g/L硫酸マグネシウム7水和物水溶液を16mL、ろ過除菌しておいた100×微量金属溶液を4mL、ろ過除菌しておいた20g/Lチアミン塩酸塩溶液を900μL、ろ過除菌しておいた0.66g/50mLのフェニルアラニン溶液を50mL加えることで調製した。
Cultivation was performed at 33° C., the aeration rate was 3 L/min, and the rotation speed was automatically adjusted so that the dissolved oxygen content was 30%. The pH was controlled at 6.8, and 28% aqueous ammonia was used to control the pH. After the start of culture, when the OD 660 value of the strain reached 17 to 29, isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) was added to 1 mM, the culture temperature was 30°C, and the pH was 6. .5. When culturing the F strain, 1.24 g/100 mL of phenylalanine solution was added three times as needed to increase the number of bacteria.
When the glucose was depleted or about to be depleted, feed solution (+Phe) was added at appropriate times so that the glucose concentration was about 10 g/L. The feed solution (+Phe) was prepared by adding 280 g of glucose to 136 mL of distilled water, sterilizing the solution in an autoclave, cooling the solution to about 50°C, and adding 16 mL of a 500 g/L magnesium sulfate heptahydrate aqueous solution that had been separately sterilized. Add 4 mL of filter-sterilized 100× trace metal solution, 900 μL of filter-sterilized 20 g/L thiamine hydrochloride solution, and 50 mL of filter-sterilized 0.66 g/50 mL phenylalanine solution. It was prepared by

培養液は適時サンプリングし、分光光度計によるOD660の値の測定、HPLCによるチロソール、ヒドロキシチロソール、フェニルアラニン及び2-フェニルエタノールの定量を行った。
HPLCによる定量は既報(Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93:815-829)にある芳香族化合物の定量方法を用い、検量線の作製にはヒドロキシチロソール、チロソール、フェニルアラニン及び2-フェニルエタノールの標品(東京化成工業株式会社製)を用いた。
The culture medium was sampled at appropriate times, the OD 660 value was measured with a spectrophotometer, and tyrosol, hydroxytyrosol, phenylalanine and 2-phenylethanol were quantified by HPLC.
Quantitation by HPLC uses the method for quantifying aromatic compounds described in a previous report (Koma et al. 2012. Appl. Microbiol. Biotechnol. 93: 815-829), and hydroxytyrosol, tyrosol, phenylalanine and 2 - A standard of phenylethanol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used.

10.グルコース流加培養2
LB寒天培地に生育したG株をLB液体培地に植菌し、33℃で8時間振とう培養した。15mLの培養液を1.5LのHCF(+Phe)培地を含む3L容のジャーファーメンターに植菌して培養を開始した。培養条件やジャーファーメンターの設定等は、グルコース流加培養1と同様にした。ただし、IPTGの添加は培地のグルコースが枯渇した時に行った(OD660が29.0であった)。また、IPTGを添加した直後、オートクレーブ滅菌した150g/L粉末酵母エキスD3-H溶液を50mL加えて、100分間はグルコースが枯渇した状態で培養し、その後にグルコースの流加培養を開始した。グルコースのフィードに関しては、グルコース流加培養1に準じた。なお、IPTGを添加した際、pHは6.5に変更したが、培養温度は33℃のままとした。
培養液は適時サンプリングし、分光光度計によるOD660の値の測定、HPLCによるチロソール、ヒドロキシチロソール及びフェニルアラニンの定量を行った。
10. Glucose fed-batch culture 2
The G strain grown on the LB agar medium was inoculated into the LB liquid medium and cultured with shaking at 33°C for 8 hours. Cultivation was started by inoculating 15 mL of the culture solution into a 3 L jar fermenter containing 1.5 L of HCF (+Phe) medium. The culture conditions, the setting of the jar fermenter, and the like were the same as those of the glucose fed-batch culture 1. However, IPTG was added when the medium was depleted of glucose (OD 660 was 29.0). Immediately after the addition of IPTG, 50 mL of autoclave-sterilized 150 g/L powdered yeast extract D3-H solution was added and cultured in a glucose depleted state for 100 minutes, after which glucose fed-batch culture was started. Glucose feeding was carried out according to glucose fed-batch culture 1. When IPTG was added, the pH was changed to 6.5, but the culture temperature was kept at 33°C.
The culture solution was sampled at appropriate times, the OD 660 value was measured with a spectrophotometer, and tyrosol, hydroxytyrosol and phenylalanine were quantified by HPLC.

11.結果
(1)グルコース流加培養1のF株
F株のグルコース流加培養1の結果を図5に示す。
・HCF(+Phe)培地で、16時間後にOD660の値が9.2で停止していた。16.5時間後にフェニルアラニン(Phe)を添加したところOD660の値が向上し始めた。19時間後にもOD660の値が停止したため、フェニルアラニンを添加した。20時間後にIPTGを添加した際に、フェニルアラニンが枯渇した状態ではヒドロキシチロソール(HTY)を合成するためのタンパク質が作れなくなるため、フェニルアラニンを添加した。
・2g/L以上の2-フェニルエタノール(2PE)が培地に蓄積した。
・チロソールの生産量は5.7g/Lであった。
・ヒドロキシチロソールの生産量は2.6g/Lであった。
・OD660は21.6までしか向上しなかった。フェニルアラニンを添加すればもう少し向上すると思われるが、同時に副産物である2-フェニルエタノールの蓄積量も増加すると考えられる。
・F株のOD660の値の低さと2PEの蓄積は、試験管培養では予想できない結果であった。
・フェニルアラニン要求性(Δphe)であるF株が、増殖能が悪く、2PEが蓄積するのは、添加したフェニルアラニンがエールリッヒ経路(図3の点線矢印の経路)により消費され、2-フェニルエタノールに変換されるためであると考えられる。
・なお、F株の試験管培養を行うと、HCF培地+5mM Phe培地を用いた48時間培養後に、OD660が2.6でヒドロキシチロソール濃度が1.3g/Lとなった。試験管培養としては良好な結果であり、やや増殖は悪いものの高いHTY濃度が認められ、ジャーファーメンターの培養におけるF株の図5の結果は予想できなかった。
11. Results (1) F strain of glucose fed-batch culture 1 The results of glucose fed-batch culture 1 of F strain are shown in FIG.
• In HCF(+Phe) medium, the OD660 value stopped at 9.2 after 16 hours. Addition of phenylalanine (Phe) after 16.5 hours started to improve the OD660 values. Phenylalanine was added because the OD 660 value stopped after 19 hours. When IPTG was added 20 hours later, phenylalanine was added because protein for synthesizing hydroxytyrosol (HTY) could not be produced in a state in which phenylalanine was depleted.
• More than 2 g/L of 2-phenylethanol (2PE) accumulated in the medium.
・The production amount of tyrosol was 5.7 g/L.
・The production amount of hydroxytyrosol was 2.6 g/L.
OD660 improved only to 21.6. Addition of phenylalanine is thought to improve the reaction a little more, but at the same time, it is thought that the accumulation of 2-phenylethanol, which is a by-product, also increases.
• The low OD 660 values and accumulation of 2PE in the F strain were unexpected results in test tube culture.
The F strain, which is phenylalanine auxotrophic (Δphe), has poor growth ability and 2PE accumulates because the added phenylalanine is consumed by the Ehrlich pathway (the dotted arrow in FIG. 3) and converted to 2-phenylethanol. This is thought to be because
* When F strain was cultured in a test tube, OD 660 was 2.6 and hydroxytyrosol concentration was 1.3 g/L after 48 hours of culture using HCF medium + 5 mM Phe medium. The result was good as a test tube culture, and although the growth was somewhat poor, a high HTY concentration was observed.

(2)グルコース流加培養1のG株
G株のグルコース流加培養1の結果を図6に示す。
・OD660は35を超えた。培地に添加するフェニルアラニン(Phe)は初期の分とフィード溶液に加えた分のみであったが、菌株の増殖能はF株よりも大幅に向上した。
・2-フェニルエタノール(2PE)の蓄積量は0.35g/Lであった。
・チロソールは1.5g/L、ヒドロキシチロソール(HTY)は6.3g/Lの生産量であった。
・G株では、F株のエールリッヒ経路が破壊された(tyrB遺伝子が破壊された)ことにより(図4)、フェニルアラニンの消費が抑制され、G株の増殖能がF株と比べて大幅に向上し、2PEの蓄積量がF株と比べて大幅に減少し、HTYの生産性が向上した。
・なお、G株は、tyrB遺伝子が破壊されているが、チロシンを別途添加しなくても上記のような増殖能を示した。但し、G株は、F株同様、フェニルアラニン要求性(Δphe)である。
(2) G strain of glucose fed-batch culture 1 The results of glucose fed-batch culture 1 of G strain are shown in FIG.
OD660 exceeded 35. Although the amount of phenylalanine (Phe) added to the medium was limited to the initial amount and the amount added to the feed solution, the growth ability of the strain was greatly improved compared to the F strain.
・The accumulated amount of 2-phenylethanol (2PE) was 0.35 g/L.
・The production of tyrosol was 1.5 g/L and that of hydroxytyrosol (HTY) was 6.3 g/L.
・In the G strain, the Ehrlich pathway of the F strain was disrupted (the tyrB gene was disrupted) (Fig. 4), thereby suppressing the consumption of phenylalanine and significantly improving the growth ability of the G strain compared to the F strain. However, the amount of 2PE accumulated was greatly reduced compared to the F strain, and the productivity of HTY was improved.
- Although the tyrB gene was disrupted in the G strain, it showed the growth ability as described above even without the separate addition of tyrosine. However, the G strain, like the F strain, is phenylalanine auxotrophic (Δphe).

(3)グルコース流加培養2のG株
G株のグルコース流加培養2の結果を図7に示す。
・OD660は35を超えた。
・IPTG添加後に粉末酵母エキスD3-Hを添加してHpaBCタンパク質の合成を促すことで、チロソールのヒドロキシチロソールへの変換能を向上させることを試みた。結果、チロソールは1.0g/L、ヒドロキシチロソール(HTY)は8.7g/Lの生産量であり、HTYの生産性がさらに向上した。
(3) G strain of glucose fed-batch culture 2 The results of glucose fed-batch culture 2 of G strain are shown in FIG.
OD660 exceeded 35.
・An attempt was made to improve the conversion ability of tyrosol to hydroxytyrosol by adding powdered yeast extract D3-H after adding IPTG to promote the synthesis of HpaBC protein. As a result, the production amount of tyrosol was 1.0 g/L and that of hydroxytyrosol (HTY) was 8.7 g/L, and the productivity of HTY was further improved.

Claims (8)

4-ヒドロキシフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有する酵素をコードする外因性遺伝子が発現可能に導入され、
内因性pheA遺伝子が破壊され、
内因性tyrB遺伝子が破壊され、且つ、
ヒドロキシチロソールの生産能を有する、エシェリキア属の形質転換体であって、
さらに、下記(1)~(5)の5つの遺伝子が発現可能に導入されている、形質転換体。
(1)aroA
(2)aroB
(3)aroC
(4)aroG fbr 又はaroF fbr
(5)tyrA fbr
an exogenous gene encoding an enzyme having 4-hydroxyphenylpyruvate decarboxylase activity is expressably introduced;
the endogenous pheA gene is disrupted,
the endogenous tyrB gene is disrupted, and
A transformant of the genus Escherichia having the ability to produce hydroxytyrosol ,
Furthermore, a transformant into which the following five genes (1) to (5) are introduced so as to be expressible.
(1) aroA
(2) aroB
(3) aroC
(4) aroG fbr or aroF fbr
(5) tyrA fbr
4-ヒドロキシフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼ活性を有する酵素が、アゾスピリルム(Azospirillum)属細菌、又は、サッカロミケス(Saccharomayces)属酵母のフェニルピルビン酸デカルボキシラーゼである、請求項1記載の形質転換体。 2. The transformant according to claim 1, wherein the enzyme having 4-hydroxyphenylpyruvate decarboxylase activity is phenylpyruvate decarboxylase of bacteria of the genus Azospirillum or yeast of the genus Saccharomayces. さらに、4-ヒドロキシフェニルエタノール-3-ヒドロキシラーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が発現可能に導入されている、請求項1又は2記載の形質転換体。 3. The transformant according to claim 1, wherein a gene encoding an enzyme having 4-hydroxyphenylethanol-3-hydroxylase activity is introduced so as to be expressible. さらに、4-ヒドロキシフェニルアセトアルデヒドレダクターゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が発現可能に導入されている、請求項1から3のいずれかに記載の形質転換体。 4. The transformant according to any one of claims 1 to 3, wherein a gene encoding an enzyme having 4-hydroxyphenylacetaldehyde reductase activity is introduced so as to be expressible. さらに、下記(6)及び(7)の遺伝子が発現可能に導入されている、請求項1からのいずれかに記載の形質転換体。
(6)ppsA
(7)tktA
5. The transformant according to any one of claims 1 to 4 , wherein the following genes (6) and (7) are introduced so as to be expressible.
(6) ppsA
(7) tktA
さらに、下記(8)~(10)の少なくとも1つの遺伝子が発現可能に導入されている、請求項1からのいずれかに記載の形質転換体。
(8)aroD
(9)aroE又はydiB
(10)aroL又はaroK
6. The transformant according to any one of claims 1 to 5 , wherein at least one of the following genes (8) to (10) is introduced so as to be expressible.
(8) aroD
(9) aroE or ydiB
(10) aroL or aroK
糖質原料と、請求項1からのいずれかに記載の形質転換体とを反応させる工程を含む、ヒドロキシチロソールの製造方法。 A method for producing hydroxytyrosol, comprising the step of reacting a carbohydrate raw material with the transformant according to any one of claims 1 to 6 . 前記反応が、糖質原料の流加培養により行われる、請求項記載の製造方法。 8. The production method according to claim 7 , wherein the reaction is carried out by fed-batch culture of the saccharide raw material.
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