JP7194960B2 - Fatty alcohol-synthesizing bacteria and method for producing fatty alcohol - Google Patents
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Description
本発明は、脂肪族アルコール合成細菌及び脂肪族アルコールの製造方法に関する。具体的には、Reinekea属に属する新規微生物、及び前記微生物が有する新規ポリヌクレオチド、並びに前記微生物又は前記ポリヌクレオチドを利用した脂肪族アルコールの製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fatty alcohol-synthesizing bacterium and a method for producing a fatty alcohol. Specifically, the present invention relates to a novel microorganism belonging to the genus Reinekea, a novel polynucleotide possessed by the microorganism, and a method for producing an aliphatic alcohol using the microorganism or the polynucleotide.
脂肪族アルコールは、化粧品、医薬品、食品などの添加剤、洗剤の原材料、燃料等の様々な製品に用いられている。脂肪族アルコールは、主に石油を原料として製造されている。 Aliphatic alcohols are used in various products such as cosmetics, pharmaceuticals, additives for foods, raw materials for detergents, and fuels. Fatty alcohols are mainly produced using petroleum as a raw material.
一方、近年、大腸菌等に、脂肪族アルコール合成に関与する遺伝子群を導入し、脂肪族アルコールを生産させる試みが報告されている。
例えば、非特許文献1には、チオエステラーゼ(‘tesA)、アシル-CoA合成酵素(fadD)及びAcinetobactor calcoaceticus由来の脂肪酸アシル-CoAレダクターゼ(acr1)を過剰発現させ、アシル-CoA脱水素酵素(fadE)を欠失させることにより、大腸菌で脂肪族アルコールを高生産させる試みが報告されている。
また、非特許文献2には、Oryza sativa(rice)由来のα-ジオキシゲナーゼ遺伝子(脂肪酸から炭素数が1つ少ない脂肪族アルデヒドを生産させる)を大腸菌に導入し、チオエステラーゼ(tesA’)及びアルデヒドレダクターゼを過剰発現させることにより、奇数鎖脂肪族アルコールを高生産させる試みが記載されている。
また、非特許文献3にも、非特許文献1と同様の試みであるが、チオエステラーゼ(tesA’)及びアシル-CoA合成酵素(fadD)を過剰発現させ、アシル-CoA脱水素酵素(fadE)を欠失させた大腸菌に、Marinobactor aquaeolei由来の脂肪酸アシル-CoAレダクターゼ遺伝子(Maqu_2220遺伝子)を導入することにより、脂肪族アルコールを高生産させる試みが報告されている。
On the other hand, in recent years, there have been reports of attempts to introduce a group of genes involved in fatty alcohol synthesis into Escherichia coli and the like to produce fatty alcohols.
For example, in Non-Patent
In addition, in Non-Patent
In addition, although
微生物による脂肪族アルコールの生産性は、脂肪族アルコールの細胞内蓄積量により制限されると考えられる。しかしながら、非特許文献1~3に記載の形質転換体において、脂肪族アルコールの細胞内含有量は、それほど高いとはいえない。
例えば、非特許文献1及び2に記載の脂肪族アルコール生成量から算出される乾燥細胞重量あたりの脂肪族アルコール含有量は、最大でも10%程度である。また、非特許文献3に記載の脂肪族アルコール生成量から算出される乾燥細胞重量あたりの脂肪族アルコール含有量は、最大でも17%程度である。
The productivity of fatty alcohols by microorganisms is thought to be limited by the intracellular accumulation of fatty alcohols. However, in the transformants described in
For example, the fatty alcohol content per dry cell weight calculated from the fatty alcohol production amount described in
そのため、生物学的な方法による脂肪族アルコールの製造を実用化するためには、脂肪族アルコールの生産能がより高い酵素及び細胞が求められる。 Therefore, in order to put the production of fatty alcohols into practical use by a biological method, enzymes and cells with a higher ability to produce fatty alcohols are required.
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、生物学的な方法により脂肪族アルコールを製造する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for producing an aliphatic alcohol by a biological method.
本発明は以下の態様を含む。
〔1〕Reinekea sp. 1-4株(NITE P-02620)又はその変異株。
〔2〕下記(A1)~(A7)からなる群より選択されるポリヌクレオチド。
(A1)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A2)配列番号2に記載のアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加、又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A3)配列番号2に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A4)配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(A5)配列番号1に記載の塩基配列において1又は複数個の塩基が欠失、置換、付加、又は挿入された塩基配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A6)配列番号1に記載の塩基配列と80%以上の配列同一性を有する塩基配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A7)配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
〔3〕下記(B1)~(B7)からなる群より選択されるポリヌクレオチド。
(B1)配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(B2)配列番号4に記載のアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加、又は挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードし、且つ配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド(phsA)とともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(B3)配列番号4に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードし、且つphsAとともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(B4)配列番号3に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(B5)配列番号3に記載の塩基配列において1又は複数個の塩基が欠失、置換、付加、又は挿入された塩基配列からなり、且つphsAとともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(B6)配列番号3に記載の塩基配列と80%以上の配列同一性を有する塩基配列からなり、且つphsAとともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(B7)配列番号3に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、且つphsAとともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
〔4〕〔2〕に記載のポリヌクレオチド及び〔3〕に記載のポリヌクレオチドのいずれか又は両方を含む、ベクター。
〔5〕〔2〕に記載のポリヌクレオチドを含む、細胞。
〔6〕さらに、〔3〕に記載のポリヌクレオチドを含む、請求項5に記載の細胞。
〔7〕(a)Reinekea sp. 1-4株(NITE P-02620)又はその変異株を培養する工程、及び(b)前記工程(a)で得られた培養物から、脂肪族アルコールを得る工程、を含む、脂肪族アルコールの製造方法。
〔8〕(a’)〔5〕又は〔6〕に記載の細胞を培養する工程、及び(b’)前記工程(a’)で得られた培養物から、脂肪族アルコールを得る工程、を含む、脂肪族アルコールの製造方法。
The present invention includes the following aspects.
[1] Reinekea sp. 1-4 strain (NITE P-02620) or its mutant strain.
[2] A polynucleotide selected from the group consisting of (A1) to (A7) below.
(A1) A polynucleotide encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 (A2) One or more amino acids are deleted, substituted, added, or inserted in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 Polynucleotide (A3) consisting of an amino acid sequence and encoding a polypeptide having fatty alcohol synthesis activity, consisting of an amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and fatty alcohol Polynucleotide encoding a polypeptide having synthetic activity (A4) Polynucleotide consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 (A5) Deletion, substitution, or deletion of one or more bases in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 Polynucleotide (A6) consisting of an added or inserted base sequence and encoding a polypeptide having aliphatic alcohol synthesis activity from a base sequence having 80% or more sequence identity with the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 A polynucleotide encoding a polypeptide (A7) consisting of and having aliphatic alcohol synthesis activity, hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, and has aliphatic alcohol synthesis activity A polynucleotide encoding a polypeptide [3] a polynucleotide selected from the group consisting of (B1) to (B7) below.
(B1) A polynucleotide encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 (B2) One or more amino acids are deleted, substituted, added, or inserted in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 When introduced into a cell together with a polynucleotide (phsA) that encodes a polypeptide consisting of an amino acid sequence and consists of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, the number of fatty alcohols in cells is lower than that of cells introduced with phsA alone. When the polynucleotide (B3) encodes a polypeptide consisting of an amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4, and is introduced into a cell together with phsA, phsA Polynucleotide (B4) in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3, consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3, which increases the fatty alcohol content of the cells compared to the cells introduced alone When one or more bases are deleted, substituted, added, or inserted into a base sequence, and when introduced into a cell together with phsA, the fatty alcohol content of the cell is compared to the cell introduced with phsA alone. Polynucleotide (B6) consisting of a nucleotide sequence having a sequence identity of 80% or more with the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3, in increasing amounts, and when introduced into cells together with phsA, compared to cells introduced with phsA alone In comparison, when the polynucleotide (B7) hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3, and is introduced into cells together with phsA, which increases the fatty alcohol content of the cell. Either of the polynucleotide according to [4] [2] and the polynucleotide according to [3], or A vector containing both.
[5] A cell comprising the polynucleotide of [2].
[6] The cell of [5], further comprising the polynucleotide of [3].
[7] (a) Reinekea sp. 1-4 strain (NITE P-02620) or its mutant strain, and (b) obtaining a fatty alcohol from the culture obtained in step (a). Production method.
[8] (a') culturing the cells according to [5] or [6]; and (b') obtaining an aliphatic alcohol from the culture obtained in step (a'). A method for producing a fatty alcohol, comprising:
本発明によれば、生物学的な方法により脂肪族アルコールを製造する技術が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a technology for producing fatty alcohols by a biological method is provided.
[定義]
本明細書において、「脂肪族アルコール」とは、脂肪族炭化水素の1個の水素原子がヒドロキシ基に置換された化合物を意味する。脂肪族アルコールは、好ましくは、R-OH(Rは、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基又はアルケニル基を表す。)で表される化合物である。前記式R-OHにおいて、Rは、炭素数14、16又は18の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基又はアルケニル基であることが好ましい。脂肪族アルコールの具体例としては、1-テトラデカノール、1-テトラデセノール、1-ヘキサデカノール、1-ヘキサデセノール、1-オクタデカノール、1-オクタデセノール等が挙げられる。
[definition]
As used herein, "aliphatic alcohol" means a compound in which one hydrogen atom of an aliphatic hydrocarbon is substituted with a hydroxy group. Aliphatic alcohols are preferably compounds represented by R—OH (R represents a linear or branched alkyl or alkenyl group). In the above formula R--OH, R is preferably a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 14, 16 or 18 carbon atoms. Specific examples of aliphatic alcohols include 1-tetradecanol, 1-tetradecenol, 1-hexadecanol, 1-hexadecenol, 1-octadecanol, 1-octadecenol and the like.
本明細書において、「脂肪族アルコール合成活性」とは、脂肪族アルコールの合成反応を触媒する酵素活性をいう。例えば、脂肪族アルコール合成活性は、アシル-CoAを還元して、脂肪族アルコールを生成する反応を触媒する活性である(図1参照)。例えば、評価対象のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを大腸菌に導入し、当該ポリヌクレオチドを導入しなかった大腸菌と比較して、当該大腸菌における脂肪族アルコールの生成量が増加し、かつ脂肪族アルデヒドの生成量が増加しなかった場合には、当該ポリペプチドは脂肪族アルコール合成活性を有すると判断することができる。大腸菌は、アシル-ACP(acyl carrier protein)/脂肪酸/アシル-CoAを還元して、脂肪族アルデヒドやさらには脂肪族アルコールにまで変換する酵素は持たないが、脂肪族アルデヒドを還元して脂肪族アルコールに変換する酵素は持つ。例えば、脂肪族アルデヒドを合成するアシル-ACPレダクターゼを大腸菌で発現させた場合、脂肪族アルデヒドと脂肪族アルコールが両方蓄積されたことが報告されている(Schirmer et al., 2010, Science. 329, 559-562)。そのため、脂肪族アルコールの生成量の増加に加えて、脂肪族アルデヒドの生成量が増加しないことを確認することにより、より正確に対象ポリペプチドの脂肪族アルコール合成活性の有無を評価することができる。より具体的には、評価対象のポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(対象ポリヌクレオチド)を、大腸菌で機能するプロモーターに機能的に連結して、発現ベクターを作製する。次いで、前記発現ベクターを大腸菌に導入し、前記大腸菌を定常期になるまで培養する。次いで、この培養物から脂肪族化合物を抽出する。前記抽出物中の脂肪族アルコール及び脂肪族アルデヒドを測定し、対象ポリヌクレオチドを導入しなかった大腸菌の抽出物と比較して、脂肪族アルコールが増加し、脂肪族アルデヒドが増加しなかった場合には、当該ポリペプチドは、脂肪族アルコール合成活性を有すると判断される。培養物からの脂肪族化合物の抽出は、菌体をn-ヘプタン等と混合することで行うことができる。抽出物における脂肪族アルコール及び脂肪族アルデヒドの測定は、例えば、ガスクロマトグラフィー質量分析法(GC-MS)により行うことができる。
なお、大腸菌では、通常、脂肪族アルコール及び脂肪族アルデヒドを生成しないことが知られており、対象ポリヌクレオチドを導入していない大腸菌の上記脂肪族化合物抽出物中の脂肪族アルコール及び脂肪族アルデヒドは、通常、検出限界以下である。そのため、対象ポリヌクレオチドを導入しなかった大腸菌の脂肪族化合物抽出物中で脂肪族アルコールが検出限界以下であり、対象ポリヌクレオチドを導入した大腸菌の脂肪族化合物抽出物中で脂肪族アルコールが検出された場合も、脂肪族アルコールの生成量が増加した場合に包含される。また、対象ポリヌクレオチドを導入した大腸菌において、細胞乾燥重量に対する脂肪族アルコール重量の割合(%,w/w)が、例えば5%(w/w)以上、好ましくは10%(w/w)以上、より好ましくは15%(w/w)以上である場合も、脂肪族アルコールの生成量が増加した場合に包含される。
また、対象ポリヌクレオチドを導入しなかった大腸菌の脂肪族化合物抽出物中で脂肪族アルデヒドが検出限界以下であり、対象ポリヌクレオチドを導入した大腸菌の脂肪族化合物抽出物中で脂肪族アルデヒドが検出限界以下である場合も、脂肪族アルデヒドの生成量が増加しなかった場合に包含される。また、対象ポリヌクレオチドを導入した大腸菌において、細胞乾燥重量に対する脂肪族アルデヒド重量の割合(%,w/w)が、例えば5%(w/w)以下、好ましくは3%(w/w)以下、より好ましくは1%(w/w)以下である場合も、脂肪族アルデヒドの生成量が増加しなかった場合に包含される。
As used herein, the term "fatty alcohol synthesis activity" refers to enzymatic activity that catalyzes a synthesis reaction of fatty alcohols. For example, the fatty alcohol synthesis activity is the activity to catalyze the reaction of reducing acyl-CoA to produce a fatty alcohol (see FIG. 1). For example, a polynucleotide encoding a polypeptide to be evaluated is introduced into E. coli, and the amount of aliphatic alcohol produced in the E. coli is increased, and aliphatic aldehydes are produced as compared with E. coli into which the polynucleotide is not introduced. If the amount of production does not increase, it can be determined that the polypeptide has fatty alcohol synthesis activity. E. coli does not have an enzyme that reduces acyl-ACP (acyl carrier protein)/fatty acid/acyl-CoA to fatty aldehyde or even fatty alcohol, but reduces fatty aldehyde to fatty acid. It has an enzyme that converts it to alcohol. For example, it has been reported that when an acyl-ACP reductase that synthesizes aliphatic aldehydes was expressed in E. coli, both aliphatic aldehydes and aliphatic alcohols were accumulated (Schirmer et al., 2010, Science. 329, 559-562). Therefore, by confirming that the amount of fatty alcohol produced does not increase in addition to the increase in the amount of produced fatty alcohol, the presence or absence of the aliphatic alcohol synthesis activity of the target polypeptide can be evaluated more accurately. . More specifically, a polynucleotide encoding a polypeptide to be evaluated (polynucleotide of interest) is operably linked to a promoter that functions in E. coli to create an expression vector. Next, the expression vector is introduced into Escherichia coli, and the Escherichia coli is cultured until stationary phase. Aliphatic compounds are then extracted from this culture. Aliphatic alcohols and aliphatic aldehydes in the extract were measured, and compared with the E. coli extract into which the target polynucleotide was not introduced, when the aliphatic alcohol increased and the aliphatic aldehyde did not increase is determined to have fatty alcohol synthesis activity. Aliphatic compounds can be extracted from the culture by mixing the cells with n-heptane or the like. Fatty alcohols and aliphatic aldehydes in the extract can be measured, for example, by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).
It is known that Escherichia coli does not normally produce aliphatic alcohols and aliphatic aldehydes. , usually below the limit of detection. Therefore, the fatty alcohol was below the detection limit in the fatty compound extract of E. coli into which the target polynucleotide was not introduced, and the fatty alcohol was detected in the fatty compound extract of E. coli into which the target polynucleotide was introduced. It is also included if the production of fatty alcohols is increased. In E. coli into which the target polynucleotide has been introduced, the ratio (%, w/w) of the aliphatic alcohol weight to the cell dry weight is, for example, 5% (w/w) or more, preferably 10% (w/w) or more. , more preferably 15% (w/w) or more, is also included when the amount of fatty alcohol produced is increased.
In addition, the aliphatic aldehyde is below the detection limit in the aliphatic compound extract of E. coli into which the target polynucleotide has not been introduced, and the aliphatic aldehyde is in the detection limit of the aliphatic compound extract of E. coli into which the target polynucleotide has been introduced. The cases below are also included if the amount of aliphatic aldehyde produced does not increase. In addition, in E. coli into which the target polynucleotide has been introduced, the ratio (%, w/w) of the aliphatic aldehyde to the cell dry weight is, for example, 5% (w/w) or less, preferably 3% (w/w) or less. , more preferably 1% (w/w) or less, is also included if the amount of aliphatic aldehyde produced does not increase.
本明細書において、「脂肪族アルコール合成補助活性」とは、対象のポリヌクレオチドを配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド(以下、「phsA」ということがある。)とともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量を上昇させる、当該ポリヌクレオチドによってコードされるポリペプチドの活性をいう。ポリペプチドが、脂肪族アルコール合成補助活性を有するか否かは、例えば、以下のように確認することができる。大腸菌で機能するプロモーターに機能的に連結した、対象のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドとphsAとを含む発現ベクター(I)を作製する。同様に、pshAを含み且つ対象ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含まない発現ベクター(II)を作製する。前記発現ベクター(I)及び(II)をそれぞれ大腸菌に導入し、前記それぞれの大腸菌を定常期になるまで培養する。次いで、各大腸菌培養物から菌体を回収し、菌体から脂肪族アルコールを抽出して、脂肪族アルコールを定量する。発現ベクター(I)を導入した大腸菌の脂肪族アルコール含有量が、発現ベクター(II)を導入した大腸菌の脂肪族アルコール含有量と比較して、上昇している場合には、当該ポリペプチドは、脂肪族アルコール合成補助活性を有すると判断される。 As used herein, the term "aliphatic alcohol synthesis-assisting activity" refers to the subject polynucleotide introduced into a cell together with a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 (hereinafter sometimes referred to as "phsA"). In some cases, it refers to the activity of the polypeptide encoded by the polynucleotide to increase the fatty alcohol content of cells compared to cells transfected with phsA alone. Whether or not a polypeptide has fatty alcohol synthesis-assisting activity can be confirmed, for example, as follows. An expression vector (I) is constructed comprising a polynucleotide encoding a polypeptide of interest and phsA operably linked to a promoter functional in E. coli. Similarly, an expression vector (II) is constructed that contains pshA and does not contain a polynucleotide encoding a polypeptide of interest. The expression vectors (I) and (II) are introduced into Escherichia coli, and the respective Escherichia coli are cultured until stationary phase. Cells are then collected from each E. coli culture, fatty alcohols are extracted from the cells, and the fatty alcohols are quantified. When the fatty alcohol content of E. coli into which expression vector (I) has been introduced is increased compared to the fatty alcohol content of E. coli into which expression vector (II) has been introduced, the polypeptide is It is judged to have fatty alcohol synthesis-assisting activity.
本明細書において、細胞の脂肪族アルコール含有量は、乾燥細胞重量に対する脂肪族アルコール重量の割合(%,w/w)で表される。乾燥細胞重量に対する脂肪族アルコール重量の割合(%,w/w)は、以下の式により求めることができる。脂肪族アルコールの割合を算出するための乾燥細胞重量測定用試料及び脂肪族アルコール重量測定用試料は、通常、同一の培養物から採取される。乾燥細胞重量の測定は、培養物から細胞を回収し、回収した細胞を乾燥して、重量を測定することにより行うことができる。細胞の乾燥は、例えば、エバポレーター等を用いた減圧乾燥や熱乾燥等(50度など)により行うことができ、これらの方法を用いることで、速く細胞を乾燥することができる。 As used herein, the fatty alcohol content of cells is expressed as the ratio of fatty alcohol weight to dry cell weight (%, w/w). The ratio (%, w/w) of the aliphatic alcohol weight to the dry cell weight can be determined by the following formula. The sample for dry cell weight measurement and the sample for fatty alcohol weight measurement for calculating the proportion of fatty alcohol are usually collected from the same culture. The dry cell weight can be measured by collecting cells from the culture, drying the collected cells, and measuring the weight. Cells can be dried, for example, by reduced pressure drying using an evaporator or the like, heat drying (50° C., etc.), etc. By using these methods, cells can be dried quickly.
本明細書において、ポリヌクレオチドに関して用いる「機能的に連結」という語は、第一の塩基配列が第二の塩基配列に十分に近くに配置され、第一の塩基配列が第二の塩基配列又は第二の塩基配列の制御下の領域に影響を及ぼしうることを意味する。例えば、ポリヌクレオチドがプロモーターに機能的に連結するとは、当該ポリヌクレオチドが、当該プロモーターの制御下で発現するように連結されていることを意味する。 As used herein, the term "operably linked" as used in reference to polynucleotides means that the first base sequence is positioned sufficiently close to the second base sequence and the first base sequence is the second base sequence or It means that the region under control of the second base sequence can be affected. For example, that a polynucleotide is operably linked to a promoter means that the polynucleotide is linked so that it is expressed under the control of the promoter.
本明細書において「発現可能な状態」とは、ポリヌクレオチドを導入した細胞内で、該ポリヌクレオチドが転写され得る状態にあることをいう。
本明細書において、「発現ベクター」とは、対象ポリヌクレオチドを含むベクターであって、該ベクターを導入した細胞内で、対象ポリヌクレオチドを発現可能な状態にするシステムを備えたベクターをいう。
As used herein, the term “expressible state” means that the polynucleotide is in a state in which it can be transcribed in a cell into which the polynucleotide has been introduced.
As used herein, the term "expression vector" refers to a vector containing a polynucleotide of interest and having a system that renders the polynucleotide of interest expressible in cells into which the vector has been introduced.
本明細書において、「変異株」とは、自然発生的又は人為的に、元の菌株のDNAに変異が生じた菌株を意味する。DNA変異を生じさせる人為的手法は、特に限定されず、紫外線照射、放射線照射、亜硝酸などによる化学的処理、遺伝子導入などの遺伝子工学的手法等が例示される。 As used herein, the term "mutant strain" means a strain in which the DNA of the original strain is naturally or artificially mutated. The artificial method for generating DNA mutation is not particularly limited, and examples include ultraviolet irradiation, radiation irradiation, chemical treatment with nitrous acid and the like, genetic engineering methods such as gene introduction, and the like.
本明細書において、「サイレント変異」とは、コードするタンパク質のアミノ酸配列が変化しない遺伝子変異を意味する。 As used herein, "silent mutation" means a genetic mutation that does not change the amino acid sequence of the encoded protein.
本明細書において、「ストリンジェントな条件」とは、例えば、Molecular Cloning-A LABORATORY MANUAL THIRD EDITION(Sambrookら、Cold Spring Harbor Laboratory Press)に記載の方法が挙げられる。ストリンジェントな条件としては、例えば、6×SSC(20×SSCの組成:3M塩化ナトリウム、0.3Mクエン酸溶液、pH7.0)、5×デンハルト溶液(100×デンハルト溶液の組成:2質量%ウシ血清アルブミン、2質量%フィコール、2質量%ポリビニルピロリドン)、0.5質量%のSDS、0.1mg/mLサケ精子DNA、及び50%フォルムアミドからなるハイブリダイゼーションバッファー中で、42~70℃で数時間から一晩インキュベーションを行うことによりハイブリダイズさせる条件が挙げられる。インキュベーション後の洗浄の際に用いる洗浄バッファーとしては、好ましくは0.1質量%SDS含有1×SSC溶液、より好ましくは0.1質量%SDS含有0.1×SSC溶液が挙げられる。 As used herein, "stringent conditions" include, for example, the method described in Molecular Cloning-A LABORATORY MANUAL THIRD EDITION (Sambrook et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press). Stringent conditions include, for example, 6 x SSC (composition of 20 x SSC: 3 M sodium chloride, 0.3 M citric acid solution, pH 7.0), 5 x Denhardt's solution (composition of 100 x Denhardt's solution: 2 mass% bovine serum albumin, 2% ficoll, 2% polyvinylpyrrolidone), 0.5% SDS, 0.1 mg/mL salmon sperm DNA, and 50% formamide at 42-70°C in a hybridization buffer. Examples include conditions that allow hybridization by incubation at room temperature for several hours to overnight. A washing buffer used for washing after incubation preferably includes a 1×SSC solution containing 0.1% by mass of SDS, more preferably a 0.1×SSC solution containing 0.1% by mass of SDS.
[Reinekea sp. 1-4株及びその変異株]
1実施形態において、本発明は、Reinekea sp. 1-4株(NITE P-02620)又はその変異株を提供する。
[Reinekea sp. 1-4 strain and its mutant strain]
In one embodiment, the present invention uses Reinekea sp. 1-4 strain (NITE P-02620) or a variant thereof.
(Reinekea sp. 1-4株)
Reinekea sp. 1-4株(以下、「1-4株」という。)は、日本国高知県室戸市の沿海部で採取された表層海水(33°18’N, 134°11’E, 深度0.5m)から単離された海洋性の好気性従属栄養細菌である。1-4株は、2018年3月28日付で、受託番号NITE P-02620として、独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センター(日本国千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8)に寄託されている。
(Reinekea sp. 1-4 strain)
Reinekea sp. The 1-4 stock (hereinafter referred to as "1-4 stock") is surface seawater (33°18'N, 134°11'E, depth 0.5m) collected in the coastal area of Muroto City, Kochi Prefecture, Japan. is a marine aerobic heterotrophic bacterium isolated from 1-4 strains, dated March 28, 2018, as accession number NITE P-02620, National Institute of Technology and Evaluation Patent Microorganism Depositary Center (2-5-8 Kazusa Kamatari, Kisarazu City, Chiba Prefecture, Japan) has been deposited with
1-4株の菌学的性質は、以下のとおりである。
(1)形態的性質
1つの極鞭毛を有する桿菌(0.3~1.1×0.3~8.2μm)であり(図3参照)、運動性がある。
The mycological properties of strains 1-4 are as follows.
(1) Morphological Properties It is a bacillus (0.3-1.1×0.3-8.2 μm) with one polar flagellum (see FIG. 3) and is motile.
(2)生理学的性質
10~30℃(最適温度20~30℃)の温度範囲で増殖し、4℃及び35℃では増殖しない。12μg/mLのテトラサイクリン及び50μg/mLのゲンタマイシンに耐性である。20μg/mLのクロラムフェニコール及び100μg/mLのカナマイシンには耐性がない。カゼイン、スターチ、及び寒天を分解する。キチンは分解しない。
(2) Physiological Properties It grows in the temperature range of 10-30°C (optimal temperature 20-30°C), and does not grow at 4°C and 35°C. Resistant to 12 μg/mL tetracycline and 50 μg/mL gentamicin. 20 μg/mL chloramphenicol and 100 μg/mL kanamycin are not resistant. Decomposes casein, starch, and agar. Chitin does not decompose.
(3)16srRNA遺伝子解析
1-4株の16SrRNA遺伝子配列は、Reinekea属の細菌のものと最も類似していた。1-4株は、Reinekea属の基準種の基準株であるReinekea marinisedimentorum DSM 15388Tに、ほぼ全長の16SrRNA遺伝子配列で比較して、95.3%の類似性を示した。16SrRNA遺伝子配列に基づく系統樹では、1-4株は、Reinekea属の細菌とクラスターを形成した(図4参照)。
以上より、1-4株は、Reinekea属に属する新規な細菌であると推定し、Reinekea sp. 1-4株として寄託した。
(3) 16s rRNA gene analysis The 16S rRNA gene sequences of strains 1-4 were most similar to those of bacteria belonging to the genus Reinekea. Strain 1-4 showed 95.3% similarity to Reinekea marinisedimentorum DSM 15388 T , the type strain of the type species of the genus Reinekea, in almost full-length 16S rRNA gene sequence comparison. In the phylogenetic tree based on the 16S rRNA gene sequence, strains 1-4 formed clusters with bacteria of the genus Reinekea (see Figure 4).
From the above, strain 1-4 was presumed to be a novel bacterium belonging to the genus Reinekea, and Reinekea sp. Deposited as strains 1-4.
1-4株は、海洋性の好気性従属栄養細菌の培養に使用される公知の培地を用いて培養することができる。培地は、固体培地であってもよく、液体培地であってもよい。培地は、炭素源、窒素源、無機塩類等を含む公知の培地を用いることができる。炭素源としては、例えば、グルコース、デキストラン、スターチ、牛肉エキス、ピルビン酸、酢酸等が挙げられる。窒素源としては、アンモニウム塩類、硝酸塩類、アミノ酸、ペプトン、カゼイン、カザミノ酸、尿素、酵母エキス等が挙げられる。無機塩類としては、リン酸ナトリウム、塩化ナトリウム、モリブデンナトリウムなどのナトリウム塩;リン酸カリウム、塩化カリウムなどのカリウム塩;塩化カルシウム、リン酸カルシウムなどのカルシウム塩;塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムなどのマグネシウム塩等が挙げられる。培地は、海水(表層海水、深層水等)に、上記炭素源、窒素源、無機塩類等を添加したものであってもよい。培地のpHは、6~10が好ましい。好ましい培地としては、後述する実施例に記載のdR1培地、dR培地、dR2A-SWプレート等が挙げられる。 Strains 1-4 can be cultured using known media used for culturing marine aerobic heterotrophic bacteria. The medium may be a solid medium or a liquid medium. A known medium containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts and the like can be used as the medium. Carbon sources include, for example, glucose, dextran, starch, beef extract, pyruvic acid, acetic acid and the like. Nitrogen sources include ammonium salts, nitrates, amino acids, peptones, casein, casamino acids, urea, yeast extract and the like. Examples of inorganic salts include sodium salts such as sodium phosphate, sodium chloride and sodium molybdenum; potassium salts such as potassium phosphate and potassium chloride; calcium salts such as calcium chloride and calcium phosphate; magnesium salts such as magnesium chloride and magnesium sulfate; mentioned. The medium may be seawater (surface seawater, deep water, etc.) added with the carbon source, nitrogen source, inorganic salts, and the like. The pH of the medium is preferably 6-10. Preferable media include dR1 medium, dR medium, dR2A-SW plate, etc., described in Examples below.
1-4株を液体培地で培養する場合、静置培養でも振とう培養でもよいが、増殖効率の観点から振とう培養が好ましい。さらに、通気攪拌培養してもよい。
培養温度は、10~30℃が好ましく、20~30℃がより好ましい。
When the 1-4 strain is cultured in a liquid medium, static culture or shaking culture may be used, but shaking culture is preferred from the viewpoint of growth efficiency. Furthermore, aeration and agitation culture may be performed.
The culture temperature is preferably 10-30°C, more preferably 20-30°C.
1-4株は、脂肪族アルコールを細胞内に蓄積する細菌として単離された菌である。1-4株は、脂肪族アルコールの合成に関与する遺伝子として、配列番号1に記載のポリヌクレオチド及び配列番号3に記載のポリヌクレオチドを含んでいる。
後述する実施例で示すように、1-4株は、乾燥細胞重量の約0.9%の脂肪族アルコールを細胞内に蓄積し得る。この蓄積量は、自然界に存在する既報の脂肪族アルコール生成菌よりも高い値である。そのため、1-4株は、後述する脂肪族アルコールの製造方法に用いることができる。
The 1-4 strain is a bacterium isolated as a bacterium that accumulates fatty alcohols intracellularly. The 1-4 strain contains the polynucleotide set forth in SEQ ID NO: 1 and the polynucleotide set forth in SEQ ID NO: 3 as genes involved in fatty alcohol synthesis.
As shown in the examples below, strain 1-4 can intracellularly accumulate about 0.9% of the dry cell weight of fatty alcohols. This amount of accumulation is higher than that of previously reported fatty alcohol-producing bacteria existing in nature. Therefore, strains 1-4 can be used in the method for producing fatty alcohols, which will be described later.
(1-4株の変異株)
1-4株の変異株は、1-4株のDNAに変異が生じた菌株である。1-4株の変異株は、1-4株と同等又はそれ以上の脂肪族アルコール生産能を有する菌株であることが好ましい。そのような変異株としては、例えば、dR培地で定常期になるまで培養したとき、乾燥細胞重量に対する脂肪族アルコールの割合が、0.3%以上、好ましくは0.5%以上、より好ましくは0.6%以上である変異株が例示される。
(1-4 mutant strains)
The mutant strain 1-4 is a strain in which the DNA of strain 1-4 is mutated. The mutant strain 1-4 is preferably a strain having a fatty alcohol-producing ability equal to or greater than that of the 1-4 strain. Such mutant strains, for example, when cultured in dR medium until reaching the stationary phase, have a proportion of fatty alcohol relative to the dry cell weight of 0.3% or more, preferably 0.5% or more, more preferably Mutants with 0.6% or more are exemplified.
1-4株の変異株が生産する脂肪族アルコールは、C14アルコール(1-テトラデカノール、1-テトラデセノールなど)、C16アルコール(1-ヘキサデカノール、1-ヘキサデセノールなど)、及びC18アルコール(1-オクタデカノール、1-オクタデセノールなど)を含むことが好ましい。 Aliphatic alcohols produced by strain 1-4 mutants include C 14 alcohols (1-tetradecanol, 1-tetradecenol, etc.), C 16 alcohols (1-hexadecanol, 1-hexadecenol, etc.), and C 18 It preferably contains an alcohol (1-octadecanol, 1-octadecenol, etc.).
1-4株の変異株の好適な例としては、外来遺伝子が導入された1-4株の変異株;配列番号1に記載のポリヌクレオチド以外のDNAに変異が生じた1-4株の変異株;配列番号1に記載のポリヌクレオチド及び配列番号3に記載のポリヌクレオチド以外のDNAに変異が生じた1-4株の変異株;プロモーター領域やリボソーム結合領域などに変異が導入され、配列番号1に記載のポリヌクレオチド及び/又は配列番号3に記載のポリヌクレオチドの発現が増強された1-4株の変異株;サイレント突然変異が生じた1-4株の変異株;後述の(A1)~(A7)からなる群より選択されるポリヌクレオチドを含む1-4株の変異株;後述の(B1)~(B7)からなる群より選択されるポリヌクレオチドを含む1-4株の変異株;後述の(A1)~(A7)からなる群より選択されるポリヌクレオチド及び後述の(B1)~(B7)からなる群より選択されるポリヌクレオチドを含む1-4株の変異株;等が挙げられる。 Preferred examples of 1-4 strain mutants include 1-4 strain mutant strains introduced with foreign genes; 1-4 strain mutations in which DNA other than the polynucleotide set forth in SEQ ID NO: 1 is mutated Strain; mutant strain 1-4 in which DNA other than the polynucleotide set forth in SEQ ID NO: 1 and the polynucleotide set forth in SEQ ID NO: 3 is mutated; 1-4 mutant strains in which the expression of the polynucleotide described in 1 and / or the polynucleotide described in SEQ ID NO: 3 is enhanced; 1-4 strain mutant strains in which silent mutation occurs; (A1) described later 1-4 mutant strains containing polynucleotides selected from the group consisting of (A7); 1-4 strain mutants containing polynucleotides selected from the group consisting of (B1) to (B7) described later ; 1-4 mutant strains containing polynucleotides selected from the group consisting of (A1) to (A7) described below and polynucleotides selected from the group consisting of (B1) to (B7) described below; mentioned.
1-4株の変異株は、1-4株と同様の培地及び培養条件により培養することができる。1-4株の変異株もまた、後述する脂肪族アルコールの製造方法に用いることができる。 The 1-4 strain mutant can be cultured in the same medium and culture conditions as for the 1-4 strain. Mutant strains 1-4 can also be used in the method for producing fatty alcohols, which will be described later.
好ましい態様において、1-4株の変異株は、1-4株に、後述の(A1)~(A7)からなる群より選択されるポリヌクレオチドを導入したものであり得る。また、別の好ましい態様において、1-4株の変異株は、1-4株に、後述の(B1)~(B7)からなる群より選択されるポリヌクレオチドを導入したものであり得る。また、さらなる別の好ましい態様において、1-4株の変異株は、1-4株に、後述の(A1)~(A7)からなる群より選択されるポリヌクレオチド、及び後述の(B1)~(B7)からなる群より選択されるポリヌクレオチド、を導入したものであり得る。
この場合、1-4株に導入するポリヌクレオチドは、例えば、後述の[ベクター]で記載するプロモーター等に機能的に連結してもよい。例えば、1-4株で遺伝子の高発現を誘導するプロモーターに前記ポリヌクレオチドを機能的に連結し、1-4株に導入することにより、脂肪族アルコール生産能が増強された1-4株の変異株を得ることができる。そのようなプロモーターとしては、例えば、T7プロモーター等が例示されるが、これに限定されない。なお、T7プロモーターを用いる場合には、T7 RNAポリメラーゼ遺伝子も1-4株内に共存することが好ましい。この場合、例えば、T7プロモーターに機能的に連結した遺伝子と共に、T7 RNAポリメラーゼ遺伝子を1-4株に導入してもよい。
あるいは、1-4株が有する任意の遺伝子のプロモーターを取得し、当該プロモーターに前記ポリヌクレオチドを機能的に連結してもよい。前記任意の遺伝子としては、例えば、配列番号1に記載の塩基配列を含む遺伝子、又は配列番号3に記載の塩基配列を含む遺伝子等が挙げられる。これらの遺伝子のプロモーターは、例えば、配列番号1又は配列番号3に記載の配列に基づいて設計したプライマーを用いて、TAIL-PCR等により取得することができる。
In a preferred embodiment, the mutant strain 1-4 may be strain 1-4 into which a polynucleotide selected from the group consisting of (A1) to (A7) described below has been introduced. In another preferred embodiment, the mutant strain 1-4 may be strain 1-4 into which a polynucleotide selected from the group consisting of (B1) to (B7) described below has been introduced. In yet another preferred embodiment, the 1-4 mutant strain is a polynucleotide selected from the group consisting of (A1) to (A7) described below, and (B1) to A polynucleotide selected from the group consisting of (B7) may be introduced.
In this case, the polynucleotide to be introduced into strain 1-4 may be functionally linked to, for example, a promoter described in [Vector] below. For example, by functionally linking the polynucleotide to a promoter that induces high expression of the gene in the 1-4 strain and introducing it into the 1-4 strain, the aliphatic alcohol production ability of the 1-4 strain is enhanced. Mutants can be obtained. Examples of such promoters include, but are not limited to, T7 promoter and the like. When using the T7 promoter, it is preferable that the T7 RNA polymerase gene also coexist in the 1-4 strain. In this case, for example, the T7 RNA polymerase gene may be introduced into strain 1-4 along with the gene operably linked to the T7 promoter.
Alternatively, the promoter of any gene possessed by strain 1-4 may be obtained, and the polynucleotide may be functionally linked to the promoter. Examples of the arbitrary gene include a gene containing the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, a gene containing the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3, and the like. The promoters of these genes can be obtained by TAIL-PCR or the like using primers designed based on the sequences of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3, for example.
1-4株への上記ポリヌクレオチドの導入は、後述の[細胞]に記載の方法等により、行うことができる。
(A1)~(A7)からなる群より選択されるポリヌクレオチド、及び/又は(B1)~(B7)からなる群より選択されるポリヌクレオチドが導入された1-4株の変異株は、1-4株と比較して、脂肪族アルコールの産生能が増強された変異株であり得る。そのため、後述する脂肪族アルコールの製造方法に好適に用いることができる。
Introduction of the above polynucleotide into the 1-4 strain can be performed by the method described in [Cells] below.
(A1) ~ (A7) and / or 1-4 mutant strains introduced polynucleotides selected from the group consisting of (B1) ~ (B7), 1 It may be a mutant strain with enhanced ability to produce fatty alcohols compared to the -4 strain. Therefore, it can be suitably used in the method for producing an aliphatic alcohol, which will be described later.
[ポリヌクレオチド]
(ポリヌクレオチド(A))
1実施形態において、本発明は、下記(A1)~(A7)からなる群より選択されるポリヌクレオチドを提供する。
(A1)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A2)配列番号2に記載のアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加、又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A3)配列番号2に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A4)配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(A5)配列番号1に記載の塩基配列において1又は複数個の塩基が欠失、置換、付加、又は挿入された塩基配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A6)配列番号1に記載の塩基配列と80%以上の配列同一性を有する塩基配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A7)配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
[Polynucleotide]
(Polynucleotide (A))
In one embodiment, the present invention provides a polynucleotide selected from the group consisting of (A1) to (A7) below.
(A1) A polynucleotide encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 (A2) One or more amino acids are deleted, substituted, added, or inserted in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 Polynucleotide (A3) consisting of an amino acid sequence and encoding a polypeptide having fatty alcohol synthesis activity, consisting of an amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and fatty alcohol Polynucleotide encoding a polypeptide having synthetic activity (A4) Polynucleotide consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 (A5) Deletion, substitution, or deletion of one or more bases in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 Polynucleotide (A6) consisting of an added or inserted base sequence and encoding a polypeptide having aliphatic alcohol synthesis activity from a base sequence having 80% or more sequence identity with the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 A polynucleotide encoding a polypeptide (A7) consisting of and having aliphatic alcohol synthesis activity, hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, and has aliphatic alcohol synthesis activity Polynucleotides Encoding Polypeptides
上記(A2)において、欠失、置換、付加、又は挿入されるアミノ酸の数は、結果として生じるポリペプチドが脂肪族アルコール合成活性を有する限り、特に限定されない。欠失、置換、付加、又は挿入されるアミノ酸の数は、例えば1~80個であることができ、1~60個が好ましく、1~50個がより好ましく、1~30個がさらに好ましい。欠失、置換、付加、又は挿入されるアミノ酸の数としては、さらに、1~20個、1~10個、1~5個等が例示される。 In (A2) above, the number of amino acids to be deleted, substituted, added, or inserted is not particularly limited as long as the resulting polypeptide has aliphatic alcohol synthesis activity. The number of amino acids to be deleted, substituted, added or inserted can be, for example, 1-80, preferably 1-60, more preferably 1-50, even more preferably 1-30. Further examples of the number of amino acids to be deleted, substituted, added, or inserted include 1 to 20, 1 to 10, 1 to 5, and the like.
上記(A3)において、配列同一性は、80%以上である限り、特に限定されない。配列同一性は、85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましい。なお、アミノ酸配列どうしの配列同一性(又は相同性)は、2つのアミノ酸配列を、対応するアミノ酸が最も多く一致するように、挿入及び欠失に当たる部分にギャップを入れながら並置し、得られたアラインメント中のギャップを除くアミノ酸配列全体に対する一致したアミノ酸の割合として求められる。アミノ酸配列同士の配列同一性は、当該技術分野で公知の各種相同性検索ソフトウェアを用いて求めることができる。例えば、アミノ酸配列の配列同一性の値は、公知の相同性検索ソフトウェアBLASTPにより得られたアライメントを元にした計算によって得ることができる。 In (A3) above, the sequence identity is not particularly limited as long as it is 80% or more. The sequence identity is preferably 85% or higher, more preferably 90% or higher, even more preferably 95% or higher. The sequence identity (or homology) between the amino acid sequences was obtained by aligning the two amino acid sequences so that the corresponding amino acids match the most, while inserting gaps in the portions corresponding to insertions and deletions. It is calculated as the ratio of matched amino acids to the entire amino acid sequence excluding gaps in the alignment. Sequence identity between amino acid sequences can be determined using various homology search software known in the art. For example, sequence identity values of amino acid sequences can be obtained by calculation based on alignments obtained by the known homology search software BLASTP.
上記(A5)において、欠失、置換、付加、又は挿入される塩基の数は、結果として生じるポリヌクレオチドが、脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードする限り、特に限定されない。欠失、置換、付加、又は挿入される塩基の数は、例えば1~180個であることができ、1~150個であることが好ましく、1~90個であることがより好ましい。欠失、置換、付加、又は挿入される塩基の数としては、さらに、1~60個、1~30個、1~15個等が例示される。 In (A5) above, the number of bases to be deleted, substituted, added, or inserted is not particularly limited as long as the resulting polynucleotide encodes a polypeptide having aliphatic alcohol synthesis activity. The number of bases to be deleted, substituted, added or inserted can be, for example, 1-180, preferably 1-150, more preferably 1-90. Further examples of the number of bases to be deleted, substituted, added, or inserted include 1 to 60, 1 to 30, 1 to 15, and the like.
上記(A6)において、配列同一性は、80%以上である限り、特に限定されない。配列同一性は、85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましい。塩基配列どうしの配列同一性(又は相同性)は、上記(A3)で記載したアミノ酸配列どうしの配列同一性と同様に考えることができる。 In (A6) above, the sequence identity is not particularly limited as long as it is 80% or more. The sequence identity is preferably 85% or higher, more preferably 90% or higher, even more preferably 95% or higher. The sequence identity (or homology) between base sequences can be considered in the same way as the sequence identity between amino acid sequences described in (A3) above.
上記(A1)~(A3)において、縮重コドンは、宿主細胞のコドン使用頻度の高いものを選択することが好ましい場合もある。例えば、(A1)の塩基配列は、配列番号1に記載の塩基配列であってよい。あるいは、配列番号1に記載の塩基配列がコードするアミノ酸配列と同一のアミノ酸配列をコードする塩基配列であって、宿主細胞において使用頻度の高いコドンへと変更した塩基配列であってもよい。コドンの変更は、例えば、公知の遺伝子改変技術又は人工遺伝子合成によって行うことができるが、これらに限定されず変更できる。 In (A1) to (A3) above, it may be preferable to select degenerate codons that are frequently used by host cells. For example, the nucleotide sequence of (A1) may be the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO:1. Alternatively, it may be a nucleotide sequence encoding the same amino acid sequence as the amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, which is changed to codons frequently used in host cells. Codons can be changed by, for example, known genetic modification techniques or artificial gene synthesis, but are not limited to these.
上記(A1)~(A7)のポリヌクレオチドは、各種タグ、別種タンパク質、リンカー配列等をコードする塩基配列をさらに含んでいてもよい。 The polynucleotides (A1) to (A7) above may further contain base sequences encoding various tags, different proteins, linker sequences and the like.
配列番号1に記載の塩基配列は、1-4株から、脂肪族アルコール合成酵素をコードする塩基配列として同定されたものである。後述する実施例で示すように、配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドを大腸菌に導入することにより、脂肪族アルコールを、大腸菌の乾燥細胞重量の約19%(w/w)で、大腸菌に生産させることができた。この際、脂肪族アルデヒドは検出されなかった。したがって、配列番号1に記載の塩基配列は、脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチド(配列番号2)をコードする塩基配列である。
図1は、1-4株において推定される脂肪族アルコール合成経路を示す。図1中、配列番号1に記載の塩基配列がコードするポリペプチド(配列番号2)は、「PhsA」で表される。配列番号1に記載の塩基配列がコードするポリペプチドは、そのアミノ酸配列の相同性検索の結果から、図1に示すように、アシル-CoAを還元して脂肪族アルコールを生成する反応を触媒する可能性が高い(アシル-ACPや脂肪酸を還元して脂肪族アルコールを生成する可能性もある)。すなわち、配列番号1に記載の塩基配列がコードするポリペプチドは、脂肪族アルコールを生成するアシルーCoAレダクターゼ(fatty-alcohol-forming fatty acyl-CoA reductase)として機能する可能性が高い。なお、以下、配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドを「phsA」、配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドを「PhsA」ということがある。
The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 was identified as a nucleotide sequence encoding fatty alcohol synthase from strain 1-4. As shown in the examples below, by introducing a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 into E. coli, the aliphatic alcohol is reduced to about 19% (w / w) of the dry cell weight of E. coli. I was able to get E. coli to produce it. At this time, no aliphatic aldehyde was detected. Therefore, the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 is a nucleotide sequence that encodes a polypeptide (SEQ ID NO: 2) having aliphatic alcohol synthesis activity.
FIG. 1 shows the putative fatty alcohol synthesis pathway in strains 1-4. In FIG. 1, the polypeptide (SEQ ID NO: 2) encoded by the base sequence of SEQ ID NO: 1 is represented by "PhsA". The polypeptide encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 catalyzes the reaction of reducing acyl-CoA to produce an aliphatic alcohol, as shown in FIG. Most likely (possibly reducing acyl-ACPs and fatty acids to produce fatty alcohols). That is, the polypeptide encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is highly likely to function as a fatty-alcohol-forming fatty acyl-CoA reductase. Hereinafter, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 may be referred to as "phsA", and the polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 may be referred to as "PhsA".
上記(A1)のポリヌクレオチドは、PhsAをコードするポリヌクレオチドであり、上記(A4)のポリヌクレオチドはphsAである。上記(A2)、(A3)、(A5)~(A7)のポリヌクレオチドは、PhsAの脂肪族アルコール合成活性を維持するphsAの変異体である。
上記(A1)~(A7)のポリヌクレオチドは、いずれも、脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドである。そのため、これらのポリヌクレオチドのいずれかを、脂肪族アルコール生産能を有さない他種細胞に導入することにより、脂肪族アルコール生産能を有する細胞を得ることができる。また、元々脂肪族アルコール生産能を有する細胞であっても、これらのポリヌクレオチドのいずれかを導入することにより、脂肪族アルコール生産能を向上させることができる。
The polynucleotide of (A1) above is a polynucleotide encoding PhsA, and the polynucleotide of (A4) above is phsA. The above polynucleotides (A2), (A3), (A5) to (A7) are phsA mutants that maintain the fatty alcohol synthesis activity of PhsA.
All of the above polynucleotides (A1) to (A7) are polynucleotides encoding polypeptides having aliphatic alcohol synthesis activity. Therefore, by introducing any of these polynucleotides into cells of other species that do not have the ability to produce fatty alcohols, cells having the ability to produce fatty alcohols can be obtained. In addition, even a cell originally having an ability to produce fatty alcohols can be improved in ability to produce fatty alcohols by introducing any of these polynucleotides.
以下、上記(A1)~(A7)からなる群より選択されるポリヌクレオチドを「ポリヌクレオチド(A)」ということがある。 Hereinafter, the polynucleotide selected from the group consisting of (A1) to (A7) is sometimes referred to as "polynucleotide (A)".
(ポリヌクレオチド(B))
1実施形態において、本発明は、下記(B1)~(B7)からなる群より選択されるポリヌクレオチドを提供する。
(B1)配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(B2)配列番号4に記載のアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加、又は挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードし、且つphsAとともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(B3)配列番号4に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードし、且つphsAとともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(B4)配列番号3に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(B5)配列番号3に記載の塩基配列において1又は複数個の塩基が欠失、置換、付加、又は挿入された塩基配列からなり、且つ配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド(phsA)とともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(B6)配列番号3に記載の塩基配列と80%以上の配列同一性を有する塩基配列からなり、且つphsAとともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(B7)配列番号3に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、且つphsAとともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(Polynucleotide (B))
In one embodiment, the present invention provides a polynucleotide selected from the group consisting of (B1) to (B7) below.
(B1) A polynucleotide encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 (B2) One or more amino acids are deleted, substituted, added, or inserted in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 Polynucleotide (B3) SEQ ID NO: 4, which encodes a polypeptide consisting of an amino acid sequence and which, when introduced into cells together with phsA, increases the fatty alcohol content of cells compared to cells into which phsA alone has been introduced When encoding a polypeptide consisting of an amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence described in and introduced into a cell together with phsA, compared to cells into which phsA alone was introduced, the fatty acidity of the cell Polynucleotide (B4) consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3, wherein one or more bases are deleted, substituted, or added in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3 (B5); Or, when introduced into a cell together with a polynucleotide (phsA) consisting of an inserted nucleotide sequence and consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, compared to cells introduced with phsA alone, fatty alcohol content of cells Polynucleotide (B6) consisting of a nucleotide sequence having a sequence identity of 80% or more with the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3, in increasing amounts, and when introduced into cells together with phsA, compared to cells introduced with phsA alone In comparison, when the polynucleotide (B7) hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3, and is introduced into cells together with phsA, which increases the fatty alcohol content of the cell. to increase the fatty alcohol content of cells compared to cells transfected with phsA alone,
上記(B2)において、欠失、置換、付加、又は挿入されるアミノ酸の数は、結果として生じるポリペプチドが脂肪族アルコール合成補助活性を有する限り、特に限定されない。欠失、置換、付加、又は挿入されるアミノ酸の数は、例えば1~60個であることができ、1~50個が好ましく、1~40個がより好ましく、1~30個がさらに好ましい。欠失、置換、付加、又は挿入されるアミノ酸の数としては、さらに、1~20個、1~10個、1~5個等が例示される。 In (B2) above, the number of amino acids to be deleted, substituted, added, or inserted is not particularly limited as long as the resulting polypeptide has fatty alcohol synthesis-assisting activity. The number of amino acids to be deleted, substituted, added or inserted can be, for example, 1-60, preferably 1-50, more preferably 1-40, even more preferably 1-30. Further examples of the number of amino acids to be deleted, substituted, added, or inserted include 1 to 20, 1 to 10, 1 to 5, and the like.
上記(B3)において、配列同一性は、80%以上である限り、特に限定されない。配列同一性は、85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましい。 In (B3) above, the sequence identity is not particularly limited as long as it is 80% or more. The sequence identity is preferably 85% or higher, more preferably 90% or higher, even more preferably 95% or higher.
上記(B5)において、欠失、置換、付加、又は挿入される塩基の数は、結果として生じるポリヌクレオチドが、脂肪族アルコール合成補助活性を有するポリペプチドをコードする限り、特に限定されない。欠失、置換、付加、又は挿入される塩基の数は、例えば1~100個であることができ、1~80個であることが好ましく、1~60個であることがより好ましい。欠失、置換、付加、又は挿入される塩基の数としては、さらに、1~50個、1~30個、1~15個等が例示される。 In (B5) above, the number of bases to be deleted, substituted, added, or inserted is not particularly limited as long as the resulting polynucleotide encodes a polypeptide having aliphatic alcohol synthesis-assisting activity. The number of bases to be deleted, substituted, added or inserted can be, for example, 1-100, preferably 1-80, more preferably 1-60. Further examples of the number of bases to be deleted, substituted, added, or inserted include 1 to 50, 1 to 30, 1 to 15, and the like.
上記(B6)において、配列同一性は、80%以上である限り、特に限定されない。配列同一性は、85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、95%以上であることがさらに好ましい。 In (B6) above, the sequence identity is not particularly limited as long as it is 80% or more. The sequence identity is preferably 85% or higher, more preferably 90% or higher, even more preferably 95% or higher.
上記(B1)~(B3)において、縮重コドンは、宿主細胞のコドン使用頻度の高いものを選択することが好ましい場合もある。例えば、(B1)の塩基配列は、配列番号3に記載の塩基配列であってよい。あるいは、配列番号3に記載の塩基配列がコードするアミノ酸配列と同一のアミノ酸配列をコードする塩基配列であって、宿主細胞において使用頻度の高いコドンへと変更した塩基配列であってもよい。 In (B1) to (B3) above, it may be preferable to select degenerate codons that are frequently used by host cells. For example, the base sequence of (B1) may be the base sequence set forth in SEQ ID NO:3. Alternatively, it may be a nucleotide sequence encoding the same amino acid sequence as the amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, which is changed to codons frequently used in host cells.
上記(B1)~(B7)のポリヌクレオチドは、各種タグ、別種タンパク質、リンカー配列等をコードする塩基配列をさらに含んでいてもよい。 The above polynucleotides (B1) to (B7) may further contain nucleotide sequences encoding various tags, different proteins, linker sequences and the like.
配列番号3に記載の塩基配列は、1-4株から、phsAとクラスターを形成する遺伝子の塩基配列として同定されたものである。後述する実施例で示すように、配列番号3に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドをphsAとともに大腸菌に導入することにより、phsA単独で導入した場合と比較して、脂肪族アルコールの生成量が上昇し、乾燥細胞重量の約24%の脂肪族アルコールを生産させることができた。したがって、配列番号3に記載の塩基配列は、脂肪族アルコール合成補助活性を有するポリペプチド(配列番号4)をコードする塩基配列である。また、配列番号3に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドをphsAとともに大腸菌に導入すると、phsA単独で導入した場合と比較して、大腸菌の増殖速度が速くなった。
配列番号3に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドがコードするポリペプチド(配列番号4)は、そのアミノ酸配列の相同性検索の結果から、潜在的にリパーゼ活性を有すると推定された。上述の結果は、配列番号4に記載のポリペプチドがリパーゼであることと矛盾しない。図1に示す脂肪族アルコール合成経路において、配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドを「PhsB」で表す。図1に示すように、PhsBは、アシルグリセロールを分解して、アシル-CoAの前駆体となる脂肪酸を生成するリパーゼと考えられる。以下、配列番号3に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドを「phsB」、配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドを「PhsB」ということがある。
The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 was identified as the nucleotide sequence of a gene that forms a cluster with phsA from strain 1-4. As shown in Examples described later, introduction of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 into E. coli together with phsA increases the amount of fatty alcohol produced compared to introduction of phsA alone. and was able to produce about 24% of the dry cell weight of fatty alcohols. Therefore, the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3 is a nucleotide sequence that encodes a polypeptide (SEQ ID NO: 4) having aliphatic alcohol synthesis-assisting activity. In addition, when the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 was introduced into E. coli together with phsA, the growth rate of E. coli increased as compared with the introduction of phsA alone.
The polypeptide (SEQ ID NO: 4) encoded by the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3 was presumed to potentially have lipase activity from the results of homology search of its amino acid sequence. The above results are consistent with the fact that the polypeptide set forth in SEQ ID NO:4 is a lipase. In the fatty alcohol synthesis pathway shown in FIG. 1, the polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 is represented by "PhsB". As shown in FIG. 1, PhsB is considered to be a lipase that degrades acylglycerol to produce fatty acids that are precursors of acyl-CoA. Hereinafter, the polynucleotide consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO:3 is sometimes referred to as "phsB", and the polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:4 is sometimes referred to as "PhsB".
上記(B1)のポリヌクレオチドは、PhsBをコードするポリヌクレオチドであり、上記(B4)のポリヌクレオチドはphsBである。上記(B2)、(B3)、(B5)~(B7)のポリヌクレオチドは、PhsBの脂肪族アルコール合成補助活性を維持するphsBの変異体である。
上記(B1)~(B7)のポリヌクレオチドは、いずれも、脂肪族アルコール合成補助活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドである。そのため、これらのポリヌクレオチドのいずれかを、上記ポリヌクレオチド(A)と組合わせて他種細胞に導入することにより、脂肪族アルコール生産能が向上した細胞を得ることができる。
The polynucleotide of (B1) above is a polynucleotide encoding PhsB, and the polynucleotide of (B4) above is phsB. The polynucleotides (B2), (B3), (B5) to (B7) above are mutants of phsB that maintain the fatty alcohol synthesis-supporting activity of PhsB.
All of the above polynucleotides (B1) to (B7) are polynucleotides encoding polypeptides having fatty alcohol synthesis-assisting activity. Therefore, by introducing any of these polynucleotides in combination with the above-described polynucleotide (A) into cells of other species, cells with improved aliphatic alcohol-producing ability can be obtained.
以下、上記(B1)~(B7)からなる群より選択されるポリヌクレオチドを「ポリヌクレオチド(B)」ということがある。 Hereinafter, the polynucleotide selected from the group consisting of (B1) to (B7) is sometimes referred to as "polynucleotide (B)".
上記ポリヌクレオチド(A)又はポリヌクレオチド(B)は、配列番号1若しくは3に記載の塩基配列又は配列番号2若しくは4に記載のアミノ酸配列に基づいて、公知の核酸合成法等を用いて合成することができる。あるいは、1-4株のDNAをテンプレートとして、PCR法や等温増幅法等を用いて、DNA断片を増幅することにより、取得することができる。あるいは、1-4株のmRNAを逆転写して得たcDNAをテンプレートとして、PCR法や等温増幅法等を用いて、DNA断片を増幅してもよい。PCR法や等温増幅法等で用いるプライマーは、例えば、配列番号1又は3に記載の塩基配列に基づき、融解温度(Tm値)等を考慮して設計することができる。 The polynucleotide (A) or polynucleotide (B) is synthesized using a known nucleic acid synthesis method or the like based on the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or 3 or the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or 4. be able to. Alternatively, it can be obtained by amplifying a DNA fragment by PCR, isothermal amplification, or the like, using the DNA of strain 1-4 as a template. Alternatively, DNA fragments may be amplified by PCR, isothermal amplification, or the like, using cDNA obtained by reverse transcription of the mRNA of strain 1-4 as a template. Primers used in PCR, isothermal amplification, etc. can be designed, for example, based on the base sequence of SEQ ID NO: 1 or 3, taking into consideration the melting temperature (Tm value) and the like.
また、他の態様において、本発明は、下記(A1’)~(A3’)及び(B1’)~(B3’)からなる群より選択されるポリペプチドを提供する。
(A1’)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド
(A2’)配列番号2に記載のアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加、又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチド
(A3’)配列番号2に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチド
(B1’)配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチド
(B2’)配列番号4に記載のアミノ酸配列において1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加、又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチド
(B3’)配列番号4に記載のアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチド
In another aspect, the present invention provides a polypeptide selected from the group consisting of (A1') to (A3') and (B1') to (B3') below.
(A1') a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2; A polypeptide (A3′) consisting of an amino acid sequence having a sequence identity of 80% or more with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 and having a fatty alcohol synthesis activity and having a fatty alcohol synthesis activity ( B1′) Polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 (B2′) Consists of an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted, added, or inserted in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4 and a polypeptide (B3′) having fatty alcohol synthesis activity, consisting of an amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4, and having fatty alcohol synthesis activity
以下、上記(A1’)~(A3’)からなる群より選択されるポリペプチドを「ポリペプチド(A)」、上記(B1’)~(B3’)からなる群より選択されるポリペプチドを「ポリペプチド(B)」ということがある。 Hereinafter, a polypeptide selected from the group consisting of (A1′) to (A3′) above is referred to as “polypeptide (A)”, and a polypeptide selected from the group consisting of (B1′) to (B3′) above is Sometimes referred to as "polypeptide (B)".
上記ポリペプチド(A)又はポリペプチド(B)は、配列番号2又は4に記載のアミノ酸配列に基づいて、公知のペプチド合成法等を用いて合成することができる。あるいは、1-4株又はポリヌクレオチド(A)又はポリヌクレオチド(B)を導入した細胞を増殖させて、その培養物からポリペプチド(A)又はポリペプチド(B)を取得することができる。例えば、ポリペプチド(A)又はポリペプチド(B)が細胞内に蓄積される場合には、遠心分離やフィルターろ過等により細胞を回収し、当該細胞から、公知の酵素精製技術等を用いてポリペプチド(A)又はポリペプチド(B)の単離・精製を行なうことができる。また、例えば、浸透圧調製、溶菌剤、物理的破砕等により細胞を破壊し、当該細胞破壊物から、公知の酵素精製技術等を用いてポリペプチド(A)又はポリペプチド(B)の単離・精製を行なうこともできる。あるいは、細胞を定常期まで増殖させた後しばらく放置する等、自発的に細胞が溶菌する条件に置く等してポリペプチド(A)又はポリペプチド(B)が培養液に存在する場合には、当該培養液から公知の酵素精製技術等を用いてポリペプチド(A)又はポリペプチド(B)の単離・精製を行なってもよい。あるいは、例えば、分泌シグナルペプチドのコード配列を付加する等したポリヌクレオチド(A)又はポリヌクレオチド(B)を導入した細胞を用いる等してポリペプチド(A)又はポリペプチド(B)を分泌させた場合には、当該細胞を培養した培養上清から、公知の酵素精製技術等を用いてポリペプチド(A)又はポリペプチド(B)の単離・精製を行なってもよい。
なお、ポリペプチド(A)又はポリペプチド(B)の単離・精製は、目的に応じた精製度まで行えばよく、単離・精製物は、ポリペプチド(A)又はポリペプチド(B)の活性を妨げない範囲で、他の物質を含んでいてもよい。
The above polypeptide (A) or polypeptide (B) can be synthesized based on the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4 using a known peptide synthesis method or the like. Alternatively, strain 1-4 or cells introduced with polynucleotide (A) or polynucleotide (B) can be grown and polypeptide (A) or polypeptide (B) can be obtained from the culture. For example, when the polypeptide (A) or polypeptide (B) is accumulated in cells, the cells are collected by centrifugation, filter filtration, etc., and the polypeptide is purified from the cells using a known enzyme purification technique or the like. Peptide (A) or polypeptide (B) can be isolated and purified. Alternatively, for example, cells are disrupted by osmotic pressure adjustment, a bacteriolytic agent, physical disruption, etc., and polypeptide (A) or polypeptide (B) is isolated from the disrupted cells using a known enzymatic purification technique or the like.・Refining can also be performed. Alternatively, when the polypeptide (A) or the polypeptide (B) is present in the culture solution, such as by allowing the cells to proliferate to the stationary phase and then leaving them for a while, the cells are placed under conditions that spontaneously lyse the cells. Polypeptide (A) or polypeptide (B) may be isolated and purified from the culture solution using a known enzymatic purification technique or the like. Alternatively, polypeptide (A) or polypeptide (B) is secreted, for example, by using cells into which polynucleotide (A) or polynucleotide (B) has been added, such as by adding a secretory signal peptide coding sequence. In some cases, polypeptide (A) or polypeptide (B) may be isolated and purified from the culture supernatant obtained by culturing the cells using a known enzyme purification technique or the like.
The isolation/purification of polypeptide (A) or polypeptide (B) may be carried out to a degree of purification according to the purpose. Other substances may be contained as long as they do not interfere with the activity.
[ベクター]
1実施形態において、本発明は、上記実施形態のポリヌクレオチドを含むベクターを提供する。
本実施形態のベクターは、上記ポリヌクレオチド(A)を含むものであってもよく、上記ポリヌクレオチド(B)を含むものであってもよく、ポリヌクレオチド(A)及びポリヌクレオチド(B)を含むものであってもよい。すなわち、本実施形態のベクターは、ポリヌクレオチド(A)及びポリヌクレオチド(B)のいずれか又は両方を含む。
[vector]
In one embodiment, the invention provides a vector comprising the polynucleotide of the above embodiments.
The vector of the present embodiment may contain the polynucleotide (A), may contain the polynucleotide (B), or may contain the polynucleotide (A) and the polynucleotide (B) can be anything. That is, the vector of this embodiment contains either or both of polynucleotide (A) and polynucleotide (B).
本実施形態のベクターは、ポリヌクレオチド(A)及び/又はポリヌクレオチド(B)を発現可能な状態で含む発現ベクターであることが好ましい。発現ベクターにおいて、ポリヌクレオチド(A)及び/又はポリヌクレオチド(B)は、通常、適切なプロモーターに機能的に連結されている。本実施形態のベクターが、ポリヌクレオチド(A)及びポリヌクレオチド(B)の両方を含む場合、ポリヌクレオチド(A)及びポリヌクレオチド(B)は、単一のプロモーターに機能的に連結されていてもよく、それぞれ別のプロモーターに機能的に連結されていてもよい。 The vector of this embodiment is preferably an expression vector containing polynucleotide (A) and/or polynucleotide (B) in an expressible state. In expression vectors, polynucleotide (A) and/or polynucleotide (B) are usually operably linked to a suitable promoter. When the vector of this embodiment contains both the polynucleotide (A) and the polynucleotide (B), the polynucleotide (A) and the polynucleotide (B) may be functionally linked to a single promoter. Alternatively, each may be operably linked to a separate promoter.
プロモーターは、宿主細胞に応じて、宿主細胞で機能するプロモーターを適宜選択することができる。細菌で機能するプロモーターとしては、例えば、T7プロモーター(T7 RNAポリメラーゼの共存下で働く)、lacプロモーター、trpプロモーター、tacプロモーター、λファージ由来のPRプロモーター若しくはPLプロモーター等が挙げられる。酵母で機能するプロモーターとしては、例えば、酵母解糖系遺伝子のプロモーター、アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子プロモーター、TPI1プロモーター、ADH2-4cプロモーター等が挙げられる。植物細胞で機能するプロモーターとしては、例えば、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)の35Sプロモーター、ノパリン合成酵素遺伝子のプロモーター(Pnos)、トウモロコシ由来ユビキチンプロモーター、イネ由来のアクチンプロモーター、タバコ由来PRタンパク質プロモーター等が挙げられる。昆虫細胞で機能するプロモーターとしては、例えば、ポリヘドリンプロモーター、P10プロモーター、オートグラファ・カリホルニカ・ポリヘドロシス塩基性タンパクプロモーター、バキュロウイルス即時型初期遺伝子1プロモーター、バキュロウイルス39K遅延型初期遺伝子プロモーター等が挙げられる。
A promoter that functions in the host cell can be appropriately selected as the promoter depending on the host cell. Promoters that function in bacteria include, for example, T7 promoter (working in the presence of T7 RNA polymerase), lac promoter, trp promoter, tac promoter, PR promoter or PL promoter derived from λ phage, and the like. Promoters that function in yeast include, for example, yeast glycolytic gene promoter, alcohol dehydrogenase gene promoter, TPI1 promoter, ADH2-4c promoter and the like. Examples of promoters that function in plant cells include cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter, nopaline synthase gene promoter (Pnos), maize-derived ubiquitin promoter, rice-derived actin promoter, tobacco-derived PR protein promoter, and the like. be done. Examples of promoters that function in insect cells include polyhedrin promoter, P10 promoter, Autographa californica polyhedrosis basic protein promoter, baculovirus immediate
本実施形態のベクターは、さらに、他の機能的配列を含んでいてもよい。例えば、本実施形態のベクターは、エンハンサー、ターミネーター等の調節配列、薬剤耐性遺伝子等の選択マーカー配列等を含み得る。また、ポリヌクレオチド(A)及び/又はポリヌクレオチド(B)を、宿主のDNAに挿入させる配列(トランスポゾンの配列、宿主のDNA配列など)を含み得る。また、宿主に応じて、スプライシングシグナル(ドナー部位、アクセプター部位、ブランチポイント等)、ポリA付加シグナル、リボソーム結合配列等の調節領域を含んでいてもよい。それぞれの配列の種類は、ベクターを導入する宿主に応じて、公知のものなどを適宜選択することができる。また、プロモーターとしてT7プロモーターを用いる場合であって、T7 RNAポリメラーゼ遺伝子を発現しない細胞を宿主として用いる場合には、本実施形態のベクターは、さらにT7 RNAポリメラーゼ遺伝子配列を含んでいてもよい。また、本実施形態のベクターが、トランスポゾンの配列を有する場合、プロモーターに機能的に連結されたポリヌクレオチド(A)及び/又はポリヌクレオチド(B)の両側に、トランスポザーゼ(Transposase)により認識される配列(組換えが起こる配列)を配置することが好ましい。 The vector of this embodiment may further contain other functional sequences. For example, the vectors of this embodiment may contain regulatory sequences such as enhancers and terminators, selectable marker sequences such as drug resistance genes, and the like. It may also contain a sequence (transposon sequence, host DNA sequence, etc.) that allows the polynucleotide (A) and/or polynucleotide (B) to be inserted into the host's DNA. In addition, depending on the host, it may contain regulatory regions such as splicing signals (donor site, acceptor site, branch point, etc.), poly A addition signal, ribosome binding sequence and the like. The type of each sequence can be appropriately selected from known ones depending on the host into which the vector is introduced. In addition, when a T7 promoter is used as a promoter and cells that do not express the T7 RNA polymerase gene are used as hosts, the vector of this embodiment may further contain a T7 RNA polymerase gene sequence. In addition, when the vector of the present embodiment has a transposon sequence, a sequence recognized by a transposase is placed on both sides of the polynucleotide (A) and/or the polynucleotide (B) operably linked to the promoter. (sequences in which recombination occurs) are preferably placed.
本実施形態のベクターの種類は、特に限定されないが、プラスミドベクター又はウイルスベクターが好ましい。プラスミドベクターとしては、例えば、大腸菌由来のプラスミド(pBI系、pPZP系、pSMA系、pUC系、pBR系、pBluescript系プラスミド等)、枯草菌由来のプラスミド(pUB110、pTP5等)、酵母由来のプラスミド(Yep13、Yep24、YCp50等)等を好適に使用できる。ウイルスベクターとしては、ファージ(λgt11、λZAP等のλファージ)、植物ウイルス(CaMV、インゲンマメゴールデンモザイクウイルス(BGMV)、タバコモザイクウイルス(TMV))、昆虫ウイルス(例えば、バキュロウイルス)等を好適に使用することができる。ベクターの種類は、導入する宿主に応じて適宜選択すればよい。
本実施形態のベクターは、市販の発現ベクターのクローニングサイトに、ポリヌクレオチド(A)及び/又はポリヌクレオチド(B)を挿入したものであってもよい。また、本実施形態のベクターは、市販のトランスポゾンによる遺伝子導入システムのトランスポゾンベクターのクローニングサイトに、ポリヌクレオチド(A)及び/又はポリヌクレオチド(B)を挿入したものであってもよい。
The type of vector used in this embodiment is not particularly limited, but a plasmid vector or a virus vector is preferred. Examples of plasmid vectors include E. coli-derived plasmids (pBI, pPZP, pSMA, pUC, pBR, pBluescript, etc.), Bacillus subtilis-derived plasmids (pUB110, pTP5, etc.), and yeast-derived plasmids ( Yep13, Yep24, YCp50, etc.) can be preferably used. Viral vectors include phage (λ phage such as λgt11 and λZAP), plant viruses (CaMV, kidney bean golden mosaic virus (BGMV), tobacco mosaic virus (TMV)), insect viruses (e.g., baculovirus), and the like. can do. The type of vector may be appropriately selected depending on the host to be introduced.
The vector of this embodiment may be obtained by inserting the polynucleotide (A) and/or the polynucleotide (B) into the cloning site of a commercially available expression vector. In addition, the vector of the present embodiment may be obtained by inserting the polynucleotide (A) and/or the polynucleotide (B) into the cloning site of the transposon vector of a gene transfer system using a commercially available transposon.
[細胞]
1実施形態において、本発明は、ポリヌクレオチド(A)を含む細胞を提供する。
[cell]
In one embodiment, the invention provides a cell comprising polynucleotide (A).
1態様において、本実施形態の細胞は、上記ポリヌクレオチド(A)を、所望の細胞に導入することにより作製することができる。すなわち、上記ポリヌクレオチド(A)が導入された細胞は、本実施形態の細胞の好適な例である。 In one aspect, the cell of this embodiment can be produced by introducing the polynucleotide (A) into a desired cell. That is, a cell into which the polynucleotide (A) has been introduced is a suitable example of the cell of this embodiment.
ポリヌクレオチド(A)は、発現可能な状態で、細胞に導入されることが好ましい。したがって、ポリヌクレオチド(A)は、プロモーターに機能的に連結された状態で、細胞に導入されることが好ましい。ポリヌクレオチド(A)は、上記実施形態のベクターの形態で、細胞に導入してもよい。この場合、上記実施形態のベクターは、ポリヌクレオチド(A)を含む発現ベクター又はトランスポゾンベクターであることが好ましい。また、プロモーターに機能的に連結したポリヌクレオチド(A)を含むDNA断片を、細胞に導入してもよい。また、プロモーターに機能的に連結されたポリヌクレオチド(A)、及びその両末端側に付加されたトランスポザーゼにより認識される配列を含むDNA断片を、細胞に導入してもよい。
ポリヌクレオチド(A)を導入する細胞は、特に限定されず、原核細胞及び真核細胞のいずれであってもよい。原核細胞としては、例えば、Exiguobacterium属、Streptomyces属、Rhodococus属、Brevibacillus属、Escherichia属、Bacillus属等の細菌細胞が挙げられる。好適な例としては、大腸菌(Escherichia coli)が例示される。また、真核細胞としては、酵母(Saccharomyces属等)、真菌細胞、昆虫細胞、動物細胞、植物細胞等が挙げられる。
Polynucleotide (A) is preferably introduced into cells in an expressible state. Therefore, the polynucleotide (A) is preferably introduced into the cell in a state operably linked to a promoter. Polynucleotide (A) may be introduced into cells in the form of the vector of the above embodiment. In this case, the vector of the above embodiment is preferably an expression vector or transposon vector containing polynucleotide (A). Alternatively, a DNA fragment containing polynucleotide (A) operably linked to a promoter may be introduced into cells. Alternatively, a DNA fragment containing a polynucleotide (A) operably linked to a promoter and sequences recognized by transposase added to both ends thereof may be introduced into cells.
Cells into which polynucleotide (A) is introduced are not particularly limited, and may be either prokaryotic or eukaryotic cells. Examples of prokaryotic cells include bacterial cells of the genera Exiguobacterium, Streptomyces, Rhodococus, Brevibacillus, Escherichia, and Bacillus. A preferred example is Escherichia coli. Examples of eukaryotic cells include yeast (genus Saccharomyces, etc.), fungal cells, insect cells, animal cells, plant cells, and the like.
ポリヌクレオチド(A)を細胞に導入する方法は、特に限定されず、細胞の種類に応じて、適宜公知の遺伝子導入法などを用いればよい。遺伝子導入法としては、例えば、ケミカルコンピテントセル法、エレクトロポレーション法、PEG(ポリエチレングリコール)法、リン酸カルシウムトランスフェクション法、マイクロインジェクション法、パーティクルガン法、アグロバクテリウム法等が挙げられる。また、細胞の種類によっては、細胞懸濁液に、ポリヌクレオチド(A)を含むベクター又はDNA断片を添加して、混合することにより、ポリヌクレオチド(A)を細胞に導入できる場合もある。ポリヌクレオチド(A)の細胞への導入方法は、そのような方法であってもよい。ポリヌクレオチド(A)の細胞への導入方法は、上記の方法に限定されず、細胞への導入が可能な限り、任意の方法を用い得る。
細胞に導入されたポリヌクレオチド(A)は、プラスミド等として細胞内に存在していてもよく、細胞のゲノムに挿入された状態で細胞内に存在していてもよい。例えば、プラスミドベクター等を用いてポリヌクレオチド(A)を細胞に導入した場合、ポリヌクレオチド(A)は、プラスミドとして細胞内に存在し得る。
また、例えば、トランスポザーゼにより認識される配列に挟まれたポリヌクレオチド(A)を細胞に導入した場合、ポリヌクレオチド(A)は、細胞のゲノムやプラスミドにランダムに挿入された状態で細胞内に存在し得る。この場合、トランスポザーゼにより認識される配列に挟まれたポリヌクレオチド(A)とともに、トランスポザーゼ遺伝子配列を含むポリヌクレオチドやトランスポザーゼそのものを細胞に導入することが好ましい。
また、ポリヌクレオチド(A)は、部位特異的に、細胞のゲノムやプラスミドに挿入されてもよい。例えば、標的部位のゲノム配列またはプラスミド配列の間に、ポリヌクレオチド(A)を挿入したDNA断片又はこのDNA断片を含むベクターを作製し、当該DNA断片又はベクターを細胞に導入すれば、相同組換えにより、ゲノムまたはプラスミドの標的部位にポリヌクレオチド(A)が挿入され得る。この場合、例えば、CRISPER/Casシステム、転写活性化様エフェクターヌクレアーゼ(Transcription Activator-Like Effector Nuclease:TALEN)、ジンクフィンガーヌクレアーゼ(Zinc Finger Nuclease:ZFN)等を用いるゲノム編集技術により、ポリヌクレオチド(A)を部位特異的に細胞のゲノムやプラスミドに挿入してもよい。
上記において、ポリヌクレオチド(A)は、発現可能な状態であることが好ましく、プロモーターに機能的に連結されていることが好ましい。また、細胞が真核細胞である場合、ゲノムは、核ゲノムであってもよく、オルガネラゲノムであってもよい。
The method for introducing polynucleotide (A) into cells is not particularly limited, and a known gene introduction method or the like may be used as appropriate depending on the type of cell. Examples of gene transfer methods include chemically competent cell method, electroporation method, PEG (polyethylene glycol) method, calcium phosphate transfection method, microinjection method, particle gun method, Agrobacterium method and the like. Moreover, depending on the type of cells, polynucleotide (A) can sometimes be introduced into cells by adding a vector or DNA fragment containing polynucleotide (A) to a cell suspension and mixing. The method for introducing polynucleotide (A) into cells may be such a method. The method for introducing polynucleotide (A) into cells is not limited to the above methods, and any method can be used as long as introduction into cells is possible.
The polynucleotide (A) introduced into the cell may exist in the cell as a plasmid or the like, or may exist in the cell in a state of being inserted into the genome of the cell. For example, when polynucleotide (A) is introduced into a cell using a plasmid vector or the like, polynucleotide (A) can exist in the cell as a plasmid.
Further, for example, when a polynucleotide (A) flanked by sequences recognized by a transposase is introduced into a cell, the polynucleotide (A) exists in the cell in a state of being randomly inserted into the genome or plasmid of the cell. can. In this case, it is preferable to introduce a polynucleotide containing the transposase gene sequence or the transposase itself into the cell together with the polynucleotide (A) flanked by sequences recognized by the transposase.
Polynucleotide (A) may also be site-specifically inserted into the cell genome or plasmid. For example, by preparing a DNA fragment in which the polynucleotide (A) is inserted between the genome sequence or plasmid sequence of the target site or a vector containing this DNA fragment, and introducing the DNA fragment or vector into cells, homologous recombination can insert polynucleotide (A) into the target site of the genome or plasmid. In this case, for example, CRISPER / Cas system, transcription activation-like effector nuclease (Transcription Activator-Like Effector Nuclease: TALEN), by genome editing technology using zinc finger nuclease (Zinc Finger Nuclease: ZFN), etc., polynucleotide (A) may be site-specifically inserted into the cell genome or plasmid.
In the above, the polynucleotide (A) is preferably in an expressible state and is operably linked to a promoter. Also, if the cell is a eukaryotic cell, the genome may be either a nuclear genome or an organellar genome.
ポリヌクレオチド(A)が導入された細胞は、当該細胞の種類に応じて、適宜培地を選択し、培養して増殖させることができる。ポリヌクレオチド(A)が、薬剤耐性遺伝子等のマーカー遺伝子と伴に導入された場合には、当該マーカー遺伝子が耐性を示す薬剤を用いて、形質転換体の選抜を行ってもよい。 Cells into which polynucleotide (A) has been introduced can be cultured and proliferated by appropriately selecting a medium according to the type of the cells. When polynucleotide (A) is introduced together with a marker gene such as a drug resistance gene, transformants may be selected using a drug to which the marker gene exhibits resistance.
ポリヌクレオチド(A)を発現可能な状態で細胞に導入することにより、当該細胞において、ポリヌクレオチド(A)が発現し、ポリペプチド(A)が産生され得る。ポリペプチド(A)は、脂肪族アルコール合成活性を有するため、当該細胞が脂肪族アルコールを生産しない場合は、脂肪族アルコール合成能を有するようになり得る。当該細胞が元々脂肪族アルコールを生産する場合は、ポリヌクレオチド(A)の導入により、脂肪族アルコール生産能を向上させ得る。 By introducing polynucleotide (A) into cells in an expressible state, polynucleotide (A) can be expressed and polypeptide (A) can be produced in the cells. Since the polypeptide (A) has the activity of synthesizing fatty alcohols, it can become capable of synthesizing fatty alcohols when the cells do not produce fatty alcohols. When the cell originally produces an aliphatic alcohol, introduction of the polynucleotide (A) can improve the ability to produce the aliphatic alcohol.
本実施形態の細胞は、ポリヌクレオチド(A)に加えて、ポリヌクレオチド(B)を含むことが好ましい。そのような細胞は、例えば、ポリヌクレオチド(A)に加えて、ポリヌクレオチド(B)を、所望の細胞に導入することにより作製することができる。この場合、例えば、ポリヌクレオチド(A)及びポリヌクレオチド(B)を含むベクター又はDNA断片を利用可能である。あるいは、ポリヌクレオチド(A)を含むベクター又はDNA断片と、ポリヌクレオチド(B)を含むベクター又はDNA断片とを、それぞれ別々に、細胞に導入することにより作製することができる。この場合も、ポリヌクレオチド(A)及びポリヌクレオチド(B)は、発現可能な状態であることが好ましく、プロモーターに機能的に連結されていることが好ましい。例えば、ベクターを用いる場合には、上記[ベクター]で説明した発現ベクター、トランスポゾンベクター又は部位特異的に細胞のゲノムやプラスミドに挿入させるベクター(上述)であることが好ましい。ポリヌクレオチド(A)及びポリヌクレオチド(B)が発現可能な状態で細胞に導入された場合、当該細胞において、ポリヌクレオチド(A)及びポリヌクレオチド(B)が発現し、ポリペプチド(A)及びポリペプチド(B)が産生され得る。ポリペプチド(B)は、脂肪族アルコール合成補助活性を有するため、ポリペプチド(A)が単独で産生される場合と比較して、細胞の脂肪族アルコール合成能がより向上し得る。 The cell of this embodiment preferably contains polynucleotide (B) in addition to polynucleotide (A). Such cells can be produced, for example, by introducing polynucleotide (B) into desired cells in addition to polynucleotide (A). In this case, for example, vectors or DNA fragments containing polynucleotide (A) and polynucleotide (B) can be used. Alternatively, it can be produced by separately introducing a vector or DNA fragment containing the polynucleotide (A) and a vector or DNA fragment containing the polynucleotide (B) into cells. Also in this case, the polynucleotide (A) and the polynucleotide (B) are preferably in an expressible state, and are preferably operably linked to a promoter. For example, when a vector is used, it is preferably an expression vector, a transposon vector, or a vector that is site-specifically inserted into the cell genome or plasmid (described above) as described in [Vector] above. When polynucleotide (A) and polynucleotide (B) are introduced into cells in an expressible state, polynucleotide (A) and polynucleotide (B) are expressed in the cell, and polypeptide (A) and polynucleotide A peptide (B) can be produced. Since the polypeptide (B) has a fatty alcohol synthesis-assisting activity, the ability of the cells to synthesize the fatty alcohol can be further improved compared to when the polypeptide (A) is produced alone.
別の態様において、本実施形態の細胞は、ポリヌクレオチド(A)を含む、野生株の細胞であってもよい。そのような細胞としては、例えば、Reinekea属に属する微生物であって、ポリヌクレオチド(A)を含む微生物、が例示される。好ましい態様において、前記微生物は、Reinekea属に属する微生物であって、ポリヌクレオチド(A)及びポリヌクレオチド(B)を含む微生物、である。前記微生物において、ポリヌクレオチド(A)、又はポリヌクレオチド(A)及びポリヌクレオチド(B)は、発現可能な状態で含まれていることが好ましい。これにより、ポリペプチド(A)、又はポリペプチド(A)及びポリペプチド(B)が発現し、当該微生物は脂肪族アルコール合成能を有し得るか、または、もともともつ脂肪族アルコール合成能を向上し得る。 In another aspect, the cells of this embodiment may be wild-type cells that contain the polynucleotide (A). Examples of such cells include microorganisms belonging to the genus Reinekea and containing the polynucleotide (A). In a preferred embodiment, the microorganism belongs to the genus Reinekea and contains polynucleotide (A) and polynucleotide (B). Polynucleotide (A) or polynucleotide (A) and polynucleotide (B) are preferably contained in the microorganism in an expressible state. As a result, polypeptide (A), or polypeptide (A) and polypeptide (B) are expressed, and the microorganism can have the ability to synthesize fatty alcohols, or improve the ability to synthesize fatty alcohols originally possessed. can.
細胞が、ポリヌクレオチド(A)を含むか否かは、PCR法によるポリヌクレオチド(A)またはその断片の増幅、ポリヌクレオチド(A)またはその断片をプローブとして用いたサザンハイブリダイゼーション法、全ゲノム解析等の公知の方法により確認することができる。細胞が、ポリヌクレオチド(B)を含むか否かも同様に確認することができる。 Whether a cell contains polynucleotide (A) can be determined by amplification of polynucleotide (A) or a fragment thereof by PCR, Southern hybridization method using polynucleotide (A) or a fragment thereof as a probe, and whole genome analysis. It can be confirmed by a known method such as. Whether or not the cell contains the polynucleotide (B) can be similarly confirmed.
[脂肪族アルコールの製造方法]
1実施形態において、本発明は、脂肪族アルコールの製造方法を提供する。
[Method for producing fatty alcohol]
In one embodiment, the present invention provides a method for producing fatty alcohols.
(第1実施態様)
本実施形態の製造方法は、1態様において、(a)1-4株又はその変異株を培養する工程、及び(b)前記工程(a)により得られた培養物から、脂肪族アルコールを得る工程、を含む。
(First embodiment)
In one aspect of the production method of the present embodiment, (a) the step of culturing the 1-4 strain or its mutant strain, and (b) the culture obtained in the step (a), to obtain an aliphatic alcohol process.
<工程(a)>
工程(a)は、1-4株又はその変異株を培養する工程である。1-4株又はその変異株は、上記「Reinekea sp. 1-4株及びその変異株」で記載したものと同様である。
<Step (a)>
Step (a) is a step of culturing strain 1-4 or its mutants. 1-4 strain or its mutants are the same as those described in the above "Reinekea sp. 1-4 strain and its mutants".
1-4株又はその変異株の培養は、上記「Reinekea sp. 1-4株及びその変異株」で例示した条件で行うことができる。本工程の培養に用いる培地は、低栄養のものを用いることが好ましく、海水を含むものがより好ましく、深層水を含むものがより好ましい。例えば、細菌用の培地を海水(好ましくは深層水)で希釈した培地を好適に用いることができる。前記希釈倍率としては、1~20倍、4~15倍、5~12倍等が挙げられる。一例として、希釈倍率は10倍である。好適な培地の具体例としては、実施例に記載のdR1培地、dR培地等が挙げられる。中でも、dR培地が好ましい。 1-4 strain or its mutant strain can be cultured under the conditions exemplified in the above "Reinekea sp. 1-4 strain and its mutant strain". The medium used for culturing in this step is preferably low nutrient, more preferably containing seawater, and more preferably containing deep water. For example, a culture medium obtained by diluting a culture medium for bacteria with seawater (preferably deep water) can be preferably used. Examples of the dilution ratio include 1 to 20 times, 4 to 15 times, 5 to 12 times, and the like. As an example, the dilution ratio is 10 times. Specific examples of suitable media include dR1 medium and dR medium described in Examples. Among them, dR medium is preferred.
培養方法は、特に限定されず、好気性細菌の培養に一般的に用いられる方法を用いることができる。培養は、静置培養、振とう培養のいずれで行ってもよいが、増殖効率の観点から、振とう培養であることが好ましい。なお、静置培養とする場合には、ポンプ等を使用して、適時培地に空気を供給してもよい。
培養は、バッチ培養、流加培養、連続培養のいずれの方法で行ってもよい。
The culture method is not particularly limited, and methods generally used for culturing aerobic bacteria can be used. Cultivation may be performed by static culture or shaking culture, but from the viewpoint of growth efficiency, shaking culture is preferable. In the case of stationary culture, a pump or the like may be used to supply air to the culture medium at appropriate times.
Cultivation may be performed by any method of batch culture, fed-batch culture, and continuous culture.
<工程(b)>
工程(b)は、工程(a)で得られた培養物から、脂肪族アルコールを得る工程である。
<Step (b)>
Step (b) is a step of obtaining an aliphatic alcohol from the culture obtained in step (a).
本工程は、1-4株又はその変異株の性質、培養後の細菌の状態等に応じて、適宜適切な方法を選択して行うことができる。例えば、脂肪族アルコールを菌体内に溜め込む場合には、培養物から、菌体を回収し、当該菌体から脂肪族アルコールを得ることができる。培養物からの菌体の回収方法としては、遠心分離又はフィルターろ過等が挙げられる。フィルターろ過に用いるフィルターとしては、孔径0.22μmのフィルターが例示される。菌体からの脂肪族アルコールを回収する方法としては、例えば、菌体にn-ヘプタン等の有機溶媒を加えて振とう後に有機層を回収する方法が挙げられる。また、菌体に有機溶媒添加前に又は有機溶媒添加後の振とう前か振とうと同時に菌体の破砕を行ってもよい。菌体の破砕方法としては、例えば、ビーズ(ガラスビーズ、ジルコニアビーズ等)、乳鉢、超音波処理、フレンチプレス、ホモジナイザー、凍結融解処理などの物理的処理;中和処理、低張処理などの化学的処理等の公知の方法などが挙げられる。これらの処理は、単独で行ってもよく、2種以上の処理を組み合わせて行ってもよい。また、培養後に細菌が溶菌したり、脂肪族アルコールの分泌能を獲得した1-4株の変異株を用いる場合には、菌体を回収することなく、培養上清に浮遊する脂肪族アルコールをそのまま回収してもよい。また、脂肪族アルコールが、培養上清中に固体状態で存在する場合には、必要に応じて菌体を除去した後、培養上清をフィルター濾過すること等により固体状態の脂肪族アルコールを回収してもよい。また、培養物にn-ヘプタン等の有機溶媒を直接加えて脂肪族アルコールの抽出を行ってもよく、培養物又は培養上清の蒸留により脂肪族アルコールを回収してもよい。 This step can be carried out by appropriately selecting an appropriate method according to the properties of the 1-4 strain or its mutants, the state of the bacteria after culture, and the like. For example, when fatty alcohol is stored in the cells, the cells can be collected from the culture and the fatty alcohol can be obtained from the cells. Centrifugation, filter filtration, or the like can be mentioned as a method for recovering the cells from the culture. A filter with a pore size of 0.22 μm is exemplified as a filter used for filtration. Methods for recovering the aliphatic alcohol from the cells include, for example, a method of adding an organic solvent such as n-heptane to the cells, shaking the mixture, and then recovering the organic layer. Moreover, the cells may be crushed before the addition of the organic solvent to the cells, or before or at the same time as the shaking after the addition of the organic solvent. Examples of methods for disrupting bacterial cells include physical treatments such as beads (glass beads, zirconia beads, etc.), mortar, ultrasonic treatment, French press, homogenizer, freeze-thaw treatment; well-known methods such as chemical treatment, and the like. These treatments may be performed singly or in combination of two or more. In addition, when using mutant strains 1-4 that have acquired the ability to secrete fatty alcohol, the fatty alcohol floating in the culture supernatant can be removed without collecting the bacterial cells. It can be collected as it is. In addition, when the aliphatic alcohol is present in a solid state in the culture supernatant, after removing the bacterial cells as necessary, the solid state aliphatic alcohol is recovered by filtering the culture supernatant. You may Alternatively, the aliphatic alcohol may be extracted by directly adding an organic solvent such as n-heptane to the culture, or the aliphatic alcohol may be recovered by distillation of the culture or the culture supernatant.
<任意工程>
本実施態様の製造方法は、工程(a)及び工程(b)に加えて、他の工程を含んでいてもよい。他の工程は、特に限定されないが、工程(b)で得られた抽出物から脂肪族アルコールを精製する工程等が例示される。脂肪族アルコールの精製方法は、特に限定されず、有機化合物の分離・精製において一般的に用いられる方法を適宜組み合わせて用いることができる。精製方法としては、例えば、薄層クロマトグラフィ、液体クロマトグラフィ等の各種クロマトグラフィ法が挙げられる。
<Optional process>
The production method of this embodiment may include other steps in addition to steps (a) and (b). The other step is not particularly limited, but is exemplified by a step of purifying an aliphatic alcohol from the extract obtained in step (b). The method for purifying the aliphatic alcohol is not particularly limited, and methods commonly used in the separation and purification of organic compounds can be used in appropriate combination. Examples of purification methods include various chromatographic methods such as thin layer chromatography and liquid chromatography.
(第2実施態様)
本実施形態の製造方法は、1態様において、(a’)上記実施形態の細胞を培養する工程、及び(b’)前記工程(a’)により得られた培養物から、脂肪族アルコールを得る工程、を含む。
(Second embodiment)
In one aspect, the production method of the present embodiment includes (a') culturing the cells of the above embodiment, and (b') obtaining an aliphatic alcohol from the culture obtained in the step (a'). process.
<工程(a’)>
工程(a’)は、上記実施形態の細胞(上記[細胞]で記載した細胞)を培養する工程である。細胞の培養に使用する培地は、細胞の種類やプロモーターなどに応じて、適宜選択すればよい。例えば、炭素源として、グルコース、ピルビン酸、酢酸、リンゴ酸などを含む培地等が例示される。細胞が大腸菌である場合の好適な培地の具体例としては、実施例に記載のM9培地が挙げられる。また、ポリヌクレオチドA及び/又はBに用いたプロモーターの種類に応じて、当該プロモーターの転写誘導に必要な化合物を培地に添加してもよい。
<Step (a')>
Step (a') is a step of culturing the cells of the above embodiment (the cells described in [Cells] above). The medium used for cell culture may be appropriately selected according to the cell type, promoter, and the like. Examples thereof include media containing glucose, pyruvic acid, acetic acid, malic acid, etc. as carbon sources. A specific example of a suitable medium when the cells are E. coli is M9 medium described in the Examples. In addition, depending on the type of promoter used for polynucleotides A and/or B, a compound necessary for inducing transcription of the promoter may be added to the medium.
培養方法も、細胞の種類やプロモーターなどに応じて適宜選択すればよい。例えば、細胞が好気性細菌である場合には、増殖効率の観点から、振とう培養を行なうことが好ましい。培養は、バッチ培養、流加培養、連続培養のいずれの方法で行ってもよい。また、ポリヌクレオチドA及び/又はBに用いたプロモーターが刺激応答性プロモーターである場合には、当該プロモーターの転写誘導に必要な刺激(光、温度、pH、化合物等)を培養中に付与するようにしてもよい。 The culture method may also be appropriately selected according to the cell type, promoter, and the like. For example, when the cells are aerobic bacteria, shaking culture is preferred from the viewpoint of growth efficiency. Cultivation may be performed by any method of batch culture, fed-batch culture, and continuous culture. In addition, when the promoter used for polynucleotide A and/or B is a stimulus-responsive promoter, a stimulus (light, temperature, pH, compound, etc.) necessary for transcription induction of the promoter should be applied during culture. can be
<工程(b’)>
工程(b’)は、工程(a’)により得られた培養物から、脂肪族アルコールを得る工程であり、上記第1実施態様における工程(b)と同様に行うことができる。
<Step (b')>
Step (b') is a step of obtaining an aliphatic alcohol from the culture obtained in step (a'), and can be performed in the same manner as step (b) in the first embodiment.
<任意工程>
本実施態様の製造方法は、工程(a’)及び工程(b’)に加えて、他の工程を含んでいてもよい。他の工程としては、上記第1実施態様で挙げた工程と同様の工程が挙げられる。
<Optional process>
The production method of this embodiment may include other steps in addition to steps (a') and (b'). Other steps include the same steps as those mentioned in the first embodiment.
本実施形態の方法は、脂肪族アルコール生産能の高い細胞を用いて、生物学的に脂肪族アルコールを製造する。そのため、簡易な方法で効率よく脂肪族アルコールを製造することができる。 The method of the present embodiment biologically produces fatty alcohols using cells with high fatty alcohol-producing ability. Therefore, an aliphatic alcohol can be efficiently produced by a simple method.
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[材料及び方法]
(細胞株)
1-4株は、2011年の夏に、日本国高知県室戸市の沿海部で採取された表層海水(33°18’N, 134°11’E, 深度0.5m)から単離された。大腸菌(Escherichia coli)DH5aは、東洋紡から入手し、DNA操作及び異種遺伝子発現のホスト株として用いた。
[Materials and methods]
(cell line)
Strains 1-4 were isolated from surface seawater (33°18'N, 134°11'E, depth 0.5m) collected in the summer of 2011 in the coastal area of Muroto City, Kochi Prefecture, Japan. Escherichia coli DH5a was obtained from Toyobo and used as a host strain for DNA manipulations and heterologous gene expression.
(培地)
試験で用いた培地を表1に示す。
(Culture medium)
Table 1 shows the media used in the test.
dR培地は、フィルター(0.22μm,express plus, Millipore)でろ過し、110℃で2秒間オートクレーブした。必要に応じて、培地に、0.5μg/mLのナイルレッド、1mMのイソプロピル-β-チオガラクトピラノシド(IPTG)及び100μg/mLのアンピシリンを添加した。 The dR medium was filtered through a filter (0.22 μm, express plus, Millipore) and autoclaved at 110° C. for 2 seconds. Media was supplemented with 0.5 μg/mL Nile Red, 1 mM isopropyl-β-thiogalactopyranoside (IPTG) and 100 μg/mL ampicillin as needed.
(電子顕微鏡法)
透過電子顕微鏡法(JEM1200EX; JEOL)のために、増殖が濁度で観察されるまで、室温で、dR培地中で1-4株を増殖させた。細胞を、2%酢酸ウラニルでネガティブ染色した。細胞を、グルタルアルデヒドを2%で含む0.1Mリン酸バッファー(pH7.4)で前固定し、2% OsO4で後固定し、濃度勾配エタノール(50~100%)で脱水し、Epon812に包埋し、薄片化(80~90nm)した。最初に、2%酢酸ウラニルで染色し、その後、鉛染色液(Lead stain solution; Sigma-aldrich)で染色した。
(electron microscopy)
For transmission electron microscopy (JEM1200EX; JEOL), strains 1-4 were grown in dR medium at room temperature until growth was observed in turbidity. Cells were negatively stained with 2% uranyl acetate. Cells were pre-fixed with 0.1 M phosphate buffer (pH 7.4) containing 2% glutaraldehyde, post-fixed with 2 % OsO4, dehydrated with graded ethanol (50-100%), and transferred to Epon812. Embedded and sectioned (80-90 nm). First, it was stained with 2% uranyl acetate and then with a lead stain solution (Sigma-aldrich).
(16SrRNA遺伝子の解析)
1-4株のほぼ全長の16SrRNA遺伝子配列を以前に記載された方法で得た(Teramoto, M., et al., 2009. Microbiology 155, 3362-3370.)。得られた配列を、CLUSTAL X(ver.2.1)を用いて、公共データベースで利用可能なガンマプロテオバクテリア綱の細菌の配列とアライメントした。アライメントは、必要に応じて、手作業で修正し、ギャップのトリミングを行った。デフォルトパラメータ(Kimuraの補正を含む)を用いたCLUSTAL Xによる近隣結合法(Saitou, N. & Nei, M. 1987. Mol Biol Evol 4, 406-425.)及びMEGA6.06(Tamura, K., et al., 2013. Mol Biol Evol 30, 2725-2729.)による最尤法(Felsenstein, J. 1981. J Mol Evol 17, 368-376.)を用いて、1254bpのアライメントした配列から系統樹を作製し、1000回のリサンプリングに基づき、ブートストラップ法(Felsenstein, J. 1985. Evolution 39, 783-791.)で解析した。
(Analysis of 16S rRNA gene)
Nearly full-length 16S rRNA gene sequences of strains 1-4 were obtained as previously described (Teramoto, M., et al., 2009. Microbiology 155, 3362-3370.). The resulting sequences were aligned with bacterial sequences of the class Gammaproteobacteria available in public databases using CLUSTAL X (ver.2.1). Alignments were manually corrected and gap trimmed as needed. Neighbor-joining method by CLUSTAL X using default parameters (including Kimura's correction) (Saitou, N. & Nei, M. 1987. Mol Biol Evol 4, 406-425.) and MEGA 6.06 (Tamura, K., A phylogenetic tree was constructed from the 1254 bp aligned sequence using the maximum likelihood method (Felsenstein, J. 1981. J Mol Evol 17, 368-376.) according to
(脂肪族アルコールの生産及びGC-MS解析)
1-4株は、dR培地中で、28℃で37-38時間振とう培養して増殖させた。脂肪族アルコール定量のためには、1-4株は、約200mLのdR培地で、OD600が0.05~0.06に達するまで増殖させた。大腸菌は、IPTG及びアンピシリンを添加したM9培地中で、28℃で、振とう培養して完全に増殖させた。
(Production of fatty alcohol and GC-MS analysis)
Strains 1-4 were grown in dR medium at 28° C. with shaking for 37-38 hours. For fatty alcohol quantification, strains 1-4 were grown in approximately 200 mL of dR medium until an OD 600 of 0.05-0.06 was reached. E. coli was grown to maturity in M9 medium supplemented with IPTG and ampicillin at 28° C. with shaking.
脂肪族化合物の抽出には、1-4株の約300μLの濃縮細胞懸濁液、又は400~620μLの大腸菌培養液を用いた。これらの液に、300~400μLのn-ヘプタンを加えて、60℃で10分間加熱し、1分間ボルテックスし、30~40℃で5分間遠心分離して、n-ヘプタン層に脂肪族化合物を抽出した。n-ヘプタンによる抽出操作は、合計3回行った。遠心分離後に厚い中間層が現れたサンプルについては、サンプルを凍結融解させた後に再度遠心分離を行った。このようにして得たn-ヘプタン抽出物を硫酸ナトリウムにより脱水し、N2パージにより濃縮し、以前に記載の方法でGC-MS解析を行った(Teramoto M, et al., 2013. PLoS One. 8: e66594.)。全てのサンプルにおいて、1μLずつをスプリットレス注入法により解析した。 Approximately 300 μL of concentrated cell suspension of strains 1-4 or 400-620 μL of E. coli culture was used for lipid extraction. To these solutions, 300-400 μL of n-heptane was added, heated at 60° C. for 10 minutes, vortexed for 1 minute, and centrifuged at 30-40° C. for 5 minutes to remove aliphatic compounds in the n-heptane layer. Extracted. The extraction operation with n-heptane was performed three times in total. For samples in which a thick intermediate layer appeared after centrifugation, the samples were freeze-thawed and then centrifuged again. The n-heptane extract thus obtained was dehydrated over sodium sulfate, concentrated by N2 purge, and subjected to GC-MS analysis as previously described (Teramoto M, et al., 2013. PLoS One 8: e66594.). All samples were analyzed by splitless injection in aliquots of 1 μL.
マススペクトル及びリテンションタイムに基づき、NISTライブラリー及び脂肪族アルコール標品(1-テトラデカノール、1-ヘキサデカノール、及び1-オクタデカノール)を用いて、脂肪族アルコールを同定した。定量は、標品のピーク面積との比較により行った。C14アルコール(1-テトラデカノール及び1-テトラデセノール)は、1-テトラデカノール標品と比較した。C16アルコール(1-ヘキサデカノール及び1-ヘキサデセノール)は、1-ヘキサデカノール標品と比較した。C18アルコール(1-オクタデカノール及び1-オクタデセノール)は、1-オクタデカノール標品と比較した。 Based on mass spectra and retention times, the fatty alcohols were identified using the NIST library and fatty alcohol standards (1-tetradecanol, 1-hexadecanol, and 1-octadecanol). Quantitation was performed by comparison with the peak area of the standard. C 14 alcohols (1-tetradecanol and 1-tetradecanol) were compared to 1-tetradecanol preparations. C 16 alcohols (1-hexadecanol and 1-hexadecenol) were compared to 1-hexadecanol preparations. C 18 alcohols (1-octadecanol and 1-octadecanol) were compared to 1-octadecanol preparations.
細胞乾燥重量は、培養液を遠心分離又はフィルター(0.22μm,express plus, Millipore)ろ過して細胞を回収した後、細胞を乾燥させて重量を測定することにより求めた。 The cell dry weight was obtained by centrifuging or filtering the culture solution through a filter (0.22 μm, express plus, Millipore) to collect the cells, drying the cells, and measuring the weight.
(ゲノムシークエンス及びプラスミド構築)
1-4株からの全DNAの抽出を、特記しないかぎり以前に記載された方法(Misawa, N., et al., 1990. J. Bacteriol. 172, 6704-6712.)と同様に行った。1-4株の細胞を2LのdR培地で増殖させた。細胞は、TESバッファーで処理せず、1mLのsolution Iに懸濁した。プロナーゼEに替えて、プロテイナーゼKを用いた。一回目のフェノール-クロロホルム抽出の後、500μLのTEバッファー(10mM Tris,1mM EDTA,pH8.0)を抽出物に添加した。この全DNAを用いて、HiSeq2500(Illumina)によるゲノムシークエンス、及び得られた配列のアセンブリを行った(Takara Bio Inc.)。その結果、合計5.5Mbを含む269コンティグが得られた。
(Genome sequencing and plasmid construction)
Extraction of total DNA from strains 1-4 was performed in the same manner as previously described (Misawa, N., et al., 1990. J. Bacteriol. 172, 6704-6712.) unless otherwise stated. Cells of line 1-4 were grown in 2 L of dR medium. Cells were suspended in 1 mL of solution I without being treated with TES buffer. Instead of pronase E, proteinase K was used. After the first phenol-chloroform extraction, 500 μL of TE buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 8.0) was added to the extract. Using this total DNA, genome sequencing by HiSeq2500 (Illumina) and assembly of the obtained sequences were performed (Takara Bio Inc.). As a result, 269 contigs containing a total of 5.5 Mb were obtained.
プラスミド構築の詳細を表2に示す。phsABを含む5.9kbのDNA断片を、1-4株の全DNAから、KOD plus Neo(東洋紡)を用いて増幅した。 Details of the plasmid construction are shown in Table 2. A 5.9 kb DNA fragment containing phsAB was amplified from the total DNA of strain 1-4 using KOD plus Neo (Toyobo).
(他の方法)
運動性は、明視野顕微鏡(mil-kin;Aqua system, 日本)により確認した。増殖温度は、4℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、又は35℃で、1.5%(w/v)寒天を含むdMBで3週間培養して試験した。カゼイン分解、スターチ分解及びキチン分解は、以前に記載されたように試験した(Teramoto M, et al., 2015. Int J Syst Evol Microbiol. 65:353-358.)。寒天分解及び抗生物質耐性は、dR2A-SWプレート上で試験した。
(Other method)
Motility was confirmed by a bright field microscope (mil-kin; Aqua system, Japan). Growth temperatures of 4°C, 10°C, 15°C, 20°C, 25°C, 30°C, or 35°C were tested by culturing in dMB containing 1.5% (w/v) agar for 3 weeks. Casein degradation, starch degradation and chitin degradation were tested as previously described (Teramoto M, et al., 2015. Int J Syst Evol Microbiol. 65:353-358.). Agar degradation and antibiotic resistance were tested on dR2A-SW plates.
[結果]
(1-4株の単離)
室戸の表層海水をDSW1プレートに直接プレーティングして、細菌を単離した。脂肪族アルコールを蓄積する単離株を、ナイルレッド(Greenspan P, et al., 1985. J Cell Biol. 100: 965-973.; Spiekermann P., et al., 1999. Arch Microbiol. 171: 73-80.)を含むDSW1プレート上でスクリーニングし、蓄積された化合物をGC-MSで解析することで選別した(データは示さず)。1個の単離株が脂肪族アルコールを蓄積することを見出し、その単離株が蓄積する主要な脂肪族アルコールとして、1-ヘキサデカノールを検出した(図2)。この単離株を1-4株と命名した。
[result]
(Isolation of 1-4 strains)
Muroto surface seawater was plated directly onto DSW1 plates to isolate bacteria. Isolates that accumulate fatty alcohols were identified as Nile Red (Greenspan P, et al., 1985. J Cell Biol. 100: 965-973.; Spiekermann P., et al., 1999. Arch Microbiol. 171: 73). -80.) was screened on DSW1 plates and accumulated compounds were selected by analysis by GC-MS (data not shown). One isolate was found to accumulate fatty alcohols, and 1-hexadecanol was detected as the major fatty alcohol accumulated by that isolate (Figure 2). This isolate was designated strain 1-4.
1-4株は、MB及びR2A培地よりも、dMB及びdR1培地でよく増殖した。1-4株は、dR1培地では脂肪族アルコールを生産したが、dMBでは生産しなかった(データは示さず)。この結果は、脂肪族アルコール合成に関与する遺伝子が、比較的低栄養環境下で発現することを示唆する。1-4株は、dR1培地(表層海水ベース)よりも、dR培地(深層水ベース)において高濃度の脂肪族アルコールを細胞に蓄積するようであった(データは示さず)。一般的に海洋深層水は、表層海水と比べて窒素とリンを多く有機炭素を少なく含むので、これらの濃度差により脂肪族アルコールが高蓄積した可能性がある。dR培地で増殖させたとき、1-4株は、乾燥細胞重量の0.9±0.2%のC14,16,18脂肪族アルコールを蓄積した。この脂肪族アルコール含有量は、自然界の生物の細胞において、最も高い含有量である可能性がある。Acinetobactor属の細菌では、nutrient-rich brothで増殖させたとき、脂肪族アルコールの蓄積は、乾燥細胞重量の0.001%以下であり、ヘキサデカン(脂肪族アルコールの前駆体となる)を含む無機培地で増殖させたときでさえ、脂肪族アルコールの蓄積は、乾燥細胞重量の0.06%であると報告されている(Makula RA, et al., 1975. J Bacteriol. 121: 250-258.)。 Strain 1-4 grew better on dMB and dR1 media than on MB and R2A media. Strain 1-4 produced fatty alcohols in dR1 medium but not in dMB (data not shown). This result suggests that the genes involved in fatty alcohol synthesis are expressed under relatively poor nutritional conditions. Strain 1-4 appeared to accumulate higher concentrations of fatty alcohols in cells in dR medium (deep water-based) than in dR1 medium (surface seawater-based) (data not shown). Generally, deep seawater contains more nitrogen and phosphorus and less organic carbon than surface seawater. When grown on dR medium, strain 1-4 accumulated 0.9±0.2% of dry cell weight of C 14,16,18 fatty alcohol. This fatty alcohol content may be the highest content in the cells of organisms in nature. Bacteria of the genus Acinetobacter, when grown in nutritive-rich broth, accumulate fatty alcohols at 0.001% or less of the dry cell weight, and an inorganic medium containing hexadecane (precursor of fatty alcohols) fatty alcohol accumulation was reported to be 0.06% of the dry cell weight, even when grown at .
(1-4株の一般的特徴)
1-4株は、1つの極鞭毛を有する桿菌(0.3~1.1×0.3~8.2μm)であり(図3)、運動性がある。1-4株は、10~30℃(最適温度20~30℃)の温度範囲で増殖し、4℃及び35℃では増殖しない。1-4株は、海水を含まない(海水を水に置換した)dR1培地では増殖しない。1-4株は、12μg/mLのテトラサイクリン及び50μg/mLのゲンタマイシンに耐性であるが、20μg/mLのクロラムフェニコール及び100μg/mLのカナマイシンには耐性がない。1-4株は、カゼイン、スターチ、及び寒天を分解するが、キチンは分解しない。
(General characteristics of 1-4 strains)
Strains 1-4 are rods (0.3-1.1×0.3-8.2 μm) with one polar flagellum (FIG. 3) and are motile. Strain 1-4 grows in the temperature range of 10-30°C (optimal temperature 20-30°C) and does not grow at 4°C and 35°C. Strains 1-4 do not grow in dR1 medium without seawater (seawater replaced with water). Strain 1-4 is resistant to 12 μg/mL tetracycline and 50 μg/mL gentamicin, but not to 20 μg/mL chloramphenicol and 100 μg/mL kanamycin. Strain 1-4 degrades casein, starch, and agar, but not chitin.
基準株の中では、1-4株は、Reinekea属の細菌に最も類似していた。1-4株のほぼ全長の16SrRNA遺伝子配列は、Reinekea属の基準種の基準株であるReinekea marinisedimentorum DSM 15388Tの配列と、95.3%の類似性を有していた。このことは、1-4株が、Reinekea属に属することを示唆する(Tindall BJ, et al., 2010. Int J Syst Evol Microbiol 60, 249-266.)。16SrRNA遺伝子配列に基づく系統樹では、1-4株は、Reinekea属の細菌とクラスターを形成し、Oceanospirillales目に含まれた(図4)。
図4は、Gammaproteobacteria綱の中での1-4株の位置を、16S rRNA 遺伝子配列(1254bp)に基づいて示した近隣結合法による系統樹である。
Among the type strains, strains 1-4 were most similar to bacteria of the genus Reinekea. The nearly full-length 16S rRNA gene sequence of strain 1-4 had 95.3% similarity to that of Reinekea marinisedimentorum DSM 15388 T , the type strain of the type species of the genus Reinekea. This suggests that strains 1-4 belong to the genus Reinekea (Tindall BJ, et al., 2010. Int J Syst Evol Microbiol 60, 249-266.). In the phylogenetic tree based on the 16S rRNA gene sequences, strains 1-4 clustered with bacteria of the genus Reinekea and were included in the order Oceanospirillales (Fig. 4).
FIG. 4 is a phylogenetic tree by the neighbor-joining method showing the position of strains 1-4 within the class Gammaproteobacteria based on the 16S rRNA gene sequence (1254 bp).
(脂肪族アルコール合成クラスター、phsABの同定)
1-4株のもつ脂肪族アルコール合成遺伝子を同定するため、1-4株のゲノムをシークエンスした。phsAと命名した遺伝子の遺伝子産物は、脂肪族アルコールを形成する脂肪族アシルCoAレダクターゼと有意な相同性を有していた。phsAの遺伝子産物は、Maqu_2507(accession no. CP000514;Willis RM, et al., 2011. Biochemistry. 50: 10550-10558)の遺伝子産物に51%のアミノ酸同一性を示し、Acr1(accession no. AAC45217;Reiser S and Somerville C. 1997. J Bacteriol. 179: 2969-2975.; Steen EJ, et al., 2010. Nature. 463: 559-562.)に46%のアミノ酸同一性を示した。phsAは、phsBと命名した下流遺伝子とオペロンになっているようであった(図5)。phsBの遺伝子産物は、既知のタンパク質と有意な相同性を示さなかったが、リパーゼに非常に低い相同性を示した。例えば、Aeromonas hydrophila(Anguita J, et al., 1993. Appl Environ Microbiol. 59: 2411-2417.)のリパーゼにアミノ酸配列で7%の同一性、及び43%の類似性を示した。アシル-ACP(acyl carrier protein)/脂肪酸/アシル-CoAレダクターゼをコードする遺伝子[Maqu_2507遺伝子(www.genome.jp/kegg/)及びacr1(Reiser S and Somerville C. 1997. J Bacteriol. 179: 2969-2975.)を含む]は、リパーゼ遺伝子又はそのホモログとクラスターを形成しない。
(Identification of the fatty alcohol synthesis cluster, phsAB)
In order to identify the fatty alcohol synthesis gene possessed by strain 1-4, the genome of strain 1-4 was sequenced. The gene product of the gene designated phsA had significant homology with fatty acyl-CoA reductases that form fatty alcohols. The gene product of phsA shows 51% amino acid identity to the gene product of Maqu_2507 (accession no. CP000514; Willis RM, et al., 2011. Biochemistry. 50: 10550-10558) and is identical to Acr1 (accession no. AAC45217; Reiser S and Somerville C. 1997. J Bacteriol. 179: 2969-2975.; Steen EJ, et al., 2010. Nature. 463: 559-562.). phsA appeared to be in an operon with a downstream gene termed phsB (Fig. 5). The phsB gene product showed no significant homology to known proteins, but very low homology to lipase. For example, it showed 7% identity and 43% similarity in amino acid sequence to the lipase of Aeromonas hydrophila (Anguita J, et al., 1993. Appl Environ Microbiol. 59: 2411-2417.). Genes encoding acyl-ACP (acyl carrier protein)/fatty acid/acyl-CoA reductase [Maqu_2507 gene (www.genome.jp/kegg/) and acr1 (Reiser S and Somerville C. 1997. J Bacteriol. 179: 2969- 2975.)] do not cluster with the lipase gene or its homologues.
phsAを導入した大腸菌株は、C14,16,18脂肪族アルコールを蓄積したが、脂肪族アルデヒドは蓄積しなかった(図6のpBS29SNX)。一方、コントロールベクターを保持する大腸菌株は、脂肪族アルコール及び脂肪族アルデヒドのいずれも蓄積しなかった(図6のControl vector)。配列相同性とともに、これらの結果は、phsAが、脂肪族アルコールを形成する脂肪族アシルCoAレダクターゼをコードすることを示唆する。phsAを単独で保持する大腸菌株では、乾燥細胞重量の19%の脂肪族アルコールが蓄積した(図6のphsA)。これは、脂肪族アルコール含有量として、これまでで最も高い値であり、しかもアシルーACP/脂肪酸/アシル-CoAレダクターゼのみを発現させて得られた値である。報告されている吸光度(細胞密度を示す)又は増殖条件に基づいて推定すると、組換え大腸菌に蓄積される脂肪族アルコールのこれまでの最大量は、乾燥細胞重量の17%までと推定でき、この値はアシル-ACP/脂肪酸/アシル-CoAレダクターゼの発現とともにアシル-ACPチオエステラーゼを過剰発現させることで達成されている(Liu A, et al., 2013. Appl Microbiol Biotechnol. 97: 7061-7071.; 図1)。 E. coli strains transfected with phsA accumulated C14,16,18 fatty alcohols but not fatty aldehydes (pBS29SNX in FIG. 6). On the other hand, the E. coli strain carrying the control vector did not accumulate either fatty alcohols or fatty aldehydes (Control vector in FIG. 6). Together with sequence homology, these results suggest that phsA encodes a fatty acyl-CoA reductase that forms fatty alcohols. E. coli strains harboring phsA alone accumulated fatty alcohols at 19% of dry cell weight (phsA in Figure 6). This is the highest fatty alcohol content to date and obtained by expressing only the acyl-ACP/fatty acid/acyl-CoA reductase. Estimating based on reported absorbance (indicative of cell density) or growth conditions, the maximum amount of fatty alcohol accumulated in recombinant E. coli to date can be estimated at ~17% of the dry cell weight, indicating that this Values have been achieved by overexpressing acyl-ACP thioesterase with expression of acyl-ACP/fatty acid/acyl-CoA reductase (Liu A, et al., 2013. Appl Microbiol Biotechnol. 97: 7061-7071. ; Fig. 1).
一方、phsBのリパーゼ活性は、phsB(pBS29SNC)を導入した大腸菌株における脂肪酸の蓄積の変化をみたTLCでは検出されなかった(データは示さず)。しかしながら、phsAB(pBS29SN)を導入した大腸菌株は、乾燥細胞重量の24%という高濃度のC14,16,18脂肪族アルコールを蓄積した(図7)。これは、phsAのみを導入した大腸菌株よりも高い値である(図7)。さらに、phsAB(pBS29SN)を導入した大腸菌株は、phsA(pBS29SNX)を導入した大腸菌よりも増殖速度が速かった。これらの結果は、新規遺伝子クラスターphsABが、脂肪族アルコールの高生産性に有利であることを示している。そして、この24%という蓄積量は、アシル-ACPチオエステラーゼの過剰発現によりさらに高くなる可能性がある。
これらphsBによる脂肪族アルコールの高蓄積と増殖促進は、phsB産物が潜在的にリパーゼとして機能することと一致する。すなわち、phsBは、アシルCoA(β酸化を介してエネルギー源及び炭素源となるとともに、レダクターゼの基質となる)のレベルを増加させると考えられる(図1)。
On the other hand, the lipase activity of phsB was not detected by TLC that observed changes in fatty acid accumulation in E. coli strains transfected with phsB (pBS29SNC) (data not shown). However, E. coli strains transfected with phsAB(pBS29SN) accumulated high concentrations of C14,16,18 fatty alcohols, 24% of dry cell weight (Fig. 7). This value is higher than that of the E. coli strain into which only phsA was introduced (Fig. 7). Furthermore, the E. coli strain transfected with phsAB (pBS29SN) grew faster than the E. coli strain transfected with phsA (pBS29SNX). These results indicate that the novel gene cluster phsAB favors high fatty alcohol productivity. And this 24% accumulation could be even higher with overexpression of the acyl-ACP thioesterase.
These high accumulations of fatty alcohols and growth promotion by phsB are consistent with the phsB products potentially functioning as lipases. That is, phsB is thought to increase the level of acyl-CoA, which serves as an energy and carbon source through β-oxidation and as a substrate for reductase (Fig. 1).
本発明によれば、生物学的な方法により脂肪族アルコールを製造する技術が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a technology for producing fatty alcohols by a biological method is provided.
Claims (11)
(A1)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A2)配列番号2に記載のアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加、又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A3)配列番号2に記載のアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A4)配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(A5)配列番号1に記載の塩基配列において1又は数個の塩基が欠失、置換、付加、又は挿入された塩基配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(A6)配列番号1に記載の塩基配列と90%以上の配列同一性を有する塩基配列からなり、且つ脂肪族アルコール合成活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド A polynucleotide selected from the group consisting of (A1) to (A6) below.
(A1) a polynucleotide encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2; Polynucleotide (A3) encoding a polypeptide having aliphatic alcohol synthesis activity, consisting of an amino acid sequence having 90% or more sequence identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and aliphatic Polynucleotide (A4) encoding a polypeptide having alcohol synthesizing activity Polynucleotide (A5) consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 Deletion of one or several bases in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, Polynucleotide (A6) consisting of a substituted, added or inserted base sequence and encoding a polypeptide having aliphatic alcohol synthesis activity A base having 90% or more sequence identity with the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 A polynucleotide comprising a sequence and encoding a polypeptide having aliphatic alcohol synthesis activity
(B1)配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(B2)配列番号4に記載のアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加、又は挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードし、且つ配列番号1に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド(phsA)とともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(B3)配列番号4に記載のアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードし、且つphsAとともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(B4)配列番号3に記載の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(B5)配列番号3に記載の塩基配列において1又は数個の塩基が欠失、置換、付加、又は挿入された塩基配列からなり、且つphsAとともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド
(B6)配列番号3に記載の塩基配列と90%以上の配列同一性を有する塩基配列からなり、且つphsAとともに細胞に導入した場合に、phsA単独で導入した細胞と比較して、細胞の脂肪族アルコール含有量が上昇する、ポリヌクレオチド A polynucleotide selected from the group consisting of (B1) to (B6) below.
(B1) a polynucleotide encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4; When introduced into a cell together with a polynucleotide (phsA) that encodes a polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and consists of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, compared to cells introduced with phsA alone, the aliphatic Polynucleotide (B3) encoding a polypeptide consisting of an amino acid sequence having a sequence identity of 90% or more with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4, and introducing into a cell together with phsA, the alcohol content of which increases, Polynucleotide (B4) Polynucleotide (B5) consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3, the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3, which increases the fatty alcohol content of cells compared to cells into which phsA alone is introduced consists of a nucleotide sequence in which one or several bases are deleted, substituted, added, or inserted, and when introduced into a cell together with phsA, compared to cells introduced with phsA alone, the aliphatic of the cell Polynucleotide (B6) with increasing alcohol content, consisting of a nucleotide sequence having 90% or more sequence identity with the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3, and introduced into cells together with phsA, introduced alone with phsA A polynucleotide that increases the fatty alcohol content of a cell compared to a cell
(b)前記工程(a)により得られた培養物から、脂肪族アルコールを得る工程、
を含む、脂肪族アルコールの製造方法。 (a) Reinekea sp. 1-4 strain (NITE P-02620) or the mutant strain according to any one of claims 7 to 9; the process of obtaining alcohol,
A method for producing a fatty alcohol, comprising:
(b’)前記工程(a’)により得られた培養物から、脂肪族アルコールを得る工程、
を含む、脂肪族アルコールの製造方法。 (a') culturing the cells of claim 5 or 6; and (b') obtaining a fatty alcohol from the culture obtained from step (a');
A method for producing a fatty alcohol, comprising:
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