JPH0412959B2 - - Google Patents

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JPH0412959B2
JPH0412959B2 JP32995988A JP32995988A JPH0412959B2 JP H0412959 B2 JPH0412959 B2 JP H0412959B2 JP 32995988 A JP32995988 A JP 32995988A JP 32995988 A JP32995988 A JP 32995988A JP H0412959 B2 JPH0412959 B2 JP H0412959B2
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dna
plasmid
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gene
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JP32995988A
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Ryoichi Katsumata
Akio Ozaki
Tooru Mizukami
Motoko Kageyama
Morimasa Yagisawa
Tamio Mizukami
Seiga Ito
Tetsuo Oka
Akira Furuya
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KH Neochem Co Ltd
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Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 本発明は遺伝子の新規形質発現方法に関する。
さらに詳細には本発明は少なくとも一種の遺伝子
を含むDNA断片とベクターDNAとの組換え体
で、かつ両DNAの少なくとも一方が宿主菌株に
対して外来性である組換え体DNAを用いコリネ
バクテリウム属またはブレビバクテリウム属に属
する微生物から選ばれる宿主菌株を形質転換して
得られる形質転換株を培地に培養し、該遺伝子の
形質を発現させることを特徴とする遺伝子の形質
発現方法に関する。 組換え遺伝子技法は大腸菌を宿主として確立さ
れ、現在までにソマトスタチン、インシユリン、
ヒト成長ホルモン、ヒトインターフエロン−α、
ヒトインターフエロン−β、口蹄病ワクチンなど
のペプタイドやワクチンなどの製造が可能である
ことが示された。生理活性の高いこれらペプタイ
ドやワクチンの発現の宿主として大腸菌は多くの
場合十分であると考えられるが、さらに高い生産
性、菌体外への分泌、グリコシル化を求めあるい
は菌体内毒素の混入を避けるため、酵母や枯草菌
なども宿主として開発されてきている。 ペプタイド、蛋白質などの生理活性物質を生産
する場合は、上記のような既に組換えDNA技法
が確立されているか、その基礎が整つている菌株
を利用すればよいが、アミノ酸、核酸、ビタミ
ン、抗生物質などの物質の工業的生産性の向上を
組換えDNA技法により行う場合には、同技法を
従来使用されているそれぞれの生産菌に適用する
工夫が必要である。 コリネバクテリウム・グルタミクムは微生物に
よるアミノ酸の工業的製造に最初に用いられた微
生物で、以後コリネバクテリウム属を含むコリネ
フオルムバクテリアによるグルタミン酸、リジ
ン、アラニル、ヒスチジン、トリプトフアン、チ
ロシン、フエニルアラニン、スレオニン、イソロ
イシン、バリン、ロイシン、グルタミン、プロリ
ン、アルギニンなどのアミノ酸の工業的生産が開
発され、今日ではほとんどのアミノ酸は微生物に
より生産されるに至つている。 従つてこれら微生物における組換えDNA技法
の確立は、今後アミノ酸生産の向上のために極め
て重要であると考えられる。 組換えDNA技法は、例えば (1) 制限酵素による目的遺伝子を含むDNAの断
片化 (2) 同一制限酵素によるベクターDNAの単一切
断による直鎖状化 (3) 上記(1)、(2)の生成物の混合によるアニーリン
グとDNAリガーゼを用いる連結による組換え
体DNAの作成 (4) 上記組換え体DNAの宿主菌株への導入(形
質転換) (5) 目的遺伝子を含む組換え体の選択されたクロ
ーンの純化 の各段階によりなる。このようにして得られる組
換え体保有株の造成の効率は、上記各段階の積と
もいうべきもので各段階を検証する手段を準備
し、各段階の効率を知りこれを向上することなし
には目的遺伝子の発現可能な形質転換株を得るこ
とができない。またこのようにして目的遺伝子を
含む組換え体DNAを有する形質転換株が得られ
たとしても、該遺伝子が宿主菌株に対して外来性
である場合には該遺伝子の発現に際し種々の障壁
があることが知られており〔“化学と生物”18
110〜118(1978)〕その発現を行わせることは非常
に困難である。 コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウ
ム属に属する微生物を宿主として用い、これに該
宿主に対して外来性である目的遺伝子またはベク
ターを含む組換え体DNAを導入して該目的遺伝
子の形質を発現させた例は今まで全く知られてい
ない。 コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウ
ム属に属する微生物を宿主とする組換えDNA技
法においても、これら微生物中で自律複製し、選
択可能な表現型を有し、多くの遺伝子のクローニ
ングに用いうるベクター系の造成と、効率のよい
形質転換系の確立が必要である。さらに上記した
ような障壁の解消方法の確立が必要である。 本発明者らは先にコリネバクテリウム属または
ブレビバクテリウム属に属する微生物中で自律複
製し、選択可能な表現型と適当なクローニング部
位を有するプラスミドベクターを造成する一方効
率の高い形質転換系を開発した〔特願昭56−
58186(特開昭57−183799)、同56−58187(特開昭
57−186492)、同56−65777(特開昭57−186489)〕。
そこで本発明者らは該プラスミドベクターに既に
知られているインビトロにおけるDNA組換え技
法(U.S.Patent4237224)を用い、アミノ酸の生
合成に関与する外来性遺伝子を含むDNA断片を
連結し、開発した形質転換系を用いてコリネバク
テリウム・グルタミクムL−22株またはその誘導
株を形質転換したところ、該外来性遺伝子が該宿
主中で形質を発現され、アミノ酸などの有用物質
の生産の増大に利用することができることを見出
し本発明を完成するに至つた。 以下本発明を詳細に説明する。 本発明は少なくとも一種の遺伝子を含むDNA
断片とベクターDNAとの組換え体で、かつ両
DNAの少なくも一方が宿主菌株に対して外来性
である組換え体DNAを用いコリネバクテリウム
属またはブレビバクテリウム属に属する微生物か
ら選ばれる宿主菌株を形質転換して得られる形質
転換株を培地に培養し、該遺伝子の形質を発現さ
せる方法を提供する。 本発明に用いる遺伝子を含むDNA断片として
は、真核生物、原核生物、ウイルス、バクテリオ
フアージまたはプラスミドに由来し少なくとも一
種の完全な遺伝子を含むDNA断片があげられる。
真核生物に由来する遺伝子としては哺乳類とくに
ヒトのインターフエロン、インシユリン、生長ホ
ルモンなどのペプタイドをコードする遺伝子など
があげられる。原核生物に由来する遺伝子として
は細菌とくにエツシエリヒア属、コリネバクテリ
ウム属、ブレビバクテリウム属、バチルス属また
はスタフイロコツカス属に属する細菌の菌株に由
来する遺伝子で、細胞の代謝、とくに合成活性に
関与する遺伝子などがあげられる。細胞の代謝ま
たは合成活性とは、アミノ酸、ビタミン、核酸ま
たは抗生物質などの合成ならびにその合成に関与
する代謝系を意味し、本発明においてはアミノ酸
とくにグルタミン酸、リジン、スレオニン、ヒス
チジンまたはトリプトフアンの生合成活性が好適
にあげられる。 また目的とするペプタイド、蛋白質などのアミ
ノ酸組成が知られているときは、相当するDNA
を合成して用いることもできる。DNA合成方法
はたとえば、K.Itakura et al,Science 198
1056(1977)に記載の方法に従つて行なうことが
できる。 本発明に用いるベクターとしては、宿主菌と和
合性(compatible)で自律増殖できるものでな
くてはならない。具体例としては本発明者らがコ
リネバクテリウム属に属する微生物から採取し
た、または採取したものを誘導して造成した
pCG1〔特願昭56−18101(特開昭57−134500)〕、
pCG2〔特願昭56−133557(特開昭58−35197)〕、
pCG4〔特願昭56−58186(特開昭57−183799)〕、
pCE53、pCE54、pCG11、pCB101、pEthrlなど
があげられる。 これらプラスミドを保有する菌株はそれぞれ下
記の寄託番号で工業技術院微生物工業技術研究所
ならびに米国アメリカン・タイプ・カルチヤー・
コレクシヨンに寄託されている。 【表】 好適にはpCG11、pCE54が用いられる。pCG11
は本発明者らが先に開示〔特願昭56−18101(特開
昭57−134500)〕したプラスミドで、コリネバク
テリウム・グルタミクム225−57(ATCC31808、
FERM−P5865)から分離されたプラスミド
pCG1における制限酵素Bgのただ一つの切断
部位に、コリネバクテリウム・グルタミクム225
−250(ATCC31830、FERM−P5939)から分離
されたプラスミドpCG4のストレプトマイシンお
よび/またスペクチノマイシン耐性(SmR
SpecR)遺伝子を含むBamHI断片を両者の同一
接着末端を利用して結合させたプラスミドであ
る。 pCG11は、分子量約6.8Kbのプラスミドで単一
な制限部位としてBg、Pstを有しSmR
SpecRの表現型を与える。 pEC54は次のようにして作成することができ
る。まず、pCG2をその保有菌コリネバクテリウ
ム・グルタミクム225−218株(FERM−P5954、
ATCC31832)の培養菌体から特願昭56−133557
(特開昭58−35197)開示した方法で、pGA22を
その保有大腸菌の培養菌体から通常用いられる方
法で濃縮単離する。両プラスミドDNAを各分子
中1箇所の切断点をもつ制限酵素たとえばPst
で完全消化して直鎖状化した後、プラスミド分子
の両端に単鎖として突き出た同一接着末端で両
DNA分子の連結した和合分子を生成させるため
にT4フアージDNAリガーゼを作用させる。この
DNA混成物中から両プラスミド分子の和合連結
した組換え体プラスミドの取得は、一旦、
pGA22に由来する薬剤耐性で選択されるコリネ
バクテリウム属あるいはブレビバクテリウム属菌
種の形質転換株を分離し、これら形質転換株の保
有するプラスミドを解析することによつて達成さ
れる。 DNA混成物による形質転換は、本発明者らが
先に開示したコリネバクテリウム属およびブレビ
バクテリウム属菌種のプロトプラストを使用する
形質転換法〔特願昭56−58187(特開昭57−
186492)および特願昭56−65777(特開昭57−
186489)〕により実施することができる。選択に
用いる薬剤はpGA22に由来する薬剤耐性遺伝子
のうち、pGA22との連結部位となるため挿入不
活化されるアンピシリン耐性遺伝子を除いた他の
耐性遺伝子に対応するテトラサイクリン(Tc)、
クロラムフエニコール(Cm)あるいはカナマイ
シン(Km)を使用すればよい。形質転換株は
DNA無添加系で受容菌プロトプラストが正常細
胞へ復帰増殖できない濃度の薬剤(通常、テトラ
サイクリン0.4−1.6μg/ml、クロラムフエニコー
ル2.5−5μg/mlおよびカナマイシン100−800μg/
ml)を含む高張寒天培地上で復帰するコロニーを
分離するか、あるいは、一旦非選択的に再生培地
上で正常細胞に復帰増殖させた後にかき集め、こ
の再懸濁液を受容菌正常細胞が生育できない濃度
の薬剤(通常、テトラサイクリン0.5−4μg/ml、
クロラムフエニコール2−15μg/mlおよびカナ
マイシン2−25μg/ml)を含む寒天培地上で生
育するコロニーを分離することによつて得られ
る。テトラサイクリン、クロラムフエニコールあ
るいはカナマイシン耐性(TcR,CmR,KmRとそ
れぞれいう)により選択された形質転換株の中に
は、pGA22由来の他の薬剤耐性形質をも同時に
獲得しているものがある。 こうして得られる形質転換株の保有するプラス
ミドDNAは、本発明他らが特願昭56−18101(特
開昭57−134500)および特願昭56−65777(特開昭
57−186489)に開示した方法で培養菌体から単離
精製でき、さらに各種制限酵素で消化して生成す
るDNA断片をアガロースゲル電気泳動で解析す
る常法により構造を知ることができる。形質転換
株の一株から分離されたプラスミドでpCE54であ
る。 pCE54は大きさ約14.5kbのプラスミドで、単一
制限部位としてEcoR,Sal、Sma、Xho
などを有し、TcR,CmR,KmRの表現型を与え
る。XhoはKmR遺伝子中にあり、いわゆる挿
入不活化(DNA断片の挿入により当該表現型の
発現が妨げられる現象)による選択も可能であ
る。 プラスミド保有菌株からのプラスミドの採取
は、たとえば特願昭56−18101(特開昭57−
134500)、同56−58186(特開昭57−183799)およ
び同56−133557(特開昭58−35197)に記載の方法
に従つて行えばよい。 遺伝子を含むDNA断片とベクターDNAとの組
換え体の作製は、公知の試験管内組換えDNA技
法を駆使することにより実施できる。 試験管内のDNA組換えは、通常、目的の遺伝
子を含む供与体DNAとベクターDNAの切断と再
結合により行われる。DNAの切断は、制限酵素
を用いれば容易にできる。試験管内組換えに使わ
れる制限酵素は生物種を問わずすべての2本鎖
DNA上で特定の塩基配列部分を認識し切断する。
その塩基配列は、制限酵素の種類により異なつて
いる。従つて適当な制限酵素を使用することによ
り目的の遺伝子は発現機能を損うことなく一つの
DNA切断片として切り出される。同一制限酵素
により切断された供与体DNAとベクターDNAの
切断片の末端構造は同一構造を持ち、ある種の制
限酵素の場合には1本鎖が突き出た接着末端を与
え、別の制限酵素では、平滑末端を与える。いず
れの末端であれ同一制限酵素で切断する限り供与
体DNAの切断片とベクターDNAの切断片は、
T4フアージDNAリガーゼにより連結することが
できる。 両DNAを異なる制限酵素で切断した場合も、
例えば、接着末端をDNAポリメラーゼで修復し
て2本鎖として、平滑末端になおしてから結合し
たり、ターミナルトランスフエラーゼで相補的な
ホモポリマーを付与して接着末端としてから結合
したり、あるいは、ある種の制限酵素切断部位を
含んだ合成オリゴヌクレオチドリンカーを連結さ
せてから、その内部を切断して接着末端を作つて
から結合させることができる。これらの連結法に
より目的の遺伝子を含むDNA断片とベクター
DNA切断片の組換え体が生成する。 リガーゼ反応により目的の組換え体以外に他の
組換え体も生成するが、目的の組換え体を取得す
るにはこのDNA混成液を用いてコリネバクテリ
ウム属またはブレビバクテリウム属菌種を直接形
質転換し、目的の遺伝子の遺伝情報に由来する遺
伝形質を付与された形質転換株を選択分離し、そ
の培養菌体から抽出単離することによつて達成で
きる。コリネバクテリウム属またはブレビバクテ
リウム属菌種を直接形質転換しないで例えば大腸
菌のような他の微生物の宿主ベクター系にて目的
の遺伝子を一旦クローン化し、しかる後にコリネ
バクテリウム属またはブレビバクテリウム属菌種
のベクターとの組換え体を試験管内で作製してか
らコリネバクテリウム属またはブレビバクテリウ
ム属菌種を形質転換し前記と同様に形質転換株を
選択分離しても組換え体を取得できる。 組換え体製造のためには下記文献の記載が広く
応用できる。 S.N.Cohen,et alU.S Patent 4237224、遺伝
子操作実験法〔高木康敬編著、講談社サンエンテ
イフィツク(1980)〕、Method in Enzymology
68,Recombinant DNA edited by Rey Wu,
Academic Press 1979 本発明の宿主微生物としては、コリネバクテリ
ウム属またはブレビバクテリウム属に属しDNA
取り込み能を有する菌株ならばいかなる菌株を用
いてもよい。好適には本発明者らが先に特願昭56
−151464(特開昭58−56678)において開示したリ
ゾチーム感受性微生物を用いる。具体的な菌株の
一例としては次の菌株があげられる。 【表】 宿主微生物の組換え体DNAによる形質転換は
1)培養細胞からのプロトプラストの調製、2)
プロトプラストの組換え体DNAによる形質転換
処理、3)プロトプラストの正常細胞への復帰再
生と形質転換株の選択、からなる工程にて行われ
る。具体的方法の例を以下に示す。 1 培養細胞からのプロトプラストの調製 プロトプラスト形成は、微生物を細胞壁溶解酵
素リゾチームに感受性にする条件下で増殖させ、
この培養細胞を高張液中でリゾチーム作用させ細
胞壁を溶解除去ることによつて行われる。微生物
をリゾチーム感受性型細胞にするには各種細胞壁
合成阻害剤が用いられる。例えば、微生物培養の
対数増殖期の中途で生育を抑制しないかあるいは
半制御する濃度のペニシリンを添加し、さらに数
世代増殖させることによつて微生物細胞をリゾチ
ーム感受性にすることができる。 このとき使用する培地は微生物が増殖できる培
地であればよく、例えば栄養培地NB(粉末ブイ
ヨン20g、酵母エキス5gを純水1に含み、PH7.2
に調整した培地)あるいは半合成培地SSM〔グル
コース10g、NH4C 4g、尿素2g、酵母エキス
1g、KH2PO4 1g、K2HPO4 3g、MgC2
6H2O 0.4g、FeSO4・7H2O 10mg,MnSO4
4〜6H2O 0.2mg、ZnSO4・7H2O 0.9mg、
CuSO4・5H2O 0.4mg、Na2B4O7・10H2
0.09mg、(NH46Mo7O24・4H2O 0.04mg、ビオ
チン30μg、サイアミン塩酸塩1mgを水1に含
み、PH7.2に調整した培地〕などが用いられる。 この培地に微生物を接種し、振盪培養する。 比色計によつて660nmにおける吸光度(OD)
を測定し対数増殖期の初期(OD=0.1〜0.4)に
培養液中0.1〜2.0単位/mlの濃度になるようにペ
ニシリンGなどのペニシリン類を添加する。培養
をさらに続けて、ODが0.3〜0.5に増加したとこ
ろで細胞を集菌しSSM培地で洗浄する。次いで
細胞を適当な高張培地、例えばPFM培地
(SSM2倍希釈液中にシヨ糖0.4M、MgC2・6H2
O0.01Mを含み、PH7.0〜8.5に調整した培地)あ
るいはRCG培地〔グルコース5g、カゼイン加水
分解物5g、酵母エキス25g、K2HPO4 3.5g、
KH2PO4 1.5g、MgC2・6H2O 0.41g
FeSO4・7H2O 10mg、MnSO4・4〜6H2O 2
mg、ZnSO4・7H2O 0.9mg、CuSO4・5H2O 0.4
mg、Na2B4O7・10H2O 0.09mg、(NH46MO7
O24・4H2O 0.04mg、ビオチン30μg、サイアミ
ン塩酸塩2mg、コハク酸二ナトリウム1.35gを水
1に含み、PH7.0〜8.5に調整した培地〕に再懸
濁する。この細胞懸濁液に最終濃度0.2〜10mg/
mlとなるようにリゾチームを加え30〜37℃で反応
する。プロトプラスト化は反応時間が進むつれて
進行し、その経過は光学顕微鏡で観察できる。顕
微鏡下でほとんどの細胞がプロトプラスト化され
るに要する時間は、細胞培養時の添加ペニシリン
濃度および用いるリゾチームの濃度によつて変わ
るが、前記条件にて3〜24時間である。 生成したプロトプラストは低張条件で破裂死す
るので、プロトプラストの形成度は低張条件で生
残する正常細胞の残存度で間接的に知ることがで
きる。通常、正常細胞はリゾチーム処理供試正常
細胞の約10-4の残存度に抑えることができる。 このようにして調製したプロトプラストは適当
な高張寒天培地上でコロニー形成能(再生能)を
有する。この寒天培地として栄養培地、半合成培
地あるいは数種類のアミノ酸を補充した合成培地
に0.3〜0.8Mコハク酸二ナトリウムおよび0.5〜6
%ポリビニルピロリドン(分子量10000あるいは
40000)を含有させたものが好適に用いられる。 通常、半合成培地RCGP培地〔RCG培地に3
%のポリビニルピロリドン(分子量10000)と1.4
%の寒天を添加した培地、PH7.2〕を用いること
ができる。培養は25〜35℃で行うのが好ましい。
再生コロニーの出現が認められるのに要する培養
日数は菌株により差があるが、釣菌できるまでの
大きさになるのは10〜14日である。 RCGP培地でのプロトプラストの再生は菌種、
培養中途ペニシリン添加濃度およびリゾチーム処
理濃度によつて異なるが、リゾチーム処理供試正
常細胞あたり10-2〜10-4の効率である。 2 プロトプラストへの組換え体DNAによる形
質転換 プロトプラストへの組換え体DNAの取り込み
は細胞がプロトプラスト状態を保持できる高張液
中でプロトプラストと組換え体DNAとを混合し、
これにDNA取り込み媒介作用のあるポリエチレ
ングリコール(PEG、平均分子量1540〜6000)
あるいはポリビニルアルコール(PVA、重合度
500〜1500)と二価金属陽イオンを加えて処理す
ることによつて行われる。高張条件を与える安定
化剤としては、微生物のプロトプラストの保持に
一般に使われるものでよく、例えがシヨ糖やコハ
ク酸二ナトリウムを用いることができる。PEG
およびPVAの使用可能な濃度範囲は最終濃度で
各々5〜60%、1〜20%である。二価金属陽イオ
ンは最終濃度1〜100mMのCa++、Mg++
Mn++、Ba++、Sr++などが効果的で単独あるいは
併用することができる。処理の温度は0〜25℃が
好適である。 3 プロトプラストの正常細胞への復帰再生と形
質転換株の選択 組換え体DNAで形質転換処理したプロトプラ
ストの再生は、前記のプロトプラストの再生と同
様に、コハク酸二ナトリウムとポリピロリドンを
含有する高張寒天培地(例えばRCGP培地)上に
プロトプラストを塗布し、正常細胞が生育できる
温度、一般に25〜35℃で培養することによつて行
われる。形質転換株は供与体DNAに由来する遺
伝子が菌に付与する形質について選択することに
よつて取得できる。この特徴的形質獲得に基づく
選択は、高張寒天培地上で再生と同時に行つても
よく、あるいは一旦非選択的に再生させてから再
生正常細胞を集め普通の低張寒天培地上で行つて
もよい。 本発明における具体的に好適な宿主菌株として
示したリゾチーム感受性菌株を用いる場合には形
質転換は上記行程1)におけるペニシリン処理を
行なわずに単に培養増殖させた細胞を直接リゾチ
ーム処理する以外は上記工程1)〜3)と同様に
行えばよい。リゾチーム感受性微生物を用いる場
合の形質転換株は再生菌あたり10-4〜10-6の高頻
度で得られる。 形質転換株は通常の栄養培地に培養することに
より導入した組換え体DNAの形質を発現させる
ことができる。組換え体DNAに遺伝子DNAまた
はベクターDNA由来の性質が付与されている場
合は、その性質にあわせて培地に薬剤を補給する
ときもある。 本発明の形質発現方法により生産されるアミノ
酸などの有用物質の採取は、発酵液からのこれら
の物質を採取する常法により行なわれる。 本発明によりコリネバクテリウム属、ブレビバ
クテリウム属微生物におけるアミノ酸、核酸、ビ
タミン、抗生物質 酵素、ペプタイド、蛋白質の
生産性の増大または新たな生産性の付与が可能と
なつた。また微生物の代謝活性を強化し、基質の
利用能を増大させ、新たな代謝活性を与え、新し
い基質の利用性を与えるなどの製造法の改良も可
能になつた。 さらに本発明における特徴は、異種遺伝子ある
いは外来性の組換えDNAをコリネバクテリウム
属またはブレビバクテリウム属微生物において発
現させるのに成功した点にある。すなわち、実施
例に示すような大腸菌のスレオニンオペロン、フ
オスホエノールピンビン酸カルボキシラーゼ
(PPC)遺伝子、枯草菌およびブドウ状球菌で発
現する遺伝子pUB110〔Keggins K.M.,et al,.
Proc.Natl Acad.Sci.,U.S.A.75, 1423
(1978)〕のカナマイシン耐性遺伝子、コリネバク
テリウム・グルタミクムのリジン生合成に関与す
る遺伝子、ブレビバクテリウム・フラブムのアン
スラニレート合成酵素遺伝子がコリネバクテリウ
ム属菌において発現した。 例示したいずれの遺伝子も単にコリネバクテリ
ウム・グルタミクムのプラスミドに連結した形で
導入されており、コリネバクテリウム・グルタミ
クムで発現させるための特殊な操作は施していな
い。また、遺伝子を含むDNA断片を、コリネバ
クテリウム・グルタミクムのプラスミドに対し
て、いずれの向きに連結しても、コリネバクテリ
ウム・グルタミクム内で発現することから、コリ
ネバクテリウム・グルタミクムは、導入された遺
伝子の転写・翻訳の開始点を正確に認識し、転
写・翻訳を遂行できる機能をもつことが明白であ
る。周知のように全ての遺伝子は、正確に転写・
翻訳が開始されるために必要な塩基配列のレベル
で類似性のある部位を有していることを考慮する
と、コリネバクテリウム・グルタミクムは、例示
した遺伝子以外の遺伝子の転写・翻訳開始点をも
認識して発現しうることが容易に推察される。 グルタミン酸高生産能を有するいわゆるグルタ
ミン酸生産菌は、主な菌学的性質を同じくしてい
るにもかかわらず、産業上の重要性から各研究者
により、種々の菌名が付されており属名までもコ
リネバクテリウム属あるいはブレビバクテリウム
属などさまざまである。しかしながら、これらの
菌群は、細胞壁のアミノ酸構成やDNAの塩基組
成が画一的であることから、同一の菌種であるこ
とが指摘されていた。さらに、最近、これらの菌
種間には、70〜80%以上のDNAの相同性がある
ことが明らかにされ、非常に近縁な微生物である
ことが明白である〔Komatsu,Y.:Report of
the Fermentative Research Institute,No.55,
1(1980)、およびSuzuki,K.,Keneko,T.,
and Komagata,K.:Int.J.Syst.Bacteriol.,31
131(1981)参照〕。本明細書では組換えDNA実験
に使用できる宿主が規制されているため、本発明
の有用性はコリネバクテリウム・グルタミクムL
−22の誘導株を宿主として示したが上記の事実を
踏まえれば、グルタミン酸生産菌全般にそのまま
適用できることが容易に類推される。組換え体
DNAがこれら菌種において安定に保持される、
発現されためにはDNAの相同性など宿主菌の性
質における若干の相違は問題でなく、これら菌種
が当該プラスミドの自律複製と導入遺伝子の発現
を可能にする機能を有していればよい。しかる
に、これらの菌種がこの両機能を共有しているこ
とは、本発明者らが、先に開示〔特願昭56−
58186(特開昭57−183799)〕したコリネバクテリ
ウム・グルタミクム225−250から分離され、スト
レプトマイシンおよび/またはスペクチノマイシ
ン耐性遺伝子を有するプラスミドpCG4がコリネ
バクテリウム属およびブレビバクテリウム属菌種
など、グルタミン酸生産菌内で同じく複製でき、
また、その耐性遺伝子が発現される〔特願昭56−
58187(特開昭57−186492〕ことから明らかであ
る。従つて、本発明を適用し得る宿主菌として
は、コリネバクテリウム・グルタミクムに限ら
ず、コリネバクテリウム属およびブレビバクテリ
ウム属菌種を含むグルタミン酸生産菌全てが包括
される。 以下に本発明の実施例および参考例を示す。 参考例 1 リジン生産菌コリネバクテリウム・グルタミク
ムATCC21543のリジン生合成に関与する遺伝子
のコリネバクテリウム・グルタミクムでのクロー
ン化と、その遺伝子の発現を利用したコリネバク
テリウム・グルタミクムによるリジンの生産: (1) コリネバクテリウム・グルタミクム
ATCC21543の染色体DNAとベクターpCG11の
調製: コリネバクテリウム・グルタミクム
ATCC13032から誘導され、リジンアナログであ
るS−(2−アミノエチル)−システイン(以下
AECと略す)に耐性を有するリジン生産性変異
株コリネバクテリウム・グルタミクム
ATCC21543の染色体DNAを次のようにして抽出
単離する。 400ml半合成培地SSM〔グルコース20g、(NH4
2SO4 10g、尿素3g、酵母エキス1g、KH2PO4
1g、MgC2・6H2O 0.4g、FeSO4・7H2O 10
mg、MnSO4・4〜6H2O 0.2mg、ZnSO4・7H2
O 0.9mg、CuSO4・5H2O 0.4mg、Na2B4O7
10H2O 0.09mg、(NH46Mo7O24・4H2O 0.04
mg、ビオチン30μg、サイアミン塩酸塩1mgを水
1に含みPH7.2に調整した培地〕にスレオニン
を100μg/mlとなるように補つた培地に種培養を
接種して30℃で振盪培養する。東京光電比色計で
660nmにおける吸光度(OD)を測定し、OD0.2
になつた時点で培養液中0.5単位/mlの濃度とな
るようにペニシリンGを添加する。さらに培養を
継続しOD約0.6になるまで生育させる。 培養液から菌体を集菌し、TES緩衝液〔0.03M
トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(以下
トリスと略す)、0.005M EDTA 、0.05M NaC
:PH8.0〕で洗浄後、リゾチーム液(25%シヨ
糖、0.1M NaC、0.05Mトリス、0.8mg/mlリゾ
チーム:PH8.0以下同じ)10mlに懸濁し37℃で4
時間反応させる。集菌した菌体から斉藤らの方法
〔Saito,H.et al:Biochim.Beiophys.Acta,72
619(1963)〕に従つて高分子染色体DNAを単離す
る。 一方、ベクタープラスミドとして用いるpCG11
は、コリネバクテリウム・グルタミクムL−22株
の誘導株LA103のpCG11保有株LA103/pCG11
(ATCC39022)から次のようにして単離する。 400mlNB培地(粉末ブイヨン20g、酵母エキス
5gを水1に含みPH7.2に調整した培地)で30℃
で振盪培養しOD約0.7になるまで生育させる。菌
体を集菌し、TES緩衝液で洗浄後、リゾチーム
液10mlに懸濁し、37℃で2時間反応させる。反応
液5M NaC2.4ml、0.5M EDTA(PH8.5)0.6ml、
4%ラウリ硫酸ナトリウムと0.7M NaCからな
る溶液4.4mlを順次添加し、緩やかに混和してか
ら氷水中に15時間置く。 溶菌物全体を遠心管に移し4℃で60分間、
69400×gの遠心分離にかけ上澄液を回収する。
これに重量百分率10%相当のポリエチレングリコ
ール(PEG)6000(半井化学薬品社製)を加え、
静かに混和して溶解後、氷水中に置く。10時間後
1500×gで10分間遠心分離してペレツトを回収す
る。TES緩衝液5mlを加えてペレツトを静かに
再溶解してから1.5mg/mlエチジウムブロマイド
2.0mlを添加し、これに塩化セシウムを加えて静
かに溶解し密度を1.580に合わせる。この溶液を
105000×g、18℃で48時間超遠心分離にかける。
この密度勾配遠心により共有結合で閉じられた環
状のDNAは、紫外線照射することによつて遠心
チユーブ中下方の密度の高いバンドとして見出さ
れる。このバンドを注射器で遠心チユーブの側面
から抜きとることによつてpCG11DNAが分離さ
れる。次いで分画液を等容量のイソプロピルアル
コール液〔容量百分率90%イソプロピルアルコー
ル、10%TES緩衝液(この混液中に飽和溶解量
の塩化セシウムを含む)〕で5回処理してエチジ
ウムブロマイドを抽出除去し、しかる後にTES
緩衝液に対して透析する。 (2) コリネバクテリウム・グルタミクム
ATCC21543のリジン生合成に関与する遺伝子
のクローン化 上記で調整したpCG11プラスミドDNA3μgを
含む制限酵素Bg用反応液(10mMトリス塩
酸、7mM MgC2、60mM NaC、7mM 2−
メルカプトエタノールPH7.5)60μに6単位の
Bg(宝酒造社製)を添加し、37℃で60分間
反応後65℃で10分間加温して反応を停止する。一
方コリネバクテリウム・グルタミクム
ATCC21543の染色体DNA8μgを含む制限酵素
BamH反応液(10mMトリス塩素、7mM
MaC2、100mM NaC、2mM2−メルカプト
エタノール、0.01%ウシ血清アルブミン、PH8.0)
140μに4単位のBamHを添加し、37℃で60
分間反応後、65℃で10分間加温して反応を停止さ
せる。 両消化物を混合し、T4リガーゼ用緩衝液(ト
リス塩酸660mM,MaC2 66mM、ジチオスレ
イトール100mM、PH7.6)40μ、ATP(5mM)
40μ,T4リガーゼ(宝酒造社製、1単位/μ
)0.3μおよびH2O 120μを加え、12℃で
16時間反応させる。この混合物をTES緩衝液で
飽和したフエノール400μで2回抽出し、TES
緩衝液に対して透析してフエノールを除外する。 このリガーゼ反応混合物を、コリネバクテリウ
ム・グルタミクムL−22株から誘導させたAEC
感受性のLP4株の形質転換に供する。形質転換は
LP4株のプロトプラストを用いて行なう。LP4株
の種培養をNB培地に植菌し30℃で振盪培養す
る。OD0.6になつた時点で集菌し、該細胞を
RCGP培地〔グルコース5g、カザミノ酸5g、酵母
エキス2.5g、K2HPO43.5g、KH2PO4 1.5g、
MgC2・6H2O 0.41g、FeSO4・7H2O 10mg,
MnSO4・4〜6H2O 2mg、ZnSO4・7H2
0.9mg、(NH46MO7O24・4H2O 0.04mg、ビオチ
ン30μg、サイアミン塩酸塩2mg、コハク酸二ナ
トリウム135g、ポリビニルピロリドン(分子量
10000)30gを水1に含む培地〕に1mg/mlの
リゾチームを含む液(PH7.6)に約109細胞/mlと
なるように懸濁し、L型試験管に移し30℃で5時
間緩やかに振盪反応してプロトプラスト化する。 このプロトプラスト菌液0.5mlを小試験管にと
り2500×gで5分間遠心分離しTSMC緩衝液
(10mM塩化マグネシウム、30mM塩化カルシウ
ム、50mMトリス、40mMシヨ糖、PH7.5)1ml
に再懸濁して遠心洗浄後、TSMC緩衝液0.1mlに
再懸濁する。この菌液に2倍高濃度のTSMC緩
衝液と上記リガーゼ反応DNA混合物の1対1混
合液100μを加えて混和し、次いでTSMC緩衝
液中に20%PEG6000を含む液0.8mlを添加して混
合する。3分後、RCGP培地(PH7.2)2mlを添加
し、2500×gで5分間遠心分離にかけて上澄み液
を除去し、沈降したプロトプラストを1mlの
RCGP培地に懸濁してから0.2mlをスペクチノマ
イシン400μg/mlを含むRCGP寒天培地(RCGP
培地に1.4%寒天を含む培地、PH7.2)に塗抹し、
30℃で7日間培養する。 寒天培地上に生育した菌全量をかき集め生理食
塩水で洗浄後、1mlの生理食塩水に懸濁する。こ
の菌液をスレオニン2mg/ml、AEC2mg/mlおよ
びストレプトマイシン12.5μg/ml相当を含有する
最少寒天培地M1〔グルコース10g、NH4H2PO4
1g、KC 0.2g、MgSO4・7H2O 0.2g、
FeSO4・7H2O 10mg、MnSO4・4〜6H2
0.2mg、ZnSO4・7H2O 0.9mg、CuSO4・5H2O・
0.4mg、Na2B4O7・10H2O 0.09mg、(NH46Mo7
O24・4H2O 0.04mg、ビオチン50μg、p−アミ
ノ安息香酸2.5mg、サイアミン塩酸塩1mg、寒天
16gを水1中に含みPH7.2に調整した培地〕上に
再塗布して30℃で3日培養する。出現したコロニ
ーの中からAEC、スペクチノマイシンおよびス
トレプトマイシンに耐性の株が得られる。 これらの形質転換株の保有するプラスミドは、
前記のpCG11を単離したのと同様の方法で単離さ
れる。これらのプラスミドDNA1μgを用い、
pCG11上に切断部位のある制限酵素EcoRで完
全消化後、アガロースゲル電気泳動で解析し、生
成断片の和から分子量を同定した。分子量は同一
アガロースゲル上で同時に泳動したラムダフアー
ジDNAの制限酵素Hind消化で生成する分子量
既知の各断片の泳動距離で描かれる標準曲線に基
づいて算定する。形質転換株の一株から得られた
プラスミドpAec5は分子量10.7KbでpCG11のBg
切断部位に3.9KbのDNA断片が挿入された
組換え体屈曲プラスミドである。 pAec5DNAを用い上記と同様な方法でLP4株
のプロトプラストを形質転換してスペクチノマイ
シン耐性で選択される形質転換株は同時にAEC
耐性形質を付与されたEcoRの切断様式で判定
されるpAec5と同一のプラスミドを保有してい
る。即ちpAec5にコリネバクテリウム・グルタミ
クムATCC21543のAEC耐性形質を支配する遺伝
子がクローン化されていることが明らかである。
pAec5保有菌株は米国アメリカン・タイプ・カル
チヤー・コレクシヨンにCorynebacterium
glutamicum K17ATCC39032として寄託されて
いる。 (3) pAec5保有株によるリジンの生産 コリネバクテリウム・グルタミクムL−22株か
ら誘導されたLP4株のpAec5保有株
(ATCC39032)と非保有株のリジン生産試験を行
なう。NB寒天培地上で生育させた菌を1白金耳
ずつ5mlの生産培地P1〔グルコース100g、(NH4
2SO4 24.5g、 KH2PO4 1g、MgSO4・7H2
0.4g、FeSO4・7H2O 10mg、MnSO4・4〜
6H2O 10mg、ビオチン50μg、サイアミン塩酸塩
200μg、パントテン酸カルシウム500μg、ニコチ
ン酸500μg、大豆加水分解物10g、炭酸カルシウ
ム30gを水1に含みPH7.2に調整した培地〕の入
つた試験管に植菌し30℃で75時間振盪培養する。
培養後、培地中のL−リジン生成量を酸性−銅ニ
ンヒドリン反応を用いる比色法によつて測定した
結果を第1表に示す。 【表】 参考例 2 大腸菌のスレオニン生合成に関与する遺伝子の
クローン化とその遺伝子の発現を利用したコリネ
バクテリウム・グルタミクムによるスレオニンの
生産: (1) 大腸菌スレオニンオペロンを含有するDNA
断片のクローン化とコリネバクテリウム・グル
タミクムへの導入: クローン化は大腸菌の宿主ベクター系にて実施
する。ベクターとして用いたpGA22は本プラス
ミドを作製したアンらが用いている方法〔An.G.
et al:J.Bacteriol.,140,400(1979)〕に従い、
本プラスミドを保有する大腸菌K−12株亜株の培
養菌体から単離する。供与DNAとなる高分子染
色体DNAは大腸菌K−12株(ATCC23740)の培
養菌体からスミスのフエノール抽出法〔Smith.
M.G:Method in Enzy−mology,12,part
A,545(1967)〕に従つて単離する。 pGA22プラスミドDNA4μgを含む制限酵素
Hind反応液(10mMトリス塩酸、7mM MgC
2,60mM NaC、PH7.5)60μに0.4単位の
Hind(宝酒造社製、6単位/μ)を添加し
37℃で30分間反応後65℃で10分間加温して反応を
停止する。pGA22には2ケ所のHind切断部位
が存在するが、同一条件でHind消化した試料
をアガロースゲル電気泳動で調べた結果、一断片
に切断されていることが確認される。別に、染色
体DNA 8μgを含む制限酵素Hind反応液140μ
に4単位のHindを添加し37℃で60分間反応後
65℃で10分間加温して反応を停止させる。 両消化物を混合し、T4リガーゼ用緩衝液40μ
、ATP(5mM)40μ、T4リガーゼ0.3μおよ
びH2O 120μを加え、12℃で16時間反応させ
る。この混合物をTES緩衝液で飽和したフエノ
ール400μで2回抽出し、TES緩衝液に対して
透析してフエノールを除去する。 このリガーゼ反応混合物を大腸菌K−12株亜株
GT−3〔J.Bacteriol・117,133−143(1974)〕
(ホモセリンおよびジアモミピメリン酸要求性)
の形質転換に供与する。 GT−3株のコンピテント・セル(DNA取り
込み能を有する菌体)はダジエルトらの方法
〔Dagert.M.,et al:Gene.6,23(1979)〕で調
製する。即ち100μg/mlとなるようにジアミノピ
メリン酸を補つたL培地(バクトトリプトン
10g、酵母エキス5gを水1に含みPH7.2に調整し
た培地)50mlに植菌し、OD0.6になるまで37℃で
培養する。培養液を氷水で10分間冷却してから遠
心集菌する。冷却した0.1M塩化カルシウム20ml
に再懸濁し、0℃に20分間置く。細胞を再遠心
し、0.1M塩化カルシウム0.5mlに懸濁し0℃で18
時間置く。 塩化カルシウム処理した菌液400μに前記リ
ガーゼ反応混合物200μを添加混合し、0℃に
10分間置いてから37℃で5分間加温する。次いで
L培地9mlを添加し、37℃で2時間振盪培養す
る。生理食塩水で2回遠心洗浄後、12.5μg/ml相
当のカナマイシンを添加したM9最少寒天培地
(ブドウ糖2g、NH4C 1g,Na2HPO4 6g、
KH2PO4 3g、MgSO4・7H2O 0.1g、CaC
・2H2O15mg、サイアミン塩酸塩4mgおよび寒天
15gを水1に含み、PH7.2に調整した培地)に塗
布し37℃で3日培養する。出現したただ一つのコ
ロニーは、アンピシリン25μg/ml、クロラムフ
エニコール25μg/mlあるいはカナマイシン
25μg/mlを含むL寒天培地上でも生育すること
が確認される。 この形質転換株の培養菌体から上記でpGA22
を単離したのと同一の方法によりプラスミド
DNAを単離する。このプラスミドDNAを用い制
限酵素消化とアガロースゲル電気泳動で解析した
結果、第1図にpGH2として示した構造を有して
いる。pGA22に挿入されたDNA断片は既にクス
ーン化された大腸菌オペスン含有DNA断片
〔Cossart,P.,et al:Molec.Gen.,Genet.,
175,39(1979)参照〕と同一の制限酵素切断部位
を有していることからpGH2がスレオニンオペロ
ンを含有することが確認される。 次にpCG11とpGH2の組換え体を作製する。ま
ず、pCG11とpGH2を各々Bg、および
BamHで適正条件下完全消化する。各プラス
ミドDNA2μgを含む消化物を混合し、総容量
200μに対してT4リガーゼ用緩衝液40μ、
ATP(5mM)40μ,T4リガーゼ0.2μおよび
H2O 120μを加え12℃で16時間反応させる。
この混合物をTES緩衝液で飽和したフエノール
400μで2回抽出しTES緩衝液に対して透析し
てフエノールを除去する。続いて2倍高濃度の
TSMC緩衝液と前記リガーゼ反応混合物の1対
1混合液100μを供与DNAとして用い、参考例
1(1)と同様な方法でコリネバクテリウム・グルタ
ミクムLA201株(LA103の誘導株、ホモセリン、
ロイシン要求株)のプロトプラストを形質転換し
た後、RCGP寒天培地に塗抹し、30℃で6日間培
養して再生増殖させる。寒天培地上全面に生育し
た菌をかき集め、生理食塩水で遠心洗浄後、ロイ
シン50μg/mlを補充した最少寒天培地M1上に再
塗布して、30℃で3日間培養する。出現したコロ
ニーの中からカナマイシン12μg/mlあるいはス
ペクチノマイシン100μg/mlを含むNB寒天培地
上で生育できる株が得られる。 これらの形質転換株から参考例1(1)記載のエチ
ジウムブロマイド、セシウムクロライド密度勾配
遠心によりプラスミドを単離する。 これらのプラスミドDNA0.5μgを用い各種制限
酵素による単独消化および二種類の制限酵素によ
る二重消化で生成するDNA断片をアガロースゲ
ル電気泳動で解析し、分子量およびプラスミド分
子中の各制限酵素切断部位を同定する。一株から
得られたプラスミドをpEthr1と命名した。制限
酵素pst、EcoR,およびXhoの切断部位で
特徴づけられる構造を第3図に示す。pEthr1は
pCG11にpGH2のスレオニンオペロンを含む、
BamH切断片を結合した構造を有することが
判明した。 pEthr1DNAを用いて、コリネバクテリウム・
グルタミクムLA103株を前記と同様に再形質転換
した結果、ホモセリン非要求性とカナマイシンお
よびスペクチノマイシン耐性形質が連関して導入
され、それらの形質転換株は、各種制限酵素切断
様式で特徴づけられるpEthr1と同一のプラスミ
ドを保有している。ホモセリンデヒドロゲナーゼ
の欠失に起因するLA103株のホモセリン要求性が
pEthr1によるホモセリン非要求性に復帰するの
は、大腸菌スレオニンオペロン上にあるホモセリ
ンデヒドロゲナーゼが発現しているためにほかな
らない。 (2) pEthr1保有株の造成 コリネバクテリウム・グルタミクムL−22株よ
り誘導したスレオニン生産菌、コリネバクテリウ
ム・グルタミクムLA−106(メチオニン要求性、
AEC耐性、α−アミノ−β−ヒドロキシ吉草酸
耐性)のpEthr1保有株は、LA−106のプロトプ
ラストをpEthr1で形質転換することによつて得
られる。 プロトプラストはLA−106株を半合成培地
SSMに100μg/ml相当のメチオニンを補つた培地
で培養し、OD約0.6まで生育させた細胞を参考例
1(2)と同様な工程で処理することにより調製す
る。形質転換も参考例1(2)と同様に行ないスペク
チノマイシン400μg/mlを含むRCGP寒天培地上
で選択して形質転換株を取得する。pEthr1保有
菌株は米国アメリカン・タイプ・カルチヤー・コ
レクシヨンにCorynebacterium glutamicum
K19 ATCC39034として寄託されている。 (3) pEthr1保有株によるスレオニンの生産 上記のようにして得たLA−106株のpEthr1保
有株(ATCC39034)と非保有株のスレオニン生
産試験を行なう。NB寒天培地上で生産させた菌
を1白金耳ずつ5mlの生産培地P2〔グルコース
100g、(NH42SO420g、KH2PO40.5g、K2HPO4
0.5g、MgSO4・7H2O1g、FeSO4・7H2O10mg、
MnSO4・4〜6H2O10mg、ビオチン100μg、炭酸
カルシウム20g、メチオニン100mgを水1に含
みPH7.2に調整した培地〕の入つた試験管に植菌
し30°Cで75時間振盪培養する。培養後、培養液
をペーパークロマトグラフイーにかけニンヒドリ
ン発色後、比色定量してL−スレオニン生成量を
測定した。結果を第2表に示す。 【表】 参考例 3 大腸菌のフオスホエノールピルビン酸カルボキ
シラーゼ(PPC)遺伝子を含む組換え体プラス
ミドを保有するコリネバクテリウム・グルタミク
ムによるグルタミン酸の生産: (1) 大腸菌のPPC遺伝子(本遺伝子は大腸菌で
Glu-をGlu+にすることが知られているグルタ
ミン酸生合成に関与する遺伝子である)を含有
するDNA断片のクローン化とコリネバクテリ
ウム・グルタミクムへの導入: クローン化は大腸菌の宿主・ベクター系にて実施
する。ベクターとして用いたpBR322は参考例2
(1)でpGA22を調製したのと同一の方法で大腸菌
K−12株亜株の培養菌体から単離する。供与
DNAとなる高分子染色体DNAは参考例2(1)で大
腸菌K−12株(ATCC23740)から調製したもの
を使用する。 pBR322プラスミドDNA3μgおよび染色体
DNA9μgを含む制限酵素Sal用反応液(10mM
トリス塩酸、7mM MgC2、100mM NaC、
7mM 2−メルカプトエタノール、0.01%ウシ血
清アルブミン、PH7.5)200μに10単位のSal
(宝酒造社製)を添加し、37℃で60分間反応後、
65℃で10分間加温して反応を停止させる。この混
合消化物にT4リガーゼ用緩衝液40μ、ATP
(5mM)40μ、T4リガーゼ0.4μおよび水120μ
を加え、12℃で16時間反応させる。この混合物
をTES緩衝液で飽和したフエノール400μで2
回抽出し、TES緩衝液に対して透析しフエノー
ルを除去する。 このリガーゼ反応混合物を大腸菌K−12株亜株
PPC2〔Glansdorff,N.,Genetics,51,167
(1965)〕(arg-,thr-,leu-,his-,Thi-
PPC-,STR)の形質転換に供する。PPC2株のコ
ンピテント・セルは2mg/mlのグルタミン酸を補
つたL培地で培養し、参考例2(1)でGT−3株の
コンピテント・セルを得たのと同様に調製する。
形質転換は前記リガーゼ反応混合物200μを使
用し、参考例2(1)と同様に行う。L培地9mlを添
加し、37℃で2時間振盪培養して形質発現させ
る。次いで生理食塩水で2回遠心洗浄後、アルギ
ニン、スレオニン、ロイシン、ヒスチジン各
50μg/mlを補つたM9最少寒天培地に塗布し、37
℃で3日間培養する。出現したコロニーをアンピ
シリン25μg/mlあるいはテトラサイクリン
25μg/mlを含むL寒天培地上にレプリカし、37
℃で24時間培養してアンピシリン耐性でテトラサ
イクリン感受性のものを選び出す。 これらの形質転換株の培養菌体から前記と同様
の方法でプラスミドDNAを単離する。形質転換
株の一株から得られたプラスミドpPC1を制限酵
素消化とアガロースゲル電気泳動で解析した結
果、pBR322のSal1切断部位に4.4KbのDNA断片
が挿入されたゲノムサイズ8.8Kbの組換え体プラ
スミドであることが判明した。 このpPC1プラスミドを用いてPPC2株を前記と
同様な方法で形質転換し、アンピシリン耐性で選
択される形質転換株は全てグルタミン酸非要求性
で、制限酵素切断様式で特徴づけられるpPC1と
同一構造のプラスミドを保有している。このこと
はpPC1プラスミド上に大腸菌のPPC遺伝子がク
ローン化されていることを示す。 クローン化されたPPC遺伝子をコリネバクテ
リウム・グルタミクムに導入するために、pCG11
とpPC1の組換え体を宿主大腸菌で調製する。
pCG11およびpPC1プラスミドDNAを各々2μg含
む制限酵素Pst用反応緩衝液〔20mMトリス塩
酸、10mM MgC2、50mM(NH42SO4、0.01%
ウシ血清アルブミン、PH7.5〕200μに4単位の
Pst(宝酒造社製)を添加し、30℃で60分間反
応後、65℃で10分間加温して反応を停止させる。
この反応混合物にT4リガーゼ用緩衝液40μ、
ATP(5mM)40μ,T4リガーゼ0.2μおよび水
120μを加え、12℃で16時間反応させる。前記
と同様にフエノール抽出後、透析してフエノール
を除去する。このリガーゼ反応混合物100μを
使用し、前記と同様にPPC2株を形質転換した。 生じたコロニーから前記の方法でプラスミドを
分離し、その大きさをアガロースゲル電気泳動で
調べた。大きさが約15〜16Kbのプラスミドを選
択し、そのプラスミドで再度PPC2株を形質転換
しPPC遺伝子の存在を確認した。先の形質転換
株の一株から得られたプラスミドpEppc1を制限
酵素消化とアガロースゲル電気泳動で解析した結
果、pCG11とpPC1が両者のPst切断部位で和合
連結したゲノムサイズ15.6Kbの組換え体プラス
ミドであることが明示された。こうして大腸菌で
調製されたpEppc1プラスミドDNAを用い、コリ
ネバクテリウム・グルタミクムL−22株から誘導
されたLP4株を形質転換する。形質転換は参考例
1(2)と同様に行い、形質転換株はスペクチノマイ
シン400μg/mlを含むPCGP寒天培地上で生育す
るコロニーの中から取得される。これらの形質転
換株から単離されるプラスミドを制限酵素Sal
あるいはPstの単独消化または両者の2重消化
し、アガロースゲル電気泳動で解析することによ
りpEppc1を保有していることが確認される。 pEppc1保有菌株は米国アメリカン・タイプ・
カルチヤー・コレクシヨンにCorynebacteruim
glutamicum K−18ATCC39033として寄託され
ている。 (2) pEppc1保有株によるグルタミン酸の生産: コリネバクテリウム・グルタミクムL−22株から
誘導されたLP4株pEppc1保有株(ATCC39033)
と非保有株のグルタミン酸生産試験を行つた。
NB寒天培地上で生育させた菌をかき集め、生理
食塩水で洗浄後、5mlの生産培地P3〔グルコース
50g、(NH42SO4 3g,尿素3g、KH2PO4
0.5g、K2HPO4 0.5g、MgSO4・7H2O 0.5g、
FeSO4・7H2O 10mg、MnSO4・4〜6H2O 10
mg、ビオチン3μg、サイアミン塩酸塩500μg、フ
エノールレツド10mgを純水1に含み、PH7.2に
調整した培地〕の入つた試験管に植菌し、30℃で
振盪培養する。培養中、20%尿素液を0.2mlずつ
3回添加し、40時間培養する。培養後、培養液
をペーパークロマトグラフイーにかけ、ニンヒド
リン発色後、比色定量してL−グルタミン酸の生
成量を測定した。 結果を第3表に示す。 【表】 参考例4 ブレビバクテリウム・フラブム ATCC14067のアンスラニル酸合成酵素遺伝子
のコリネバクテリウム・グルタミクムでのクロ
ーン化と発現: ブレビバクテリウム・フラブムATCC14067の染
色体DNAを参考例1(1)と同様の方法で調製する。
ベクターとして用いるpCE53は参考例1(1)で
pCG11を単離したのと同様の方法でその保有株コ
リネバクテリウム・グルタミクムL−22株の培養
菌体から単離する。pCE53は本発明者らが先に開
示したコリネバクテリウム・グルタミクムのプラ
スミドpCG1〔特願昭56−18101(特開昭57−
134500)〕と大腸菌のプラスミドpGA22〔An,G.
et al.:J.Bacteriol.,140,400(1979)参照〕を
和合連結させたプラスミドである。詳しくは
pCG1上に1ケ所しかないBg切断部位と
pGA22上に2ケ所あるBamH切断部位のうち
テトラサイクリン耐性遺伝子内でないBamH
切断部位とで、両制限酵素の同一接着末端を利用
して連結したものである。pCE53はpGA22由来
のカナマイシン耐性遺伝子などの選択マーカーを
有し、制限酵素Salに対する切断部位は1ケ所
である。 上記で調製したpCE53プラスミドDNA3μgおよ
び染色体DNA9μgを含む制限酵素Sal反応液
200μに10単位のSalを添加し、37℃で60分間
反応後、65℃で10分間加温して反応を停止させ
る。この混合消化物にT4リガーゼ用緩衝液40μ
、ATP(5mM)40μ,T4リガーゼ0.4μおよ
びH2O120μを加え、12℃で16時間反応させる。
この混合物をTES緩衝液で飽和したフエノール
400μで抽出し、TES緩衝液に対して透析し、
フエノールを除去する。 このリガーゼ反応混合物を形質転換に供する。
形質転換する受容菌としてコリネバクテリウム・
グルタミクムL−22株から誘導されたアンスラニ
ル酸要求性変異株LA105(アンスラニル酸合成酵
素欠損変異株)を用いる。アンスラニル酸要求性
変異株は、常法の変異処理により、M1寒天培地
上で生育できず、アンスラニル酸(30μg/ml相
当)を補つたM1寒天培地上で生育できる菌を選
択することによつて取得される。LA105株のプロ
トプラストの調製および形質転換は、生育培地
NBに100μg/ml相当のアンスラニル酸を補つた
培地を使用する以外は参考例1(2)と同様に行う。
形質転換株は、カナマイシン200μg/ml相当を含
むRCGP寒天培地上で生育するコロニーとして選
択される。出現したコロニーの中からM1寒天培
地上で生育できる形質転換株が得られる。 これらの形質転換株の培養菌体から前記と同様
にプラスミドDNAを単離する。形質転換株の一
株から得られたプラスミドpTrp2−3を各種制限
酵素消化とアガロースゲル電気泳動で解析した結
果、pCE53の唯一のSal切断部位に約7.1Kbの
SalDNA切断片が挿入されたプラスミドである
ことがわかつた。 pTrp2−3を用い、同様な方法でLA105株を再
形質転換したところ、トリプトフアン100μg/ml
およびカナマイシン400μg/mlを含むRCGP寒天
培地上で生育するコロニーは、同時にアンスラニ
ル酸非要求性となり、それらは、Salの切断様
式で判定されるpTrp2−3と同一のプラスミドを
保有している。 以上の結果は、クローン化された約7.1Kbの
SalDNA切断片にはブレビバクテリウム・フラ
ブムATCC14067のアンスラニル酸合成酵素をコ
ードする遺伝子が存在し、それがコリネバクテリ
ウム・グルタミクムLA105株中で発現しているこ
とを示す。 pTrp2−3保有菌株は米国アメリカン・タイ
プ・カルチヤー・コレクシヨンに
Corynebacterium glutamicum K20ATCC39035
として寄託されている。 プラスミドpCE52を用いて上記と同様の処理を
行い、ブレビバクテリウム・フラバム
ATCC14067のアンスラニル酸合成酵素をコード
する遺伝子を有するプラスミドpTrp4−3を得
る。 pEC52は本発明者らが先に開示したコリネバク
テリウム・グルタミクムのプラスミドpCG1〔特願
昭56−18101(特開昭57−134500)〕と大腸菌のプ
ラスミドpGA22〔An,G.et al.:J.Bacteriol.
140,400(1979)参照〕を和合連結させたプラス
ミドである。詳しくはpCG1上に1カ所しかない
Bg切断部位とpGA22上に2カ所あるBamH
切断部位のうちテトラサイクリン耐性遺伝子内
のBamH切断部位とで、両制限酵素の同一接
着末端を利用して連結したものである。pCE52は
pGA22由来のカナマイシン耐性遺伝子などの選
択マーカーを有し、制限酵素Salに対する切断
部位は1カ所である。 pCE52は参考例1(1)でpCG11を単離したのと同
様の方法でpCE52保有株コリネバクテリウム・グ
ルタミクムL−22株の培養菌体から単離する。 上記と同様にトリプトフアン生産性のコリネバ
クテリウム・グルタミクムK36株(FERM BP−
451)をpTrp4−3で形質転換する。得られた形
質転換株は米国アメリカン・タイプ・カルチヤ
ー・コレクシヨンにCorynebacterium
glutamicum K31,ATCC39280として寄託され
ている。 pTrp2−3保有株コリネバクテリウム・グルタ
ミクムK20,ATCC39035およびpTrp4−3保有
株同 K31,ATCC39280によるL−トリプトフ
アン生産試験を下記のとおり行う。 菌株をNB液体培地中で30℃、16時間振盪培養
した菌液0.5mlを5mlの生産培地P4〔廃糖蜜100g/
、(NH42SO4 20g/、KH2PO4 0.5g/
、K2HPO4 0.5g/、MgSO4・7H2
0.25g/、CaCO3 20g/、PH7.2〕の入つた
試験管に植菌し、30℃で96時間振盪培養する。 培養後、培養液をペーパークロマトグラフイ
ーにかけ、ニンヒドリン発色後、比色定量して、
L−トリプトフアンの生成量を測定する。 対照として、LA−105株およびLAR−1株を
同様に処理する。 結果を第4表に示す。 【表】 参考例5 pCB101の作製: (1) CG11とpUB110の分離 pCG11は、本プラスミドを保有するコリネバ
クテリウム・グルタミクムLA103/pCG11
(ATCC39022)を400mlNB培地でOD約0.8に
なるまで生育させ、その培養細胞から、参考例
1(1)でpCG2を単離したのと同一の方法で単離
する。 pUB110は、グリクザンらの方法〔Gryczan,T.
J.et al,:J.Bacteriol.,134,318(1978)参照〕
により、本プラスミドを保有するバチルス・サチ
ルスBR151/pUB110〔Proc.Natl.Acad.Sci,
USA,75,1423(1978)〕の培養菌体から単離す
る。 (2) CG11とpUB110の試験管内組換え 上記で調製したpCG11プラスミドDNA2μg
を含む制限酵素Bg反応緩衝液(10mMト
リス塩酸、7mM MgC2,60mM NaC,
7mM 2−メルカプトエタノール,PH7.5)
100μに2単位のBg(宝酒造社製、6単
位/μ)を添加し、37℃で60分間反応させ
る。また、pUB110プラスミドDNA2μgを含む
制限酵素BamH反応緩衝液(10mMトリス塩
酸、7mM MgC2、100mM NaC、2mMメ
ルカプトエタノール、0.01%ウシ血清アルブミ
ン、PH8.0)100μに2単位のBamH(宝酒
造社製、6単位/μ)を添加し、37℃で60分
間反応させる。 両制限酵素消化物を混合し、T4リガーゼ緩
衝液40μ、ATP(5mM)40μT4リガーゼ
0.2μおよびH2O 120μを加え、12℃で16
時間反応させる。この混合物を、TES緩衝液
で飽和したフエノール400μで2回抽出し、
TES緩衝液に対して透析したフエノールを除
外する。 (3) pCB101の取得 2倍高濃度のTSMC緩衝液と上記リガーゼ
反応混合物の1対1混合液100μを供与DNA
として用い、参考例1(3)と同様な方法で、コリ
ネバクテリウム・グルタミクムLA103を形質転
換し、カナマイシン耐性株を選択する。出現し
たコロニーをカナマイシン12.5μg/mlあるいは
スペクチノマイシン100μg/mlを含むNB寒天
培地上にレプリカし、30℃で2日培養して生育
した二重耐性形質転換株3株を任意に選び、同
一寒天培地上で純化する。この3株を400μ
NB培地で、OD約0.8になるまで生育させ、集
菌後、その培養細胞から参考例1(1)記載のエチ
ジウムブロマイド−セシウムクロライド密度勾
配遠心によりプラスミドを単離する。いずれの
形質転換株からも30〜35μgのプラスミドDNA
が得られる。 これらのプラスミドDNAを参考例1(3)と同
じように制限酵素消化とアガロースゲル電気泳
動で解析し、分子量と制限酵素Pst、EcoR
、HincおよびBgの切断点を同定す
る。3株のプラスミドは全てpCG11とpUB110
が和合連結した構造を有し、そのうち二種は第
2図にpCB101で示した構造であるが、他の一
種は結合向きが逆向きである。 いずれのプラスミドを有する形質転換株も
pCG11由来のスペクチノマイシン耐性形質と
pUB110由来のカナマイシン耐性形質を有して
いる。 これらのプラスミドDNAを用い、コリネバ
クテリウム・グルタミクムLA103株を再形質転
換した結果得られたカナマイシン耐性形質転換
株は、スペクチノマイシン耐性形質を同時に獲
得しており、各種制限酵素切断様式で特徴付け
られる供与プラスミド同一のプラスミドを保有
している。 実施例 1 コリネバクテリウム・グルタミクムC156株の
L−ヒスチジン生合成に関与する遺伝子のクロ
ーン化および該遺伝子の発現を利用したコリネ
バクテリウム・グルタミクム、コリネバクテリ
ウム、ハーキユリス、ブレビバクテリウム・フ
ラブムおよびブレビバクテリウム・ラクトフア
ーメンタムによるL−ヒスチジンの生産: (1) コリネバクテリウム・グルタミクムC156株
の染色体DNAとプラスミドpCG11の調製: 1,2,4−トリアゾール−3−アラニン耐性
でヒスチジン生産能をコリネバクテリウム・グル
タミクムC156株(FERM BP−453)の染色体
DNAを参考例1(1)と同様の方法で調製する。 一方、ベクタープラスミドとして用いるpCG11
は、コリネバクテリウム・グルタミクムL−22株
の誘導株LA103のpCG11保有株LA103/pCG11
(ATCC39022)から参考例1(1)と同様にして単離
する。 (2) コリネバクテリウム・グルタミクムC156株
のヒスチジン生合成に関与する遺伝子のクロー
ン化: 上記で調製したpCG11プラスミドDNA3μgお
よび上記染色体DNA9μgを含む制限酵素Bg
用反応液〔10mMトリス(PH7.5)、7mM MgC
、60mM NaC、7mM2−メルカプトエタノー
ル〕200μに10単位のBg(宝酒造社製)を
添加し、37℃で60分間反応後、65℃で10分間加温
して反応を停止させる。この混合消化物にT4リ
ガーゼ用緩衝液(トリス200mM、MgC2
66mM,ジチオスレイトール100mM、PH7.6)
40μ、5mMATP溶液40μ、T4リガーゼ(宝
酒造社製、1単位/μ)0.3μおよび水120μ
を加え、12℃で16時間反応させる。 T4リガーゼ反応混合物をコリネバクテリウ
ム・グルタミクムLH33株(ヒスチジン要求性、
リゾチーム感受性)の形質転換に供する。 形質転換はLH33株のプロトプラストを用いて
行う。プロトプラストの調製は参考例1(2)と同様
に行う。 プロトプラスト懸濁液0.5mlを小試験管にとり
2500×gで5分間遠心分離し、TSMC緩衝液
(10mM塩化マグネシウム、30mM塩化カルシウ
ム、50mMトリス、400mM シヨ糖、PH7.5)1
mlに再懸濁して遠心洗浄後、TSMC緩衝液0.1ml
に再懸濁する。この懸濁液に2倍濃度のTSMC
緩衝液と上記リガーゼ反応DNA混合物の1対1
混合液100μを加えて混和し、次いでTSMC緩
衝液中に20%PEG6000を含む液0.8mlを添加して
混合する。3分後、RCGP培地(PH7.2)2mlを添
加し、2500×gで5分間遠心分離にかけて上澄み
液を除去し、沈降したプロトプラストを1mlの
RCGP培地に懸濁してから0.2mlをスペクチノマ
イシン400μg/mlを含むRCGP寒天培地(RCGP
培地に1.4%寒天を含む培地、PH7.2)に塗抹し、
30℃で7日間培養する。 選択プレート上に生育したスペクチノマイシン
耐性コロニーをかき集め、生理食塩水を用いて2
回遠心洗浄後、スペクチノマイシン100μg/mlを
含む最少寒天培地M1に塗布して30℃で2日間培
養し、スペクチノマイシン耐性でかつヒスチジン
非要求性となつた形質転換株を選択する。 形質転換株の1株から参考例1(1)記載のエチジ
ウムブロマイド・セシウムクロライド密度勾配遠
心によりプラスミドを単離する。各種制限酵素に
よる単独消化および2種類の制限酵素による二重
消化で生成するDNA断片をアガロースゲル電気
泳動で解析し、このプラスミドDNAの制限酵素
切断様式を同定する。このプラスミドをpPH8と
命名した。pPH8はpCG11のBg切断部位に約
10.6KbのDNA断片が挿入された構造である。 さらにpPH8DNAを用いてH33株〔LH33株の
親株(ヒスチジン要求性、リゾチーム耐性):
FERM BP−452〕を再形質転換したところスペ
クチノマイシン耐性株として選択される形質転換
株のすべてがヒスチジン非要求性となつていた。
これらのことより、ヒスチジン生産菌C156株の
ヒスチジン生合成に関与する遺伝子がクローン化
されていることが明白である。 ヒスチジン生成に関与する遺伝子のクローニン
グは最初からH33株を宿主菌株として用いて行う
こともできる。 (3) pPH8を保有するコリネバクテリウム・グル
タミクム菌体によるL−ヒスチジンの生産: コリネバクテリウム・グルタミクムLA−103株
(FERM P−5947、ATCC31866)をpPH8DNA
で形質転換し、スペクチノマイシン400μg/mlを
含むRCGP寒天培地上で同薬剤耐性の形質転換株
を選択する。得られた形質転換株を純化後、上記
と同様にプラスミド単離、構造解析を行つて、
pPH8と同じ構造のプラスミドであることを確認
した。 pPH8保有株コリネバクテリウム・グルタミク
ムLA103/pPH8は米国アメリカン・タイプ・カ
ルチヤー・コレクシヨンにCorynebacterium
glutamicumK32,ATCC39281として寄託されて
いる。 コリネバクテリウム・グルタミクムLA103/
pCG11(ATCC39022)および同LA103/pPH8
(ATCC39281)のL−ヒスチジン生産試験を以下
のとおり行う。 NB寒天培地上で30℃一晩培養した上記の菌を
それぞれ1白金耳ずつ200μg/mlのアルギニンお
よびメチオニンを補つた5mlの生産培地P5〔糖蜜
12%(糖として)、KH2PO4 0.2%、K2HPO4
0.1%、MgSO4・7H2O0.05%、NaC 0.25%、
(NH42SO4 2.3%、尿素0.2%、CaCO3 2%、
PH7.4(アンモニアで調整)〕に植菌する。30℃で
75時間培養後、培地中のL−ヒスチジン生成量を
スルフアニル酸(ポーリー)試薬を用いる比色法
〔H.Pauly、Hoppe−Seylers;Z.Physiolo.
Chem.,42,508(1904),同94,284(1915)〕によ
つて定量した。結果を第5表に示す。 【表】 (4) pPH8を保有するコリネバクテリウム・ハー
キユリス、ブレビバクテリウム・フラブムおよ
びブレビバクテリウム・ラクトフアーメンタム
によるL−ヒスチジンの生産: コリネバクテリウム・ハーキユリス
ATCC13868、ブレビバクテリウム・フラブム
ATCC14067およびブレビバクテリウム・ラクト
フアーメンタムATCC13869にプラスミドpPH8
を保有させるために各菌株を受容菌として形質転
換を行う。 各菌株をSSM培地で増殖させ、OD660nmが0.2
になつたときにペニシリンGを0.3単位/mlとな
るように添加する。培養を続け、OD660nmが0.6
まで増加したところで集菌し、1mg/mlリゾチー
ムを含むRCGP培地中で上記の記載と同様にプロ
トプラストを形成させる。pPH8を用い、上記の
方法に従い形質転換を行い、形質転換株をスペク
チノマイシン400μg/mlを含むRCGP寒天培地上
で生育するコロニーとして選択する。 純化したスペクチノマイシン耐性形質転換株の
培養菌体よりプラスミドDNAを特開昭57−
183799、同57−134500の記載に従つて調製し、こ
れらがpPH8と同じ構造をすることが制限酵素切
断様式より確認される。以上のことから、プラス
ミドpCG1の誘導体であるプラスミドpPH8はコ
リネバクテリウム・ハーキユリス、ブレビバクテ
リウム・フラブムおよびブレビバクテリウム・ラ
クトフアーメンタム中でも複製可能であり、プラ
スミドpCG11が広くこれら菌種の細菌で使用可能
であるこがわかる。 pPH8保有株であるコリネバクテリウム・ハー
キユリスK33、ブレビバクテリウム・フラブム
K34、およびブレビバクテリウム・ラクトフアー
メンタムK35はそれぞれ米国アメリカン・タイ
プ・カルチヤー・コレクシヨンにATCC39282、
39283および39284として寄託されている。 これら菌株によるL−ヒスチジン生産試験を次
のように行う。 NB寒天培地上で30℃一晩培養させたpPH8保
有株およびそれらの親株をそれぞれ1白金耳ずつ
5mlの生産培地P5に植菌する。30℃で75時間振
盪培養後、培地中のL−ヒスチジン生産量をポー
リー法によつて比色定量する。結果を第6表に示
す。 【表】 以上より、コリネバクテリウム・グルタミクム
由来のヒスチジン生成に関与する遺伝子がコリネ
バクテリウム・グルタミクム以外にコリネバクテ
リウム・ハーキユリス、ブレビバクテリウム・フ
ラブム、ブレビバクテリウム・ラクトフアーメン
タムの諸菌種において発現し、ヒスチジンの生産
に寄与していることが明らかであつた。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a novel method for gene expression.
More specifically, the present invention uses a recombinant DNA that is a recombinant of a DNA fragment containing at least one gene and a vector DNA, and in which at least one of both DNAs is foreign to the host strain. The present invention relates to a method for expressing a gene, which comprises culturing a transformed strain obtained by transforming a host strain selected from microorganisms belonging to the genus Brevibacterium or Brevibacterium in a medium to express the trait of the gene. Recombinant gene technology has been established using Escherichia coli as a host, and to date, somatostatin, insulin,
human growth hormone, human interferon-α,
It was shown that it is possible to produce peptides and vaccines such as human interferon-β and foot-and-mouth disease vaccines. Although Escherichia coli is considered to be sufficient as a host for the expression of these highly bioactive peptides and vaccines in many cases, higher productivity, extracellular secretion, and glycosylation are required, or the contamination of intracellular toxins is avoided. Therefore, yeast and Bacillus subtilis have also been developed as hosts. When producing biologically active substances such as peptides and proteins, it is sufficient to use strains for which recombinant DNA techniques have already been established or the foundations for such techniques are in place. When using recombinant DNA technology to improve the industrial productivity of substances, it is necessary to devise ways to apply the same technology to each of the conventionally used producing bacteria. Corynebacterium glutamicum was the first microorganism used for the industrial production of amino acids, and since then Coryneform bacteria including Corynebacterium have been used to produce glutamic acid, lysine, alanyl, histidine, tryptophan, tyrosine, phenylalanine, Industrial production of amino acids such as threonine, isoleucine, valine, leucine, glutamine, proline, and arginine has been developed, and today most amino acids are produced by microorganisms. Therefore, the establishment of recombinant DNA techniques in these microorganisms is considered to be extremely important for improving amino acid production in the future. Recombinant DNA techniques include, for example, (1) fragmentation of DNA containing the target gene with restriction enzymes, (2) linearization by single cleavage of vector DNA with the same restriction enzyme, and (3) above (1) and (2). Creation of recombinant DNA by annealing by mixing the products and ligation using DNA ligase (4) Introduction of the above recombinant DNA into the host strain (transformation) (5) Selection of recombinant containing the target gene Each stage of purification of the purified clones. The efficiency of creating a recombinant strain obtained in this way can be said to be the product of each of the above steps, so it is important to prepare a means to verify each step, know the efficiency of each step, and improve it. It is not possible to obtain a transformed strain capable of expressing the target gene. Furthermore, even if a transformed strain containing a recombinant DNA containing the target gene is obtained in this way, there are various barriers to expressing the gene if the gene is foreign to the host strain. It is known that [“Chemistry and Biology” 18 ,
110-118 (1978)] It is extremely difficult to induce its expression. A microorganism belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium is used as a host, and a recombinant DNA containing a target gene or vector that is foreign to the host is introduced into the host to express the trait of the target gene. No such example is known until now. In recombinant DNA techniques using microorganisms belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium as hosts, vector systems that replicate autonomously in these microorganisms, have selectable phenotypes, and can be used for cloning many genes. It is necessary to construct a transformer and establish an efficient transformation system. Furthermore, it is necessary to establish a method to eliminate the above-mentioned barriers. The present inventors have previously constructed a plasmid vector that autonomously replicates in microorganisms belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium and has a selectable phenotype and an appropriate cloning site, while developing a highly efficient transformation system. Developed [Special application 1984-
58186 (Japanese Patent Publication No. 57-183799), No. 56-58187 (Japanese Patent Publication No.
57-186492), 56-65777 (Japanese Patent Publication No. 57-186489)].
Therefore, the present inventors used the already known in vitro DNA recombination technique (US Patent 4237224) to ligate a DNA fragment containing a foreign gene involved in amino acid biosynthesis to the plasmid vector, and developed a transformation system. When the Corynebacterium glutamicum strain L-22 or its derivative strain was transformed using this, the foreign gene was expressed in the host and could be used to increase the production of useful substances such as amino acids. They discovered what they could do and completed the present invention. The present invention will be explained in detail below. The present invention relates to DNA containing at least one gene.
A recombinant of the fragment and vector DNA, and both
A transformed strain obtained by transforming a host strain selected from microorganisms belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium using a recombinant DNA in which at least one of the DNAs is foreign to the host strain is cultured. The present invention provides a method for culturing a gene to express the characteristics of the gene. DNA fragments containing genes used in the present invention include DNA fragments derived from eukaryotes, prokaryotes, viruses, bacteriophages, or plasmids and containing at least one complete gene.
Examples of genes derived from eukaryotes include genes encoding peptides such as interferon, insulin, and growth hormone in mammals, particularly humans. Genes derived from prokaryotes include those derived from strains of bacteria, particularly those belonging to the genera Etschierichia, Corynebacterium, Brevibacterium, Bacillus, or Staphylococcus, and are important for cell metabolism, especially synthetic activity. Examples include genes involved. Cellular metabolic or synthetic activity refers to the synthesis of amino acids, vitamins, nucleic acids, or antibiotics, as well as the metabolic systems involved in the synthesis. Activity is preferably mentioned. In addition, when the amino acid composition of the target peptide, protein, etc. is known, the corresponding DNA
can also be synthesized and used. Examples of DNA synthesis methods include K. Itakura et al , Science 198 ,
1056 (1977). The vector used in the present invention must be compatible with the host bacteria and capable of autonomous replication. As a specific example, the present inventors have collected from a microorganism belonging to the genus Corynebacterium, or created by inducing the collected material.
pCG1 [Patent application 1984-18101 (JP 57-134500)],
pCG2 [Patent application 1984-133557 (Japanese patent application 1982-35197)],
pCG4 [Patent application 1986-58186 (Japanese patent application 1983-183799)],
Examples include pCE53, pCE54, pCG11, pCB101, and pEthrl. Bacterial strains carrying these plasmids have been deposited at the National Institute of Microbial Technology, Agency of Industrial Science and Technology, and the American Type Culture Institute, USA, with the following deposit numbers.
Deposited in the collection. [Table] pCG11 and pCE54 are preferably used. pCG11
is a plasmid previously disclosed by the present inventors [Japanese Patent Application No. 56-18101 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-134500)], and is a plasmid that was previously disclosed by the present inventors, and is a plasmid that was previously disclosed by the present inventors.
Plasmid isolated from FERM-P5865)
Corynebacterium glutamicum 225 appears at the only cleavage site of the restriction enzyme Bg in pCG1.
-250 (ATCC31830, FERM-P5939), streptomycin and/or spectinomycin resistance (Sm R /
This is a plasmid in which the BamHI fragment containing the Spec R ) gene is ligated using the same cohesive ends of both. pCG11 is a plasmid with a molecular weight of approximately 6.8 Kb and has Bg and Pst as single restriction sites .
Gives the Spec R phenotype. pEC54 can be created as follows. First, pCG2 was extracted from Corynebacterium glutamicum strain 225-218 (FERM-P5954,
Patent application No. 56-133557 from cultured bacterial cells of ATCC31832)
(Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-35197) By the method disclosed, pGA22 is concentrated and isolated from cultured cells of E. coli harboring it by a commonly used method. Both plasmid DNAs are cut with a restriction enzyme that has one cut point in each molecule, such as Pst.
After complete digestion and linearization with
T4 phage DNA ligase is applied to generate a conjugated molecule of DNA molecules. this
To obtain a recombinant plasmid in which both plasmid molecules are harmoniously linked from a DNA mixture,
This is achieved by isolating transformed strains of Corynebacterium or Brevibacterium species selected for drug resistance derived from pGA22, and analyzing the plasmids possessed by these transformed strains. Transformation with a DNA hybrid is carried out by the transformation method using protoplasts of Corynebacterium and Brevibacterium species previously disclosed by the present inventors [Patent Application No. 58187/1983
186492) and patent application No. 186492) and patent application No. 186492
186489)]. The drugs used for selection are tetracycline (Tc), which corresponds to the drug resistance genes derived from pGA22, excluding the ampicillin resistance gene, which is inserted and inactivated because it serves as a connection site with pGA22;
Chloramphenicol (Cm) or kanamycin (Km) may be used. The transformed strain is
Drugs at concentrations that do not allow recipient protoplasts to revert to normal cells and proliferate in a DNA-free system (usually tetracycline 0.4-1.6 μg/ml, chloramphenicol 2.5-5 μg/ml, and kanamycin 100-800 μg/ml)
Either isolate the reverting colonies on a hypertonic agar medium containing ml), or scrape them up after non-selectively reverting to normal cells on a regeneration medium, and use this resuspension to collect normal cells from the recipient bacteria. Drugs at concentrations that cannot be used (usually tetracycline 0.5-4 μg/ml,
It is obtained by isolating colonies growing on an agar medium containing 2-15 μg/ml of chloramphenicol and 2-25 μg/ml of kanamycin. Some of the transformed strains selected for tetracycline, chloramphenicol, or kanamycin resistance (referred to as Tc R , Cm R , and Km R , respectively) have also acquired other drug resistance traits derived from pGA22. There is. The plasmid DNA possessed by the transformed strain obtained in this way was obtained by the present inventors and others in Japanese Patent Application No. 56-18101 (Japanese Patent Application No. 57-134500) and Japanese Patent Application No. 56-65777 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-65777).
It can be isolated and purified from cultured bacterial cells by the method disclosed in 57-186489), and its structure can be determined by a conventional method of analyzing DNA fragments produced by digestion with various restriction enzymes using agarose gel electrophoresis. The plasmid pCE54 was isolated from one of the transformed strains. pCE54 is a plasmid approximately 14.5 kb in size with single restriction sites including EcoR, Sal, Sma, and Xho.
etc., giving the Tc R , Cm R , and Km R phenotypes. Xho is located in the Km R gene, and selection by so-called insertional inactivation (a phenomenon in which expression of the relevant phenotype is prevented by insertion of a DNA fragment) is also possible. Collection of plasmids from plasmid-carrying strains is described in, for example, Japanese Patent Application No. 56-18101
134500), No. 56-58186 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-183799) and No. 56-133557 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-35197). Preparation of a recombinant between a DNA fragment containing a gene and vector DNA can be carried out by making full use of known in vitro recombinant DNA techniques. In vitro DNA recombination is usually performed by cutting and recombining donor DNA containing the gene of interest and vector DNA. DNA can be easily cut using restriction enzymes. Restriction enzymes used for in vitro recombination can be used for all double-stranded enzymes, regardless of biological species.
Recognizes and cleaves specific base sequences on DNA.
The base sequence differs depending on the type of restriction enzyme. Therefore, by using appropriate restriction enzymes, the gene of interest can be isolated without impairing its expression function.
It is excised as a DNA fragment. The end structures of donor DNA and vector DNA cut by the same restriction enzyme have the same structure; some restriction enzymes give sticky ends with a single strand protruding, while other restriction enzymes give cohesive ends with one strand protruding. , giving blunt ends. As long as both ends are cut with the same restriction enzyme, donor DNA cut fragments and vector DNA cut fragments are
Ligation can be performed using T4 phage DNA ligase. Even when both DNAs are cut with different restriction enzymes,
For example, the sticky ends can be repaired with DNA polymerase to make double strands, and the ends can be blunted before ligation, or a complementary homopolymer can be added with terminal transferase to create sticky ends before ligation, or Synthetic oligonucleotide linkers containing some kind of restriction enzyme cleavage site can be ligated and then internally cut to create cohesive ends before ligation. DNA fragments and vectors containing the gene of interest are created by these linking methods.
Recombinant DNA fragments are generated. In addition to the desired recombinant, other recombinants are generated by the ligase reaction, but in order to obtain the desired recombinant, this DNA mixture is used to directly incubate Corynebacterium or Brevibacterium species. This can be achieved by transforming, selecting and separating a transformed strain endowed with genetic traits derived from the genetic information of the gene of interest, and extracting and isolating it from the cultured bacterial cells. Instead of directly transforming the Corynebacterium or Brevibacterium species, the gene of interest is once cloned in a host-vector system of another microorganism, such as E. coli, and then the Corynebacterium or Brevibacterium species is transformed. A recombinant can be obtained by producing a recombinant with a vector of a bacterial species in a test tube, then transforming a Corynebacterium or Brevibacterium species, and then selecting and separating the transformed strain in the same manner as above. can. For recombinant production, the descriptions in the following documents can be widely applied. SNCohen, et al U.S Patent 4237224, Gene manipulation experimental method [edited by Yasutaka Takagi, Kodansha Sun Enterprises (1980)], Method in Enzymology
68 ,Recombinant DNA edited by Rey Wu,
Academic Press 1979 The host microorganism of the present invention includes DNA belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium.
Any strain may be used as long as it has uptake ability. Preferably, the present inventors first filed a patent application in 1983.
-151464 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-56678) uses a lysozyme-sensitive microorganism. Specific examples of bacterial strains include the following strains. [Table] Transformation of host microorganisms with recombinant DNA involves 1) preparation of protoplasts from cultured cells, 2)
This is carried out in a process consisting of transformation treatment of protoplasts with recombinant DNA, 3) return regeneration of protoplasts to normal cells, and selection of transformed strains. Examples of specific methods are shown below. 1 Preparation of protoplasts from cultured cells Protoplast formation involves growing microorganisms under conditions that make them sensitive to the cell wall lytic enzyme lysozyme.
This is carried out by subjecting the cultured cells to the action of lysozyme in a hypertonic solution to dissolve and remove the cell walls. Various cell wall synthesis inhibitors are used to convert microorganisms into lysozyme-sensitive cells. For example, microbial cells can be made sensitive to lysozyme by adding penicillin at a concentration that does not inhibit or semi-control growth in the middle of the logarithmic growth phase of microbial culture, and then propagating the culture for several generations. The medium used at this time may be any medium that allows microorganisms to grow, such as nutrient medium NB (containing 20 g of powdered broth and 5 g of yeast extract in 1 part of pure water, pH 7.2).
medium) or semi-synthetic medium SSM [glucose 10g, NH 4 C 4g, urea 2g, yeast extract
1g, KH 2 PO 4 1g, K 2 HPO 4 3g, MgC 2
6H 2 O 0.4g, FeSO 4・7H 2 O 10mg, MnSO 4
4-6H2O 0.2mg, ZnSO4.7H2O 0.9mg ,
CuSO 4・5H 2 O 0.4 mg, Na 2 B 4 O 7・10H 2 O
A medium containing 0.09 mg, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 ·4H 2 O, 30 μg of biotin, and 1 mg of thiamine hydrochloride in 1 part of water and adjusted to pH 7.2] is used. Microorganisms are inoculated into this medium and cultured with shaking. Absorbance (OD) at 660nm by colorimeter
is measured, and penicillin such as penicillin G is added to the culture solution at a concentration of 0.1 to 2.0 units/ml at the beginning of the logarithmic growth phase (OD = 0.1 to 0.4). The culture is continued further, and when the OD increases to 0.3 to 0.5, the cells are harvested and washed with SSM medium. The cells are then cultured in a suitable hypertonic medium, such as PFM medium (0.4 M sucrose in 2-fold dilution of SSM, MgC 2 6H 2
Medium containing O0.01M and adjusted to PH7.0-8.5) or RCG medium [glucose 5g, casein hydrolyzate 5g, yeast extract 25g, K 2 HPO 4 3.5g,
KH 2 PO 4 1.5g, MgC 2・6H 2 O 0.41g
FeSO47H2O 10mg, MnSO4・4 ~ 6H2O2
mg, ZnSO 4・7H 2 O 0.9 mg, CuSO 4・5H 2 O 0.4
mg, Na 2 B 4 O 7・10H 2 O 0.09 mg, (NH 4 ) 6 MO 7
Resuspend in a medium containing 0.04 mg of O24.4H2O , 30 μg of biotin, 2 mg of thiamine hydrochloride , and 1.35 g of disodium succinate in 1 part of water and adjusted to pH 7.0 to 8.5. Add this cell suspension to a final concentration of 0.2 to 10 mg/
ml of lysozyme and react at 30-37°C. Protoplast formation progresses as the reaction time progresses, and its progress can be observed using an optical microscope. The time required for most cells to become protoplasts under the microscope varies depending on the concentration of penicillin added during cell culture and the concentration of lysozyme used, but is 3 to 24 hours under the above conditions. Since the generated protoplasts rupture and die under hypotonic conditions, the degree of protoplast formation can be indirectly determined by the degree of survival of normal cells that survive under hypotonic conditions. Normally, normal cells can be suppressed to a residual level of about 10 -4 of normal cells treated with lysozyme. The protoplasts prepared in this manner have the ability to form colonies (regenerate) on an appropriate hypertonic agar medium. This agar medium is a nutrient medium, a semi-synthetic medium, or a synthetic medium supplemented with several types of amino acids, and 0.3-0.8M disodium succinate and 0.5-6
% polyvinylpyrrolidone (molecular weight 10000 or
40,000) is preferably used. Usually, semi-synthetic medium RCGP medium [RCG medium and 3
% polyvinylpyrrolidone (molecular weight 10000) and 1.4
% of agar, pH 7.2] can be used. Cultivation is preferably carried out at 25-35°C.
The number of culture days required for the appearance of regenerated colonies varies depending on the strain, but it takes 10 to 14 days for the colonies to reach a size that can be harvested. Regeneration of protoplasts in RCGP medium depends on bacterial species,
Although it varies depending on the concentration of penicillin added during the culture and the concentration of lysozyme treatment, the efficiency is 10 -2 to 10 -4 per normal cell sample treated with lysozyme. 2 Transformation of protoplasts with recombinant DNA In order to incorporate recombinant DNA into protoplasts, protoplasts and recombinant DNA are mixed in a hypertonic solution that allows cells to maintain a protoplast state.
Polyethylene glycol (PEG, average molecular weight 1540-6000) has a DNA uptake mediating effect.
Or polyvinyl alcohol (PVA, polymerization degree
500-1500) and divalent metal cations. Stabilizers that provide hypertonic conditions may be those commonly used to maintain protoplasts of microorganisms, such as sucrose or disodium succinate. PEG
The usable concentration ranges for PVA and PVA are 5-60% and 1-20%, respectively, in final concentration. Divalent metal cations include Ca ++ , Mg ++ ,
Mn ++ , Ba ++ , Sr ++, etc. are effective and can be used alone or in combination. The temperature of the treatment is preferably 0 to 25°C. 3 Regeneration of protoplasts back to normal cells and selection of transformed strains Regeneration of protoplasts transformed with recombinant DNA is performed using hypertonic agar containing disodium succinate and polypyrrolidone, as in the regeneration of protoplasts described above. This is carried out by spreading protoplasts on a medium (for example, RCGP medium) and culturing them at a temperature at which normal cells can grow, generally 25 to 35°C. A transformed strain can be obtained by selecting for a trait imparted to the bacterium by a gene derived from donor DNA. Selection based on the acquisition of characteristic traits may be performed simultaneously with regeneration on a hypertonic agar medium, or it may be performed once on a non-selective regeneration and then the regenerated normal cells are collected and performed on an ordinary hypotonic agar medium. . When using a lysozyme-sensitive strain shown as a specifically preferred host strain in the present invention, the transformation is performed in step 1) except for directly treating the cells grown in culture with lysozyme without penicillin treatment. The same steps as 1) to 3) may be performed. When using lysozyme-sensitive microorganisms, transformed strains can be obtained at a high frequency of 10 -4 to 10 -6 per regenerating microorganism. The transformed strain can express the traits of the introduced recombinant DNA by culturing it in an ordinary nutrient medium. If the recombinant DNA has properties derived from gene DNA or vector DNA, the culture medium may be supplemented with drugs depending on the properties. Collection of useful substances such as amino acids produced by the method for expressing the characteristics of the present invention is carried out by a conventional method of collecting these substances from a fermentation liquid. The present invention has made it possible to increase or provide new productivity for amino acids, nucleic acids, vitamins, antibiotics, enzymes, peptides, and proteins in microorganisms of the genus Corynebacterium and Brevibacterium. It has also become possible to improve the production method by enhancing the metabolic activity of microorganisms, increasing their ability to utilize substrates, providing new metabolic activities, and providing new substrate utilization. A further feature of the present invention is that a heterologous gene or exogenous recombinant DNA was successfully expressed in a microorganism of the genus Corynebacterium or Brevibacterium. That is, the threonine operon of Escherichia coli, the phosphoenol pinuvate carboxylase (PPC) gene, and the gene pUB110 expressed in Bacillus subtilis and Staphylococcus [Keggins KM, et al , .
Proc. Natl Acad. Sci., USA 75, 1423
(1978)], a gene involved in lysine biosynthesis in Corynebacterium glutamicum, and an anthranilate synthase gene in Brevibacterium flavum were expressed in Corynebacterium spp. All of the exemplified genes were simply introduced in the form of a link to a Corynebacterium glutamicum plasmid, and no special manipulation was performed to express them in Corynebacterium glutamicum. Furthermore, no matter which direction the DNA fragment containing the gene is ligated to the Corynebacterium glutamicum plasmid, it will be expressed within Corynebacterium glutamicum. It is clear that it has the ability to accurately recognize the transcription/translation start point of a given gene and carry out transcription/translation. As is well known, all genes are accurately transcribed and
Considering that Corynebacterium glutamicum has similar sites at the base sequence level necessary for initiation of translation, it is possible that Corynebacterium glutamicum also has transcription/translation initiation sites for genes other than the exemplified genes. It is easily inferred that it can be recognized and expressed. Although the so-called glutamate-producing bacteria that have a high glutamate production ability have the same main mycological properties, each researcher has given them various names due to their industrial importance, and the genus name is different. Even the genus Corynebacterium and Brevibacterium are diverse. However, it has been pointed out that these bacterial groups are the same bacterial species because the amino acid composition of their cell walls and the base composition of their DNA are uniform. Furthermore, it has recently been revealed that there is more than 70-80% DNA homology between these bacterial species, making it clear that they are very closely related microorganisms [Komatsu, Y.: Report of
the Fermentative Research Institute, No.55,
1 (1980), and Suzuki, K., Keneko, T.,
and Komagata, K.: Int.J.Syst.Bacteriol., 31 ,
131 (1981)]. In this specification, since the hosts that can be used for recombinant DNA experiments are regulated, the usefulness of the present invention is limited to Corynebacterium glutamicum L.
-22 as a host, but based on the above facts, it can be easily inferred that this method can be applied to all glutamic acid producing bacteria as is. recombinant
DNA is stably retained in these bacterial species.
For expression to occur, slight differences in host bacterial properties such as DNA homology are not a problem, as long as these bacterial species have functions that enable autonomous replication of the plasmid and expression of the introduced gene. However, the fact that these bacterial species share both of these functions was previously disclosed by the present inventors [Patent Application No. 1983-
Plasmid pCG4, which is isolated from Corynebacterium glutamicum 225-250 and has a streptomycin and/or spectinomycin resistance gene, is used to isolate Corynebacterium and Brevibacterium species, etc. It can also be replicated within glutamate-producing bacteria,
In addition, the resistance gene is expressed [Patent Application 1986-
58187 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-186492). Therefore, the host bacteria to which the present invention can be applied are not limited to Corynebacterium glutamicum, but also include Corynebacterium and Brevibacterium species. Examples and reference examples of the present invention are shown below.Reference example 1 Corynebacterium glutamicum of genes involved in lysine biosynthesis of the lysine-producing bacterium Corynebacterium glutamicum ATCC21543. Production of lysine by Corynebacterium glutamicum using cloning and expression of the gene: (1) Corynebacterium glutamicum
Preparation of ATCC21543 chromosomal DNA and vector pCG11: Corynebacterium glutamicum
S-(2-aminoethyl)-cysteine, a lysine analog derived from ATCC13032 (hereinafter referred to as
Corynebacterium glutamicum, a lysine-producing mutant strain resistant to AEC
The chromosomal DNA of ATCC21543 is extracted and isolated as follows. 400ml semi-synthetic medium SSM [glucose 20g, (NH 4 )
2 SO 4 10g, urea 3g, yeast extract 1g, KH 2 PO 4
1g, MgC 2・6H 2 O 0.4g, FeSO 4・7H 2 O 10
mg, MnSO 4・4~6H 2 O 0.2mg, ZnSO 4・7H 2
O 0.9mg, CuSO 4・5H 2 O 0.4mg, Na 2 B 4 O 7
10H 2 O 0.09 mg, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24・4H 2 O 0.04
The seed culture was inoculated into a medium containing 1 mg of biotin, 30 μg of biotin, and 1 mg of thiamine hydrochloride in 1 part of water and adjusted to pH 7.2, supplemented with threonine to a concentration of 100 μg/ml, and cultured with shaking at 30°C. With Tokyo Photoden Colorimeter
Measure the absorbance (OD) at 660nm, OD0.2
When the concentration of penicillin G reaches 0.5 units/ml in the culture solution. The culture is continued until the OD reaches approximately 0.6. Collect bacteria from the culture solution and add TES buffer [0.03M
Tris(hydroxymethyl)aminomethane (hereinafter abbreviated as Tris), 0.005M EDTA, 0.05M NaC
: PH8.0], then suspended in 10ml of lysozyme solution (25% sucrose, 0.1M NaC, 0.05M Tris, 0.8mg/ml lysozyme: same below pH8.0) and incubated at 37℃ for 4 hours.
Allow time to react. The method of Saito et al. [Saito, H. et al : Biochim. Beiophys. Acta, 72 ,
619 (1963)]. On the other hand, pCG11 used as a vector plasmid
is the pCG11-bearing strain LA103/pCG11 of the derived strain LA103 of Corynebacterium glutamicum L-22 strain.
(ATCC39022) as follows. 400ml NB medium (20g powdered bouillon, yeast extract
5g in 1 part water (medium adjusted to PH7.2) at 30℃
Culture with shaking and grow until the OD reaches approximately 0.7. The cells are collected, washed with TES buffer, suspended in 10 ml of lysozyme solution, and reacted at 37°C for 2 hours. Reaction solution 5M NaC2.4ml, 0.5M EDTA (PH8.5) 0.6ml,
Add 4.4 ml of a solution consisting of 4% sodium laurisulfate and 0.7 M NaC in sequence, mix gently, and place in ice water for 15 hours. Transfer the entire lysate to a centrifuge tube and incubate at 4°C for 60 minutes.
Centrifuge at 69400×g and collect the supernatant.
Add polyethylene glycol (PEG) 6000 (manufactured by Hanui Chemical Co., Ltd.) equivalent to 10% by weight to this,
Mix gently to dissolve, then place in ice water. 10 hours later
Collect the pellet by centrifugation at 1500 xg for 10 minutes. Gently redissolve the pellet by adding 5 ml of TES buffer followed by 1.5 mg/ml ethidium bromide.
Add 2.0ml, add cesium chloride to this and gently dissolve to adjust the density to 1.580. This solution
Ultracentrifuge at 105,000 xg and 18°C for 48 hours.
The circular DNA covalently closed by density gradient centrifugation is found as a high-density band in the lower part of the centrifugation tube by irradiation with ultraviolet light. pCG11DNA is isolated by extracting this band from the side of the centrifuge tube with a syringe. Next, the fractionated solution was treated five times with an equal volume of isopropyl alcohol solution [volume percentage 90% isopropyl alcohol, 10% TES buffer (this mixture contains a saturated amount of cesium chloride)] to extract and remove ethidium bromide. and then TES
Dialyze against buffer. (2) Corynebacterium glutamicum
Cloning of genes involved in lysine biosynthesis of ATCC21543 Reaction solution for restriction enzyme Bg (10mM Tris-HCl, 7mM MgC 2 , 60mM NaC, 7mM 2-
Mercaptoethanol PH7.5) 6 units in 60μ
Add Bg (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) and react at 37°C for 60 minutes, then heat at 65°C for 10 minutes to stop the reaction. On the other hand, Corynebacterium glutamicum
Restriction enzyme containing 8 μg of chromosomal DNA of ATCC21543
BamH reaction solution (10mM Trischlorine, 7mM
MaC2 , 100mM NaC, 2mM 2-mercaptoethanol, 0.01% bovine serum albumin, PH8.0)
Add 4 units of BamH to 140μ and incubate at 37°C for 60
After reacting for a minute, the reaction is stopped by heating at 65°C for 10 minutes. Mix both digests and add 40μ of T4 ligase buffer (Tris-HCl 660mM, MaC 2 66mM, dithiothreitol 100mM, PH7.6), ATP (5mM).
40μ, T4 ligase (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd., 1 unit/μ
) 0.3 μ and 120 μ H 2 O at 12 °C.
Incubate for 16 hours. This mixture was extracted twice with 400 μl of phenol saturated with TES buffer and TES
Phenol is removed by dialysis against buffer. This ligase reaction mixture was applied to AEC derived from Corynebacterium glutamicum L-22 strain.
Use for transformation of susceptible LP4 strain. Transformation is
This is carried out using protoplasts of the LP4 strain. Inoculate the seed culture of LP4 strain into NB medium and culture with shaking at 30°C. When the OD reached 0.6, collect the cells and
RCGP medium [glucose 5g, casamino acids 5g, yeast extract 2.5g, K 2 HPO 4 3.5g, KH 2 PO 4 1.5g,
MgC 2・6H 2 O 0.41g, FeSO 4・7H 2 O 10mg,
MnSO 4・4~6H 2 O 2 mg, ZnSO 4・7H 2 O
0.9mg, (NH 4 ) 6 MO 7 O 24・4H 2 O 0.04 mg, biotin 30 μg, thiamine hydrochloride 2 mg, disodium succinate 135 g, polyvinylpyrrolidone (molecular weight
10000) suspended in a medium containing 1 mg/ml of lysozyme (PH7.6) to approximately 109 cells/ml, transferred to an L-shaped test tube, and incubated gently at 30°C for 5 hours. The cells are shaken and reacted to form protoplasts. Transfer 0.5 ml of this protoplast bacterial solution to a small test tube, centrifuge at 2500 xg for 5 minutes, and then 1 ml of TSMC buffer (10 mM magnesium chloride, 30 mM calcium chloride, 50 mM Tris, 40 mM sucrose, PH7.5).
After resuspending and washing by centrifugation, resuspend in 0.1ml of TSMC buffer. To this bacterial solution, add 100μ of a 1:1 mixture of 2x higher concentration TSMC buffer and the above ligase reaction DNA mixture and mix. Next, add 0.8ml of a solution containing 20% PEG6000 in TSMC buffer and mix. do. After 3 minutes, 2 ml of RCGP medium (PH7.2) was added, centrifuged at 2500
After suspending in RCGP medium, transfer 0.2 ml to RCGP agar medium containing 400 μg/ml spectinomycin (RCGP
Spread on a medium containing 1.4% agar (PH7.2),
Incubate at 30°C for 7 days. Collect all the bacteria grown on the agar medium, wash with physiological saline, and suspend in 1 ml of physiological saline. This bacterial solution was transferred to a minimal agar medium M1 containing the equivalent of 2 mg/ml threonine, 2 mg/ml AEC, and 12.5 μg/ml streptomycin [10 g glucose, NH 4 H 2 PO 4
1g, KC 0.2g, MgSO 4・7H 2 O 0.2g,
FeSO47H2O 10mg, MnSO4・4 ~ 6H2O
0.2mg, ZnSO 4・7H 2 O 0.9mg, CuSO 4・5H 2 O・
0.4mg, Na 2 B 4 O 7・10H 2 O 0.09mg, (NH 4 ) 6 Mo 7
O244H2O 0.04mg, biotin 50μg, p-aminobenzoic acid 2.5mg, thiamine hydrochloride 1mg, agar
Reapply 16 g of the medium on a medium containing 1 part of water and adjust the pH to 7.2, and culture at 30°C for 3 days. Among the colonies that appear, strains resistant to AEC, spectinomycin, and streptomycin are obtained. The plasmids possessed by these transformed strains are
It is isolated in the same manner as pCG11 was isolated above. Using 1 μg of these plasmid DNA,
After complete digestion with the restriction enzyme EcoR, which has a cleavage site on pCG11, it was analyzed by agarose gel electrophoresis, and the molecular weight was determined from the sum of the resulting fragments. The molecular weight is calculated based on a standard curve drawn by the migration distance of each fragment of known molecular weight generated by restriction enzyme Hind digestion of lambda phage DNA that was run simultaneously on the same agarose gel. Plasmid pAec5 obtained from one of the transformed strains has a molecular weight of 10.7 Kb and is similar to the Bg of pCG11.
This is a recombinant bent plasmid with a 3.9Kb DNA fragment inserted at the cleavage site. The protoplasts of the LP4 strain were transformed using pAec5 DNA in the same manner as above, and the transformed strains selected for spectinomycin resistance were simultaneously AEC.
It possesses a plasmid identical to pAec5, which is determined by the cleavage pattern of EcoR, which has been given a resistance trait. That is, it is clear that the gene governing the AEC resistance trait of Corynebacterium glutamicum ATCC21543 has been cloned into pAec5.
The pAec5-carrying strain is Corynebacterium in the American Type Culture Collection.
glutamicum K17ATCC39032. (3) Lysine Production by pAec5-Holding Strain A lysine production test was conducted using a pAec5-harboring strain (ATCC39032) and a non-harboring strain of LP4 strain derived from Corynebacterium glutamicum L-22 strain. Add one loopful of bacteria grown on NB agar medium to 5 ml of production medium P1 [glucose 100 g, (NH 4 )]
2 SO 4 24.5g, KH 2 PO 4 1g, MgSO 4・7H 2 O
0.4g, FeSO47H2O 10mg, MnSO4・4~
6H 2 O 10mg, biotin 50μg, thiamine hydrochloride
200 μg of calcium pantothenate, 500 μg of nicotinic acid, 10 g of soybean hydrolyzate, and 30 g of calcium carbonate in 1 part water and adjusted to pH 7.2] in a test tube and cultured with shaking at 30°C for 75 hours. .
After culturing, the amount of L-lysine produced in the medium was measured by a colorimetric method using an acidic-copper ninhydrin reaction, and the results are shown in Table 1. [Table] Reference Example 2 Production of threonine by Corynebacterium glutamicum using cloning of genes involved in threonine biosynthesis in E. coli and expression of the genes: (1) DNA containing the E. coli threonine operon
Cloning of the fragment and introduction into Corynebacterium glutamicum: Cloning is performed in the E. coli host vector system. pGA22 used as a vector was prepared by the method used by An.G., who created this plasmid.
et al: J. Bacteriol., 140, 400 (1979)],
The plasmid is isolated from cultured cells of Escherichia coli K-12 substrain carrying this plasmid. The high-molecular chromosomal DNA, which serves as the donor DNA, was extracted from cultured E. coli strain K-12 (ATCC23740) using Smith's phenol extraction method [Smith.
MG: Method in Enzy-mology, 12, part
A, 545 (1967)]. Restriction enzyme containing 4 μg of pGA22 plasmid DNA
Hind reaction solution (10mM Tris-HCl, 7mM MgC
2 , 60mM NaC, PH7.5) 0.4 units in 60μ
Hind (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd., 6 units/μ) was added.
After reacting at 37°C for 30 minutes, stop the reaction by heating at 65°C for 10 minutes. There are two Hind cleavage sites in pGA22, but agarose gel electrophoresis of a Hind-digested sample under the same conditions confirms that the pGA22 is cleaved into one fragment. Separately, add 140μ of restriction enzyme Hind reaction solution containing 8μg of chromosomal DNA.
After adding 4 units of Hind to and reacting at 37℃ for 60 minutes,
Stop the reaction by heating at 65°C for 10 minutes. Mix both digests and add 40μ of T4 ligase buffer.
, 40μ of ATP (5mM), 0.3μ of T4 ligase, and 120μ of H 2 O, and reacted at 12°C for 16 hours. The mixture is extracted twice with 400 μl of phenol saturated with TES buffer and dialyzed against TES buffer to remove the phenol. This ligase reaction mixture was mixed with E. coli K-12 substrain.
GT-3 [J.Bacteriol・117, 133-143 (1974)]
(homoserine and diamomipimelic acid requirement)
used for transformation. Competent cells (bacterial cells capable of taking up DNA) of the GT-3 strain are prepared by the method of Dagert et al. [Dagert.M., et al .: Gene. 6, 23 (1979)]. That is, L medium (Bactotryptone) supplemented with diaminopimelic acid to a concentration of 100 μg/ml.
Inoculate 10 g of yeast extract into 50 ml of a medium containing 5 g of yeast extract in 1 part water and adjust the pH to 7.2, and culture at 37°C until the OD reaches 0.6. Cool the culture solution with ice water for 10 minutes and collect the bacteria by centrifugation. 20ml chilled 0.1M calcium chloride
Resuspend at 0°C for 20 minutes. Resuspend cells in 0.5 ml of 0.1 M calcium chloride at 0°C for 18 min.
Give it time. Add and mix 200μ of the above ligase reaction mixture to 400μ of calcium chloride-treated bacterial solution, and heat to 0°C.
Let stand for 10 minutes, then warm at 37℃ for 5 minutes. Next, 9 ml of L medium is added and cultured with shaking at 37°C for 2 hours. After centrifugal washing twice with physiological saline, M9 minimal agar medium (glucose 2g, NH 4 C 1g, Na 2 HPO 4 6g,
KH 2 PO 4 3g, MgSO 4・7H 2 O 0.1g, CaC
2.2H 2 O 15mg, thiamine hydrochloride 4mg and agar
Apply 15 g to a medium containing 1 part water and adjust the pH to 7.2, and culture at 37°C for 3 days. The only colony that appeared was either ampicillin 25μg/ml, chloramphenicol 25μg/ml or kanamycin.
It is confirmed that it grows even on L agar medium containing 25 μg/ml. pGA22 was extracted from the cultured cells of this transformed strain.
Plasmids were isolated by the same method as
Isolate the DNA. Analysis of this plasmid DNA by restriction enzyme digestion and agarose gel electrophoresis revealed that it had the structure shown as pGH2 in FIG. 1. The DNA fragment inserted into pGA22 was an E. coli opesun-containing DNA fragment that had already been cossunized [Cossart, P., et al : Molec. Gen., Genet.
175, 39 (1979)], it is confirmed that pGH2 contains a threonine operon. Next, we will create a recombinant of pCG11 and pGH2. First, pCG11 and pGH2 were converted into Bg and
Completely digest with BamH under appropriate conditions. Mix digests containing 2 μg of each plasmid DNA, total volume
40μ of T4 ligase buffer to 200μ;
ATP (5mM) 40μ, T4 ligase 0.2μ and
Add 120μ of H 2 O and react at 12°C for 16 hours.
This mixture was saturated with phenol in TES buffer.
Extract twice at 400μ and dialyze against TES buffer to remove phenols. followed by twice as high concentration
Corynebacterium glutamicum strain LA201 (derived strain of LA103, homoserine,
After transforming protoplasts of a leucine auxotroph, they are spread on an RCGP agar medium and cultured at 30°C for 6 days for regeneration and proliferation. The bacteria grown on the entire surface of the agar medium are collected, centrifugally washed with physiological saline, reapplied onto minimal agar medium M1 supplemented with 50 μg/ml of leucine, and cultured at 30°C for 3 days. Strains that can grow on NB agar medium containing 12 μg/ml of kanamycin or 100 μg/ml of spectinomycin are obtained from the colonies that appear. Plasmids are isolated from these transformed strains by ethidium bromide and cesium chloride density gradient centrifugation as described in Reference Example 1 (1). Using 0.5 μg of these plasmid DNA, the DNA fragments generated by single digestion with various restriction enzymes and double digestion with two types of restriction enzymes were analyzed by agarose gel electrophoresis, and the molecular weight and each restriction enzyme cleavage site in the plasmid molecule were determined. identify The plasmid obtained from one strain was named pEthr1. The structure characterized by the cleavage sites for the restriction enzymes pst, EcoR, and Xho is shown in Figure 3. pEthr1 is
pCG11 contains the threonine operon of pGH2,
It was found that it has a structure in which BamH cleavage fragments are combined. Using pEthr1DNA, Corynebacterium
As a result of re-transforming the C. glutamicum LA103 strain in the same manner as described above, homoserine non-auxotrophy and kanamycin and spectinomycin resistance traits were introduced in combination, and these transformed strains had pEthr1, which is characterized by various restriction enzyme cleavage patterns. It has the same plasmid. The homoserine auxotrophy of strain LA103 is caused by the deletion of homoserine dehydrogenase.
The return to homoserine non-requiring by pEthr1 is due to the expression of homoserine dehydrogenase on the E. coli threonine operon. (2) Creation of pEthr1-bearing strain Corynebacterium glutamicum LA-106 (methionine auxotrophic,
A pEthr1-bearing strain (resistant to AEC and resistant to α-amino-β-hydroxyvaleric acid) can be obtained by transforming protoplasts of LA-106 with pEthr1. For protoplasts, strain LA-106 is grown in semi-synthetic medium.
It is prepared by culturing cells in a medium containing SSM supplemented with methionine equivalent to 100 μg/ml and growing them to an OD of approximately 0.6, and treating them in the same steps as in Reference Example 1(2). Transformation is carried out in the same manner as in Reference Example 1(2), and a transformed strain is obtained by selection on an RCGP agar medium containing 400 μg/ml of spectinomycin. The pEthr1-carrying strain is Corynebacterium glutamicum in the American Type Culture Collection.
Deposited as K19 ATCC39034. (3) Production of threonine by pEthr1-carrying strain A threonine production test is performed on the pEthr1-carrying strain (ATCC39034) and the non-carrying strain of the LA-106 strain obtained as above. Bacteria produced on NB agar medium were added to each platinum loop of 5 ml of production medium P2 [glucose].
100g , ( NH4 ) 2SO420g , KH2PO40.5g , K2HPO4
0.5g, MgSO47H2O1g , FeSO47H2O10mg ,
The cells were inoculated into a test tube containing a medium containing 10 mg of MnSO4.4-6H2O, 100 μg of biotin, 20 g of calcium carbonate, and 100 mg of methionine in 1 part water and adjusted to pH 7.2, and cultured with shaking at 30°C for 75 hours. After culturing, the culture solution was subjected to paper chromatography to develop ninhydrin color, and the amount of L-threonine produced was measured by colorimetry. The results are shown in Table 2. [Table] Reference Example 3 Production of glutamic acid by Corynebacterium glutamicum carrying a recombinant plasmid containing the E. coli phosphoenolpyruvate carboxylase (PPC) gene: (1) E. coli PPC gene (this gene is
Cloning of a DNA fragment containing a gene involved in glutamate biosynthesis known to convert Glu - to Glu + and introduction into Corynebacterium glutamicum: Cloning was carried out using the E. coli host-vector system. It will be carried out at pBR322 used as a vector is Reference Example 2
It is isolated from cultured cells of Escherichia coli K-12 substrain by the same method used to prepare pGA22 in (1). donation
The polymeric chromosomal DNA used as the DNA was prepared from Escherichia coli K-12 strain (ATCC23740) in Reference Example 2(1). pBR322 plasmid DNA 3μg and chromosome
Reaction solution for restriction enzyme Sal containing 9μg of DNA (10mM
Tris-HCl, 7mM MgC2 , 100mM NaC,
7mM 2-mercaptoethanol, 0.01% bovine serum albumin, PH7.5) 10 units of Sal in 200μ
(manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) and reacted at 37°C for 60 minutes.
Stop the reaction by heating at 65°C for 10 minutes. Add 40μ of T4 ligase buffer and ATP to this mixed digest.
(5mM) 40μ, T4 ligase 0.4μ and water 120μ
and react at 12℃ for 16 hours. This mixture was diluted with 400 μl of phenol saturated with TES buffer.
Extract twice and dialyze against TES buffer to remove phenols. This ligase reaction mixture was mixed with E. coli K-12 substrain.
PPC2 [Glansdorff, N., Genetics, 51 , 167
(1965)] (arg - , thr - , leu - , his - , Thi - ,
PPC - , STR ). Competent cells of strain PPC2 are cultured in L medium supplemented with 2 mg/ml glutamic acid, and prepared in the same manner as in Reference Example 2(1) to obtain competent cells of strain GT-3.
Transformation is carried out in the same manner as in Reference Example 2(1) using 200μ of the ligase reaction mixture. Add 9 ml of L medium and culture with shaking at 37°C for 2 hours to express the expression. Next, after centrifuging twice with physiological saline, arginine, threonine, leucine, and histidine were added.
Spread on M9 minimal agar medium supplemented with 50 μg/ml,
Incubate at ℃ for 3 days. Treat emerging colonies with ampicillin 25 μg/ml or tetracycline.
Replica onto L agar medium containing 25 μg/ml, 37
Culture at ℃ for 24 hours to select ampicillin-resistant and tetracycline-sensitive cells. Plasmid DNA is isolated from the cultured cells of these transformed strains in the same manner as described above. Analysis of plasmid pPC1 obtained from one of the transformed strains by restriction enzyme digestion and agarose gel electrophoresis revealed that a recombinant plasmid with a genome size of 8.8 Kb had a 4.4 Kb DNA fragment inserted into the Sal1 cleavage site of pBR322. It turned out to be. This pPC1 plasmid was used to transform PPC2 strain in the same manner as above, and all of the transformed strains selected for ampicillin resistance were glutamate-nonrequiring and had the same structure as pPC1, which was characterized by the restriction enzyme cleavage pattern. is held. This indicates that the E. coli PPC gene has been cloned onto the pPC1 plasmid. To introduce the cloned PPC gene into Corynebacterium glutamicum, pCG11
and pPC1 recombinants are prepared in host E. coli.
Reaction buffer for restriction enzyme Pst containing 2 μg each of pCG11 and pPC1 plasmid DNA [20mM Tris-HCl, 10mM MgC 2 , 50mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.01%
Bovine serum albumin, PH7.5] 4 units per 200μ
Add Pst (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) and react at 30°C for 60 minutes, then heat at 65°C for 10 minutes to stop the reaction.
Add 40μ of T4 ligase buffer to this reaction mixture.
ATP (5mM) 40μ, T4 ligase 0.2μ and water
Add 120μ and incubate at 12℃ for 16 hours. After phenol extraction in the same manner as above, phenol is removed by dialysis. Using 100μ of this ligase reaction mixture, strain PPC2 was transformed in the same manner as above. Plasmids were isolated from the resulting colonies by the method described above, and their sizes were examined by agarose gel electrophoresis. A plasmid with a size of approximately 15 to 16 Kb was selected, and the PPC2 strain was transformed again with this plasmid to confirm the presence of the PPC gene. As a result of analysis of plasmid pEppc1 obtained from one of the previously transformed strains by restriction enzyme digestion and agarose gel electrophoresis, a recombinant plasmid with a genome size of 15.6 Kb in which pCG11 and pPC1 were conjugated and linked at their Pst cleavage sites was found. It was clearly shown that Using the pEppc1 plasmid DNA thus prepared in Escherichia coli, LP4 strain derived from Corynebacterium glutamicum L-22 strain is transformed. Transformation was carried out in the same manner as in Reference Example 1(2), and transformed strains were obtained from colonies growing on PCGP agar medium containing 400 μg/ml of spectinomycin. Plasmids isolated from these transformed strains were digested with the restriction enzyme Sal.
Alternatively, the possession of pEppc1 can be confirmed by single digestion of Pst or double digestion of both and analysis by agarose gel electrophoresis. The pEppc1-carrying strain is American type.
Corynebacteruim in the culture collection
glutamicum K-18ATCC39033. (2) Production of glutamic acid by pEppc1 strain: LP4 strain pEppc1 strain derived from Corynebacterium glutamicum L-22 strain (ATCC39033)
We conducted a glutamic acid production test on the non-possessed strain.
Collect the bacteria grown on the NB agar medium, wash with physiological saline, and add 5 ml of production medium P3 [glucose
50g, (NH 4 ) 2 SO 4 3g, Urea 3g, KH 2 PO 4
0.5g, K2HPO4 0.5g , MgSO47H2O 0.5g,
FeSO47H2O 10mg, MnSO4・4 ~ 6H2O10
3 μg of biotin, 500 μg of thiamine hydrochloride, and 10 mg of phenol red in 1 part pure water and adjusted to pH 7.2] in a test tube, and cultured with shaking at 30°C. During culture, add 0.2 ml of 20% urea solution three times and culture for 40 hours. After culturing, the culture solution was subjected to paper chromatography, and after coloring with ninhydrin, the amount of L-glutamic acid produced was measured by colorimetry. The results are shown in Table 3. [Table] Reference Example 4 Cloning and expression of the anthranilate synthase gene of Brevibacterium flavum ATCC14067 in Corynebacterium glutamicum: The chromosomal DNA of Brevibacterium flavum ATCC14067 was cloned in the same manner as in Reference Example 1(1). Prepared by method.
pCE53 used as a vector is as shown in Reference Example 1 (1).
It is isolated from cultured cells of Corynebacterium glutamicum strain L-22, which harbors it, in the same manner as pCG11 was isolated. pCE53 is the plasmid pCG1 of Corynebacterium glutamicum [Patent Application No. 18101 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-198]) previously disclosed by the present inventors.
134500)] and E. coli plasmid pGA22 [An, G.
et al.: J. Bacteriol., 140 , 400 (1979)]. For more information
There is only one Bg cleavage site on pCG1 and
Of the two BamH cleavage sites on pGA22, BamH is not located within the tetracycline resistance gene.
The cleavage site is ligated using the same cohesive ends of both restriction enzymes. pCE53 has selection markers such as the kanamycin resistance gene derived from pGA22, and has one cleavage site for the restriction enzyme Sal. Restriction enzyme Sal reaction solution containing 3 μg of pCE53 plasmid DNA and 9 μg of chromosomal DNA prepared above
Add 10 units of Sal to 200μ, react at 37°C for 60 minutes, and then heat at 65°C for 10 minutes to stop the reaction. Add 40μ of T4 ligase buffer to this mixed digest.
, 40μ of ATP (5mM), 0.4μ of T4 ligase and 120μ of H 2 O, and react at 12°C for 16 hours.
This mixture was saturated with phenol in TES buffer.
Extracted at 400μ, dialyzed against TES buffer,
Remove phenols. This ligase reaction mixture is subjected to transformation.
Corynebacterium spp. as a recipient bacterium for transformation.
Anthranilic acid auxotrophic mutant strain LA105 (anthranilic acid synthase-deficient mutant strain) derived from C. glutamicum L-22 strain is used. Anthranilic acid auxotrophic mutants were created by selecting bacteria that could not grow on M1 agar medium through conventional mutation treatment and could grow on M1 agar medium supplemented with anthranilic acid (equivalent to 30 μg/ml). be obtained. Preparation and transformation of protoplasts of strain LA105 were carried out using growth medium.
The same procedure as in Reference Example 1(2) is carried out except that a medium containing NB supplemented with anthranilic acid equivalent to 100 μg/ml is used.
Transformants are selected as colonies growing on RCGP agar medium containing the equivalent of 200 μg/ml of kanamycin. A transformed strain that can grow on M1 agar medium is obtained from the colonies that appear. Plasmid DNA is isolated from the cultured cells of these transformed strains in the same manner as described above. As a result of analyzing the plasmid pTrp2-3 obtained from one of the transformed strains by digestion with various restriction enzymes and agarose gel electrophoresis, it was found that approximately 7.1 Kb was found at the unique Sal cleavage site of pCE53.
It was found that this was a plasmid into which a SalDNA fragment had been inserted. When LA105 strain was retransformed using pTrp2-3 in the same manner, tryptophan was found to be 100 μg/ml.
Colonies growing on RCGP agar containing 400 μg/ml of kanamycin and kanamycin simultaneously became anthranilic acid non-auxotrophic, and they carried a plasmid identical to pTrp2-3 as judged by the Sal cleavage mode. The above results show that approximately 7.1Kb of cloned
This shows that the SalDNA fragment contains a gene encoding the anthranilate synthase of Brevibacterium flavum ATCC14067, and that it is expressed in Corynebacterium glutamicum LA105 strain. The pTrp2-3 strain is included in the American Type Culture Collection.
Corynebacterium glutamicum K20ATCC39035
It has been deposited as. The same treatment as above was performed using plasmid pCE52, and Brevibacterium flavum
Plasmid pTrp4-3 containing the gene encoding the anthranilate synthase of ATCC14067 is obtained. pEC52 is the plasmid pCG1 of Corynebacterium glutamicum [Japanese Patent Application No. 56-18101 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-134500)] previously disclosed by the present inventors and the plasmid pGA22 of Escherichia coli [An, G. et al . :J.Bacteriol.
140, 400 (1979)]. For details, there is only one place on pCG1.
BamH located at the Bg cleavage site and two locations on pGA22
Among the cleavage sites, the BamH cleavage site in the tetracycline resistance gene is ligated using the same cohesive ends of both restriction enzymes. pCE52 is
It has a selection marker such as the kanamycin resistance gene derived from pGA22, and has one cleavage site for the restriction enzyme Sal. pCE52 is isolated from cultured cells of Corynebacterium glutamicum strain L-22 harboring pCE52 in the same manner as in the method used to isolate pCG11 in Reference Example 1 (1). Similarly to the above, tryptophan-producing Corynebacterium glutamicum K36 strain (FERM BP-
451) with pTrp4-3. The obtained transformed strain was transferred to the American Type Culture Collection of Corynebacterium.
glutamicum K31, deposited as ATCC39280. An L-tryptophan production test using Corynebacterium glutamicum K20, ATCC39035, which possesses pTrp2-3, and Corynebacterium glutamicum K31, ATCC39280, which possesses pTrp4-3, is carried out as follows. The bacterial strain was cultured in NB liquid medium at 30℃ for 16 hours with shaking, and 0.5 ml of the bacterial suspension was added to 5 ml of production medium P4 [100 g of blackstrap molasses/
, (NH 4 ) 2 SO 4 20g/, KH 2 PO 4 0.5g/
, K 2 HPO 4 0.5g/, MgSO 4・7H 2 O
0.25g/, CaCO 3 20g/, PH7.2] and cultured with shaking at 30°C for 96 hours. After culturing, the culture solution was subjected to paper chromatography, and after coloring with ninhydrin, it was determined colorimetrically.
Measure the amount of L-tryptophan produced. As a control, LA-105 strain and LAR-1 strain are treated in the same manner. The results are shown in Table 4. [Table] Reference Example 5 Production of pCB101: (1) Separation of CG11 and pUB110 pCG11 is Corynebacterium glutamicum LA103/pCG11 carrying this plasmid.
(ATCC39022) is grown in 400 ml NB medium until the OD reaches approximately 0.8, and the cultured cells are isolated by the same method as that used to isolate pCG2 in Reference Example 1 (1). pUB110 was obtained using the method of Gryczan et al. [Gryczan, T.
J. et al .: J. Bacteriol., 134, 318 (1978)]
Bacillus subtilis BR 151 /pUB 110 carrying this plasmid [Proc.Natl.Acad.Sci,
USA, 75 , 1423 (1978)]. (2) In vitro recombination of CG11 and pUB110 2μg of pCG11 plasmid DNA prepared above
Restriction enzyme Bg reaction buffer containing (10mM Tris-HCl, 7mM MgC 2 , 60mM NaC,
7mM 2-mercaptoethanol, PH7.5)
Add 2 units of Bg (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd., 6 units/μ) to 100μ and react at 37°C for 60 minutes. In addition, 2 units of BamH (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd., 6 units/μ) and react at 37°C for 60 minutes. Mix both restriction enzyme digests, add 40μ of T4 ligase buffer, 40μ of ATP (5mM) and add T4 ligase.
Add 0.2 μ and 120 μ of H 2 O and incubate at 12 °C for 16
Allow time to react. This mixture was extracted twice with 400 μl of phenol saturated with TES buffer and
Exclude phenols dialyzed against TES buffer. (3) Obtaining pCB101 Add 100μ of a 1:1 mixture of twice as concentrated TSMC buffer and the above ligase reaction mixture to the donor DNA.
Corynebacterium glutamicum LA103 was transformed using the same method as in Reference Example 1(3), and a kanamycin-resistant strain was selected. The colonies that appeared were replicated onto NB agar medium containing 12.5 μg/ml of kanamycin or 100 μg/ml of spectinomycin, cultured at 30°C for 2 days, and 3 growing double-resistant transformants were randomly selected and identical. Purify on agar medium. 400μ of these three stocks
The cells are grown in NB medium until the OD reaches approximately 0.8, and after harvesting, plasmids are isolated from the cultured cells by ethidium bromide-cesium chloride density gradient centrifugation as described in Reference Example 1 (1). 30-35 μg of plasmid DNA from any transformed strain
is obtained. These plasmid DNAs were analyzed by restriction enzyme digestion and agarose gel electrophoresis in the same manner as in Reference Example 1 (3), and the molecular weight and restriction enzymes Pst and EcoR were analyzed.
, identify the breakpoints of Hinc and Bg. All plasmids of the three strains are pCG11 and pUB110.
Two of them have the structure shown in Figure 2 for pCB101, but the other type has the opposite binding direction. Transformants with either plasmid
Spectinomycin resistance trait derived from pCG11 and
It has kanamycin resistance trait derived from pUB110. The kanamycin-resistant transformant obtained by re-transforming Corynebacterium glutamicum LA103 using these plasmid DNAs also acquired spectinomycin resistance, and was characterized using various restriction enzyme cleavage methods. The donated plasmid contains the same plasmid. Example 1 Cloning of a gene involved in L-histidine biosynthesis of Corynebacterium glutamicum strain C156 and the expression of the gene to produce Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium, Hercullis, Brevibacterium flavum and Brevi Production of L-histidine by Bacterium lactofamentum: (1) Preparation of chromosomal DNA of Corynebacterium glutamicum strain C156 and plasmid pCG11: 1,2,4-triazole-3-alanine resistance and histidine production ability Chromosome of Bacterium glutamicum strain C156 (FERM BP-453)
DNA is prepared in the same manner as in Reference Example 1(1). On the other hand, pCG11 used as a vector plasmid
is the pCG11-bearing strain LA103/pCG11 of the derived strain LA103 of Corynebacterium glutamicum L-22 strain.
(ATCC39022) in the same manner as in Reference Example 1(1). (2) Cloning of genes involved in histidine biosynthesis of Corynebacterium glutamicum strain C156: Restriction enzyme Bg containing 3 μg of pCG11 plasmid DNA prepared above and 9 μg of the above chromosomal DNA
reaction solution [10mM Tris (PH7.5), 7mM MgC
2. Add 10 units of Bg (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) to 200μ of 60mM NaC, 7mM 2-mercaptoethanol, react at 37°C for 60 minutes, and then heat at 65°C for 10 minutes to stop the reaction. Add T4 ligase buffer (Tris 200mM, MgC 2
66mM, dithiothreitol 100mM, PH7.6)
40μ, 5mM MATP solution 40μ, T4 ligase (Takara Shuzo Co., Ltd., 1 unit/μ) 0.3μ and water 120μ
and react at 12℃ for 16 hours. The T4 ligase reaction mixture was mixed with Corynebacterium glutamicum LH33 strain (histidine auxotrophic,
(susceptible to lysozyme). Transformation is performed using LH33 strain protoplasts. Protoplasts are prepared in the same manner as in Reference Example 1(2). Transfer 0.5ml of protoplast suspension to a small test tube.
Centrifuge at 2500 x g for 5 minutes and add TSMC buffer (10mM magnesium chloride, 30mM calcium chloride, 50mM Tris, 400mM sucrose, PH7.5) 1
After centrifugation and washing, resuspend in 0.1ml of TSMC buffer.
Resuspend in Add 2x concentration of TSMC to this suspension.
1:1 buffer and ligase reaction DNA mixture above
Add 100μ of the mixture and mix, then add 0.8ml of a solution containing 20% PEG6000 in TSMC buffer and mix. After 3 minutes, 2 ml of RCGP medium (PH7.2) was added, centrifuged at 2500
After suspending in RCGP medium, transfer 0.2 ml to RCGP agar medium containing 400 μg/ml spectinomycin (RCGP
Spread on a medium containing 1.4% agar (PH7.2),
Incubate at 30°C for 7 days. Scrape the spectinomycin-resistant colonies grown on the selection plate and incubate with saline for 2 hours.
After centrifugation and washing, the mixture is spread on minimal agar medium M1 containing 100 μg/ml of spectinomycin and cultured at 30° C. for 2 days to select transformants that are spectinomycin resistant and non-histidine auxotrophic. A plasmid is isolated from one of the transformed strains by ethidium bromide/cesium chloride density gradient centrifugation as described in Reference Example 1 (1). DNA fragments generated by single digestion with various restriction enzymes and double digestion with two types of restriction enzymes are analyzed by agarose gel electrophoresis to identify the mode of restriction enzyme cleavage of this plasmid DNA. This plasmid was named pPH8. pPH8 is located approximately at the Bg cleavage site of pCG11.
This structure has a 10.6Kb DNA fragment inserted. Furthermore, using pPH8DNA, H33 strain [parent strain of LH33 strain (histidine auxotrophy, lysozyme resistance):
FERM BP-452], all of the transformed strains selected as spectinomycin-resistant strains were non-requiring for histidine.
From these results, it is clear that the genes involved in histidine biosynthesis of the histidine-producing bacterial strain C156 have been cloned. Cloning of genes involved in histidine production can also be performed from the beginning using strain H33 as a host strain. (3) Production of L-histidine by Corynebacterium glutamicum cells harboring pPH8: Corynebacterium glutamicum LA-103 strain (FERM P-5947, ATCC31866) was transformed into pPH8DNA.
and select transformants resistant to the same drug on an RCGP agar medium containing 400 μg/ml of spectinomycin. After purifying the obtained transformed strain, plasmid isolation and structural analysis were performed in the same manner as above.
It was confirmed that the plasmid had the same structure as pPH8. pPH8-bearing strain Corynebacterium glutamicum LA103/pPH8 is a member of the American Type Culture Collection of Corynebacterium glutamicum.
glutamicumK32, deposited as ATCC39281. Corynebacterium glutamicum LA103/
pCG11 (ATCC39022) and LA103/pPH8
(ATCC39281) L-histidine production test is conducted as follows. One platinum loop of each of the above bacteria was cultured overnight at 30°C on NB agar medium and added to 5 ml of production medium P5 [molasses] supplemented with 200 μg/ml of arginine and methionine.
12% ( as sugar), KH2PO4 0.2 %, K2HPO4
0.1%, MgSO4.7H2O0.05 %, NaC 0.25 %,
(NH 4 ) 2 SO 4 2.3%, urea 0.2%, CaCO 3 2%,
Inoculate at pH 7.4 (adjusted with ammonia). at 30℃
After 75 hours of culture, the amount of L-histidine produced in the medium was measured by a colorimetric method using sulfanilic acid (Pauly) reagent [H. Pauly, Hoppe-Seylers; Z. Physiolo.
Chem., 42 , 508 (1904), 94 , 284 (1915)]. The results are shown in Table 5. [Table] (4) Production of L-histidine by Corynebacterium herkyulis, Brevibacterium flavum and Brevibacterium lactofamentum carrying pPH8: Corynebacterium herkyulis
ATCC13868, Brevibacterium flavum
Plasmid pPH8 in ATCC14067 and Brevibacterium lactofamentum ATCC13869
Transformation is performed using each strain as a recipient strain in order to carry the . Each strain was grown in SSM medium and the OD660nm was 0.2.
When the concentration of penicillin G reaches 0.3 units/ml, add it. Continue culturing and OD660nm is 0.6
When the number of bacteria increases to 1.0, the bacteria are harvested, and protoplasts are formed in the same manner as described above in RCGP medium containing 1 mg/ml lysozyme. Transformation is performed using pPH8 according to the method described above, and transformed strains are selected as colonies growing on RCGP agar medium containing 400 μg/ml of spectinomycin. Plasmid DNA was extracted from the cultured cells of the purified spectinomycin-resistant transformant.
183799 and 57-134500, and it was confirmed by restriction enzyme cleavage that they have the same structure as pPH8. Based on the above, plasmid pPH8, which is a derivative of plasmid pCG1, can also be replicated in Corynebacterium herkyulis, Brevibacterium flavum, and Brevibacterium lactofamentum, and plasmid pCG11 is widely used in these bacterial species. I see that it is possible. Corynebacterium herkyulis K33 and Brevibacterium flavum, which are pPH8-carrying strains
K34, and Brevibacterium lactofamentum K35 are stored in the American Type Culture Collection ATCC39282 and Brevibacterium lactofamentum K35, respectively.
Deposited as 39283 and 39284. L-histidine production tests using these strains are conducted as follows. One platinum loopful of each of the pPH8-carrying strain and its parent strain, which were cultured overnight at 30°C on NB agar medium, is inoculated into 5 ml of production medium P5. After culturing with shaking at 30°C for 75 hours, the amount of L-histidine produced in the medium is determined colorimetrically by Pauly's method. The results are shown in Table 6. [Table] From the above, the genes involved in histidine production derived from Corynebacterium glutamicum are found in Corynebacterium herkyulis, Brevibacterium flavum, and Brevibacterium lactofamentum in addition to Corynebacterium glutamicum. It was clear that the protein was expressed in the cells and contributed to the production of histidine.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はプラスミドpPGH2の制限酵素地図を
示す。第2図はプラスミドpCB101の制限酵素地
図を示す。第3図はプラスミドpEthr1の造成の
フローチヤートを示す。
Figure 1 shows the restriction enzyme map of plasmid pPGH2. Figure 2 shows the restriction enzyme map of plasmid pCB101. Figure 3 shows a flowchart for the construction of plasmid pEthr1.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 コリネバクテリウム属またはブレビバクテリ
ウム属に属し、コリネバクテリウム属またはブレ
ビバクテリウム属菌種由来でヒスチジン要求性を
示す微生物をヒスチジン非要求性株に変換する活
性を有する遺伝子を含むDNA断片と、コリネバ
クテリウム属またはブレビバクテリウム属菌種中
で自律複製可能なベクターDNAとの組換え体
DNAを保有する微生物を培地に培養し、培養中
にL−ヒスチジンを生成蓄積させ、該培養物から
L−ヒスチジンを採取することを特徴とするL−
ヒスチジンの製造法。
1. A DNA fragment that belongs to the genus Corynebacterium or Brevibacterium and contains a gene that is derived from a species of the genus Corynebacterium or Brevibacterium and has the activity of converting a microorganism that exhibits a histidine auxotrophy into a histidine non-auxotrophic strain. , a recombinant with vector DNA capable of autonomous replication in Corynebacterium or Brevibacterium species.
L-histidine is characterized by culturing a microorganism containing DNA in a medium, producing and accumulating L-histidine during the culture, and collecting L-histidine from the culture.
Method for producing histidine.
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