JPH0420282A - アルギナーゼ遺伝子欠損株選択培地とそれを利用した尿素非生産性酵母の育種及びそれを用いる酒類の製造法 - Google Patents
アルギナーゼ遺伝子欠損株選択培地とそれを利用した尿素非生産性酵母の育種及びそれを用いる酒類の製造法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
アルギナーゼ遺伝子(CARl、)の突然変異処理によ
る欠損、あるいは、異種遺伝子を含まないDNAを用い
た形質転換による破壊、のいずれかによる尿素非生産性
酵母、その選択用培地、それを用いるYf種法及び当該
酵母の利用に関するものである。
れる尿素非生産性実用醸造酵母は、アルギニンをオルニ
チンと尿素に分解する酵素であるアルギナーゼ(EC3
,5,3,1)を欠失しているため尿素を生成しない。
ルの生成を抑えることが可能である。
いることによって、アルコール発酵速度及び品質は親株
と変らず、しかも、カルバミン酸エチルを全く含まない
安全な酒類等を製造することかできる。従って、本発明
は酒類、アルコール、その他の醸造食品の製造に大きく
貢献するものである。
醸造飲食品(清酒、焼酎、果実酒、ヒール、ウィスキー
、ブランデー、醤油、味噌、老酒等)の製造醪中には、
含量にはかなり差があるが、尿素が存在し、それがエタ
ノールと反応して発癌性物質であるカルバミン酸エチル
(ウレタン)を生成させるため世界中で問題になってい
る。
母菌体への取り込みに関与するアルギニン透過酵素の欠
失した変異株を用いる方法、または、尿素をアンモニア
と炭酸ガスに分解するウレアアミドリアーゼ作用の脱抑
制変異株を用いる方法がとられてきたが、これらの菌株
を用いても従来の約半量までしか尿素量を減らすことは
できない。しかも、これらの変異株は親株に比べ一般に
発酵が鈍いため、他の酵母に汚染され易く確実な効果が
得られにくいという問題があった。
遺伝子破壊により尿素非生産性実用醸造酵母を育種した
が、酒類についての組換え体制用ガイドラインが未制定
のため当該遺伝子破壊株は現在のところ酒造場で使用で
きない状況にある。また、当該遺伝子破壊株は酵母以外
の異種遺伝子、つまり、大腸菌のDNA配列を有してお
り、飲食品の実際の製造における面からはそのような異
種生物のDNAを全く含まないことが望ましい。
素非生産性醸造酵母である人工突然変異によるアルギナ
ーゼ遺伝子欠損変異株の開発を目的として研究を行った
。また、酒類についての組換え体制用ガイドライン制定
次第、即時、酒造場での実用化が可能と思わ九る、酵母
以外の異種遺伝子を含まないアルギナーゼ遺伝子破壊株
の開発をI」的として鋭意研究を行った。
がってスクリーニングを鋭意実行した。
持たないため窒素源としてアルギニンのみを含む培地で
は生育できないので、このような欠損株を選択するとき
の常法であるレプリカ法と呼ばれる方法を用いた。しか
し、このレプリカ法では1枚のプレートで約100株し
か調べることができない。すなわち109に1株の割合
で起こる変異株の取得頻度では100万枚ものプレート
を使用しなければならす、現実には不可能であった。
期待しなければならない点に鑑み、目的とする変異株を
取得するためには従来の発想を転換する必要があり、む
しろスクリーニングの手法を変えて新しい手法を開発す
ることの方が重要であるとの着想を得た。そして、目的
とする変異株を選択するのに好適な培地を作製すること
とした。
したアルギナーゼ遺伝子破壊株FERN P−1,09
03及び親株である清酒酵母協会9号(サツカロマイセ
ス・セレビシアエ)を用いて、遺伝子破壊株のみ生育可
能で、親株は生育できない培地を種々検討した。
ィブに選択するのに特に適した培地、アルギナーゼ遺伝
子欠損株のみが選択的に生育可能な培地(以下、CAO
培地ともいう)を作成するのにはじめて成功し、しかも
この培地を使用すれば1−枚のプレー1−で500万株
もの調査が可能である点をも確認した。
人工突然変異処理を施したアルギナーゼ遺伝子欠損変異
株が得られることを見いだした。
遺伝子をコートするDNA断片をクローン化し、コーデ
ィングリージョンの一部を欠失させたプラスミドAある
いはプラスミドBを構築した。
O培地を使用すれば酵母以外の異種遺伝子を含まないア
ルギナーゼ遺伝子欠損形質転換株が得られることも見い
だした。
類の製造を行ったところ、尿素の生成は全く認めず、従
って、有害なカルバミン酸エチルの生成がなく、かつ、
アルコール発酵速度及び酒質も親株と変らないことを認
め、本発明を完成するに至った。
ーゼ遺伝子破壊により尿素非生産性醸造酵母AL−1株
(FERM 11−1.0903)を育種しているが、
当該酵母を用いて種々の条件検討を行った結果、アルキ
ナゼ遺伝子欠損株のみが選択的に生育可能な培地の作製
に成功した。
ン、アルギニン、オルニチンを含有するものであり、好
適な例としては、これらの成分に更にイース1〜ナイ1
−ロシエンベース(アミノ酸フリー)及び糖類(グルコ
ース、フラクトース、マルh−ス、ラク1〜−ス、オリ
ゴ糖、澱粉、チキス1−リン等)等を配合すればよい。
してもよい。
m、アルギニン0.05−50mM、オルニチン0.2
5−250mMであり、イース1〜ナイトロジェンベー
ス及び糖としてグルコースを使用する場合には、前者を
0.05〜0.7%、後者を0.5〜10%の範囲内で
培地中に含有させればよい。
枚のプレー1〜で約500万株もの調査が可能であるの
で、きわめて低頻度で出現する目的変異株を見逃すこと
なく正確に且つ短時間で検出することができる。したが
って、本CAO培地を使用することによって、アルギナ
ーゼ遺伝子欠損変異株及び形質転換による酵母以外の異
種遺伝子を含まないアルギナーゼ遺伝子破壊株を効率よ
く得ることができる。
協会誌83.614(1988))に準した方法で行わ
れる。
−を用いて変異処理を施し、当該CAO培地」二に塗布
する。生育した変異株のうち、アルギニン1it−窒素
源培地では生育てきす、オルニチン単一窒素源培地で生
育可能な株を目的とするアルギナーゼ欠損変異株として
得る。
破壊株については、用いたゲノムDNA供与体は、サツ
カロマイセス・セレビシアエであり、具体的には協会酵
母7号(市販品)である。
イフラリ−の作製法は、例えばAgrjc。
.−436(1989)に記載された方法に7<6シて
行われる。
遺伝子の単離にあたってはサツカロマイセス・セレビシ
アエのアルギナーゼ遺伝子のDNA配列(J、 13a
cterj、ol、、 Vol−,160,1078−
1087(1984))にノ□(づいて合成したDNA
オリコマ−を作製し、それをプローンに用いてプラーク
ハイブリタイゼイン3ンを行い、サツカロマイセス・セ
レビシアエのアルギナーゼ遺伝子の1)NAをクローニ
ングする。
−13の作製は次のようにして行う。
.87Kbpのtlind III−Psi Iフラ
グメン1〜をPUC119に組み込んだプラスミドpl
IP−]をSaQ Iで切断し、クレナウンラグメンl
−処理しセルフライケーションしたプラスミF pHP
−L、Sから門口c II−旧ncI! (0,]5K
bp)断片を除いたプラスミF A (pH1)−18
I+)を作製する(第1−図)。
を含む約5.5 Kbpのrlamll I −Ba
mHTフラグメン[へをpLIC119に組め込んだプ
ラスミドpcAR11,2からRgQ IT −BgQ
II (0,74Kpb)断片を除いたプラスミF
13(pcAR]]2−GG)を作製する(第2図)。
高次倍数体)であるが、アルギナーゼ遺伝子欠損株選択
培地(CAO培地)を使用するので、2本の染色体」二
の2つの当該遺伝子を同時に破壊した株が本CAO培地
により選択することができる。
、破壊されたアルギナーゼ遺伝子が残りの健全なアルギ
ナーゼ遺伝子とシーンコンバージョンを起こすことによ
って生ずる2つのアルギナーゼ遺伝子がともに破壊され
たアルギナーゼ遺伝子欠損株も取得することができる。
は遺伝子破壊用プラスミドは少なくとも2種類必要であ
ったのに対し、本CAO培地を使用すれば遺伝子破壊用
プラスミドは1種類で良いことになる。すなわち、上記
により作製したプラスミドAあるいはBのいずれか1つ
を使用して遺伝子破壊を行うことにより効率良く1]的
とする遺伝子破壊株を取得することができる。
断したプラスミドAもしくはnamHIサイ1〜で切断
したプラスミドBを用いて形質転換し、CAO培地−1
−に塗布し目的とする形質転換体を得る。なお、親株の
アルギナーゼ遺伝子とリアレンジメントするプラスミド
Aの旧nd In−Pst Tフラグメンl−(0,7
2Kbp)あるいはプラスミドBのBamHT −Ba
mtl Iフラグメンt−(4,8Kbp)は、大腸
菌等の異種遺伝子の配列は含まず、酵母由来の配列のみ
からなる。
受けたかどうか、もしくは、形質転換により破壊された
かどうかの判定は次の方法でアルギナーゼ活性を測定し
、活性の有無を調べるとともに、形質転換体については
サザンブロツテイングにより遺伝子の破壊を確認する。
ゼ活性の測定は次のようにして行う。
誘導培地(イーストナイトロジェンベース(窒素源フリ
ー) 0.17%、アルギニン塩酸塩10mM、グルコ
ース2%、硫酸アンモニウム5 mM)に4X]O’セ
ル/mQとなるように植菌し、30℃、1晩振どう培養
後集菌洗浄する。この菌体を1.0mMトリス・塩酸バ
ッファー(p+ 7.0)にけん濁しガラスビズで破壊
する。このホモジネートの15.OOOrpm、10分
間の遠心」二清を酵素液とし、アルギニンを基質として
反応させ生成する尿素を東洋醸造(株)製尿索キッ1−
で定量し、アルギナーゼ活性とする。
清酒や果実酒、ビール、焼酎、ライスキ、ブランデー、
老酒等の酒類を製造することにより、尿素を全く含まな
い酒類の製造ができ、ひいてはカルバミン酸エチルの生
成しない発ガン性の心配のない安全な酒類、しかも風味
は全〈従来法によるものと変らない美味な酒類の製造が
はじめて可能となるのである。
ゼ遺伝子欠損株はアルギナーゼを持たないため窒素源と
してアルギニンのみを含む培地では生育できない。この
ような欠損株を選択するときには、通常レプリカ法と呼
ばれる方法が用いられる。しかし、このレプリカ法では
1枚のプレートで約1.00株しか調べることができな
い。すなわち10′1に1株の割合で起こる変異株の取
得頻度では100万枚ものプレー1〜を使用しなければ
ならず、現実には不可能である。
したアルギナーゼ遺伝子破壊株FERM P−1,09
03及び親株である清酒酵母協会9号(サツカロマイセ
ス・セレビシアエ)を用いて、遺伝子破壊株のみ生育可
能で、親株は生育できない培地を種々検討した。
ィブに選択するためにはイーストティ1〜ロジエンベー
ス(アミノ酸フリー)O,]、77%カナバニラ] O
ppm、アルギニン1鱈、オルニチン5mM。
組成を含む選択用培地をCAO培地と命名した。
−で約500万株を調べることが可能であり、低頻度に
含まれる目的とする株を効率よく選択することが可能で
ある。
セス・セレヒシアエの育種; 清酒酵母(協会9号・10号)、ワイン酵母(カイセン
ハイム74・エバーネイ)をYIEPD培地(イース1
〜エクストラクl−1%、ポリペグ1−ン2%、クルコ
ース2%) +OmQに4X]O’セル/mQとなるよ
う植菌し、30℃で1晩振どう培養後集菌洗浄した。こ
の菌体をO,1,mMリン酸バッファー(pH7,0)
]Om(lにけんン蜀、エチルメタンスルフォネイ1〜
0.3mΩを活力11し、30°C145分間ゆるやか
に振とうして変異処理を施した。遠心により集菌した菌
体を5%チオ硫酸す1−リウム溶液10mQで1回、殺
菌水1.0m1llで2回洗浄後、殺菌水10mQにけ
ん濁し、その400μQをCAO培地上に塗布した。
地」二でシングルコロニーとして単離し、アルギニン1
li−窒素源培地では生育できず、オルニチン単一窒素
源培地で生育可能な株を目的とするアルギナーゼ遺伝子
欠損変異株として取得した(第2表)。このようにして
協会9号から得たALM−9はFIERM 11−11
169として微工研に寄託されている。
特願平]−207874)から制限酵素旧ndlllと
Pst 1て切り出されるアルギナーゼ遺伝子由来の
0.87Kbl)のDNA断片をpUclI9にT/l
DNAリガーゼを用いて連結し、プラスミドpHP刊を
作製した。これを5aQ1で切断し、フレナラフラグメ
ン1〜処理した後、1’4+)NA リカーセを用いて
セルフライゲーションを行い、得られたプラスミドpH
P−1,Sの1ljnc JI−11inc■フラクメ
ンl−(0,]、5Kbp)を制限酵素で切り出した後
に74DNAリガーゼを用いて再連結し、アルギナーゼ
遺伝子破壊用プラスミI〜(plIP−ISll)を作
製した(第1図)。
nBF、Q Hフラグメンl−(0,771Kbp)を
制限酵素で切り出した後、T4DNA リカーセを用い
て再連結し、アルギナーゼ遺伝子破壊用プラスミFB
(pcAR]12GG)を作製した(第2図)。
セス・セレビシアエの作製; アルギナーゼ遺伝子破壊用ブラスミ1−AあるいはBを
用い、サツカロマイセス・セレビシア工清酒酵母協会9
号(2倍体、市販品)の形質転換をTtoらの方法(、
■0口acterjo1.. Vol、]53.163
(1983))に準じて行った。
IIIQに4XI04セル/mQとなるように植菌し、
30℃で1晩振どう培養後、対数増殖期の細胞を遠心に
より集菌した。TEバッファーで洗浄後、TEバッファ
0.5mQにけん濁し、等容量の0.2M酢酸リチウム
溶液を添加し、]−時間、30℃で振とうした。この中
から0.1mQを1.5mQ容のエッペンドルフチュー
ブに移し、DNA溶液(0,5μg/μQ)20μQを
加え、30℃、30分間静置した。
した。
lrl及びPstIで処理し、生した2つの断片(0,
72Kbp、3.2Kbp)のうち0.72Kbpのフ
ラグメントをシーンクリーン法により精製した後、TE
バッファーに溶解し、DNA溶液を調製した。なお、0
.72Kbpのl1ind mPsl: I断片は酵
母由来の遺伝子のみからなり、大腸菌等の異種遺伝子は
含まない。
ドB (pcAPl、]2−GG)を制限酵素B a
+n II Tで処理し、生した2つの断片(4,8
Kbp、3.2Kbp)のうち4.8KbPのフラグメ
ンI−をシーンクリーン法により精製した後、TEバッ
ファーに溶解し、 DNA溶液を調製した。なお、4.
8KbpのBam1l + −13amtl T断
片は酵母由来の遺伝子のみからなる。
加えよく混合し、30℃で1時間静置した後、エラペン
1−ルフチユーブを42℃の恒温槽中に10分間静置し
、菌体を直ちに室温まで冷却してから、殺菌水て洗浄、
CAO培地」−に塗布した。30℃で1週間培養し、プ
ラスミドA (pHP−ISH)で9菌株(9個/10
01zgDNA)、プラスミドB (pcAR1+2
−GG)で16菌株(16個7100μF、DNA)の
目的とする酵母以外の異種遺伝子を含まない形質転換体
を得た。
11168として微工研に寄託されている。
転換による破壊の確認; このようにして得られたアルギナーゼ欠損株と親株のア
ルギナーゼ活性を第3表に示したが、アルギニンによる
誘専培養においても変異株及び形り?転換株はアルギナ
ーゼ活性が認められないことから、2本の染色体上のア
ルギナーゼ遺伝子が共に欠損を起こした、あるいは、破
壊された株であることが確認された。
もアルギナーゼ遺伝子が破壊されていることに確認した
。
/mgprotejn)牢傘検出限界以ド(<0.5) 実施例7 突然変異株及び遺伝子破壊株による酒類の醸造;親株(
協会9号)、突然変異株、遺伝子破壊株を麹エキス培地
で30℃、3日間静置培養後装菌洗浄し、第4表に示す
仕込配合及び製造条件で総米200gの清酒仕込を行っ
た。
200蒸米(IX) 25 5
5 80 1.60麹米(g)
]]0 10 20 40吸水伝)
55 75 130 260乳
酸(1,0倍希釈)(mn) 1.2発酵温度(°
C) 1.5 9 7→15 (1°
C/日)原料米=70%精白の11本晴 酵母添加量=5刈07セル/初添の汲水mQ−1−槽方
法:遠心分離(3500rpm 15m1n)アルコー
ル発酵経過をCO2の発生による重量の減少で測定し、
第3図に示した。また、製成酒の尿素含量及び各種成分
を第5表に示した。この結果、変異株及び形質転換株の
使用によりアルコール発酵速度、−殻成分及び官能評価
は親株とほとんど変わらず、しかも尿素及びカルバミン
酸エチルを全く含まない清酒の製造が可能であった。
協会9号 ALM−9ALK−9尿 素
22.3 ND ND日
本酒度 +2.5 −]、、5
0.0アルコ一ル分(%) 17.6 17
.6 ]、7.]酸 度 2
.4 2.5 2.4アミノ酸度
2.4 2.2 2.4官能評
価 1.4 ]、、3 1
.2カルバミン酸エチル Il、2.4 0.0
0.0(発明の効果) 本発明によれば、アルギナーゼ遺伝子欠損株を効率よく
選択しうる選択培地が提供され、この培地を用いること
によって、アルギナーゼを産生ぜずしたがって尿素を産
生ずることのない尿素非生産性酵母を育種することがで
きる。このようにして得た酵母を利用すれば、発ガン性
を有するエチルカーバメ−1〜を含まない安全な酒類を
醸造することができる。
スミドAの作製説明図、第2図は同様のプラスミドBの
作製説明図、第3図は親株と変異株及び形質転換株のア
ルコール発酵の経過図である。 代理人 弁理士 戸 1)親 男 Hind III 第 0区 ■ Hind III Hind Ill 第 図 第 図 醪日数 (日) 一〇− 一−ムーー 一一−Cトー− 親株協会9号 LM−9 LK−9
Claims (6)
- (1)少なくともカナバニン、アルギニン及びオルニチ
ンを含有することを特徴とするアルギナーゼ遺伝子欠損
株選択培地。 - (2)カナバニン含有量が0.1〜20ppm、アルギ
ニン含有量が0.05〜50mM、オルニチン含有量が
0.25〜250mMであることを特徴とする請求項1
に記載の選択培地。 - (3)請求項1又は2に記載の選択培地を用いて取得し
たことを特徴とする突然変異処理によりアルギナーゼ遺
伝子が欠損をおこした尿素非生産性酵母。 - (4)請求項1又は2に記載の選択培地を用いて取得し
たことを特徴とする遺伝子破壊によりアルギナーゼ遺伝
子が破壊され且つ酵母以外の異種遺伝子を含まない尿素
非生産性酵母。 - (5)実用醸造酵母の2ないしそれ以上あるアルギナー
ゼ遺伝子の全てについて突然変異により欠損をおこさせ
た株、あるいは、異種遺伝子を含まないDNAを用いた
形質転換により当該遺伝子の全てを破壊した株を、請求
項1又は2に記載の選択培地を利用して取得することを
特徴とする尿素非生産性酵母の育種法。 - (6)請求項3又は4に記載の尿素非生産性酵母を用い
ることを特徴とする酒類、アルコール等の製造法。
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