JPH04278091A - 高発現ベクター及び該高発現ベクター を保有する微生物並びに該微生物を 用いる有用物質の製造法 - Google Patents

高発現ベクター及び該高発現ベクター を保有する微生物並びに該微生物を 用いる有用物質の製造法

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  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バイオテクノロジーに
関するものであリ、更に詳細には、本発明は、新規高発
現ベクター及び高発現ベクターに外来遺伝子を結合して
なるベクターをバチルス・ブレビスに保有せしめてなる
微生物、並びに該微生物を培養し、培養物中に外来遺伝
子産物を生成蓄積せしめこれを採取することを特徴とす
る該産物の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】鵜高らはバチルス・ブレビス(Baci
llus  brevis)にはプロテアーゼを生産し
ない菌株が多いことを見いだし、その1菌株バチルス・
ブレビス47(FERM  P−7224:特開昭60
−58074号公報、特開昭62−201589号公報
参照)の主要菌体外タンパク質(H.Yamagata
ら、J・Bacteriol.,169,1239(1
987);塚越規弘、日本農芸化学会誌、61,68(
1987)および特開昭62−201583号公報にそ
れぞれ“outer  wall  protein 
 and  middle  wall  prote
in”、“菌体外蛋白主要タンパク質”として記載され
ている。)遺伝子のプロモーターおよび該主要菌体外タ
ンパク質の1種であるMWタンパク質(middle 
 wall  protein)のシグナルペプチドを
コードする領域を用いて分泌ベクターを作製し、本菌株
を宿主としてα−アミラーゼ(特開昭62−20158
3号公報、H.Yamagataら、J.Bacter
iol.,169,1239(1987)やブタペプシ
ノーゲン(鵜高重三、日本農芸化学会昭和62年度大会
講演要旨集、p837−838;塚越規弘、日本農芸化
学会誌、61,68(1987))の分泌生産に成功し
ている。
【0003】また、高木らはバチルス・ブレビスの中で
プロテアーゼを菌体外に生産しない菌株バチルス・ブレ
ビスHPD31(なお、この菌株は本明細書におけるバ
チルス・ブレビスH102(FERM  BP−108
7)と同一菌株である)を分離し、これを宿主として耐
熱性α−アミラーゼの高分泌生産(Agric.Bio
l.Chem.,58,2779−2380(1989
))や、山形らによるヒトEGFの高分泌生産(Pro
c.Nath.Acad.Sci.USA,86,35
89−3593(1989))に成功している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】バチルス・ブレビスを
宿主菌とする外来遺伝子産物の生産性については、遺伝
子組換え技術を適用する以前の生産量及び大腸菌を宿主
菌とする系に比べ飛躍的に向上しているが、産業上必要
な量を安価に供給するにはもう一段の技術開発が必要と
されている。従来、バチルス・ブレビスを宿主菌とする
系で使用しているベクターは、Staphylococ
cus  aureus由来のpUB110をベースと
するもので、バチルス・ブレビス内に安定に保持するた
めには抗生物質等の薬剤の存在が必須であること、また
高コピープラスミドであり、短期間に多量の遺伝子発現
が起こるために、宿主菌であるバチルス・ブレビスに重
大なダメージを与え、結果として、遺伝子産物の生産が
少ないと言うことが頻繁に認められ、より安定でかつ宿
主菌と適合性、調和性のよいベクターの開発が望まれて
いた。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記した業界のニーズに
加え、更に、バチルス・ブレビスが汎用性の高い宿主と
して利用可能であること、また同菌がコンピテントな菌
を冷凍保存できること、そしてまた電気パルス法等によ
り形質転換が容易であること等に鑑み、バチルス・ブレ
ビスの工業的有用性に着目して、バチルス・ブレビスで
安定でかつ高発現のベクターを開発すべく鋭意検討した
結果、バチルス・ブレビス由来のプラスミドを利用し、
且つ、バチルス・ブレビス由来の強力なプロモータを用
いて非常に有効なベクターを構築することに成功し本発
明を完成した。
【0006】すなわち本発明は、バチルス・ブレビスで
高発現するベクターに関するものである。また更に、本
発明はこのベクターに目的とする外来遺伝子を連結して
なる高発現ベクター、それを保有する形質転換体、及び
この形質転換体を培養することによる外来遺伝子産物の
大量分泌生産方法にも関するものである。以下、本発明
について詳しく説明する。
【0007】本発明の高発現ベクターの構築に使用する
プラスミドはバチルス・ブレビス由来のプラスミドであ
れば何れでも良いが、例えば、バチルス・ブレビス48
1(FERM  P−7531)より調製されるプラス
ミドpWT481が有効に使用される。プラスミドの調
製は既知の方法例えば田中らの方法(J.Bacter
iol.,129,1487−1494(1977))
が挙げられる。
【0008】プロモーターとしてはバチルス・ブレビス
で機能するものであれば何れでも良いが、バチルス・ブ
レビス由来のプロモーターが好ましく、例えばバチルス
・ブレビスHPD31(FERM  BP−1087)
の主要菌体外タンパク質遺伝子(HWP遺伝子)のプロ
モーターなどが挙げられる。プロモーター領域を含有す
るDNAは上記プロモーター以外にSD配列、翻訳開始
コドンなどを有していることが必要である。
【0009】上記のように、バチルス・ブレビスHPD
31のHWPプロモーター領域を含有するDNAは既知
であるので(J.Bacteriol.,172,13
12−1320(1990))、必要部分を制限酵素で
切断しておき、これをサブクローニング用ベクター(形
質転換体としてE.coliを用いる場合には.pUC
118、pUC119等のpUC系プラスミド又はpB
R322系のプラスミドが好適である)に挿入し、その
DNAでE.coliを形質転換しておけば、目的とす
るプロモーター領域を含有するDNAが保存される。し
たがって必要ある場合に、形質転換体からプラスミドを
取り出し、必要あれば更に制限酵素処理、リンカー処理
等を行ってプラスミドを調製しておけば、目的とするプ
ロモーターを含むDNA断片を自由に取り出すことがで
きる。
【0010】また、本発明の高発現ベクターに連結する
外来遺伝子はバチルス・ブレビスで発現可能な遺伝子で
あれば何れでも良く、例えば、Bacilluslic
heniformisのα−アミラーゼ遺伝子、ヒトE
GF遺伝子等が挙げられる。
【0011】プラスミドを構築する方法としては、常法
が適宜用いられ、例えばモレキュラー・クローニング,
ア・ラボラトリー・マニュアル,コールド・スプリング
・ハーバー・ラボラトリー(Molecular  C
loning,A  Laboratory  Man
ual,Cold  Spring  HarborL
aboratory,1982)に記載の方法などが例
示される。
【0012】バチルス・ブレビス47(FERM  P
−7224)のMWPプロモーター領域の下流にバチル
ス・リケニフォルミスのα−アミラーゼ(BLA)遺伝
子を連結したDNAフラグメントを保有するプラスミド
は既知であるので(J・Bacteriol.,169
,1239−1245(1987))、これに制限酵素
処理した後、上記によって調製したプラスミドから取り
出したHWPプロモーター領域断片をつないでバチルス
・ブレビスを形質転換して、MWPプロモーターがHW
Pプロモーターにかわったプラスミドを得る。このプラ
スミドを制限酵素処理、リガーゼ処理、リンカー処理す
ることによつてBLA遺伝子領域を除去した本発明の目
的とする高発現ベクターpHY700が得られる。
【0013】このようにして調製した高発現ベクターp
HY700のHWPプロモーター、シグナルペプチドの
下流側に、目的とする外来遺伝子を常法にしたがってi
nframe挿入し、微生物を形質転換すれば、外来遺
伝子を多量に分泌生産しうる形質転換体を得ることがで
きる。
【0014】外来遺伝子を組み込んだベクターで形質転
換する微生物としては、バチルス・ブレビスに属する微
生物であれば何れでも良く、例えば、バチルス・ブレビ
ス47(FERM  P−7224)、バチルス・ブレ
ビスHPD31(FERM  BP−1087)が挙げ
られるが、好適にはバチルス・ブレビスHPD31が用
いられる。バチルス・ブレビスを形質転換する方法は、
公知の方法で良く、例えば、Takahashiらの方
法(J.Bacteriol.,156,1130(1
983))またはTakagiらの方法(Agric.
Biol.Chem.,53,3099−3100(1
989))等が例示される。
【0015】得られた形質転換体の培養に用いる培地は
、形質転換体が生育して目的とする外来遺伝子産物を産
生しうるものであれば如何なるものでも良い。
【0016】該培地に含有される炭素源としては、例え
ばグルコース、シュークロース、グリセロール、澱粉、
デキストリン、糖蜜、尿素、有機酸などが考えられる。 該培地に含有される窒素源としては、カゼイン、ポリペ
プトン、肉エキス、酵母エキス、カザミノ酸、グリシン
などの有機窒素源、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウ
ム、硝酸アンモニウムなどの無機窒素源などが用いられ
る。その他、塩化カリウム、リン酸一カリウム、リン酸
二カリウム、塩化ナトリウム、硫酸マグネシウムなどの
無機塩が必要に応じて培地に加えられる。また、糖と無
機窒素源を主とする合成培地を用いて培養しても良い。 栄養要求性を示す菌は、その生育に必要な栄養物質を培
地に添加すればよい。該栄養物質としては、アミノ酸類
、ビタミン類、核酸、塩類などが挙げられる。
【0017】また、培養に際して必要があれば、培地に
抗生物質例えばペニシリン、エリスロマイシン、クロラ
ムフェニコール、バシトラシン、D−サイクロセリン、
アンピシリンなどが加えられる。更に必要により、消泡
剤例えば大豆油、ラード油、各種界面活性剤などを培地
に加えてもよい。
【0018】培地の初発pHは5.0〜9.0であり、
さらに好ましくは6.5〜7.5である。培養温度は通
常15℃〜42℃、さらに好ましくは24℃〜37℃で
あり、培養時間は通常16〜166時間、さらに好まし
くは24〜96時間である。
【0019】培養終了後、それ自体公知の方法、例えば
遠心分離、ろ過などで菌体と上清とを分離する。
【0020】形質転換する微生物として、例えばバチル
ス・ブレビスHPD31等を使用すれば、電気パルス法
等によって容易に形質転換することができるのみでなく
、目的とする産物を菌体外に生産するというすぐれた性
質を有しているので、上記のようにして得られた培養上
清に含まれる外来遺伝子産物は、例えば塩析、等電点沈
澱、ゲル濾過、イオン交換クロマトグラフィ、ハイドロ
オキシアパタイト、高速液体クロマトグラフィーなどに
従って精製すればよく、このようにして目的とする外来
遺伝子産物を容易に得ることが出来る。
【0021】以下、本発明を実施例により更に詳しく説
明する。
【0022】
【実施例1】
【0023】[(1)HWPプロモーターの調製(図1
)]Bacillus  brevisHPD31の細
胞壁構成タンパク質(HWP)遺伝子の5’上流域(全
プロモーター領域)と構造遺伝子の約半分を含むDNA
断片を有するファージφ−SK10(J.Bacter
iol.,172,1312−1320(1990))
よりDNAを調製し(Molecular  Clon
ing(1982))、そのDNAを制限酵素ClaI
とHpaIで消化し、HWP全プロモーターとそのシグ
ナルペプチドの一部を含む640bp断片を得た。予め
pUC119をSmaIで消化後、HpaIリンカーを
挿入しpUC119−HpaIを作製した。pUC11
9−HpaIをAccIとHpaIで消化し、その3.
1kb断片と先に得た640bp  ClaI−Hpa
I断片をT4リガーゼを用いて連結し、そのDNAを大
腸菌JM109(Molecular  Clonin
g(1982))の形質転換に用い、その形質転換体か
らpSK31Pを得た。pSK31PはpUC119−
HpaIのAcoI−HpaIサイトに640bp  
ClaI−HpaI断片が正しく挿入されていることを
DNAの塩基配列を決定して確認した。次にpSK31
PをPvuIIで消化後BamHIリンカーを付加し、
pSK31PBmを得た。pSK31PBmからはHW
Pプロモーター及びシグナルペプチドの一部を820b
p  BamHI−HpaI断片として取り出せる。
【0024】[(2)pHY700の構築(図2)]B
acillus  brevis47(FERM  P
−7224)のMWPプロモーター及びシグナルペプチ
ド(J.Bacteriol.,169,1239−1
245(1987))の下流にB.lichenifo
rmisのα−アミラーゼ(BLA)遺伝子(J.Bi
ochem.,96,1147−1156(1985)
)を直結し、B.brevisで安定に保持されるプラ
スミドpHY481(Appl.Env.Microb
iol.,49,1076−1079(1985))に
挿入したプラスミドpHY4831(J.Bacter
iol.,169,1239−1245(1987))
をBamHIで完全消化後、HPaIで部分消化し、(
MWPプロモーター及びシグナルの一部が除かれた)5
.5kbBamHI−HpaI断片を得た。(1)で得
たpSK31PBmをBamHIとHpaIで処理し、
HWPプロモーター及びシグナルの一部を含む820b
pBamHI−HpaI断片を得、先に得た5.5kb
断片とT4リガーゼを用いて連結し、そのDNAをB.
brevis  HPD31の形質転換に用いた。得ら
れた形質転換株からpHY4831Hを得た。pHY4
831HはMWPプロモーターがHWPプロモーターに
変わったプラスミドである。次いでpHY4831Hを
BamHIで消化後、DNAポリメラーゼにより平滑末
端化した後T4リガーゼにてその平滑末端部分を連結し
BamHI切断点を無くし、次いでそのプラスミドをS
alIで消化後、DNAポリメラーゼにより平滑末端化
した後BamHIリンカーを付加しpHY700を得た
(図5)。pHY700のX部分に外来(目的)遺伝子
をアミノ酸の読み取りが合う様に(inframe)挿
入し、B.brevis  HPD31を形質転換する
ことにより、プラスミドpHY700X(図5)を保有
し目的遺伝子産物を多量に分泌生産する組換え体を得た
【0025】[実施例2.pHY700BLAの構築(
図3)]pHY4831をApaLIとBclIで消化
し、MWPのシグナルペプチドの一部とB.liche
niformisのα−アミラーゼ遺伝子を含む1.7
kb  ApaLI−BclIフラグメントを得た。p
HY700をAPaLIとBamHIで消化し、5.4
kb  ApaLI−BamHIフラグメントを得、こ
れと先に得た1.7kbフラグメントをT4リガーゼに
て連結し、B.brevis  HPD31を形質転換
した。組換え体よりプラスミドpHY700BLAを得
た。
【0026】[実施例3.pHY700BLAを用いて
のBLAの分泌生産]pHY700BLAを保持するB
.brevis  HPD31を5’PY培地(Agr
ic.Biol.Chem.,53,2279−228
0(1989))に植え、30℃で8日間振とう培養し
た。上記の培養液を遠心分離し、その上清のアミラーゼ
活性を可溶性デンプンを基質として斎藤の方法(Arc
h.Bischem.Biophys.,155,29
0−298(1973))を用いて測定し、下記の表1
の結果を得た。
【0027】
【表1】
【0028】培養上清からα−アミラーゼを山形らの方
法(J.Bacteriol.,169,1239−1
245(1987))に従いSDS−PAGE上一本の
シングルバンドになるまで精製を行った。本アミラーゼ
精製品の比活性は1×106U/mg  protei
nであり、上記培養液(pHY4831H−8日)には
3.7g/Lのアミラーゼが分泌されていることになる
【0029】[実施例4.pHY700EGFの構築(
図4)]pNU200EGFを保持するB.brevi
s47−5(Bacillusbrevis  47−
5(pNU200−EGF),FERM  BP−17
71)からMolecular  Cloning中の
アルカリ抽出法により単離したプラスミドpNU200
EGFをAPaLIとBamHIで消化し、MWPシグ
ナルペプチド(J.Bacteriol.,169,1
239−1245(1987)の一部及びEGFを含む
200bpのDNA断片を得た。pHY700をAPa
LIとBamHIで消化し5.2kbの断片を得、これ
と先の200bpの断片をT4リガーゼを用いて連結後
、B.brevis  47を形質転換した。形質転換
体よりpHY700にEGF遺伝子が正しく挿入された
pHY700EGFを得た。pHY700EGFを保持
するB.brevis  47よりアルカリ抽出法によ
りpHY700EGFを得、これを用いて、Takag
iらの方法(Agric.Biol.Chem.,53
,3099−3100(1989))によりB.bre
vis  HPD31を形質転換し、B.brevis
HPD31(pHY700EGF)が得られた。
【0030】[実施例5.h−EGFの生産]上記で得
られた形質転換体B.brevis  HPD31(p
HY700EGF)及び対照となるB.brevis 
 HPD31を5’PY培地を用いて30℃で6日間振
とう培養を行った。その培養液を遠心分離し、上清のヒ
トEGF濃度を抗ヒトEGF血清を用いたELISA法
により求めた。その結果を下記の表2に示す。
【0031】
【表2】
【0032】
【発明の効果】本発明により、バチルス・ブレビス由来
の高発現ベクターを開発した。この高発現ベクターは目
的とする外来遺伝子を挿入することが可能であるので、
このベクターにより形質転換した微生物を培養すること
により、目的とする各種の外来遺伝子産物を菌体外に著
量分泌生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】HWPプロモーターの調製図である。
【図2】pHY700の構築図である。
【図3】pHY700BLAの構築図である。
【図4】pHY700EGFの構築図である。
【図5】高発現ベクターpHY700(X)の制限酵素
切断地図である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  図5の制限酵素地図で示される高発現
    ベクターpHY700。
  2. 【請求項2】  図5の制限酵素地図で示される高発現
    ベクターpHY700に外来遺伝子を結合してなる高発
    現ベクターpHY700X。
  3. 【請求項3】  高発現ベクターpHY700Xを保有
    する微生物。
  4. 【請求項4】  高発現ベクターpHY700Xを保有
    するバチルス・ブレビス(Bacillus  bre
    vis)。
  5. 【請求項5】  高発現ベクターpHY700Xを保有
    するバチルス・ブレビス  HPD31(Bacill
    us  brevis  HPD31)(FERMBP
    −1087)。
  6. 【請求項6】  高発現ベクターpHY700Xを保有
    する微生物を培養することにより外来遺伝子産物を培養
    物中に生成、蓄積せしめ、これを採取することを特徴と
    する該産物の製造法。
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