JPH0511959B2 - - Google Patents

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JPH0511959B2
JPH0511959B2 JP32996088A JP32996088A JPH0511959B2 JP H0511959 B2 JPH0511959 B2 JP H0511959B2 JP 32996088 A JP32996088 A JP 32996088A JP 32996088 A JP32996088 A JP 32996088A JP H0511959 B2 JPH0511959 B2 JP H0511959B2
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JP
Japan
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dna
strain
plasmid
medium
gene
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP32996088A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02471A (en
Inventor
Ryoichi Katsumata
Akio Ozaki
Tooru Mizukami
Motoko Kageyama
Morimasa Yagisawa
Tamio Mizukami
Seiga Ito
Tetsuo Oka
Akira Furuya
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KH Neochem Co Ltd
Original Assignee
Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd filed Critical Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd
Priority to JP32996088A priority Critical patent/JPH02471A/en
Publication of JPH02471A publication Critical patent/JPH02471A/en
Publication of JPH0511959B2 publication Critical patent/JPH0511959B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、L−リジンの製造法に関する。さら
に詳細には本発明の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
つ面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L−リジンの製造法
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、
ヒト生長ホルモン、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、アラニン、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と選択され
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.Patent 4237224)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、とくにL−
リジン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、L−リジンを製造する方法を提供する。 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成合成活性が好
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、pEthr1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。プラスミド FERM−P ATCC pCG1 5865 31808 pCG2 5954 31832 pCG4 5939 31830 pCE54 − 39019 pCG11 − 39022 pCB011 − 39020 pEthr1 − 39021 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Bgl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/またはスペクチノマイシン耐性(SmR
SpecR)遺伝子を含むBamH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Bgl、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)に開示した方法で、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混成物中からの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100−800μ
g/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0.5−4μ
g/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、本発明者らが特願昭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もち、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ペクター系にて目的
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
のペ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 al、U.S.Patent 4237224、遺
伝子操作実験法〔高木康敬編著、講談社サンエン
テイフイツク(1980)〕、Method in
Enzymology 68、Recombinant DNA edited
by Ray 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。
The present invention relates to a method for producing L-lysine. More specifically, using a recombinant DNA that is a recombinant of a DNA fragment containing at least one gene of the present invention and a vector DNA, and in which at least one surface DNA is foreign to the host strain, Corynebacterium spp. The present invention relates to a method for producing L-lysine, 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, and expressing 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, alanine, 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 and each step of purification of the selected clone. 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 method. When Corynebacterium glutamicum strain L-22 or its derivative strain was transformed using the system, the foreign gene was expressed in the host, and amino acids, especially L-
The present inventors have discovered that the present invention can be used to increase the production of lysine, and have 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 producing L-lysine by culturing L-lysine and expressing the trait 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 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 pEthr1. 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 a collection. Plasmid FERM-P ATCC pCG1 5865 31808 pCG2 5954 31832 pCG4 5939 31830 pCE54 − 39019 pCG11 − 39022 pCB011 − 39020 pEthr1 − 39021 Preferably, pCG11 and pCE54 are 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 Bgl in pCG1.
-250 (ATCC31830, FERM-P5939) of streptomycin and/or spectinomycin resistance (Sm R /
This is a plasmid in which the BamH fragment containing the Spec R ) gene is joined using the same cohesive ends of both. pCG11 is a plasmid with a molecular weight of approximately 6.8 Kb and has Bgl 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)
is concentrated and isolated from cultured E. coli cells 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 joined together from a DNA mixture, once
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 cell proliferation 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 100 g/ml), or scrape them after non-selectively reverting them to normal cells on a regeneration medium, and use this resuspension to collect the recipient normal cells. drug at a concentration that does not allow for growth (usually tetracycline 0.5-4μ)
g/ml, 2-15 μg/ml of chloramphenicol and 2-25 μg/ml of kanamycin). Tetracycline, chloramphenicol or kanamycin resistance (Tc R , Cm R ,
Some of the transformed strains selected by Km R ) have also acquired other drug resistance traits derived from pGA22. The plasmid DNA possessed by the thus obtained transformed strain was obtained by the present inventors in Japanese Patent Application No. 56-18101 (Japanese Unexamined Patent Application No. 57-134500) and Japanese Patent Application No. 56-65777 (Unexamined Japanese Patent Application 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 by 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
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 fragments cut by the same restriction enzyme have the same structure, with some restriction enzymes giving a cohesive end with a single strand protruding, and other restriction enzymes giving a cohesive end with a protruding single strand. , 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 certain restriction enzyme cleavage sites can be ligated and then internally cut to create cohesive ends before ligation. Through these linking methods, DNA fragments containing the gene of interest and vector DNA are
A recombinant of the cut fragment is 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 the host vector system of another microorganism, such as E. coli, and then transformed into Corynebacterium or Brevibacterium species. A recombinant can be obtained by producing a recombinant with Pecter in a test tube, then transforming a Corynebacterium or Brevibacterium, 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, USPatent 4237224, Genetic Manipulation Experimental Method [edited by Yasutaka Takagi, Kodansha Sun Enteifutsuk (1980)], Method in
Enzymology 68 , Recombinant DNA edited
by Ray 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.

【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す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抑制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、NH4Cl4g、尿素2
g、酵母エキス1g、KH2PO41g、K2HPO43
g、MgCl2・6H2O0.4g、FeSO4・7H2O10mg、
MnSO4・4〜6H2O0.2mg、ZnSO4・7H2O0.9
mg、CuSO4・5H2O0.4mg、Na2B4O7
10H2O0.09mg、(NH46Mo7O24・4H2O0.04mg、
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、
MgCl2・6H2O0.01M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5
g、カゼイン加水分解物5g、酵母エキス25
g、K2HPO43.5g、KH2PO41、5g、
MgCl2・6H2O0.41gFeSO4・7H2O10mg、
MnSO4・4〜6H2O2mg、ZnSO4・7H2O0.9mg、
CuSO4・5H2O0.4mg、Na2B4O7・10H2O0.09
mg、(NH46Mo7O24・4H2O0.04mg、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につれて進行し、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は栄養培
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、例えば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
質転換は上記工程(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
オスホエノールピルピ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.、Kaneko、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、発
現されるためには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を示す。 実施例 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、
(NH42SO410g、尿素3g、酵母エキス1g、
KH2PO41g、MgCl2・6H2O0.4g、FeSO4
7H2O10mg、MnSO4・4〜6H2O0.02mg、
ZnSO4・7H2O0.9mg、CuSO4・5H2O0.4mg、
Na2B4O7・10H2O0.09mg、(NH46Mo7O24
4H2O0.04mg、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〕
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 NaCl:PH8.0〕で洗浄後、リゾチーム液
(25%シヨ糖、0.1M NaCl、0.05Mトリス、0.8
mg/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.
Biophys.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。反応液に5M NaCl2.4ml、0.5M
EDTA(PH8.5)0.6ml、4%ラウリル硫酸ナト
リウムと0.7M NaCl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1580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 上記で調製したpCG11プラスミドDNA3μg
を含む制限酵素Bgl用反応液(10mMトリス
塩酸、7mM MgCl2、60mM NaCl、7m
M2−メルカプトエタノール、PH7.5)60μに
6単位のBgl(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トリス塩酸、7
mM MgCl2、100mM NaCl、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、MgCl266mM、ジチオス
レイトール100mM、PH7.6)40μ、ATP(5
mM)40μ、T4リガーゼ(宝酒造社製、1単
位/μ)0.3μ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、
KH2PO41.5g、MgCl2・6H2O0.41g、
FeSO4・7H2O10mg、MnSO4・4〜6H2O0.2
mg、ZnSO4・7H2O0.9mg、(NH46Mo7O24
4H2O0.04mg、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型試験管に移して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、30焔M塩化カル
シウム、50mMトリス、400mMシヨ糖、PH
7.5)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セ反応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、AEC2
mg/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10
g、NH4H2PO41g、KCl0.2g、MgSO4
7H2O0.2g、FeSO4・7H2O10mg、MnSO4・4
〜6H2O0.2mg、ZnSO4・7H2O0.9mg、CuSO4
5H2O0.4mg、Na2B4O7・10H2O0.09mg、
(NH46Mo7O24・4H2O0.04mg、ビオチン50μ
g、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Bgl切断部位に
3.9KbのDNA断片が挿入された組換え体プラ
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 K17
ATCC39032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、
(NH42SO424.5g、KH2PO41g、MgSO4
7H2O0.4g、FeSO4・7H2O10mg、MnSO4・4
〜6H2O10mg、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
生成量を醸性−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。
[Table] Transformation of host microorganisms with recombinant DNA
(1) Preparation of protoplasts from cultured cells, (2) Transformation treatment of protoplasts with recombinant DNA,
(3) It is carried out in a process consisting of regeneration of protoplasts into normal cells and selection of transformed strains. Examples of specific methods are shown below. (1) Preparation of protoplasts from cultured cells Protoplast formation is achieved by growing microorganisms under conditions that make them sensitive to the cell wall lytic enzyme lysozyme, and then treating the cultured cells with lysozyme in a hypertonic solution to dissolve and remove the cell wall. It will be done. 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-inhibit 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 (medium containing 20 g of powdered bouillon and 5 g of yeast extract in 1 part of pure water, adjusted to pH 7.2) or semi-synthetic medium SSM [glucose 10g, NH 4 Cl4g, urea 2
g, yeast extract 1g, KH 2 PO 4 1g, K 2 HPO 4 3
g, MgCl26H2O0.4g , FeSO47H2O10mg ,
MnSO 4・4~6H 2 O0.2mg, ZnSO 4・7H 2 O0.9
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 O 24・4H 2 O 0.04 mg,
30 μg of biotin, 1 mg of thiamine hydrochloride in 1 water
A medium containing 100% of the total amount of phthalate and adjusted to a pH of 7.2] is used. Microorganisms are inoculated into this medium and cultured with shaking. The absorbance (OD) at 660 nm was measured using a colorimeter to determine the initial phase of logarithmic growth (OD=0.1~
0.4), add penicillin such as penicillin G to a concentration of 0.1 to 2.0 units/ml in the culture solution. 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 placed in a suitable hypertonic medium, e.g.
PFM medium (sucrose 0.4M in 2-fold dilution of SSM,
Medium containing 0.01M MgCl 2 6H 2 O and adjusted to pH 7.0 to 8.5) or RCG medium [glucose 5
g, casein hydrolyzate 5g, yeast extract 25g
g, K 2 HPO 4 3.5 g, KH 2 PO 4 1.5 g,
MgCl26H2O0.41gFeSO47H2O10mg ,
MnSO 4・4~6H 2 O2mg, ZnSO 4・7H 2 O0.9mg,
CuSO 4・5H 2 O0.4mg, Na 2 B 4 O 7・10H 2 O0.09
mg , (NH4)6Mo7O24 4H2O0.04mg , biotin
30 μg, 2 mg of thiamine hydrochloride, and 1.35 g of disodium succinate in 1 part water and resuspended in a medium adjusted to pH 7.0 to 8.5. Lysozyme is added to this cell suspension at a final concentration of 0.2 to 10 mg/ml and reacted at 30 to 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 a microscope varies depending on the concentration of penicillin added during cell culture and the concentration of lysozyme used.
It 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 preferably a nutrient medium, a semi-synthetic medium, or a synthetic medium supplemented with several types of amino acids containing 0.3-0.8M disodium succinate and 0.5-6% polyvinylpyrrolidone (molecular weight 10,000 or 40,000). used. Usually, semi-synthetic medium RCGP medium [RCG medium with 3% polyvinylpyrrolidone (molecular weight 10,000)]
and 1.4% agar-added medium, PH7.2] 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. The regeneration of protoplasts in RCGP medium varies depending on the bacterial species, the concentration of penicillin added during the culture, and the concentration of lysozyme treatment, but 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, and then the recombinant DNA is mediated by DNA uptake. Active polyethylene glycol (PEG, average molecular weight
1540-6000) or polyvinyl alcohol (PVA, degree of polymerization 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. Usable concentration ranges for PEG and PVA are 5-60% final concentration and 1-60%, respectively.
It is 20%. Divalent metal cations have a final concentration of 1~
100mM Ca ++ , Mg ++ , Mn ++ , Ba ++ , Sr ++
These 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 contains disodium succinate and polypyrrolidone, as in the regeneration of protoplasts described above. This is carried out by spreading protoplasts on a hypertonic agar medium (for example, RCGP medium) and culturing them at a temperature at which normal cells can grow, generally 25 to 35°C. The transformed strain is the donor
It can be obtained by selecting for traits imparted to bacteria by genes derived from 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 as described above except for directly treating cells that have been cultured and grown without penicillin treatment in step (1) above. It may be performed in the same manner as steps (1) to (3). 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, imparting 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. Specifically, the threonine operon of Escherichia coli, the phosphoenolpyrupine 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)]
The kanamycin resistance gene of Corynebacterium glutamicum, the gene involved in lysine biosynthesis of Corynebacterium glutamicum, and the anthranilate synthase gene of Brevibacterium flavum were expressed in Corynebacterium spp. All of the exemplified genes were simply introduced in the form of a ligation 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, Corynebacterium glutamicum also has transcription and 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., Kaneko, 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 derivative strain was shown 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
In order for DNA to be stably retained and expressed in these bacterial species, slight differences in host bacterial properties such as DNA homology are not a problem, and these bacterial species are capable of autonomously replicating the plasmid and expressing the introduced gene. It suffices if it has a function that enables it. 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, host bacteria to which the present invention can be applied include not only Corynebacterium glutamicum but also all glutamic acid-producing bacteria including Corynebacterium and Brevibacterium species. Examples of the present invention are shown below. Example 1 Cloning of a gene involved in lysine biosynthesis of the lysine-producing bacterium Corynebacterium glutamicum ATCC21543 in Corynebacterium glutamicum and production of lysine by Corynebacterium glutamicum using the expression of the gene: ( 1) Corynebacterium glutamicum
Preparation of ATCC21543 chromosomal DNA and vector pCG11: Corynebacterium glutamicum
Lysine-producing mutant Corynebacterium glutamicum derived from ATCC13032 and resistant to the lysine analog S-(2-aminoethyl)-cysteine (hereinafter abbreviated as 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, MgCl 2・6H 2 O 0.4g, FeSO 4
7H2O10mg , MnSO4・46H2O0.02mg ,
ZnSO 4・7H 2 O0.9mg, CuSO 4・5H 2 O0.4mg,
Na 2 B 4 O 7・10H 2 O 0.09 mg, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24
Medium containing 0.04 mg of 4H 2 O, 30 μg of biotin, and 1 mg of thiamine hydrochloride in 1 part water and adjusted to pH 7.2]
The seed culture was inoculated into a medium supplemented with threonine at 100 μg/ml, and cultured with shaking at 30°C. The absorbance (OD) at 660 nm is measured using a Tokyo Photoden colorimeter, and when the OD reaches 0.2, penicillin G is added to the culture solution at a concentration of 0.5 units/ml. 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
After washing with 0.05M NaCl: PH8.0], lysozyme solution (25% sucrose, 0.1M NaCl, 0.05M Tris, 0.8
mg/ml lysozyme: PH8.0 or less) Suspend in 10 ml and react at 37°C for 4 hours. The method of Saito et al. [Saito, H. et al: Biochim.
Biophys. Acta, 72 , 619 (1963)]. On the other hand, used as a vector plasmid
pCG11 is a pCG11-carrying strain of the derived strain LA103 of Corynebacterium glutamicum L-22 strain.
It is isolated from LA103/pCG11 (ATCC39022) as follows. 400ml NB medium (medium containing 20g of powdered bouillon and 5g of yeast extract in 1 part water and adjusted to pH 7.2)
Culture with shaking at 30°C until the OD reaches approximately 0.7. After collecting the bacteria and washing with TES buffer,
Suspend in 10 ml of lysozyme solution and react at 37°C for 2 hours. 5M NaCl2.4ml, 0.5M to reaction solution
Add 0.6 ml of EDTA (PH 8.5), 4.4 ml of a solution consisting of 4% sodium lauryl sulfate and 0.7 M NaCl in sequence, mix gently, and then 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, and then place in ice water. Ten
After that time, collect the pellet by centrifugation at 1500 xg for 10 minutes. Add 5 ml of TES buffer to gently redissolve the pellet, then add 2.0 ml of 1.5 mg/ml ethidium bromide, add cesium chloride, and gently dissolve to adjust the density to 1580. This solution is subjected to ultracentrifugation 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 UV irradiation. pCG11DNA is isolated by extracting this band from the side of the centrifuge tube with a syringe. The fractionated solution was then diluted with an equal volume of isopropyl alcohol solution [volume percentage 90% isopropyl alcohol, 10%
Ethidium bromide is extracted and removed by treatment five times with TES buffer (this mixture contains a saturated amount of cesium chloride), and then dialyzed against the TES buffer. (2) Corynebacterium glutamicum
Cloning of genes involved in lysine biosynthesis of ATCC21543 3 μg of pCG11 plasmid DNA prepared above
Reaction solution for restriction enzyme Bgl containing (10mM Tris-HCl, 7mM MgCl2 , 60mM NaCl, 7mM
Add 6 units of Bgl (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) to 60μ of M2-mercaptoethanol, PH7.5, and hold at 37°C.
After reacting for 60 minutes at 65℃, stop the reaction by heating at 65℃ for 10 minutes. On the other hand, a restriction enzyme BamH reaction solution containing 8 μg of chromosomal DNA of Corynebacterium glutamicum ATCC21543 (10 mM Tris-HCl, 7
Add 4 units of BamH to 140μ of mM MgCl 2 , 100mM NaCl, 2mM 2-mercaptoethanol, 0.01% bovine serum albumin, PH8.0), react at 37°C for 60 minutes, and then heat at 65°C for 10 minutes to react. to stop. Mix both digests, add 40μ of T4 ligase buffer (Tris-HCl 660mM, MgCl 2 66mM, dithiothreitol 100mM, PH7.6), ATP (5
Add 40μ of T4 ligase (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd., 1 unit/μ) and 120μ of H2O,
Incubate for 16 hours at °C. 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 derived from Corynebacterium glutamicum strain L-22.
Use for transformation of AEC-susceptible LP4 strain. Transformation is performed using protoplasts of the LP4 strain. Inoculate the seed culture of LP4 strain into NB medium and culture with shaking at 30°C. Collect bacteria when the OD reaches 0.6,
The cells were cultured in RCGP medium [glucose 5g, casamino acids 5g, yeast extract 2.5g, K 2 HPO 4 3.5g,
KH 2 PO 4 1.5g, MgCl 2・6H 2 O 0.41g,
FeSO47H2O10mg , MnSO4・4 ~ 6H2O0.2
mg, ZnSO 4・7H 2 O 0.9 mg, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24
4H 2 O 0.04mg, biotin 30μg, thiamine hydrochloride 2mg, disodium succinate 135g, polyvinylpyrrolidone (molecular weight 10000) 30g in water 1
Suspend the cells in a solution containing 1 mg/ml lysozyme (PH7.6) to approximately 109 cells/ml,
Transfer to an L-shaped test tube and perform a gentle shaking reaction at 30°C for 5 hours to form protoplasts. Transfer 0.5 ml of this protoplast bacterial solution to a small test tube, centrifuge at 2500 x g for 5 minutes, and add TSMC buffer (10 mM magnesium chloride, 30 M calcium chloride, 50 mM Tris, 400 mM sucrose, PH
7.5) Resuspend in 1 ml, centrifuge and wash, then resuspend in 0.1 ml of TSMC buffer. To this bacterial solution, add 100μ of a 1:1 mixture of twice as concentrated TSMC buffer and the above ligase reaction DNA mixture and mix.
Next, 0.8 ml of a solution containing 20% PEG6000 in TSMC buffer is added and mixed. 3 minutes later, RCGP
Add 2 ml of medium (PH7.2), centrifuge at 2500 xg for 5 minutes to remove the supernatant, suspend the precipitated protoplasts in 1 ml of RCGP medium, and then add 0.2 ml to spectinomycin at 400 μg/ml.
(RCGP medium containing 1.4% agar, pH 7.2) and cultured 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 mixed with threonine 2mg/ml, AEC2
mg/ml and streptomycin 12.5 μg/ml
Minimal agar medium M1 containing the equivalent of glucose 10
g, NH 4 H 2 PO 4 1 g, KCl 0.2 g, MgSO 4 .
7H2O0.2g , FeSO47H2O10mg , MnSO4・4
~ 6H2O0.2mg , ZnSO47H2O0.9mg , CuSO4
5H 2 O 0.4mg, Na 2 B 4 O 7・10H 2 O 0.09mg,
( NH4 ) 6Mo7O244H2O0.04mg , biotin 50μ
2.5 mg of p-aminobenzoic acid, 1 mg of thiamine hydrochloride, and 16 g of agar in 1 part water and adjusted to pH 7.2] and cultured 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 isolated by the same method as that used to isolate pCG11 described above. Using 1 μg of these plasmid DNA, use a restriction enzyme with a cutting site on pCG11.
After complete digestion with EcoR, it was analyzed by agarose gel electrophoresis, and the molecular weight was determined from the sum of the generated fragments. The molecular weight is the restriction enzyme Hind of lambda phage DNA that was run simultaneously on the same agarose gel.
The calculation is based on a standard curve drawn by the migration distance of each fragment of known molecular weight produced by digestion. Plasmid pAec5 obtained from one of the transformed strains has a molecular weight of 10.7 Kb and is located at the Bgl cleavage site of pCG11.
This is a recombinant plasmid with a 3.9Kb DNA fragment inserted. LP4 using pAec5DNA in the same manner as above.
The protoplasts of the strain were transformed and the transformed strains were selected for spectinomycin resistance at the same time.
It possesses a plasmid identical to pAec5, which is determined by the cleavage pattern of EcoR, which confers AEC resistance. That is, pAec5 has Corynebacterium
It is clear that the gene governing the AEC resistance trait of C. glutamicum ATCC21543 has been cloned. The pAec5-carrying strain is included in the American Type Culture Collection.
Corynebacterium glutamicum K17
Deposited as ATCC39032. (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. Bacteria grown on NB agar medium were added to 5 ml of production medium P1 [glucose 100 g,
(NH 4 ) 2 SO 4 24.5g, KH 2 PO 4 1g, MgSO 4
7H2O0.4g , FeSO47H2O10mg , MnSO4・4
~6H 2 O 10mg, biotin 50μg, thiamine hydrochloride 200μg, calcium pantothenate 500μg,
The cells were inoculated into a test tube containing a medium containing 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, 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 a fermentative-copper ninhydrin reaction, and the results are shown in Table 1.

【表】 参考例 1 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
MgCl2、60mM NaCl、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DNA8μg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リガーセ0.3μ
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ミノピメリン酸要求性)
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株)はダジエルトらの方法
〔Dagert.M.、et al:Gene.、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PH
7.2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、NH4Cl1g、
Na2HPO46g、KH2PO43g、MgSO4
7H2O0.1g、CaCl2・2H2O15mg、サイアミン塩
酸塩4mgおよび寒天15gを水1に含み、PH
7.2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25μ
g/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参考例1(1)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
断片は既にクローン化された大腸菌オペロン含
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Bgl、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培高濃
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、実施例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寒天培地上で生
育できる株が得られる。 これらの形質転換株から実施例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によりホモセリン
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
実施例1(2)と同様な工程で処理することにより
調製する。形質転換も実施例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pEth1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、
K2HPO40.5g、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℃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。
[Table] Reference example 1 Cloning of genes involved in threonine biosynthesis in E. coli and production of threonine by Corynebacterium glutamicum using the 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 et al. who produced this plasmid [An.G. et al: J. Bacteriol., 140 , 400 (1979)].
According to E. coli K-12 carrying this plasmid,
Isolate from cultured bacterial cells of substrains. The high-molecular chromosomal DNA serving as the donor DNA was extracted from cultured cells of Escherichia coli K-12 strain (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
Add 0.4 units of Hind (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd., 6 units/μ) to 60μ of MgCl 2 , 60mM NaCl, PH7.5), react at 37°C for 30 minutes, and then heat at 65°C for 10 minutes to stop the reaction. pGA22 has two Hind locations.
Although there is a cleavage site, Hind under the same conditions
Examination of the digested sample by agarose gel electrophoresis confirms that it has been cleaved into one fragment. Separately, restriction enzyme containing 8 μg of chromosomal DNA
Add 4 units of Hind to 140μ of Hind reaction solution, react at 37°C for 60 minutes, and then heat at 65°C for 10 minutes to stop the reaction. Mix both digests and add 40μ of T4 ligase buffer.
, ATP (5mM) 40μ, T4 ligase 0.3μ
and 120μ of H 2 O and react 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 used as Escherichia coli K-12 substrain GT-3 [J. Bacteriol. 117 , 133-143 (1974)].
(homoserine and diaminopimelic acid requirement)
used for transformation. Competent cells (a strain 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 supplemented with diaminopimelic acid to give a concentration of 100 μg/ml (containing 10 g of Bactotryptone and 5 g of yeast extract in 1 part of water, PH
Inoculate 50 ml of culture medium (adjusted to 7.2) and culture at 37°C until OD 0.6. Cool the culture solution with ice water for 10 minutes and collect the bacteria by centrifugation. 0.1M cooled
Resuspend in 20 ml of calcium chloride and place at 0°C for 20 minutes. Resentrifuge the cells and add 0.1M calcium chloride.
Suspend in 0.5 ml and leave at 0°C for 18 hours. 200μ of the ligase reaction mixture was added to 400μ of the calcium chloride-treated bacterial solution, and mixed.
Leave at ℃ 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 supplemented with kanamycin equivalent to 12.5μg/ml
Minimal agar medium (2 g glucose, 1 g NH 4 Cl,
Na 2 HPO 4 6g, KH 2 PO 4 3g, MgSO 4
7H2O0.1g , CaCl22H2O15mg , thiamine hydrochloride 4mg and agar 15g in 1 part water, PH
7.2) and culture at 37℃ for 3 days. The only colony that appeared was ampicillin 25μg/ml and chloramphenicol 25μg/ml.
It has been confirmed that the cells grow on L agar medium containing 25 μg/ml or 25 μg/ml of kanamycin. From the cultured cells of this transformed strain, in Reference Example 1 (1)
Isolate plasmid DNA by the same method used to isolate pGA22. This plasmid DNA
As a result of analysis by restriction enzyme digestion and agarose gel electrophoresis using pGH2, it had the structure shown in Figure 1 as pGH2. DNA inserted into pGA22
The fragment is a previously cloned E. coli operon-containing DNA fragment [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 to Bgl and
Completely digest with BamH under appropriate conditions. Mix the digests containing 2 μg of each plasmid DNA, add 40 μg of T4 ligase buffer to a total volume of 200 μg,
Add 40μ of ATP (5mM), 0.2μ of T4 ligase and 120μ of H 2 O, and react 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. Subsequently, Corynebacterium glutamicum strain LA201 (LA103) was induced in the same manner as in Example 1 (1) using 100μ of a 1:1 mixture of 2 medium high concentration TSMC buffer and the above ligase reaction mixture as donor DNA. After transforming the protoplasts of the strain, homoserine, and leucine auxotrophs, they are spread on an RCGP agar medium and cultured at 30°C for 6 days to regenerate and proliferate.
Bacteria grown on the entire surface of the agar medium were collected, centrifugally washed with physiological saline, reapplied onto minimal agar medium M1 supplemented with 50 μg/ml of leucine, and incubated at 30°C.
Culture for 3 days. Strains that can grow on NB agar medium containing 12.5 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 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. Restriction enzymes Pst, EcoR, and
The structure characterized by the cleavage site of Xho is
As shown in the figure. pEthr1 was found to have a structure in which a BamH cleavage fragment containing the threonine operon of pGH2 was joined to pCG11. As a result of re-transforming Corynebacterium glutamicum strain LA103 using pEthr1DNA in the same manner as described above, homoserine non-auxotrophy and kanamycin and spectinomycin resistance traits were introduced in combination, and these transformed strains were transformed into various strains. It carries a plasmid identical to pEthr1, which is characterized by its restriction enzyme cleavage pattern. The reason why the homoserine auxotrophy of strain LA103, which was caused by the deletion of homoserine dehydrogenase, is restored to homoserine non-auxotrophy by pEthr1 is due to the expression of homoserine dehydrogenase located on the E. coli threonine operon. (2) Creation of pEthr1-bearing strain Corynebacterium glutamicum LA-106, a threonine-producing bacterium derived from Corynebacterium glutamicum L-22 strain (methionine auxotrophy, AEC resistance, α-amino-β-hydroxyvaleric acid resistance) ) pEthr1 holding strain is LA-106
can be obtained by transforming protoplasts with pEthr1. For protoplasts, strain LA-106 is grown in semi-synthetic medium.
Cells are cultured in a medium containing SSM supplemented with methionine equivalent to 100 μg/ml and grown to an OD of approximately 0.6, and then treated in the same manner as in Example 1(2). Transformation was carried out in the same manner as in Example 1 (2) using RCGP containing 400 μg/ml of spectinomycin.
Obtain transformed strains by selecting on an agar medium.
The pEthr1-carrying strain is American type.
Corynebacterium in the culture collection
glutamicum K19 has been deposited as ATCC39034. (3) Production of threonine by pEthr1-carrying strain A threonine production test is conducted on the pEth1-carrying strain (ATCC39034) and the non-pEth1-carrying strain of the LA-106 strain obtained as described above. A platinum loop of 5 ml of the bacteria produced on NB agar medium was added to production medium P2 [100 g of glucose, 20 g of (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.5 g of KH 2 PO 4 ,
K 2 HPO 4 0.5g, MgSO 4・7H 2 O1g, FeSO 4
7H 2 O 10mg, MnSO 4・4~6H 2 O 10mg, biotin 100μg, calcium carbonate 20g, methionine
The cells were inoculated into a test tube containing 100 mg of culture medium containing 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.

【表】 参考例 2 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1(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は実施
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(10
mMトリス塩酸、7mM MgCl2、100mM
NaCl、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12μ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-、Ieu-、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1(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1(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〔21
mMトリス塩酸、10mM MgCl2、50mM
(NH42SO4、0.01%ウシ血清アルブミン、PH
7.5〕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リガーセ用緩衝液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。形質転換は実施例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RCGP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−18
ATCC39033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株の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、(NH42SO43g、尿
素3g、KH2PO40.5g、K2HPO40.5g、
MgSO4・7H2O0.5g、FeSO4・7H2O10mg、
MnSC4・4〜6H20.10mg、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。
[Table] Reference Example 2 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 isolated from cultured cells of Escherichia coli K-12 substrain by the same method used to prepare pGA22 in Reference Example 1 (1). The polymeric chromosomal DNA used as the donor DNA was prepared from E. coli K-12 strain (ATCC23740) in Example 2 (1). pBR322 plasmid DNA 3 μg and chromosome
Reaction solution for restriction enzyme Sal containing 9μg of DNA (10
mM Tris-HCl, 7mM MgCl 2 , 100mM
NaCl, 7mM 2-mercaptoethanol,
0.01% bovine serum albumin, PH7.5) to 200μ
Added 10 units of Sal (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) and heated to 37°C.
After reacting for 60 minutes at 65℃, stop the reaction by heating at 65℃ for 10 minutes. To this mixed digest, 40μ of T4 ligase buffer, 40μ of ATP (5mM), 0.4μ of T4 ligase, and 12μ of water are added and reacted at 12°C for 16 hours. This mixture was extracted twice with 400 μl of phenol saturated with TES buffer and TES
Dialyze against buffer to remove phenol. This ligase reaction mixture was mixed with E. coli K-12 substrain PPC2 [Glansdorff, N., Genetics, 51 , 167
(1965)] (arg - , thr - , Ieu - , his - , Thi - ,
PPC- , STR ). Competent cells of PPC2 strain were cultured in L medium supplemented with 2 mg/ml glutamic acid, and GT-
Prepare in the same manner as for obtaining 3 strains of competent cells. Transformation is performed using the ligase reaction mixture described above.
Using 200μ, conduct in the same manner as in Reference Example 1 (1).
Add 9 ml of L medium and culture with shaking at 37°C for 2 hours to express the expression. After centrifugal washing twice with physiological saline, the mixture is spread on M9 minimal agar medium supplemented with 50 μg/ml each of arginine, threonine, leucine, and histidine, and cultured at 37° C. for 3 days. The colonies that appear are replicated onto L agar medium containing 25 μg/ml of ampicillin or 25 μg/ml of tetracycline, and cultured at 37° C. for 24 hours to select those that are resistant to ampicillin and sensitive to tetracycline. 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 there was a 4.4Kb fragment at the Sal1 cleavage site of pBR322.
It turned out to be a recombinant plasmid with a genome size of 8.8Kb into which a DNA fragment had been inserted. This pPC1 plasmid was used to transform the PPC2 strain in the same manner as above, and all of the transformed strains selected for ampicillin resistance were glutamic acid non-auxotrophic and were characterized by their restriction enzyme cleavage pattern.
Contains a plasmid with the same structure as pPC1.
This indicates that the E. coli PPC on the pPC1 plasmid
Indicates that the gene has been cloned. In order to introduce the cloned PPC gene into Corynebacterium glutamicum,
Prepare recombinant pCG11 and pPC1 in host E. coli. Reaction buffer for restriction enzyme Pst containing 2 μg each of pCG11 and pPC1 plasmid DNA [21
mM Tris-HCl, 10mM MgCl 2 , 50mM
( NH4 ) 2SO4 , 0.01% bovine serum albumin , PH
7.5] Add 4 units of Pst (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) to 200μ, react at 30°C for 60 minutes, and then heat at 65°C for 10 minutes to stop the reaction. In this reaction mixture
T4 ligase buffer 40μ, ATP (5mM)
Add 40μ of T4 ligase, 0.2μ of T4 ligase, and 120μ of water, and incubate at 12°C for 16 hours. After phenol extraction in the same manner as above, phenol is removed by dialysis. Using 100μ of this ligase reaction mixture,
PPC2 strain 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. Plasmid obtained from one of the previously transformed strains
Analysis of pEppc1 by restriction enzyme digestion and agarose gel electrophoresis revealed that pCG11 and pPC1 were
Genome size merged at the Pst cleavage site
It was clearly identified as a 15.6Kb recombinant plasmid. thus prepared with E. coli
was derived from Corynebacterium glutamicum L-22 strain using pEppc1 plasmid DNA.
Transform the LP4 strain. Transformation was carried out in Example 1 (2).
Transformants were obtained from colonies growing on RCGP agar medium containing 400 μg/ml of spectinomycin. Plasmids isolated from these transformed strains are digested with restriction enzymes.
Digestion of Sal or Pst alone or both
The presence of pEppc1 is confirmed by heavy digestion and analysis by agarose gel electrophoresis. The pEppc1 strain is included in the American Type Culture Collection.
Corynebacterium glutamicum K-18
Deposited as ATCC39033. (2) Production of glutamic acid by a pEppc1-carrying strain: A glutamic acid production test was conducted on a pEppc1-carrying strain (ATCC39033) and a non-pEppc1-carrying strain of the LP4 strain derived from the Corynebacterium glutamicum L-22 strain. Collect the bacteria grown on the NB agar medium, wash with physiological saline, and add 5 ml of production medium P3 [glucose 50 g, (NH 4 ) 2 SO 4 3 g, urea 3 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5g,
MgSO47H2O0.5g , FeSO47H2O10mg ,
MnSC 4・4~6H 2 0.10mg, biotin 3μg, thiamine hydrochloride 500μg, phenol red 10mg
inoculated into a test tube containing a medium containing 1 part of pure water and adjusted to pH 7.2, and cultured with shaking at 30°C.
During culture, add 0.2 ml of 20% urea solution three times.
Incubate 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.

【表】 参考例 3 コリネバクテリウム・フラブムATCC14067の
アンスラニン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を実施例1(1)と同様の方法で調製す
る。ベクターとして用いるpCE53は実施例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Bgl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リガーセ用緩衝液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実施例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 K20
ATCC39035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Bgl
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は実施例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100
g/、(NH42SO420g/、KH2PO40.5g/
、K2HPO40.5g/、MgSO4・7H2O0.25g/
、CaCO320g/、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。
[Table] Reference Example 3 Cloning and expression of the anthranic acid synthase gene of Corynebacterium flavum ATCC14067 in Corynebacterium glutamicum: The chromosomal DNA of Brevibacterium flavum ATCC14067 was cloned in the same manner as in Example 1(1). Prepared by method. pCE53 used as a vector was as described in 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 Bgl 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. Add 10 units of Sal to 200 μg of the restriction enzyme Sal reaction solution containing 3 μg of pCE53 plasmid DNA and 9 μg of chromosomal DNA prepared above, 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 reacted at 12°C for 16 hours. The mixture is extracted with 400 μl of phenol saturated with TES buffer and dialyzed against TES buffer to remove the phenol. 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 obtained by selecting bacteria that cannot grow on M1 agar medium by conventional mutation treatment, but can 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 procedure is carried out in the same manner as in Example 1 (2) 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 the LA105 strain was retransformed using pTrp2-3 in the same manner, 100 μg of tryptophan/
Colonies growing on RCGP agar containing ml and 400 μg/ml of kanamycin simultaneously become anthranilic acid nonauxotrophic, and they carry a plasmid identical to pTrp2-3 as determined 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 K20
Deposited as ATCC39035. 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 Corynebacterium glutamicum plasmid pCG1 [Japanese Patent Application No. 56-18101 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-134500)] previously disclosed by the present inventors and the Escherichia coli plasmid pGA22 [An, G. et al.: J .Bacteriol. 140 ,
400 (1979)] are conjugated together. For details, there is only one Bgl on pCG1.
Of the two BamH cleavage sites on pGA22, there is one in the tetracycline resistance gene.
It is ligated to the BamH cleavage site 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 L-22 strain harboring pCE52 in the same manner as that used to isolate pCG11 in 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 conducted 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 mixed with 5 ml of production medium P4 [blackstrap molasses 100
g/, (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.

【表】 参考例 4 pCB101の作製: (1) pCG11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、実施例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/pUB11〔Proc.
Natl.Acad.Sci、USA、75、1423(1978)〕の培
養菌体から単離する。 (2) pCG11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Bgl反応緩衝液(10mMトリ
ス塩酸、7mM MgCl2、60mM NaCl、7
mM 2−メルカプトエタノール、PH7.5)
100μに2単位のBgl(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 MgCl2、100mM NaCl、2
mM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)40μ、T4リガー
ゼ0.2μ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100μgを供与
DNAとして用い、実施例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
400μNB培地で、OD約0.8になるまで生育さ
せ、集菌後、その培養細胞から実施例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を実施例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Bgl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と同一のプラスミドを保
有している。 参考例 5 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有するコリネバクテリ
ウム・グルタミクムC156株(FERM BP−
453)の染色体DNAを実施例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)から実施例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
Bgl用反応液〔10mMトリス(PH7.5)、7m
M MgCl2、60mM NaCl、7mM2−メルカ
プトエタノール〕200μに10単位のBgl(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200m
M、MgCl266mM、ジチオスレイトール100m、
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実施例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、PH
7.5)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100μ
g/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株から実施例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Bgl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
タミクム菌株による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 glutamicum K32、
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)、KH2PO40.2%、
K2HPO40.1%、MgSO4・7H2O0.05%、
NaCl0.25%、(NH42SO42.3%、尿素0.2%、
CaCO32%、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)、
94、284(1915)〕によつて定量した。結果を
第5表に示す。
[Table] Reference Example 4 Production of pCB101: (1) Separation of pCG11 and pUB110 pCG11 is Corynebacterium glutamicum LA103/pCG11 carrying this plasmid.
(ATCC39022) was grown in 400 ml NB medium until the OD was about 0.8, and from the cultured cells, Example 1
Isolate pCG2 using the same method as in (1). pUB110 was obtained by the method of Gryczan et al. [Gryczan, TJet al.: J. Bacteriol., 134 ,
318 (1978)], Bacillus subtilis BR 151 /pUB 11 carrying this plasmid [Proc.
Natl. Acad. Sci, USA, 75 , 1423 (1978)]. (2) In vitro recombination of pCG11 and pUB110 2 μg of pCG11 plasmid DNA prepared above
Restriction enzyme Bgl reaction buffer containing (10mM Tris-HCl, 7mM MgCl2 , 60mM NaCl, 7mM
mM 2-mercaptoethanol, PH7.5)
Add 2 units of Bgl (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd., 6 units/μ) to 100μ, and react at 37°C for 60 minutes. In addition, restriction enzyme BamH reaction buffer (10mM Tris-HCl, 7mM MgCl 2 , 100mM NaCl, 2μg of pUB110 plasmid DNA,
2 units of BamH in 100μ (mM mercaptoethanol, 0.01% bovine serum albumin, PH8.0)
(manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd., 6 units/μ) at 37°C.
Incubate for 60 minutes. Both restriction enzyme digests are mixed, 40μ of T4 ligase buffer, 40μ of ATP (5mM), 0.2μ of T4 ligase and 120μ of H 2 O are added and reacted at 12°C for 16 hours. This mixture was extracted twice with 400 μl of phenol saturated with TES buffer and
Exclude phenols dialyzed against TES buffer. (3) Obtain pCB101 Provide 100 μg of a 1:1 mixture of twice as concentrated TSMC buffer and the above ligase reaction mixture.
Used as DNA, in the same manner as in Example 1 (3),
Transform Corynebacterium glutamicum LA103 and select a kanamycin-resistant strain. Contain emerging colonies with 12.5 μg/ml of kanamycin or 100 μg/ml of spectinomycin.
Replicas were placed on NB agar medium, cultured at 30°C for 2 days, and three double-resistant transformants grown were arbitrarily selected and purified on the same agar medium. These three stocks
The cells are grown in a 400 μNB 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 Example 1 (1). 30 to 35 μg of plasmid DNA can be obtained from each transformed strain. These plasmid DNAs were analyzed by restriction enzyme digestion and agarose gel electrophoresis in the same manner as in Example 1 (3), and the molecular weight and restriction enzymes Pst and EcoR were analyzed.
, identify the breakpoints of Hinc and Bgl.
The plasmids of the three strains all have a structure in which pCG11 and pUB110 are bonded together, and two of them have the structure shown for pCB101 in FIG. 2, but the other type has the binding direction in the opposite 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. Contains the same plasmid as the donated plasmid. Reference Example 5 Cloning of a gene involved in L-histidine biosynthesis of Corynebacterium glutamicum strain C156 and expression of the gene to produce Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium herkyulis, Brevibacterium flavum and Brevi Production of L-histidine by Bacterium lactofamentum: (1) Preparation of chromosomal DNA of Corynebacterium glutamicum strain C156 and plasmid pCG11: Resistant to 1,2,4-triazole-3-alanine and capable of producing histidine Corynebacterium glutamicum strain C156 (FERM BP−
453) is prepared in the same manner as in Example 1(1). On the other hand, used as a vector plasmid
pCG11 is a pCG11-carrying strain of the derived strain LA103 of Corynebacterium glutamicum L-22 strain.
Example 1 (1) from LA103/pCG11 (ATCC39022)
Isolate in the same manner. (2) Cloning of genes involved in histidine biosynthesis of Corynebacterium glutamicum strain C156: 3 μg of pCG11 plasmid DNA prepared above
and restriction enzyme containing 9 μg of the above chromosomal DNA
Reaction solution for Bgl [10mM Tris (PH7.5), 7m
M MgCl2 , 60mM NaCl, 7mM2-mercaptoethanol] 10 units of Bgl (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) was added to 200μ, and after reacting at 37°C for 60 minutes, 65
Stop the reaction by warming at °C for 10 min. Add T4 ligase buffer (Tris 200ml) to this mixed digest.
M, MgCl2 66mM, dithiothreitol 100mM,
Add 40μ of PH7.6), 40μ of 5m MATP solution, 0.3μ of T4 ligase (manufactured by Takara Shuzo, 1 unit/μ) and 120μ of water, and react at 12°C for 16 hours. The T4 ligase reaction mixture is used to transform Corynebacterium glutamicum strain LH33 (histidine auxotrophic, lysozyme sensitive). Transformation is performed using LH33 strain protoplasts. Protoplasts are prepared in the same manner as in Example 1(2). Transfer 0.5 ml of the protoplast suspension to a small test tube, centrifuge at 2500
7.5) Resuspend in 1 ml, centrifuge and wash, then resuspend in 0.1 ml of TSMC buffer. To this suspension, add 100μ of a 1:1 mixture of double concentration TSMC buffer and the above ligase reaction DNA mixture and mix.
Next, 0.8 ml of a solution containing 20% PEG6000 in TSMC buffer is added and mixed. 3 minutes later, RCGP
Add 2 ml of medium (PH7.2), centrifuge at 2500 xg for 5 minutes to remove the supernatant, suspend the precipitated protoplasts in 1 ml of RCGP medium, and then add 0.2 ml to spectinomycin at 400 μg/ml.
(RCGP medium containing 1.4% agar, pH 7.2) and cultured at 30°C for 7 days. Scrape the spectinomycin-resistant colonies grown on the selection plate, centrifugally wash them twice with physiological saline, and add 100μ of spectinomycin.
Spread on minimal agar medium M1 containing g/ml and incubate at 30°C.
The cells were cultured for 2 days, and transformed strains that were spectinomycin resistant and non-histidine auxotrophic were selected. A plasmid is isolated from one of the transformed strains by ethidium bromide/cesium chloride density gradient centrifugation as described in Example 1 (1). 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 this plasmid was
Identify the restriction enzyme cutting mode of DNA. This plasmid was named pPH8. pPH8 is pCG11
This structure has a DNA fragment of approximately 10.6 Kb inserted into the Bgl cleavage site of . Furthermore, when the H33 strain [parent strain LH33 (histidine auxotrophic, lysozyme resistant): FERM BP-452] was re-transformed using pPH8DNA, all of the transformed strains selected as spectinomycin-resistant strains were non-histidine resistant. It had become a sexual thing. 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 strain harboring pPH8: Corynebacterium glutamicum LA-103
Stock (FERM P-5947, ATCC31866)
Transform with pPH8 DNA, and select a transformant resistant to the drug on an RCGP agar medium containing 400 μg/ml of spectinomycin. After purifying the obtained transformed strain, plasmid isolation and
Structural analysis was performed and it was confirmed that the plasmid had the same structure as pPH8. The pPH8 strain Corynebacterium glutamicum LA103/pPH8 is included in the American Type Culture Collection.
Corynebacterium glutamicum K32,
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 5 ml of production medium supplemented with 200 μg/ml of arginine and methionine.
P5 [molasses 12% (as sugar), KH 2 PO 4 0.2%,
K2HPO4 0.1 %, MgSO47H2O0.05 %,
NaCl 0.25%, (NH 4 ) 2 SO 4 2.3%, Urea 0.2%,
Inoculate in CaCO 3 2%, pH 7.4 (adjusted with ammonia). After culturing at 30°C for 75 hours, the amount of L-histidine produced in the medium was measured using 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.

【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、OD660n
m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と同じ構造を有することが制限
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pCG11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とがわかる。 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。
[Table] (4) Production of L-histidine by Corynebacterium herkyulis, Brevibacterium flavum and Brevibacterium lactofamentum carrying pPH8: Corynebacterium herkyulis
ATCC13868, Brevibacterium flavum
Plasmids in ATCC14067 and Brevibacterium lactofamentum ATCC13869
In order to carry pPH8, each strain is transformed as a recipient strain. Each strain was grown in SSM medium, and the OD660nm was
0.3 units/ml of penicillin G when it reaches 0.2
Add so that Continue culturing, OD660n
Bacteria were collected when m increased to 0.6, and 1mg/
Protoplasts are formed as described above in RCGP medium containing ml lysozyme. pPH8
Transformation is performed 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, prepared according to the description of 57-134500,
It is confirmed from the restriction enzyme cleavage pattern that these have the same structure as pPH8. From the above, plasmid pPH8, which is a derivative of plasmid pCG11, can be replicated in Corynebacterium herkyulis, Brevibacterium flavum, and Brevibacterium lactofamentum, and plasmid pCG11 is widely used in these bacterial species. It turns out that it is possible. Corynebacterium herkyulis K33, Brevibacterium flavum K34, and Brevibacterium lactofamentum K35, which carry pPH8, are respectively
Type Culture Collection
Deposited as ATCC 39282, 39283 and 39284. L-histidine production tests using these strains are conducted as follows. pPH8 grown overnight at 30°C on NB agar medium
Inoculate one platinum loopful of each of the retained strains and their parent strains into 5 ml of production medium P5. 75 at 30℃
After shaking culture for a period of time, the amount of L-histidine produced in the medium is determined colorimetrically by Pauly's method. The results are shown in Table 6.

【表】【table】

【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属・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。
[Table] From the above, 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 this gene was expressed in this species and contributed to the production of histidine.

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

第1図はプラスミドpGH2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 pGH2. 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S−(2−アミノエ
チル)−システインに感受性を示す微生物をS−
(2−アミノエチル)−システイン耐性株に変換す
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、培養物
中にL−リジンを生成蓄積させ、該培養物からL
−リジンを採取することを特徴とするL−リジン
の製造法。
1 Microorganisms that belong to the genus Corynebacterium or Brevibacterium and are derived from species of the genus Corynebacterium or Brevibacterium and are sensitive to S-(2-aminoethyl)-cysteine are referred to as S-
(2-Aminoethyl)-A recombinant with a DNA fragment containing a gene having the activity of converting into a cysteine-resistant strain and a vector DNA capable of autonomous replication in Corynebacterium or Brevibacterium species.
A microorganism containing DNA is cultured in a medium, L-lysine is produced and accumulated in the culture, and L-lysine is produced and accumulated in the culture.
- A method for producing L-lysine, which comprises collecting lysine.
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