JPH05199863A - システインおよびその誘導体の高生産微生物 - Google Patents

システインおよびその誘導体の高生産微生物

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JPH05199863A
JPH05199863A JP6757091A JP6757091A JPH05199863A JP H05199863 A JPH05199863 A JP H05199863A JP 6757091 A JP6757091 A JP 6757091A JP 6757091 A JP6757091 A JP 6757091A JP H05199863 A JPH05199863 A JP H05199863A
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JP
Japan
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cysteine
cystathionine
enhancing
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JP6757091A
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Hidetoshi Tezuka
秀敏 手塚
Hideyo Aoki
秀代 青木
Mitsuhiro Touma
満浩 東間
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Asahi Breweries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 シスタチオニンβ−シンターゼ活性を増強す
る遺伝子を微生物細胞内に導入し、細胞内のシスタチオ
ニン合成酵素の活性を増強することにより得られる、シ
ステインおよびその誘導体の高生産微生物である。 【効果】 本発明によれば、細胞内のシスタチオニンβ
−シンターゼ活性を増強する遺伝子を微生物に導入する
ことができたので、この微生物を使ってシステインおよ
びその誘導体の生産性を高めることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、システインおよびその
誘導体を高生産する微生物に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】シス
テインはSH基を含み、反応性が高いので応用範囲が広
く、生理的意義の大きいアミノ酸である。そのためシス
テインの効率的生産は産業上有益であり、従来から他の
アミノ酸同様、微生物を利用した発酵生産法の開発研究
が行われてきた。しかし、システインの生合成系が複雑
なため、現在まで産業上有効なシステインの発酵生産法
は開発されていない。
【0003】一方、システイン誘導体のうちグルタチオ
ンは、生体内に最も多く存在するSH化合物で、グルタ
ミン酸、システイン、およびグリシンからなるトリペプ
チドで、肝疾患の治療薬として、また試薬として汎用さ
れる重要な化合物であり、従来から発酵法によって、そ
の商業的生産が行われてきた。しかし、発酵法によって
グルタチオンを生産する際にも、細胞内システイン含量
が、ある段階以上になるとグルタチオン生合成の律速と
なり、従って菌体内システイン含量の一層の向上が望ま
れている。
【0004】本発明者らは、微生物細胞内のシスタチオ
ニンβ−シンターゼ活性を増強する遺伝子を、遺伝子組
み換え手法により微生物に導入して細胞内の同酵素活性
を強めることにより細胞内システイン含量が増加し、そ
の結果、細胞内グルタチオン含量をも向上させ得ること
を見出し、本発明を完成するに至った。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、シスタチオニ
ンβ−シンターゼ活性を増強する遺伝子を微生物細胞内
に導入し、細胞内のシスタチオニン合成酵素の活性を増
強することにより得られる、システインおよびその誘導
体の高生産微生物である。システイン誘導体としてはグ
ルタチオンが好ましく挙げられる。
【0006】シスタチオニン合成酵素の活性を増強する
遺伝子は、その塩基配列が化5〜化8で示される。 (塩基配列)
【0007】
【化5】
【0008】
【化6】
【0009】
【化7】
【0010】
【化8】
【0011】システインは酵母等の微生物細胞内でシス
タチオニンまたはO−アセチルセリンを直接の前駆体と
して生合成される。本発明は、このシステインの前駆体
であるシスタチオニンを、ホモシステインとセリンを基
質として1段階の酵素反応で合成する酵素、すなわちシ
スタチオニンβ−シンターゼを増強して細胞内システイ
ン含量を増加させるものである。
【0012】具体的には、先に報告されている酵母の硫
化水素抑制遺伝子NHS5(日本発酵工学会大会 講演
要旨集 第5頁(昭和63年)、醸造におけるバイオテク
ノロジー 産調出版(1990)第82頁)の細胞内での生化
学的意義を解明するための研究を行った。その結果、N
HS5が酵母細胞内でシスタチオニンβ−シンターゼ活
性を増強する遺伝子であること、及び、NHS5を導入
された酵母の菌体内システイン、グルタチオン含量が共
に増加することを見出した。そして、これらの知見か
ら、システインおよびその誘導体を効率的に生産する微
生物を育種することに成功した。
【0013】なお本発明に用いられる微生物は、シスタ
チオニンをシステイン合成の中間体とする微生物である
限り酵母以外どのような微生物を用いてもよい。シスタ
チオニンβ−シンターゼ増強遺伝子も微生物に対し、例
示のNHS5と同様の効果を示す限りどのような微生物
由来の遺伝子でも良い。またシステインのみを更に効率
よく生産するためにシステインの資化経路をブロックし
て更に生産性を上げることも可能である。一方、グルタ
チオンの生産性を更に上げるために、システインからグ
ルタチオンへの合成系の酵素、例えばγ−グルタミルシ
ステインシンターゼを増強することも可能である。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、細胞内のシスタチオニ
ンβ−シンターゼ活性を増強する遺伝子を微生物に導入
することができたので、この微生物を使ってシステイン
およびその誘導体の生産性を高めることが可能である。
【0015】
【実施例】以下、実施例につき本発明を具体的に説明す
る。実施例1ではNHS5のDNA塩基配列とアミノ酸
配列の決定を、実施例2ではNHS5を酵母に導入する
ためのプラスミドの作製を、実施例3では作製したプラ
スミドの酵母への導入について、実施例4ではNHS5
を導入された酵母と親株のシスタチオニンβ−シンター
ゼ活性について、実施例5ではそれらの株のシステイ
ン、グルタチオン含量について、より詳細に説明する。
【0016】実施例1に示す塩基配列は、それが前記化
5〜8のAからBまでに示されたアミノ酸配列をコード
し、かつそのアミノ酸配列を持つタンパク質が酵母内で
発現する限りどのような塩基配列であっても良い。特に
遺伝子の転写翻訳を制御する塩基配列部分は既知のもの
を適宜組み合わせて使っても良い。また化5〜8に示さ
れたアミノ酸配列も酵母内で当該遺伝子がシスタチオニ
ンβ−シンターゼ活性を増強する限り、アミノ酸のいく
つかについて欠失、置換、付加等があってもよい。
【0017】次に実施例2で遺伝子を酵母に導入するた
めに用いたプラスミドは、例示の3種以外にも遺伝子が
酵母に導入され安定に保持される限りどのようなプラス
ミドであっても良く、また遺伝子を酵母の染色体に組み
込む場合にも、どのような組み込み方であっても良い。
例えば遺伝子の両端に既知の酵母遺伝子を付加しても良
いし、遺伝子そのものだけを組み込んでも良い。形質転
換のための選択マーカーは実施例2で示したG418 を用
い、その薬剤に対する耐性遺伝子としては、大腸菌由来
のG418 耐性遺伝子中の構造遺伝子部分の前後に酵母ア
ルコールデシドロゲナーゼ(ADH)遺伝子の転写プロ
モーター、終結シグナルを連結した遺伝子を用いること
が、形質転換頻度やプラスミドの安定性の観点から望ま
しいが、他の選択マーカーとその耐性遺伝子の組み合わ
せで行っても良い。また栄養要求マーカーを用いても良
いことは言うまでもない。
【0018】なお、酵母のシステイン、グルタチオン含
量をシスタチオニンβ−シンターゼ活性を増強すること
により増加させ得ることは、本発明者によってはじめて
確認されたことであるが、使用したプラスミドの作製
法、形質転換法、その他の遺伝子操作法は分子生物学、
生物学において用いられる慣用法、例えばモレキュラー
クローニング(Molecular Cloning, Cold Spring Harbo
r Laboratory, 1982)記載の方法を用いて差し支えな
い。
【0019】実施例1 先に報告(日本発酵工学会大会 講演要旨集 第5頁
(昭和63年)、醸造におけるバイオテクノロジー 産調
出版(1990)第82頁)されている、プラスミドpHSG
5に含まれている酵母由来のDNA断片上のどこにシス
タチオニンβ−シンターゼ増強遺伝子があるかを調べる
ために、より詳細な制限酵素地図の作製とサブクローニ
ング実験を行った。図1にその結果を示す。制限酵素地
図に示すようにNHS5は約1.5Kb のXbaI−HpaI断
片上に存在することが判った。そこでX-2180株由来のD
NA断片中のBglII切断部位周辺の塩基配列をダイデオ
キシ法(プロシーディングス オブ ザ ナショナル
アカデミー オブ サイエンセス オブ ザ ユナイテ
ッド ステイツ オブ アメリカ Proc. Natl. Acad.Sc
i. U. S. A. 74, 5463, 1977)によって決定したとこ
ろ、この部分には、1344bpからなるオープンリーディン
グフレームが見出された。このオープンリーディングフ
レームによりアミノ酸448 残基からなる分子量49,588の
タンパク質がコードされていることが判った。
【0020】実施例2 NHS5をYEpタイプのベクターを用いて酵母に導入
して培養試験を行い、NHS5のシステイン、グルタチ
オン増加効果を確認するため、NHS5を酵母の形質転
換に好適なベクターに導入した。具体的には、まず、公
知のプラスミドベクターであるYEp24をBamHIとSal
Iで切断し、ベクター由来の約290bp のBamHI−Sal
断片を除去し、代わりに尾形らによって報告(日本発酵
工学会大会 講演要旨集 第109 頁(昭和63年))されて
いるG418 耐性遺伝子(大腸菌のトランスポゾン由来の
G418 耐性遺伝子の前後に酵母アルコールデヒドロゲナ
ーゼ遺伝子のプロモータ部分と酵母チトクロームC遺伝
子のターミネーターを連結した約2.5Kb の両端にBamH
I、SalI切断部位を持つDNA断片)をベクターのBa
mHI−SalI切断部位に挿入してベクターYEpAG24
を作製した。NHS5を含むDNA断片としては、図1
に示したpHS5を制限酵素BamHIで切断し、続いて切
断末端からエキソヌクレアーゼBal31で、約2Kb分解し
て生じた末端にBamHIリンカーを付加し、その後Hpa
で再度切断して得られるNHS5を含む2.5Kb のDNA
断片を、先に作製したYEpAG24のBamHI−EcoRV切
断部位に挿入してYEpAG−5SSを作製した。こう
して得られたYEpAG−5SSを図2に示す。
【0021】実施例3 作製した2種のプラスミドを用い、サッカロマイセス
セレビシエ9Bの形質転換を行った。プラスミドの酵母
への導入は親株を200ml の坂口フラスコで0.2−1×105
cells/ml まで培養後、冷水で洗浄し、0.2ml の1モル
ソルビトール溶液に懸濁し、この懸濁液60μl にプラス
ミド1μg (5μl)を加え0.2cm のキュベットに移し、ジ
ーンパルサー(バイオラッド社製)を用い、エレクトロ
ポレーション法(ヌクレイック アシッド リサーチ
Nucl. Acids. Res., 16, 6127(1988))で 7.5KV/cm 、25
μF の導入条件で形質転換を行った。形質転換株の選択
にはG418 (100μg/ml) を含むYPD(イーストエキス
トラクト1%、ペプトン1%、グルコース2%)寒天培
地を用いた。
【0022】実施例4 実施例3で得られた形質転換株9B/YEpAG−5S
Sと親株の計2株を用いて、菌体内シスタチオニンβ−
シンターゼ活性の測定を行った。酵母の粗抽出液として
はG418 (100μg/ml) を含むYPD液体培地を使って、
30℃一夜振盪培養により得られた菌体を、遠心分離で集
菌し洗浄後、これをガラスビーズで破砕し再度遠心分離
を行い、得られた上清を使用した。シスタチオニンβ−
シンターゼ活性の測定は、粗抽出液を基質(ホモシステ
インとセリン)とピリドキサールリン酸、硫酸銅の存在
下で反応させ、生成したシスタチオニンを酸性条件下の
ニンヒドリンの特異的発色により比色定量するカシワマ
タら(バイオキミカ エトバイオフィジカ アクタ(Bi
ochim. Biophys. Acta.), 212, 488-500(1970))の方法
に従って行った。その結果を下表に示す。 シスタチオニンβ−シンターゼ活性 (μmol/hr/mg protein) 形質転換株 9B/YEpAG−5SS 13.1 対照(親株)9B/YEpAG24 1.0 上記結果から明らかな通り、形質転換株9B/YEpA
G−5SSのシスタチオニンβ−シンターゼ活性は、対
照9B/YEpAG24のそれに比べ高い活性を示してい
た。
【0023】実施例5 実施例3で得られた形質転換株と親株の計2株を用いて
システイン、ホモシステイン、γ−グルタミルシステイ
ン、グルタチオンの定量を行った。形質転換株をG418
(100μg/ml) を含む100ml YPD液体培地(500ml坂口フ
ラスコ使用)に接種し、30℃で一夜振盪培養を行った。
培養液を遠心分離して集菌し菌体を水で洗浄後、再度水
に懸濁し、湯浴上で100 ℃にて5分間加熱処理を行い、
システイン、グルタチオンを抽出した後、遠心分離を行
い、得られた上清のシステイン、グルタチオン濃度を測
定した。システイン、グルタチオンの定量法は抽出液を
逆相カラム(C18)を使って分離するHPLC法を使
い、検出器はアマルガム電極による電気化学検出器を使
った。NHS5を保持する株の、親株に対するシステイ
ン、グルタチオン含量の増加率を下表に示す。 システイン グルタチオン 形質転換株 9B/YEpAG−5SS 200% 130% 対照(親株)9B/YEpAG24 100% 100% 上記の結果から明らかな通り、形質転換株9B/YEp
AG−5SSは、システイン含量が約2倍に増加し、グ
ルタチオン含量が約3割増加した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1で作製した制限酵素地図を示す図。
【図2】 実施例2で作製したプラスミドYEpAG−
5SSの制限酵素地図を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 //(C12N 1/19 C12R 1:865) (C12N 15/60 C12R 1:865) (C12P 13/04 C12R 1:865) (C12P 13/12 C12R 1:865)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シスタチオニンβ−シンターゼ活性を増
    強する遺伝子を微生物細胞内に導入し、細胞内のシスタ
    チオニン合成酵素の活性を増強することにより得られ
    る、システインおよびその誘導体の高生産微生物。
  2. 【請求項2】 誘導体がグルタチオンである請求項1記
    載の微生物。
  3. 【請求項3】 サッカロマイセス セレビシエ由来のシ
    スタチオニン合成酵素の活性を増強する遺伝子を、同遺
    伝子が発現可能なベクターにより導入することによっ
    て、細胞内のシスタチオニン合成酵素の活性を増強する
    請求項1または2記載の微生物。
  4. 【請求項4】 シスタチオニン合成酵素の活性を増強す
    る遺伝子が、化1〜化4に示す塩基配列を有する請求項
    3記載の微生物。 (塩基配列) 【化1】 【化2】 【化3】 【化4】
  5. 【請求項5】 請求項4記載の化1〜化4のAからBま
    でに示されるアミノ酸配列をコードする塩基配列を有す
    るDNA断片を導入し、これにより菌体内シスタチオニ
    ン合成酵素活性が上昇した請求項3記載の微生物。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003095959A (ja) * 2001-09-21 2003-04-03 Kokuritsu Seishin Shinkei Center ホモシステイン血症治療剤
JP2011103789A (ja) * 2009-11-13 2011-06-02 Kirin Holdings Co Ltd グルタチオン高生産酵母及びその利用
WO2012133823A1 (ja) * 2011-03-30 2012-10-04 独立行政法人海洋研究開発機構 新規有用深海細菌
WO2015166845A1 (ja) * 2014-05-01 2015-11-05 株式会社島津製作所 細胞の分化状態の評価方法

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