JPH062051B2 - セルロース分解性形質転換株 - Google Patents

セルロース分解性形質転換株

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JPH062051B2
JPH062051B2 JP61010618A JP1061886A JPH062051B2 JP H062051 B2 JPH062051 B2 JP H062051B2 JP 61010618 A JP61010618 A JP 61010618A JP 1061886 A JP1061886 A JP 1061886A JP H062051 B2 JPH062051 B2 JP H062051B2
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哲夫 宮山
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/66General methods for inserting a gene into a vector to form a recombinant vector using cleavage and ligation; Use of non-functional linkers or adaptors, e.g. linkers containing the sequence for a restriction endonuclease
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/24Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセルロース分解性形質転換株に関し、詳しくは
セルロースを直接ブタノールに変換しうる新規微生物に
関する。
〔従来の技術およびその問題点〕
従来、セルロースは発酵原料として全く利用されていな
かったが、資源の有効利用という立場から最近、ブタノ
ール等の製造にセルロースを用いることが種々提案され
ている。たとえば、セルロースに高温嫌気性菌を作用さ
せて1段でブタノールを製造する方法(特開昭58−3
1993号)が知られているが、この方法ではブタノー
ル生産量が低く、実用性に劣っている。また、嫌気性セ
ルロース分解菌とブタノール生産菌を混合培養してブタ
ノール等を製造する方法も提案されている(特開昭59
−85295号)。しかし、この方法もブタノールの生
産量が低い上に、培養期間が長いという問題点がある。
さらに、本出願人はクロストリジウム・サーモセラムと
クロストリジウム・サーモサッカロリテイカムという特
定微生物の混合培養によるセルロースからのブタノール
の製造法について提案している(特願昭60−1468
06号)。しかし、この方法もブタノールの生産量や生
産速度等が十分に満足しうるものではない。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで本発明者らは、上記問題点を解消すべく検討を重
ね、単一菌によりセルロースから直接ブタノールを製造
する技術を開発した。すなわち、クロストリジウム・サ
ーモセラムより分離した染色体DNAを用い、形質転換
法によりクロストリジウム・サーモサッカロリテイカム
にセルロース利用性を付与し、セルロースを直接ブタノ
ールに変換する新規微生物を育種すると共に、該微生物
を利用してセルロースからブタノールを効率良く製造す
る方法を確立したのである。
すなわち本発明は、クロストリジウム・サーモセラム由
来のセルロース分解性に関与する遺伝子が組込まれたク
ロストリジウム・サーモサッカロリティカムのセルロー
ス分解性形質転換株を提供するものである。
クロストリジウム・サーモセラムはセルロース分解菌と
して知られる嫌気性好熱菌であり、本発明には既知の菌
株を任意に使用できるが、特にセルロース利用性にすぐ
れた菌株が好ましく、たとえばクロストリジウム・サー
モセラムC−27株(FERM P−7451),同C
−315株 (FERM P−7872),同ATCC
27405株,同ATCC 31924株、同C−2719株(F
ERM P−8275)等がある。
次に、クロストリジウム・サーモサッカロリテイカムは
ブタノールや酪酸の生産能を有する嫌気性好熱菌であ
り、既知の菌株を使用することができる。具体的には、
クロストリジウム・サーモサッカロリテイカムB−25
8株(FERM P−8273),同B−6957株
(FERM P−8071),同CB−1666株(F
ERM P−8274),同ATCC 7956株等が
ある。
クロストリジウム・サーモセラムからの染色体DNAの
分離は、たとえばH.SaitoとK.Miura,Biochim.Biophys.
Acta,72,619(1963)により行なうことができる。
染色体DNAを用いてクロストリジウム・サーモサッカ
ロリテイカムを形質転換する方法は、大腸菌,枯草菌等
において確立されているプロトプラスト法(たとえばS.
Chang,S.N.Cohen,Mol.Gen.,168,111(1979)),コンピテ
ント・セル法(たとえばG.O.Humphreysら、Transformat
ion,1978,PP-254,Cotswold Press(1979))等を適用すれ
ばよい。
次に、形質転換株の中から目的とする性質を有する菌株
を選抜するにあたっても通常用いられる方法を適用すれ
ばよく、集積培養等を行ない形質発現,マーカー等によ
り選択する方法がある。
このようにして、クロストリジウム・サーモセラム由来
のセルロース分解性に関与する遺伝子が組込まれたクロ
ストリジウム・サーモサッカロリテイカムのセルロース
分解性形質転換株が得られる。該形質転換株はセルロー
スを分解してブタノールを直接生産することができる。
ブタノールは、セルロースを含む培地に上記形質転換株
を培養することによって得られる。
本発明においてセルロースとは、セルロース自体のほか
セルロースを主要成分とする物質を意味する。具体的に
はマツ,スギ,ブナ,ポプラなどの木材;麻類,ミツマ
タ,稲ワラ,バガス,モミガラなどの茎葉・ジン皮類;
綿などの種子毛;新聞紙,雑誌,ダンボール廃紙などの
古紙類;その他繊維質廃棄物;パルプ,セルロースパウ
ダーなどがあり、これらは必要に応じて粉砕その他の前
処理を施してから炭素源として用いることが望ましい。
本発明においてセルロースは培地中に1〜20重量%程
度、好ましくは3〜10重量%の割合で含まれるように
使用する。なお、培地の他の成分である窒素源,無機塩
その他発酵に必要な物質の種類,添加量などは常法によ
り適宜決定すればよい。また、培地は使用にあたり常法
にしたがって殺菌を行なう。
培養に際しての温度,pH等の条件は使用する微生物がブ
タノールを生産、蓄積しうる範囲であればよく、通常は
45〜65℃の温度、6〜8のpHの範囲が適当である。
培養は嫌気的条件下に目的とするブタノールが十分に生
成、蓄積するまで行なえばよく、通常は1〜15日間、
好ましくは2〜10日間である。培養終了後、培養物か
らブタノールを採取するには既知の手法をそのまま適用
すればよく、一般的には培養物を蒸留プロセスに導き、
ブタノールを蒸溜、分離する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、セルロースを直接ブタノールに変換し
うる新規微生物が得られ、該微生物を用いることにより
セルロースから直接ブタノールを短期間で収率よく生産
することができる。しかも、高温下で培養を行なえるた
め、発酵槽の冷却コストの低減,雑菌汚染の防止等を図
ることができる。得られたブタノールは燃料,溶剤等の
様々な用途に使用される。
〔実施例〕
次に、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれ
により制限されるのもではない。
実施例1 染色体DNAの分離 クロストリジウム・サーモセラムC−27株(FERM
P−7451)を2のCM3培地(セロビオース5
g,酵母エキス2g,(NH4)2SO4 1.38g/,KH2PO4 1.5
g,K2HPO4・3H2O 2.9g,MgCl2・6H2O 1g,CaCl2 150mg,F
eSO4・7H2O 1.25mg,システイン塩酸塩500mg,レサズリ
ンナトリウム2mgを純水1に含み、pH7.0に調整し
たもの)に接種し、嫌気的条件下に60℃で12時間培
養した。
培養後、集菌して約3gの菌体を得た。これを30m
のTEN(20mM トリス塩酸塩,20mM NaCl,
1mM EDTA,pH7.5)に懸濁し、10mg/mの
リゾチームを2m添加後、0℃で20分間保持した。
次いで、これに10%SDSを2m加え、ゆるやかに
混合したのちフェノール30mを加え、ゆるやかに混
合し、0℃で30分間保持した。しかる後、遠心分離を
行なって上清を得た。この上清に95%エタノール60
mを加えて染色体DNAを糸状沈でんとして回収し
た。
得られた沈でんをSSC(0.15M NaCl、0.015 Mク
エン酸ナトリウム)の10倍希釈液20mに溶解し、
10倍濃度のSSCを2m加えて粗DNA溶液を得
た。この溶液にRNase A(シグマ社製)を50μg
/mとなるように加えて37℃で30分間処理してR
NAを分解した後、上記フェノール処理を3回繰返し
た。次いで、エタノール沈でん後、SSC10倍希釈液
10mに溶かし、12時間同SSC中で透析後、染色
体DNA溶液を得た。
形質転換 クロストリジウム・サーモサッカロリテイカムB−25
8株(FERM P−8273)を5mのCM3培地
に接種し、60℃にて1日間培養した。培養液1mを
CM3S培地(CM3培地にショ糖50mg/mを添加
したもの)に移し、60℃で12時間保持した。次い
で、遠心分離により集菌後、1mのSMMCM3培地
(CM3培地に0.5M ショ糖,20mM マレイン
酸,20mM MgCl2を添加したもの)に懸濁し、20
0μg/mのリゾチームを50μ加え、60℃で3
0分間処理してプロトプラスト化を行った。次いで、遠
心分離、洗菌を行ないプロトプラストのSMMCM3懸
濁液1mを得た。
このプロトプラスト懸濁液0.5mに対して上記方法
で得たクロストリジウム・サーモセラムの染色体DNA
を1μg/mとなるように加え、さらに40%ポリエ
チレングリコール6000(0.5Mショ糖,20mM マレイ
ン酸,20mMMgCl2を溶かしたの)を0.5m加え、6
0℃で2分間放置して形質転換を行なわせた。次いで、
遠心分離後、菌体をSMMCM3培地0.2mに懸濁
し、これをCM3セルロース寒天平板(CM3培地のう
ちセロビオースをセルロースパウダーに変え、寒天30
g/を加えた平板)上に塗布して60℃で4日間保持
した。なお、上記形質転換操作はすべて嫌気条件下で行
なった。
本操作によりセルロースを利用して生育するコロニーが
CM3セルロース寒天平板上に1平板あたり1〜5個生
じた。この形質転換操作時に染色体DNAを添加しなか
った場合および染色体DNAをDNase処理(10μg/
mのDNase1(シグマ社製),20mM MgCl2えで
37℃,30分間処理)したサンプルを添加した場合は
いずれもCM3セルロース寒天平板上にコロニーを生じ
なかった。
集積培養 上記形質転換操作で得たCM3セルロース寒天平板上の
コロニーをRC培地(オキソイド社製)寒天平板上に塗
布し、嫌気条件下60℃にて3日間保持した。平板上に
生じた形質変換株のコロニーを純粋分離した。これらの
形質転換株をCM3セルロース培地(CM3培地のうち
セロビオースをセルロースパウダーに変えたもの)に接
種し、嫌気条件下60℃で2日間培養した。
培養物を遠心分離して除菌後、リン酸酸性にし、ガスク
ロマトグラフ(担体:クロモソルブ101,ガラスカラ
ム:2m,温度:190℃)によりセルロースからの生
産物の分析を行ない、ブタノールの生産性が最も高い菌
株を選定した。
上記したRC培地寒天平板による純粋分離,CM3セル
ロース培地での培養,ガスクロマトグラフによるブタノ
ール生産性の高い菌株の選定という一連の集積培養をさ
らに5回繰返してブタノール生産性の最も高いクロスト
リジウム・サーモサッカロリテイカムTR−3株を得
た。本菌は工業技術院微生物工業技術研究所にFERM
BP−953として寄託されている。
このようにして得たクロストリジウム・サーモサッカロ
リテイカムTR−3株(FERM BP−953)は、
第1表に示すように、セルロース利用性以外はクロスト
リジウム・サーモサッカロリテイカムB−258株(F
ERM P−8273)と全く同一の菌学的性質を有し
ている。
応用例1 CM3培地にクロストリジウム・サーモサッカロリテイ
カムTR−3株(FERM BP−953)を接種し、
嫌気条件下に60℃で18時間保持した。この培養液を
2%の割合で、セロビオースの代りにセルロースパウダ
ー2%とCaCo3 5%を添加したCM3培地5mに植
菌し、10mネジロ試験管中で60℃にて5日間嫌気
条件下に振とう培養を行なった。
培養物を遠心分離して除菌後、上清についてガスクロマ
トグラフによる生産物の分析を行なった。結果を第2表
に示す。
比較例1 応用例1においてクロストリジウム・サーモサッカロリ
テイカムTR−3株の代りにクロストリジウム・サーモ
セラムC−27株(FERM P−7451)を用い、
培養日数を10日間としたこと以外は応用例1と同様に
行なった。結果を第2表に示す。
比較例2 応用例1においてクロストリジウム・サーモサッカロリ
テイカムTR−3株の代りにクロストリジウム・サーモ
セラムC−27株(FERM P−7451)とクロス
トリジウム・サーモサッカロリテイカムB−258株
(FERM P−8273)を用いた混合培養であり、
かつ培地にメチルビオロゲンを5μg/m添加し、培
養日数を10日間としたこと以外は応用例1と同様に行
なった。結果を第2表に示す。
───────────────────────────────────────────────────── 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 1/21 C12R 1:145) (C12P 7/16 C12R 1:145)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クロストリジウム・サーモセラム由来のセ
    ルロース分解性に関与する遺伝子が組込まれたクロスト
    リジウム・サーモサッカロリティカムのセルロース分解
    性形質転換株。
JP61010618A 1986-01-21 1986-01-21 セルロース分解性形質転換株 Expired - Lifetime JPH062051B2 (ja)

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FR2934599B1 (fr) * 2008-07-29 2012-12-21 Arkema France Fabrication de polyethylene a partir de matieres renouvelables, polyethylene obtenu et utilisations
EP2194120A1 (en) * 2008-12-02 2010-06-09 Total S.A. Bioprocessing ligno-cellulose into ethanol with recombinant clostridium

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