JPH06296485A - 変異バチルス・ブレビス菌 - Google Patents
変異バチルス・ブレビス菌Info
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Abstract
チルス・ブレビス(Bacillus brevis)
を提供する。 【効果】 この変異菌は、遺伝子組換え用の宿主菌とし
て使用した場合に、異種蛋白質を菌体外に分泌すると共
に、その蛋白質の維持に悪影響を及ぼさない。
Description
ブレビス(Bacillus brevis)に関す
る。より具体的には、本発明はプロテアーゼ活性を実質
的に示さない変異バチルス・ブレビスに関する。したが
って、本発明の変異菌は、特に遺伝子組換え用の宿主と
して有用である。
種蛋白質の生産は、大腸菌を宿主として利用している。
しかし、大腸菌は生産した異種蛋白質を菌体内に蓄積す
るため、生産量が制限され、異種蛋白質の回収、精製操
作が煩雑になる等の問題点がある。また、異種蛋白質を
菌体外に分泌することを特徴とする枯草菌を利用した異
種蛋白質生産系も確立されたが、分泌された異種蛋白質
が枯草菌由来のプロテアーゼの作用により分解され、そ
の蓄積量は著しく少ないという問題点に直面している。
ルス・ブレビス47(Bacillus brevis
47)(FERM P−7224)を宿主とする異種蛋
白質生産系を確立し、提案した(例えば、特開昭60−
58074号、同62−201583号公報参照)。バ
チルス・ブレビス47は菌体外に多量の蛋白質を生産
し、菌体外プロテアーゼ活性が弱い特徴をもち、遺伝子
組換え技術を利用した異種蛋白質の生産に於いて、大腸
菌、枯草菌の欠点を克服した優れた宿主として注目され
ている。
用いてα−アミラーゼ(特開昭62−201583号公
報、H.Yamagata et.al.,J.Bacteriol 169,1239(1987)
参照)やブタペプシノーゲン(鵜▲高▼重三、日本農芸
化学会昭62年度大会講演要旨集p837−837、塚
越規弘、日本農芸化学会誌61,68(1987)参
照)等の分泌生産に成功している。さらに鵜▲高▼ら
は、バチルス・ブレビス47に比べ菌体外プロテアーゼ
活性が著しく低い新規バチルス・ブレビスHPD31
(Bacillus brevisHPD31)(FE
RM BP−1087、H102株と同一菌株である)
(特開昭63−56277号公報参照)を分離し、異種
蛋白質生産の宿主として利用している。
EGF)に適用すると、バチルス・ブレビス47(15
mg/L)に対して約15倍の高効率でhEGFの生産す
ることが見い出されている(特開平2−31682号公
報参照)。また、発現ベクターの最適化によりその生産
量は、最高1.2g/Lにも達している(S.Ebis
uら、Biosci.Biotech.Biochem.,56(5),812-813,1992参
照)。
ス・ブレビスを宿主として用いる異種蛋白質の分泌生産
系は大腸菌、枯草菌と比べ非常に効率のよい系であるこ
とが認識されている。しかしながら、バチルス・ブレビ
スHPD31を始めとする従来既知のバチルス属細菌を
宿主として用いた異種蛋白質生産系であっても、ヒト成
長ホルモン(以下、「hGH」と略記する場合もあ
る)、インターロイキン2(以下、「IL2」と略記す
る場合もある)等の特定の異種蛋白質の生産に適用する
と菌体外に分泌されたそれらの蛋白質が宿主自体のプロ
テアーゼ活性により分解を受け、その蓄積量が著しく低
下するとの問題が生じており、産業上、より安定に異種
蛋白質を蓄積する宿主が求められている。
バチルス・ブレビスに比べて菌体外プロテアーゼ活性が
有意に低い変異バチルス・ブレビスを提供することであ
る。この変異バチルス・ブレビスは、代表的な例とし
て、hGH及びIL2の生産に適する菌株である。
る、プロテアーゼ活性を実質的に示さない変異バチルス
・ブレビスの提供により解決できる。また、本発明はか
かる変異バチルス・ブレビスの宿主菌としての用途も提
供する。
として使用すれば、特定の異種蛋白質、特にhGH及び
IL2の生産効率を高めることができる。すなわち、本
発明の菌株を異種蛋白質をコードするDNAを含有する
ベクターと組み合わせて使用すると、そのDNAの発現
により産生され、そして菌体外に分泌された異種蛋白質
を安定に維持、蓄積することが可能である。
チルス・ブレビスに、菌体外プロテアーゼ活性を有意に
低下させるような変異を誘発することが必要である。本
発明にいう「プロテアーゼ活性を実質的に示さない」と
は、hGHやIL2その他の蛋白質に対して本発明の変
異菌自体がそれらの生産に悪影響を及ぼす程度に作用し
ないことを意味する。したがって、本発明の変異菌は、
少なくともhGH及びIL2を完全に失活または分解す
るようなプロテアーゼの産生能を有さないことが好まし
いが、これらの異種蛋白質の生産系、例えば培養物中で
の異種蛋白質の生産に許容できる範囲で失活または分解
するものであってもよい。
hGH及びIL2に加え、他の有用な異種蛋白質に対し
てもプロテアーゼ活性を実質的に示さないものも包含さ
れる。本発明の変異菌の親菌としては、後述する変異誘
発法によって目的の変異菌を創製できるものであれば、
バチルス・ブレビスのいずれの種または株に属するもの
でも使用できる。これらのうち、具体的に好ましいもの
としては、本発明者の一人が異種蛋白質の生産用宿主と
して提案した、バチルス・ブレビス47(FERM P
−7224)(特開昭62−201583号公報参
照)、バチルス・ブレビスHPD31(FERM BP
−1087)(特開昭63−56277号公報参照)を
挙げることができる。
する方法としては、微生物に変異を誘発させる方法であ
ればどのような手段を用いてもよいが、たとえば紫外線
照射、ガンマー線照射またはニトロソグアニジンのよう
な薬剤処理などが挙げられる。得られる各種変異菌から
目的の菌株を選択する方法としては、予めhGHまたは
IL2をコードするDNAを含むプラスミドで親菌を形
質転換しておき、これらの形質転換体に前記変異処理を
行った後、変異菌のhGHまたはIL2の産生能を調べ
ることにより、目的の変異菌株を選ぶのが都合よい。
なものの一つは、平成4年11月11日付で微生物工業
技術研究所の特許微生物寄託センターに微工研菌寄第1
3274号(FERM P−13274)として寄託さ
れ、平成6年2月17日にFERM BP−4576と
してブダペスト条約に基く国際寄託に移管されたバチル
ス・ブレビスOK(本明細書におけるバチルス・ブレビ
ス31−OKと同一菌株)と命名された菌株を挙げるこ
とができる。
組換え用の宿主菌として有利に使用することができる。
したがって、その有用性は以下の使用例によって確認で
きるであろう。まず、本発明の宿主菌を形質転換するの
に使用するhGHまたはIL2をコードするDNAを含
有する発現プラスミドを調製する。発現プラスミドは、
バチルス・ブレビスで機能するプロモーターを含有して
いるものが好ましい。
えば前記バチルス・ブレビス47及び同HPD31のプ
ロモーター領域を含有するDNAを挙げることができ
る。プロモーター領域を含有するDNAは、上記プロモ
ーター以外に、SD配列、翻訳開始コドンなどを有して
いることが必要であり、さらに主要菌体外蛋白質遺伝子
の一部を含んでいてもよい。
体内、菌体外のいずれに蓄積されても良いが、菌体外に
これらの蛋白質を蓄積する場合、プロモーター領域を含
有するDNAの3′末端側にシグナルペプチドをコード
する領域が含まれている必要がある。シグナルペプチド
としては、例えば、バチルス・ブレビス47または同H
PD31の主要菌体外蛋白質のシグナルペプチドなどが
挙げられる。特に、前者MWP(Middle Wal
l Protein)のシグナルペプチドはその一例で
ある。
は、例えば、pHY500,pNU200(特開平2−
31682号公報、鵜▲高▼重三、日本農芸化学会誌、
61,669(1987)参照)などが挙げられる。上
記のDNAを用いて作成したhGH発現プラスミドはp
NU200−GHなどが挙げられる。
は、例えばMolecular Cloning 2nd.Ed.,A Laboratory M
anual(Cold Spring Harbor Laboratory (1990)参照)に
記載の方法などが挙げられる。プラスミドの構築に用い
る宿主としては、大腸菌、枯草菌、バチルス・ブレビス
に属する微生物であればいずれでもよく、例えば大腸菌
HB101、大腸菌JM109、枯草菌RM141(J.
Bacteriol ., 158,1054(1984) 参照)、バチルス・ブレ
ビス47(FERM P−7224)などが挙げられ
る。
しては、例えば、Takahashi らの方法(J.Bacteriol .,
156, 1130(1983)参照)あるいはエレクトロポレーショ
ンによる方法(H.Takagiら、Agric.Bio.Chem.,53, 3099
-3100(1989))などが挙げられる。培養に用いる培地に
は、炭素源、窒素源の他、無機塩類が必要に応じて含ま
れる。また、糖と無機塩類を主とする合成培地を用いて
培養してもよい。栄養要求性を示す菌株を用いる場合に
は、その成育に必要な栄養物質を培地に添加する。さら
に必要であれば、培地に抗生物質や消泡剤などを加えて
もよい。培地の初発pHは5.0〜9.0であり、好まし
くは6.5〜7.5である。
くは24〜37℃であり、培養時間は通常16〜360
時間、好ましくは24〜144時間である。培養終了
後、例えば遠心分離、ろ過などで菌体と上清を分離す
る。菌体内に産生されたhGHは、当該技術分野におけ
る通常の方法、例えば超音波破砕法、フレンチプレス法
などにより菌体を破砕し、さらに必要ならば界面活性剤
を加えることにより抽出される。このようにして得られ
た培養上清あるいは菌体抽出液中に含まれるhGHは、
常用の蛋白質精製法、例えば塩析、等電点沈澱、ゲルろ
過、イオン交換、逆層クロマトグラフィーなどの各種ク
ロマトグラフィーなどにより精製され、こうして目的と
する異種蛋白質を得ることができる。
本発明における新規な変異菌は、前述のとおり組換えD
NA技術により産生された異種蛋白質を効率よく菌体外
に分泌蓄積し、安定に維持可能であることから、遺伝子
組換えにおける宿主菌として極めて優れた物である。
に具体的に説明するが、本発明をこれらのいずれかに限
定することを意図するものでない。例1(参考例) :ヒト成長ホルモン遺伝子を含むプラス
ミドpNU200−GHの構築 池原ら(Ikehara ら.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,81,595
6-5960 (1984) 参照)により公表されたヒト成長ホルモ
ンをコードするDNA(HinfI−SalI断片)を
プラスミドpGH−L9(Ikehara ら.,同上)より単離
した。
GHをインフレームで結合するための合成リンカーをT
4DNAリガーゼで連結した後、制限酵素NcoIとS
alIで処理し、596bpのNcoI−SalI断片
を得た。バチルス・ブレビス47の主要膜蛋白質の一つ
MWP(Middle Wall Protein)の
C末端領域を含むプラスミドpBR−AN2(特開平2
−257876号公報)から27bp NcoI−Sa
lI断片を除去し、これに前記の596bpNcoI−
SalI断片を挿入してプラスミドpBR−AN2−G
Hを得た。
素ApaLI,HindIII で処理して656bp A
paLI−HindIII 断片を単離した。一方、プラス
ミドpNU200(鵜▲高▼重三、日本農芸化学会誌、
61、669−676(1987)参照)を制限酵素Ap
aLI−HindIII で切断し、その大きい断片と上記
656bp ApaLI,HindIII 断片をT4DN
Aリガーゼで連結させた反応液を用いてTakahashi らの
方法(J.Bacteriol., 156, 1130(1983) 参照)によって
バチルス・ブレビス47(FERM BP−1664,
IFO 14698)の形質転換を行った。得られたエ
リスロマイシン耐性の形質転換体からプラスミドを単離
し、これをpNU200−GHと命名した。
acillus brevis)31−OKの創製 例1で得たプラスミドpNU200−GHを、Takahash
i らの方法により親株バチルス・ブレビスHPD31
(特開昭63−56277号公報、FERM BP−1
087)に導入し、バチルス・ブレビスHPD31(p
NU200−GH)を得た。
T2プレートに塗抹した後、紫外線(2J/m2 )に暴
露した。30℃で一晩培養し、得られたコロニーを5Y
C培地に植菌し、30℃で6日間培養した。3日目と6
日目の培養液を採取し、培養上清液中に含まれるhGH
量を酵素免疫測定法により測定した。この際に、3日目
から6日目にかけて培養上清中のhGH量が増加してい
る1株を選択分離した。
上清中のhGH量が3日目から6日目にかけて減少する
のに対して、得られた変異株は、3日目以降もhGH量
が増加するという顕著な違いを示した。変異株よりプラ
スミドを除去するために、変異株をエリスロマイシンを
含まないT2培地で繰り返し継代培養した後、エリスロ
マイシン感受性でかつhGHを生産しない株が容易に得
られた。本菌株をバチルス・ブレビス31−OKと命名
した。
BP−4573)の菌学的性質は、親菌株バチルス・
ブレビスHPD31(特開昭63−562777号公報
参照)と特定の異種蛋白質に対する作用が異なる点を除
きほぼ同様な性状を示した。以下に、その主要な性質を
示す。
3.9〜5.8μm 寒天培地;0.9〜1.2×2.9〜4.2μm 細胞の形 桿菌 細胞の多形性の有無 無 運動性の有無 有
の測定 変異株バチルス・ブレビス31−OK、参考例としての
親株バチルス・ブレビスHPD31及び比較例としての
枯草菌(IFO3044株)をT2 培地中、30℃、6
日間振盪培養した。培養液を10,000rpm 、10分
間遠心分離し、得られた上清を活性測定用の試料とし
た。5gのアゾカゼイン(Sigma,A2765)を、0.
1MのTris−HCl(pH8.0)1リッターに溶かし、
基質溶液とした。
料を加え、37℃で5時間反応させた後、0.2mlの1
0%トリクロロ酢酸溶液を加えて反応を止めた。そして
室温に20分間静置した後、15,000rpm で10分
間遠心分離して上清画分をとり、0.4mlの0.5N
NaOHを加え、440nmで吸光度を測定した。その結
果を表1に示す。
た。この際、5時間で吸光度を10変化させる酵素活性
を1ユニットと定義した。
素の解析 例3において変異株バチルス・ブレビス31−OK及び
親株バチルス・ブレビスHPD31より得た前記培養上
清にゲルローディングバッファー〔5%SDS、20%
グリセロール、40mM Tris−HCl(pH6.7)〕を
等量加え、室温に30分放置し、ゼラチン−ポリアクリ
ルアミドゲル電気泳動(ゼラチン−PAGE)に供し
た。
7.5%アクリルアミドの濃度で、E.Strydom らの方法
(Appl. Microbiol. Biotechnol., 24, 214-217 (198
6)) に従って行った。蛋白質分解酵素はゼラチンの分解
により生ずるクリアバンドにより検出した。その結果を
示す図1より、変異株バチルス・ブレビス31−OKで
は、培養上清に存在する主要な蛋白質分解酵素が欠失し
ていた。
−OKによるヒト成長ホルモンの分泌生産 例1で得られたプラスミドpNU200−GHをTakaha
shi の方法によりバチルス・ブレビス31−OKに導入
し、バチルス・ブレビス31−OK(pNU200−G
H)を得た。
グルコース3%、MgSO4 ・7H 2 O 0.01%,
CaCl2 ・7H2 O 0.01%,MnSO4 ・4H
2 O0.001%,FeSO4 ・7H2 O 0.001
%,ZnSO4 ・7H2 O0.0001%およびエリス
ロマイシン10mg/L(pH7.2)よりなる培地に、バ
チルス・ブレビス31−OK(pNU200−GH)及
び対照としてバチルス・ブレビスHPD31(pNU2
00−GH)を30℃で振盪培養し、培養上清中のhG
Hを抗ヒト成長ホルモン抗体を用いた酵素免疫測定法に
より定量した。
NU200−GH)は、培養6日目には16.5mg/L
のhGHを培養上清中に生産していた。一方、親株バチ
ルス・ブレビスHPD31(pNU200−GH)のh
GH量は0.7mg/Lであり、変異株は親株の約25倍
のhGHを生産した。
−OKにより生産されたhGHの性質 例5で得られた培養上清を、Laemmli の方法(Nature,
227,680(1970)参照)に準じてSDS−ポリアクリルア
ミドゲル電気泳動にかけた後、Burnetteの方法
(Anal.Biochem., 112,195(1981)参照)に準じて抗ヒト
成長ホルモン抗体(生化学工業(株)製)を用いてウェ
スタンブロティングを行った。バチルス・ブレビス31
−OK(pNU200−GH)の生産するhGHはヒト
脳下垂体より抽出精製した標準品(生化学工業(株)
製)と同じ分子量を示したが、親株の生産したhGH
は、分解を受け、低分子量化していた。
−OKによるヒトインターロイキン2(hIL2)の分
泌生産 ヒト インターロイキン2(hIL2)遺伝子を有する
プラスミドpIL−50A(T.Taniguchi ら, Nature
302, 305-310 (1983)参照)を、制限酵素HgiAIと
DraIで消化し、hIL2遺伝子を含むDNA断片を
得た。
eu3個、正電荷領域にArg2個を付加した改変シグ
ナル配列を有するプラスミドpNUR2L4MNを制限
酵素PstIとHindIII で消化した後、HindII
I 切断部位を埋めて平滑化し、hIL2遺伝子を含むD
NA断片とリガーゼで結合してpNUR2L4MN−h
IL2を得た。
L2をバチルス・ブレビスHPD31及びバチルス・ブ
レビス31−OKに導入して得られたそれぞれの形質転
換菌をPY培地で30℃にて3日間培養した。培養上清
のhIL2量は、バチルス・ブレビスHPD31の形質
転換菌では約20mg/Lであったのに対し、バチルス・
ブレビス31−OKの形質転換菌では約80mg/Lに生
産量が向上していた。
異菌を用いて遺伝子組換えに有利に使用できる宿主菌が
提供される。本発明の変異菌は、特に、ヒト成長ホルモ
ンまたはインターロイキン2の生産に適する。例えば、
ヒト成長ホルモンをコードするDNAを含有する適当な
プラスミドで形質転換して得られる形質転換体は、異種
蛋白質の生産に優れていることが知られている宿主菌を
使用した場合に比し、有意に高い生産、蓄積性を示す。
分解酵素をゼラチン−ポリアクリルアミドゲル電気泳動
により解析した結果を示す図面である。
Claims (3)
- 【請求項1】 プロテアーゼ活性を実質的に示さない変
異バチルス・ブレビス(Bacillus brevi
s)。 - 【請求項2】 少なくともヒト成長ホルモン及びインタ
ーロイキン2に対してプロテアーゼ活性を実質的に示さ
ない請求項1に記載の変異バチルス・ブレビス(Bac
illus brevis)。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の変異バチルス
・ブレビスからなる遺伝子組換え用の宿主菌。
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JP5-32083 | 1993-02-22 | ||
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