JPH07203949A - Production of genetic product of escherichia coli using blue-green alga - Google Patents

Production of genetic product of escherichia coli using blue-green alga

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JPH07203949A
JPH07203949A JP6026255A JP2625594A JPH07203949A JP H07203949 A JPH07203949 A JP H07203949A JP 6026255 A JP6026255 A JP 6026255A JP 2625594 A JP2625594 A JP 2625594A JP H07203949 A JPH07203949 A JP H07203949A
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transformant
escherichia coli
blue
cyanobacteria
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伸一 矢野
Etsukazu Kawada
悦和 河田
Hiroyuki Kojima
洋之 小嶋
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Abstract

PURPOSE:To obtain a new transformant from a blue-green alga capable of extracellularly releasing a genetic product which is a useful substance and readily separating and purifying the genetic product due to a culture medium which is simple inorganic salts. CONSTITUTION:This method for producing a genetic product of Escherichia coli is to insert a signal sequence (or a partial sequence capable of coding the signal sequence and several amino acids following thereto) in a gene of a beta-lactamase, an alkaline phosphatase, a maltose-binding protein or an arabinose-binding protein which is present in the periplasm of the Escherichia coli into the N-terminal of a structural gene of the objective product, prepare a vector for recombining a blue-green alga, transduce the resultant vector into the blue-green alga, afford a transformant capable of the performing the photosynthesis and readily carrying out the mass culture, grow the resultant transformant in a usual culture medium, transfer the grown transformant to a hypotonic liquid and thereby release the genetic product.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、遺伝子組換えによっ
て、ラン藻から遺伝子産物を細胞外に放出せしめて製造
する方法及びラン藻の形質転換体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a gene product from cyanobacteria by releasing it to the outside of the cell by gene recombination, and a transformant of cyanobacteria.

【0002】[0002]

【従来技術】大腸菌、枯草菌などを宿主とする遺伝子組
換えにより、成長ホルモンやインシュリンなどの有用物
質を生産することは、広く行われるようになった。これ
ら遺伝子産物を細胞外に放出させるには、分泌タンパク
質や外膜、ペリプラズムに存在するタンパク質の、所謂
シグナル配列を利用することが行われている。
2. Description of the Related Art Production of useful substances such as growth hormone and insulin by gene recombination using Escherichia coli, Bacillus subtilis, etc. as a host has become widespread. In order to release these gene products extracellularly, so-called signal sequences of secretory proteins, proteins existing in the outer membrane and periplasm have been used.

【0003】しかし、このような従属栄養の微生物で
は、培地組成がバクトトリプトンや酵母抽出物など複雑
なものからなるために、折角細胞外に遺伝子産物を放出
させることが出来ても、これら遺伝子産物の分離精製過
程が十分に簡略化できなかった。
However, in such a heterotrophic microorganism, since the medium composition is complicated such as bactotryptone and yeast extract, even if the gene product can be released to the outside of the cell, even if these genes are released. The process of separating and purifying the product could not be sufficiently simplified.

【0004】しかも、遺伝子組換え微生物の大きな応用
分野として固定化微生物によるバイオセンサーが期待さ
れているが、やはり複雑な培地組成が、センサーの鍵に
なる酵素反応を不安定にする、ということが障害になっ
ていた。
Further, biosensors using immobilized microorganisms are expected as a major application field of genetically modified microorganisms, but it is also said that the complicated medium composition destabilizes the enzyme reaction which is the key of the sensor. It was an obstacle.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、分離精製が
容易な遺伝子産物の製造方法及び該遺伝子産物を生産す
る形質転換体を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a method for producing a gene product which can be easily separated and purified, and a transformant which produces the gene product.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者は、ラン藻が高
等植物と同じような光合成を営む独立栄養生物であり、
大量培養も容易であることから、ラン藻を利用して有用
物質を生産することに興味を持ち、従来より遺伝子組換
え技術の開発を進めてきた。
Means for Solving the Problems The present inventor has found that cyanobacteria are autotrophic organisms that carry out photosynthesis similar to that of higher plants.
Since large-scale culture is also easy, I am interested in producing useful substances using cyanobacteria and have been developing gene recombination technology from the past.

【0007】そのような研究のなかで、ラン藻を宿主と
すると、培地が簡単な無機塩類からなるために、遺伝子
産物の分離精製を容易にでき、また酵素反応の阻害が起
こりにくくできる特徴があることに着目した。
[0007] In such studies, when cyanobacteria were used as a host, the medium consisted of simple inorganic salts, so that the gene product could be easily separated and purified, and the inhibition of the enzymatic reaction was less likely to occur. I focused on something.

【0008】そして、外的操作により遺伝子産物を細胞
外に放出させる方法を鋭意研究した結果、浸透圧ショッ
クを与えると、遺伝子産物が放出されることを見出し、
本発明を完成するに至った。
[0008] As a result of intensive studies on a method of releasing the gene product outside the cell by external manipulation, it was found that the gene product is released when osmotic shock is given,
The present invention has been completed.

【0009】本発明は、Escherichia coliのペリプラズ
ムに存在するタンパク質であるβ−ラクタマーゼ、アル
カリ性フォスファターゼ、マルトース結合タンパク質、
またはアラビノース結合タンパク質の遺伝子のシグナル
配列、あるいはシグナル配列とそれに続くいくつかのア
ミノ酸をコードする部分配列を、目的産物の構造遺伝子
のN末端に挿入したラン藻の組換え用ベクターをラン藻
に導入した形質転換体である。
The present invention relates to a protein existing in the periplasm of Escherichia coli , β-lactamase, alkaline phosphatase, maltose binding protein,
Alternatively, a cyanobacterial recombination vector in which the signal sequence of the gene for the arabinose-binding protein, or a partial sequence encoding the signal sequence and several amino acids following it is inserted at the N-terminus of the structural gene of the desired product, is introduced into the cyanobacteria. It is the transformed transformant.

【0010】さらに、本発明は、Escherichia coliのペ
リプラズムに存在するタンパク質であるβ−ラクタマー
ゼ、アルカリ性フォスファターゼ、マルトース結合タン
パク質、またはアラビノース結合タンパク質の遺伝子の
シグナル配列、あるいはシグナル配列とそれに続くいく
つかのアミノ酸をコードする部分配列を、目的産物の構
造遺伝子のN末端に挿入したラン藻の組換え用ベクター
をラン藻に導入した形質転換体を通常培地で成育させて
から、低張液に移すことを特徴とする遺伝子産物の製造
方法である。
Further, the present invention provides a signal sequence of a gene of β-lactamase, alkaline phosphatase, maltose binding protein, or arabinose binding protein, which is a protein existing in the periplasm of Escherichia coli , or a signal sequence followed by several amino acids. A transformant in which a cyanobacterial recombination vector, in which a partial sequence coding for the above is inserted into the N-terminal of the structural gene of the desired product, is introduced into cyanobacteria, is grown in a normal medium, and then transferred to a hypotonic solution. A method for producing a characteristic gene product.

【0011】以下、本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.

【0012】本発明において、ペリプラズムとは、大腸
菌などのグラム陰性菌の、細胞表層における外膜−ペプ
チドグリカン層と細胞質膜との間の空間のことをいい、
これは、同じグラム陰性菌であるラン藻にも、全細胞容
量の20−40%存在する。
[0012] In the present invention, the periplasm means the space between the outer membrane-peptidoglycan layer on the cell surface and the cytoplasmic membrane of Gram-negative bacteria such as Escherichia coli,
It is also present in the same Gram-negative bacterium, Cyanobacteria, at 20-40% of the total cell volume.

【0013】β−ラクタマーゼ、アルカリ性フォスファ
ターゼ、マルトース結合タンパク質、アラビノース結合
タンパク質は、上記大腸菌のペリプラズムに存在するも
のであるが、これらタンパク質は、合成後、ペリプラズ
ムへ分泌される時、細胞質膜外へ分泌されるのに必要な
シグナルペプチドを有することが特徴であり、このシグ
ナルペプチドは、細胞質膜外へ分泌される際に切除され
る。本発明も、このシグナルペプチドを利用し、ペリプ
ラズムへ目的産物を分泌できるようにする。
Β-lactamase, alkaline phosphatase, maltose-binding protein, and arabinose-binding protein are present in the periplasm of Escherichia coli, but these proteins are secreted out of the cytoplasmic membrane when secreted into the periplasm after synthesis. It is characterized by having a signal peptide required to be excised, and this signal peptide is excised when secreted out of the cytoplasmic membrane. The present invention also utilizes this signal peptide to enable the secretion of the desired product into the periplasm.

【0014】本発明において目的産物とは、遺伝子を導
入して得られる全てのタンパク質またはポリペプチドで
あり、具体例としては、インシュリン、インターフェロ
ン(α,β,γ)、成長ホルモン、プロテアーゼ(トリ
プシン、キモトリプシン等)、キモシン、ソマトスタチ
ン、β−エンドルフィン、インベルターゼ等である。
In the present invention, the target product is any protein or polypeptide obtained by introducing a gene, and specific examples thereof include insulin, interferon (α, β, γ), growth hormone, protease (trypsin, Chymotrypsin), chymosin, somatostatin, β-endorphin, invertase and the like.

【0015】また、目的産物として、β−ラクタマーゼ
などのマーカーとしても使用可能なタンパク質(抗生物
質耐性遺伝子)を用いることもできる。
As the target product, a protein (antibiotic resistance gene) that can also be used as a marker such as β-lactamase can be used.

【0016】次に、目的産物を細胞外に放出するために
必要なベクターについて説明する。 1.宿主とするラン藻のベクターは、シネココッカスや
シネコキスチス由来のものは、アメリカン タイプ ア
ンド カルチャー コレクション(American Type and
Culture Collection)や遺伝子バンクから入手でき、こ
のようなベクターとしては、例えば、pUC303、p
DF30、pSG111、pPUC29等が挙げられ
る。 2.入手したベクターに、転写開始点より下流で、翻訳
開始より上流に、下記表1に示すようなアミノ酸配列を
コードしたDNA配列(シグナル配列と呼ぶ)を挿入
し、次に目的物質の構造遺伝子をコドンフレームが合う
ように接続する。この際、シグナル配列と構造遺伝子と
の間を橋渡しする介在配列があってもよい。表1.シグナル配列 アルカリフォスファターゼ Met Lys Gln Ser Thr Ile Ala Leu Ala Leu Leu Pro Leu Leu Phe Thr Pro Val Thr Lys Ala Arg β−ラクタマーゼ Met Ser Ile Gln His Phe Arg Val Ala Leu Ile Pro Phe Phe Ala Ala Phe Cys Leu Pro Val Phe Ala His マルトース結合タンパク質 Met Lys Ile Lys Thr Gly Ala Arg Ile Leu Ala Leu Ser Ala Leu Thr Thr Met Met Phe Ser Ala Ser Ala Leu Ala Lys アラビノース結合タンパク質 Met Lys Thr Lys Leu Val Leu Gly Ala Val Ile Leu Thr Ala Gly Leu Ser Gly Ala Ala Glu 宿主とするラン藻のベクターがない場合は、E.col
iのプラスミドベクターを用いて上記のものを作り、該
ラン藻の内在プラスミドを取り出して、E.coliの
プラスミドベクターにつなげるか、あるいはリニアーに
してから、その両端に宿主の核DNAのランダムフラグ
メントをつなげたものを使用してもよい。 3.構造遺伝子の下流に転写終結配列を入れておく。 4.通常は目的の遺伝子のほかに、形質転換体を選別す
るために、クロラムフェニコールアセチルトランスフェ
ラーゼなど、抗生物質耐性遺伝子を同じベクターに乗せ
ておく。 5.プロモーターや転写終結配列は、大腸菌用のベクタ
ーのものを使うことができる。
Next, the vector required for releasing the target product extracellularly will be described. 1. The host cyanobacterial vectors are those derived from Synechococcus and Synechocystis that are available from the American Type and Culture Collection.
Culture Collection) and gene banks. Examples of such vectors include pUC303 and pUC303.
DF30, pSG111, pPUC29 and the like can be mentioned. 2. A DNA sequence (referred to as a signal sequence) encoding an amino acid sequence shown in Table 1 below was inserted into the obtained vector downstream of the transcription initiation point and upstream of the translation initiation. Connect so that the codon frames match. At this time, there may be an intervening sequence bridging between the signal sequence and the structural gene. Table 1. Signal Sequence Alkaline Phosphatase Met Lys Gln Ser Thr Ile Ala Leu Ala Leu Leu Pro Leu Leu Phe Thr Pro Val Thr Lys Ala Arg β-Lactamase Met Ser Ile Gln His Phe Arg Val Ala Leu Ile Pro Phe Phe Ala Ala Phe Cys Leu Pro Val Phe Ala His Maltose Binding Protein Met Lys Ile Lys Thr Gly Ala Arg Ile Leu Ala Leu Ser Ala Leu Thr Thr Met Met Phe Ser Ala Ser Ala Leu Ala Lys Arabinose Binding Protein Met Lys Thr Lys Leu Val Leu Gly Ala Val Ile Leu Thr Ala Gly Leu Ser Gly Ala Ala Glu If there is no cyanobacterial vector as a host, E. col
The above was prepared using the plasmid vector of i.i., the endogenous plasmid of the cyanobacteria was taken out, and E. E. coli plasmid vector may be ligated or made linear, and then both ends of which are ligated with random fragments of host nuclear DNA. 3. A transcription termination sequence is placed downstream of the structural gene. 4. Usually, in addition to the gene of interest, an antibiotic resistance gene such as chloramphenicol acetyltransferase is placed on the same vector in order to select transformants. 5. As the promoter and transcription termination sequence, those of the vector for E. coli can be used.

【0017】以上をまとめると、ベクターの構成は下図
のようになる。
In summary, the construction of the vector is as shown in the figure below.

【0018】[0018]

【表1】 注1)プロモーターはそれに続く転写開始部位を含む。 注2)介在配列は入れなくてもよい。 注3)転写終結配列は、目的タンパク質の構造遺伝子の
下流ならば、距離は問わない。 注4)これとは独立に、クロラムフェニコールアセチル
トランスフェラーゼなど、抗生物質耐性遺伝子を入れる
こともできる。
[Table 1] Note 1) The promoter contains the following transcription start site. Note 2) The intervening sequence need not be included. Note 3) The transcription termination sequence does not matter as long as it is downstream of the structural gene of the target protein. Note 4) Independently of this, an antibiotic resistance gene such as chloramphenicol acetyltransferase can be inserted.

【0019】本発明において、宿主として使用されるラ
ン藻としては、シネコキスチス属、シネココッカス属、
ノストック属、スピルリナ属、アナベナ属が挙げられる
が、特に好ましいものとしては、シネコキスチス属、シ
ネココッカス属が挙げられる。
In the present invention, cyanobacteria used as hosts include Synechocystis spp., Synechococcus spp.
The genus Nostoc, the genus Spirulina and the genus Anabaena are mentioned, and particularly preferable ones are the genera Synechocystis and Synechococcus.

【0020】次に、上記のように調製したDNAを、以
下のようにして宿主に導入して形質転換を行う。
Next, the DNA prepared as described above is introduced into a host as follows for transformation.

【0021】本発明におけるDNAの導入法としては、
自然取込法、リポソーム法、パーティクルガン法など色
々あるが、電気穿孔法が最も一般的であり、形質転換効
率も高いため、この方法を用いるのが好ましい。
The method of introducing DNA in the present invention is as follows:
Although there are various methods such as a natural uptake method, a liposome method, and a particle gun method, the electroporation method is the most general and the transformation efficiency is high, and thus this method is preferably used.

【0022】上記電気穿孔を行なう場合、宿主となるラ
ン藻が、シネコキスチス、シネココッカスなどの単細胞
の場合は、そのまま1mM HEPES (N-2-hydrox
yethylpeperazine-N'-2-ethanesulfonic acid,pH 7.2)
溶液に懸濁し、ベクターDNAを混ぜて、氷で冷やしな
がら電極間に5−10 KV/cmの電気パルスを数回加えて
行なう。
In the case of performing the above electroporation, when the host cyanobacteria are single cells such as Synechocystis and Synechococcus, 1 mM HEPES (N-2-hydrox) is used as it is.
yethylpeperazine-N'-2-ethanesulfonic acid, pH 7.2)
It is suspended in a solution, mixed with vector DNA, and subjected to several 5-10 KV / cm electric pulses between electrodes while cooling with ice.

【0023】一方、ノストック、スピルリナやアナベナ
などの糸状体ラン藻の場合は、超音波で糸状体をバラバ
ラにしてから上記と同様にして、電気穿孔を行う。
On the other hand, in the case of filamentous cyanobacteria such as Nostock, Spirulina and Anabena, electroporation is performed in the same manner as described above after the filaments are separated by ultrasonic waves.

【0024】このようにして得られた形質転換体は、ク
ロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼなど抗
生物質を含む寒天プレートに播いて、形質転換株を分離
する。
The transformant thus obtained is seeded on an agar plate containing an antibiotic such as chloramphenicol acetyltransferase to isolate the transformant.

【0025】次に、このようにして得た形質転換体から
遺伝子産物を細胞外に放出する方法について説明する。
Next, the method for releasing the gene product from the transformant thus obtained to the outside of the cell will be explained.

【0026】上記で得られたラン藻の形質転換体は、ラ
ン藻の形質転換体1g当たり、0.1〜10リットルの
培養液で、20℃〜40℃で、24〜120時間培養す
る。次に、遠心により、細胞を沈殿させ上清を除く。
The cyanobacterial transformant obtained above is cultivated in 0.1 to 10 liters of culture solution per 1 g of the cyanobacterial transformant at 20 to 40 ° C. for 24 to 120 hours. Then, the cells are precipitated by centrifugation and the supernatant is removed.

【0027】通常使用する上記培養液の組成は、N源と
して、例えばNO3 を使用する場合は、NO3 を2
0〜3000mg/L、PO4 3-を5〜1000mg/L、
+を5〜1500mg/L、Mg2+を2〜1000mg/
L、Ca2+を5〜500mg/L、SO4 2-を5〜250
0mg/L程度を含み、更に微量元素として、Fe、M
n、B、Cu、Zn、Cl、Moを含み、必要に応じ
て、Co、Ni、EDTA、ビタミン類等を含む。海洋
性ラン藻では、NaClを必要に応じ、50g/L程度
まで加える。このような培地の代表例として、淡水性ラ
ン藻用のBG−11、海洋性ラン藻用のMediumA
が挙げられる。
The composition of the above-mentioned culture medium which is usually used is such that when NO 3 is used as the N source, NO 3 is added to 2
0 to 3000 mg / L, PO 4 3- to 5 to 1000 mg / L,
K + 5 to 1500 mg / L, Mg 2+ 2 to 1000 mg / L
L, Ca 2+ 5-500 mg / L, SO 4 2- 5-250
It contains about 0 mg / L, and Fe, M as trace elements
n, B, Cu, Zn, Cl, Mo, and optionally Co, Ni, EDTA, vitamins and the like. For marine cyanobacteria, NaCl is added up to about 50 g / L as needed. As typical examples of such a medium, BG-11 for freshwater cyanobacteria and MediumA for marine cyanobacteria
Is mentioned.

【0028】次に、上記培地成分の塩類を除いて浸透圧
を下げるようにした培地(低張培地)を用意し、上記の
細胞に加えて懸濁させる。該低張液は、塩類を除くこと
によって浸透圧を下げるように調製したものであるが、
必ずしも塩類を全て除く必要はなく、塩類の総量として
0〜500mM含んでいてもよい。
Next, a medium (hypotonic medium) whose osmotic pressure is reduced by removing salts of the above-mentioned medium components is prepared, and the medium is added to and suspended in the above cells. The hypotonic solution is prepared so as to reduce the osmotic pressure by removing salts,
It is not always necessary to remove all salts, and the total amount of salts may be 0 to 500 mM.

【0029】また、本発明における、低張液とは、上記
溶液に限らず、それまで培養に使用していた培地より塩
濃度が低い全ての培養液を含み、目的産物の放出を有効
に行わせるためには、もとの培養液の濃度の2分の1以
下のものが望ましい。
The hypotonic solution in the present invention is not limited to the above-mentioned solution, but includes all culture solutions having a lower salt concentration than the medium used for the culture up to that time, thereby effectively releasing the target product. In order to make it possible, it is desirable that the concentration is half or less of the original culture solution.

【0030】またグルコース、ショ糖などの有機物質を
培地に加えて成育させている場合は、無機塩の濃度を下
げなくても、該有機物質の濃度を下げたものも、本発明
における低張液に含まれる。この場合の該有機物質の低
張液中の濃度は、0〜500mMが望ましい。
When an organic substance such as glucose or sucrose is added to the medium for growth, the one having a reduced concentration of the organic substance can be used in the present invention even if the concentration of the inorganic salt is not reduced. Included in liquid. In this case, the concentration of the organic substance in the hypotonic solution is preferably 0 to 500 mM.

【0031】以上のような操作により、低張液で培養
後、数分以内で遺伝子産物の放出が起こり、一時間でほ
ぼ放出が完了し、そして遺伝子産物は一定濃度に達す
る。
By the above operation, the gene product is released within a few minutes after culturing in a hypotonic solution, the release is almost completed in 1 hour, and the gene product reaches a certain concentration.

【0032】放出された目的産物は、種々のタンパク質
分離法、例えば、ゲル濾過、イオン交換カラム等の公知
の方法に従い、分離精製する。
The released target product is separated and purified by various protein separation methods, for example, known methods such as gel filtration and ion exchange column.

【0033】上記目的物質であるタンパク質は、宿主と
するラン藻や使用するシグナルペプチドによっても、そ
の生成能が異なり、ラン藻とシグナルペプチドの好まし
い組合わせとしては、シネココッカスとβ−ラクタマー
ゼ、シネコキスティスとβ−ラクタマーゼ、アナベナと
アルカリフォスファターゼ、ノストックとアルカリフォ
スファターゼが挙げられ、特に好ましいのは、シネココ
ッカスとβ−ラクタマーゼである。
The protein, which is the above-mentioned target substance, has different production ability depending on the host cyanobacteria and the signal peptide used. Preferable combinations of cyanobacteria and signal peptide include Synechococcus, β-lactamase, and Synechococcus. Examples include cystis and β-lactamase, anabaena and alkaline phosphatase, nostock and alkaline phosphatase, and particularly preferred are synecococcus and β-lactamase.

【0034】本発明の別の側面として、目的物質を繰り
返し回収することができる。即ち、一度、使用した培養
細胞を、再び正常培地に戻して、前記と同様の条件で、
再び培養をし、再び低張液に移すことで目的物質を生成
することができる。
As another aspect of the present invention, the target substance can be repeatedly collected. That is, once, the used cultured cells are returned to the normal medium again, under the same conditions as above,
The target substance can be produced by culturing again and transferring to a hypotonic solution again.

【0035】この場合、該形質転換体を、1日〜5日
間、同様の条件で培養することで、活力を回復し、再び
低張培地に代えることで、前記と同様、目的物質を細胞
外へ放出させることができる。このような操作を繰り返
せば、長期間継続的に放出を繰り返すことができる。
In this case, the transformant is cultured for 1 to 5 days under the same conditions to recover the vitality, and the hypotonic medium is replaced again to recover the target substance from the extracellular region as described above. Can be released to. By repeating such an operation, the release can be continuously repeated for a long period of time.

【0036】従来の、例えば大腸菌では、繰り返し培養
すると、目的の遺伝子産物が止まってしまうことに比
べ、ラン藻では長い寿命が期待できるということは、本
発明によって奏される極めて顕著な効果である。
It is a very remarkable effect achieved by the present invention that long-life expectancy can be expected in cyanobacteria, as compared with the case where the target gene product stops after repeated culture in, for example, E. coli. .

【0037】上記に必要なラン藻は多くの株が内外のカ
ルチャーコレクションに登録されており、利用可能であ
る。浸透圧の変化を利用するものであるから海洋性、好
塩性の株、例えば、シネココッカス sp.PCC 7002、アナ
ベナ sp.ATCC 33047、オシラトリア sp.PCC 6401、シュ
ードアナベナ sp.CCAP 1464/3 、スピルリナ サブサル
サ CCAP 1475/2などが望ましい。
Many strains of cyanobacteria required for the above are registered in the domestic and foreign culture collections and are available. Because it utilizes changes in osmotic pressure, it is a marine and halophilic strain, for example, Synechococcus sp.PCC 7002, Anabaena sp.ATCC 33047, Osylatoria sp.PCC 6401, Pseudoanabena sp.CCAP 1464/3, Spirulina Sub salsa CCAP 1475/2 etc. is preferable.

【0038】ラン藻はE.coliと同じくグラム陰性
菌に属し、細胞外壁と細胞質膜の間に全細胞容量の20
−40%に及ぶペリプラズム空間が存在する。本発明は
E.coliのペリプラズムに蓄積されるタンパク質を
ラン藻で遺伝子工学的につくるとラン藻においてもペリ
プラズムに蓄積され、細胞を低張液中に移すとそれが細
胞外に放出されるという、本発明で初めて見出された知
見に基づいている。
Cyanobacteria are E. It belongs to Gram-negative bacteria like E.coli and has a total cell volume of 20 between the outer wall of the cell and the cytoplasmic membrane.
There is up to 40% periplasmic space. The present invention
E. For the first time in the present invention, when a protein accumulated in the periplasm of E. coli is genetically engineered in cyanobacteria It is based on the findings.

【0039】ラン藻は元来、貧栄養環境下で生息し、耐
久性において勝れている。中には砂漠のような劣悪環境
でも数十年間生存する種が発見されている。従って応用
面で期待されるのは固定化してバイオリアクターやバイ
オセンサーとすることである。従来のたとえば大腸菌で
は菌がすぐに弱って、目的の遺伝子産物が止まってしま
うが、ラン藻では長い寿命が期待できる。
Cyanobacteria originally live in an oligotrophic environment and excel in durability. Some species have been discovered that survive for decades in poor environments such as deserts. Therefore, what is expected from the application side is to immobilize it to form a bioreactor or biosensor. In the case of conventional E. coli, for example, the bacteria quickly weaken and the target gene product stops, but in cyanobacteria, a long life can be expected.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明では、遺伝子工学的手法で生産す
る外来遺伝子の産物を、ラン藻を用いることにより精製
を容易にし、さらに、該遺伝子産物を細胞外に、繰り返
し放出することができるようになった。
INDUSTRIAL APPLICABILITY In the present invention, the product of a foreign gene produced by a genetic engineering method can be easily purified by using cyanobacteria, and further, the gene product can be repeatedly released to the outside of the cell. Became.

【0041】以下、本発明を実施例により具体的に説明
する。
The present invention will be specifically described below with reference to examples.

【0042】[0042]

【実施例】大腸菌のβ−ラクタマーゼ遺伝子をラン藻シ
ネココッカスに導入して形質転換を行い、β−ラクタマ
ーゼを細胞外に放出させる例を示す。シネココッカスは
パスツール研究所カルチャーコレクションに保存されて
いるPCC7002 株を用いた。 (1)Synechococcus sp.PCC7002の菌株を、Medium A培
地(J.Physol.,9,427 (1973))300ml に加え、500ml のエ
ーレンマイヤーフラスコ中で蛍光灯照射下、1%CO2
空気を通じながら、OD550 2まで培養する。 (2)この細胞から、公知の方法でプラスミドを分離(M
ethods in Enzymology,153,199,(1987)) し、アガロー
スゲル電気泳動にかけて、最小サイズのプラスミドpAQ1
のバンドを切り取り、ジーンクリーン(バイオラッド)
で精製して約1μg の該バンドを得た。 (3)β−ラクタマーゼ遺伝子をコードしているE.coli
プラスミドベクターpBR322(ファルマシア)2μg を制
限酵素Hind IIIで切断し、アルカリフォスファターゼ(C
alf Intestine,宝酒造)で脱リン酸処理をしてジーンク
リーンで精製した。またpAQ1プラスミド1μg を制限酵
素Hind IIIで切断し、ジーンクリーンで精製した。この
両者の混合液をT4DNAリガーゼ(宝酒造)で処理し
てライゲーション反応を行った。その反応液を用いてE.
coli DH5αMCR(Bethesda ResearchLab.) をカルシウム
法により形質転換した。この液をアンピシリン50μg/ml
を含む寒天プレートに播いて形質転換株を選抜した。そ
の一株を10ml培養して公知の方法で(村松正 編:ラボ
マニュアル遺伝子工学、丸善(1988))プラスミド
pAQE1 を10μg 得た。 (4)Synechococcus sp.PCC7002株をOD550 1まで
培養し、この3ml を集菌し、1mM HEPES溶液で3回洗浄
してから3mlの1mM HEPES に懸濁した。この0.8ml を電
気穿孔装置(エレクトリックセルボーラー、理工学研究
所)のセルに入れ、3μgのプラスミドpAQE1 を混ぜ、
氷で冷やしながら、6.5 KV/cm(半減期2msec) の電気
パルスを2回加えた。これを1%寒天−Medium Aプレー
トに塗布し、減光下、30℃で終夜置いた後、アンピシ
リン(2.5μg/ml)を含む0.6%寒天を重層し
て37℃、2000 lx の蛍光灯下で培養し、形質転換体コ
ロニーを得た。 (5)こうして得たSynechococcus sp. PCC7002 の形質
転換株はまず、アンピシリンを含まないMedium Aで一日
培養し、次に、アンピシリンを加えて終濃度0.5μg
/mlとし、増殖させた。 (6)成長期の培養液を10mlとって遠心し、上清を捨て
る。Medium AからNaCl(300 mM)を除いた低張培地を用意
し、10ml加え、室温に所定の時間(10分−180分)
放置した。 (7)培養液1mlを採取し、遠心し、上清 0.3mlをとっ
た。それに0.2ml の300mM リン酸バッファー(60mM K
2 HPO4 ,40mM KH2 PO4 ,300mM NaCl,p
H7) 、0.1ml の0.5mg/mlニトロセフィン(ユニパス)
を加えて30℃、10分インキュベートした。その溶液
を分光計(日立分光光度計U1100)のセルに移し、
495nmの吸光度を測定したところ、β−ラクタマーゼ
の活性を示す顕著な吸収があった。 (8)(6)の低張培地のカルチャーを遠心し、上清を
除き、通常のMedium A培地10 ml を加え、一昼夜培養し
て後、再び、(6)と同じように低張培地に代え、ニト
ロセフィンによるβ−ラクタマーゼの活性を測った。最
近の測定とほぼ同程度の活性が得られた。また、細胞密
度を比較しても殆ど変化はなく、殆どの細胞が生存して
いることが示された。
EXAMPLE An example is shown in which the β-lactamase gene of Escherichia coli is introduced into cyanobacteria Synechococcus for transformation to release β-lactamase extracellularly. Synecococcus used PCC7002 strain preserved in the Pasteur Institute culture collection. (1) Add the strain of Synechococcus sp.PCC7002 to 300 ml of Medium A medium (J.Physol., 9,427 (1973)) and in a 500 ml Erlenmeyer flask while irradiating with a fluorescent lamp and passing 1% CO 2 air. Incubate to OD5502 . (2) Isolate the plasmid from this cell by a known method (M
ethods in Enzymology, 153, 199, (1987)) and subjected to agarose gel electrophoresis to obtain the smallest plasmid pAQ1.
Cut out the band from Gene Clean (Bio-Rad)
Purification was performed to obtain about 1 μg of the band. (3) E. coli encoding the β-lactamase gene
2 μg of the plasmid vector pBR322 (Pharmacia) was digested with the restriction enzyme Hind III to give alkaline phosphatase (C
alf Intestine, Takara Shuzo Co., Ltd., and depurination treatment was performed, followed by purification with Gene Clean. Further, 1 μg of pAQ1 plasmid was cleaved with restriction enzyme HindIII and purified with Geneclean. The mixture of both was treated with T4 DNA ligase (Takara Shuzo) for ligation reaction. E.
coli DH5αMCR (Bethesda Research Lab.) was transformed by the calcium method. This solution is ampicillin 50 μg / ml
Transformed strains were selected by plating on agar plates containing. 10 ml of the strain was cultured and a plasmid was prepared by a known method (Muramatsu Tadashi: Lab Manual Genetic Engineering, Maruzen (1988)).
10 μg of pAQE1 was obtained. (4) the Synechococcus Sp.PCC7002 strain was grown to OD 550 1, and harvested the 3ml, was suspended in 1 mM HEPES 3ml of and washed three times with 1 mM HEPES solution. Put 0.8 ml of this into the cell of an electroporation device (electric cell borer, RIKEN), mix 3 μg of plasmid pAQE1 and
While cooling with ice, an electric pulse of 6.5 KV / cm (half-life 2 msec) was applied twice. This was applied to a 1% agar-Medium A plate and left at 30 ° C. under dimming overnight, and then 0.6% agar containing ampicillin (2.5 μg / ml) was overlaid, and 37 ° C., 2000 lx The cells were cultured under fluorescent light to obtain transformant colonies. (5) The thus obtained transformant of Synechococcus sp . PCC7002 was first cultured for one day in Medium A containing no ampicillin, and then ampicillin was added to give a final concentration of 0.5 μg.
/ Ml and allowed to grow. (6) Take 10 ml of the growth medium and centrifuge, and discard the supernatant. Prepare a hypotonic medium obtained by removing NaCl (300 mM) from Medium A, add 10 ml, and let it stand at room temperature for a predetermined time (10 minutes-180 minutes).
I left it. (7) 1 ml of the culture solution was collected, centrifuged, and 0.3 ml of the supernatant was taken. 0.2 ml of 300 mM phosphate buffer (60 mM K
2 HPO 4 , 40 mM KH 2 PO 4 , 300 mM NaCl, p
H7), 0.1 ml of 0.5 mg / ml nitrocefin (Unipass)
Was added and the mixture was incubated at 30 ° C. for 10 minutes. Transfer the solution to the cell of the spectrometer (Hitachi spectrophotometer U1100),
When the absorbance at 495 nm was measured, there was a remarkable absorption indicating the activity of β-lactamase. (8) Centrifuge the culture of hypotonic medium of (6), remove the supernatant, add 10 ml of normal Medium A medium, culture overnight, and then re-hypotonic medium as in (6). Instead, the activity of β-lactamase by nitrocefin was measured. Almost the same activity as the recent measurement was obtained. In addition, even when the cell densities were compared, there was almost no change, indicating that most of the cells were alive.

【0043】MediumAの組成 NaCl 18.0 (g/L) MgSO4 ・7H2 O 5.0 ( 〃 ) NaNO3 1.0 ( 〃 ) KCl 0.6 ( 〃 ) CaCl2 ・2H2 O 0.37 ( 〃 ) Trizma base 1.0 ( 〃 ) Na2 EDTA 0.03 ( 〃 ) H3 BO3 34.3 (mg/L) MnCl2 ・4H2 O 4.3 ( 〃 ) FeCl3 ・6H2 O 3.89 ( 〃 ) ZnCl2 0.315 ( 〃 ) CoCl2 ・6H2 O 0.0122( 〃 ) MoO3 0.03 ( 〃 ) CuSO4 ・5H2 O 0.003 ( 〃 ) vitamin B12 0.004 ( 〃 ) Composition of Medium A NaCl 18.0 (g / L) MgSO 4 .7H 2 O 5.0 (〃) NaNO 3 1.0 (〃) KCl 0.6 (〃) CaCl 2 .2H 2 O 0. 37 (〃) Trizma base 1.0 (〃) Na 2 EDTA 0.03 (〃) H 3 BO 3 34.3 (mg / L) MnCl 2 .4H 2 O 4.3 (〃) FeCl 3・ 6H 2 O 3.89 (〃) ZnCl 2 0.315 (〃) CoCl 2 · 6H 2 O 0.0122 ( 〃) MoO 3 0.03 (〃) CuSO 4 · 5H 2 O 0.003 ( 〃) vitamin B 12 0.004 (〃)

【0044】[0044]

【配列表】配列番号:1 配列の長さ:22 配列の型:アミノ酸 トポロジー:直鎖状 配列の種類:ペプチド 配列 Met Lys Gln Ser Thr Ile Ala Leu Ala Leu Leu Pro Leu Leu Phe Thr 1 5 10 15 Pro Val Thr Lys Ala Arg 20 配列番号:2 配列の長さ:24 配列の型:アミノ酸 トポロジー:直鎖状 配列の種類:ペプチド 配列 Met Ser Ile Gln His Phe Arg Val Ala Leu Ile Pro Phe Phe Ala Ala 1 5 10 15 Phe Cys Leu Pro Val Phe Ala His 20 配列番号:3 配列の長さ:27 配列の型:アミノ酸 トポロジー:直鎖状 配列の種類:ペプチド 配列 Met Lys Ile Lys Thr Gly Ala Arg Ile Leu Ala Leu Ser Ala Leu Thr 1 5 10 15 Thr Met Met Phe Ser Ala Ser Ala Leu Ala Lys 20 25 配列番号:4 配列の長さ:21 配列の型:アミノ酸 トポロジー:直鎖状 配列の種類:ペプチド 配列 Met Lys Thr Lys Leu Val Leu Gly Ala Val Ile Leu Thr Ala Gly Leu 1 5 10 15 Ser Gly Ala Ala Glu 20[Sequence listing] SEQ ID NO: 1 Sequence length: 22 Sequence type: Amino acid Topology: Linear Sequence type: Peptide sequence Met Lys Gln Ser Thr Ile Ala Leu Ala Leu Leu Pro Leu Leu Phe Thr 1 5 10 15 Pro Val Thr Lys Ala Arg 20 SEQ ID NO: 2 Sequence Length: 24 Sequence Type: Amino Acid Topology: Linear Sequence Type: Peptide Sequence Met Ser Ile Gln His Phe Arg Val Ala Leu Ile Pro Phe Phe Ala Ala 1 5 10 15 Phe Cys Leu Pro Val Phe Ala His 20 SEQ ID NO: 3 Sequence length: 27 Sequence type: Amino acid Topology: Linear Sequence type: Peptide sequence Met Lys Ile Lys Thr Gly Ala Arg Ile Leu Ala Leu Ser Ala Leu Thr 1 5 10 15 Thr Met Met Phe Ser Ala Ser Ala Leu Ala Lys 20 25 SEQ ID NO: 4 Sequence Length: 21 Sequence Type: Amino Acid Topology: Linear Sequence Type: Peptide Sequence Met Lys Thr Lys Leu Val Leu Gly Ala Val Ile Leu Thr Ala Gly Leu 1 5 10 15 Ser Gly Ala Ala Glu 20

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】Synechococcus sp.PCC7002中でβ−ラクタマー
ゼを発現するプラスミドベクターpAQE1.
FIG. 1. Plasmid vector pAQE1 expressing β-lactamase in Synechococcus sp. PCC7002.

【図2】Synechococcus sp.PCC7002形質転換体によるβ
−ラクタマーゼの細胞外放出 形質転換株(○)、野性株(△)
Fig. 2: β by Synechococcus sp. PCC7002 transformants
-Extracellular release of lactamase Transformed strain (○), wild strain (△)

【図3】Synechococcus sp.PCC7002形質転換体によるβ
−ラクタマーゼの細胞外放出の繰返しと細胞密度
[Fig. 3] β by Synechococcus sp. PCC7002 transformant
-Repeated extracellular release of lactamase and cell density

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12N 15/09 ZNA C12P 21/02 C 9282−4B //(C12N 1/13 C12R 1:89) (C12N 9/16 C12R 1:89) (C12N 9/18 C12R 1:89) (C12N 15/09 ZNA C12R 1:19) (C12P 21/02 C12R 1:89) C12R 1:19) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location C12N 15/09 ZNA C12P 21/02 C 9282-4B // (C12N 1/13 C12R 1:89) (C12N 9/16 C12R 1:89) (C12N 9/18 C12R 1:89) (C12N 15/09 ZNA C12R 1:19) (C12P 21/02 C12R 1:89) C12R 1:19)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Escherichia coliのペリプラズムに存在
するタンパク質であるβ−ラクタマーゼ、アルカリ性フ
ォスファターゼ、マルトース結合タンパク質、またはア
ラビノース結合タンパク質の遺伝子のシグナル配列、あ
るいはシグナル配列とそれに続くいくつかのアミノ酸を
コードする部分配列を、目的産物の構造遺伝子のN末端
に挿入したラン藻の組換え用ベクターをラン藻に導入し
た形質転換体。
1. A signal sequence of a gene of β-lactamase, alkaline phosphatase, maltose binding protein, or arabinose binding protein, which is a protein existing in the periplasm of Escherichia coli , or a portion encoding the signal sequence followed by several amino acids. A transformant in which a vector for recombination of cyanobacteria in which a sequence is inserted at the N-terminal of the structural gene of the desired product is introduced into cyanobacteria.
【請求項2】 Escherichia coliのペリプラズムに存在
するタンパク質であるβ−ラクタマーゼ、アルカリ性フ
ォスファターゼ、マルトース結合タンパク質、またはア
ラビノース結合タンパク質の遺伝子のシグナル配列、あ
るいはシグナル配列とそれに続くいくつかのアミノ酸を
コードする部分配列を、目的産物の構造遺伝子のN末端
に挿入したラン藻の組換え用ベクターをラン藻に導入し
た形質転換体を通常培地で成育させてから、低張液に移
すことを特徴とする遺伝子産物の製造方法。
2. A signal sequence of a gene of β-lactamase, alkaline phosphatase, maltose binding protein, or arabinose binding protein, which is a protein existing in the periplasm of Escherichia coli , or a portion encoding the signal sequence and several amino acids following it. A gene characterized by transforming a transformant obtained by introducing a cyanobacterial recombination vector into the cyanobacteria, which has a sequence inserted into the N-terminus of the structural gene of the desired product, and then transferring it to a hypotonic solution. Product manufacturing method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021100642A1 (en) * 2019-11-21 2021-05-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 Modified cyanobacterium, modified cyanobacterium production method, and protein production method

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