JPH09107966A - アミノ基転移酵素遺伝子tyrBのクローニングおよびその使用 - Google Patents

アミノ基転移酵素遺伝子tyrBのクローニングおよびその使用

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JPH09107966A
JPH09107966A JP8248296A JP24829696A JPH09107966A JP H09107966 A JPH09107966 A JP H09107966A JP 8248296 A JP8248296 A JP 8248296A JP 24829696 A JP24829696 A JP 24829696A JP H09107966 A JPH09107966 A JP H09107966A
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マーティン、ロビンソン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 芳香族アミノ基転移酵素の合成法及び微生物
にL‐フェニルアラニンを過剰産生させる方法を提供す
る。 【解決手段】 大腸菌(E.coli)ATCC11303か
ら分離したtyrB遺伝子を含む増殖性染色体外因子を
使用することからなる、芳香族アミノ基転移酵素の合成
法、及び以下のa)〜c)の段階からなる、大腸菌(E.
coli)ATCC11303から分離したtyrB遺伝子
を含む増殖性染色体外因子を使用することを特徴とす
る、微生物にL‐フェニルアラニンを過剰産生させる方
法。 a) 微生物に染色体外因子を導入し、 b) 当該微生物でtyrB遺伝子を発現させ、活性な
芳香族アミノ基転移酵素を合成し、 c) 該アミノ基転移酵素によってフェニルピルビン酸
をアミノ化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】フェニルアラニンの新規(de
novo)合成における最終段階は、アミノ基転移酵素(ト
ランスアミナーゼ)によるフェニルピルビン酸(phenyl
pyruvate)のアミノ化である。いろいろの酵素がフェニ
ルピルビン酸をアミノ基転移によってフェニルアラニン
とすることができるが、この機能は、いわゆる芳香族ア
ミノ基転移酵素によって細胞内で営まれる。大腸菌(E.
coli)の芳香族アミノ基転移酵素に対する、遺伝学で用
いられる略号は、tyrBである(Umbarger, Ann. Rev.
Biochemistry 47(1978), 533-606参照)。E. col
i K12の場合には、この遺伝子の染色体上の位置
は、正確に判明しており、この遺伝子産物も、酵素番号
が付与されている(酵素番号2.6.1.5)(Bachma
nn et al.,Microbiological Reviews 44 (1980),1-56参
照)。
【0002】
【従来の技術】ヨーロッパ公開特許出願第0,116,
860号明細書には、E.coliK12からのtyr
B遺伝子の分離とこのアミノ基転移酵素のマルチコピー
(multicopy )プラスミドへのクローニングについての
記載がある。このクローニングした遺伝子を、その遺伝
子を分離した元の細菌株にもどすと、この細菌株におけ
るL‐フェニルアラニンの生産量が11%まで増加す
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、L‐フェニル
アラニンの収量をより一層高めることが求められてい
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】大腸菌ATCC1130
3に存在するtyrB遺伝子を分離し、マルチコピープ
ラスミドでクローニングし、このプラスミドで微生物、
特に元の細菌株、を形質転換すると、驚くべきことに、
L‐フェニルアラニンの収量が10倍増加することがわ
かった。
【0005】かくして、本発明は以下のことに関連する
ものである。
【0006】1. E.coli ATCC11303
より分離したtyrB遺伝子を含む増殖性染色体外因
子。
【0007】2. 芳香族アミノ基転移酵素合成のため
の、第1項に規定した染色体外因子の使用。
【0008】3. 以下の段階(a〜c)からなる、第
1項に規定した染色体外因子の微生物におけるL‐フェ
ニルアラニンの過剰生産のための使用。
【0009】a) 微生物への染色体外因子の導入、 b) 当該微生物におけるtyrB遺伝子の発現と活性
な芳香族アミノ基転移酵素の合成、 c) アミノ基転移酵素によるフェニルピルビン酸(phe
nylpyruvate)のアミノ化惹起。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は以下の詳細な説明の項及
び特許請求の範囲の項で詳述及び規定されている。
【0011】野生型のE.coli ATCC1130
3だけでなく、その変種や突然変異体も使用することが
できる。例えば既知の方法(E.Adelberg et al., Bioch
em.Biophys. Res. Comm.18,788(1965) )で突然変異を
おこさせ、L‐フェニルアラニンの過剰生産について選
別した株を使用することもできる。tyrBがコードす
るE.coli ATCC11303の芳香族アミノ基
転移酵素は、とりわけ、グルタミン酸(グルタメート)
からアミノ基を転移させることによりフェニルピルビン
酸からL‐フェニルアラニンを合成する。さらにこのア
ミノ基転移酵素を用いて、チロシン、グルタミン酸、ア
スパラギン酸(aspartate)およびロイシンも合成する
ことができる。アミノ酸のイソロイシン、バリン、ロイ
シン、フェニルアラニン及びグルタミン酸は、ilvE
遺伝子がコードするアミノ基転移酵素を用いてつくられ
る。一方、アミノ酸のアスパラギン酸、グルタミン酸、
アェニルアラニンおよびチロシンは、その発現にasp
C遺伝子が必要なアミノ基転移酵素によって合成され
る。しかしながら、該アミノ基転移酵素は、別の二つの
アミノ基転移酵素のうちの一つに特異的に限定されたア
ミノ酸合成においても又、弱い活性を示す。L‐フェニ
ルアラニンの合成をさらに増加させるために、芳香族ア
ミノ基転移酵素をコードするtyrB遺伝子をクローニ
ングする。これは、E.coliATCC11303か
らDNAを分離することにより達成される。このDNA
を部分消化し、生じた20〜30kbの範囲にある種々
の大きさのフラグメントを、広範囲の宿主領域をもつレ
プリコンを有するコスミドに連結し、λファージの頭殻
に包みこむ。用いられるコスミドは、pIMS 602
6が好ましい。コスミドpIMS6026はコスミドp
LAFR1(ATCC 37167)から次のようにし
て、すなわち市販のEcoRIフラグメント(ファルマ
シア,ウプサラ,スエーデン;Pharmacia, Uppsala, Sw
eden)でそのフラグメント上にトランスポゾンTn90
3のカナマイシン耐性遺伝子を有するものをコスミドp
LAFR1の唯一のEcoRI切断部位にクローニング
することによって、得られる。挿入部として短いDNA
片が残るように、BamHIで消化し、続いて再連結を
行うことによって、EcoRIフラグメントの大部分を
欠失させることもできる。この挿入部では、BamHI
切断箇所は二つのEcoRI切断箇所に接することにな
る。このBamHI切断箇所は、コスミドpLAFR1
には存在せず、クローニングのために用いることができ
る。包み込みを行なったコスミドと適切に調製したE.
coli DG30の浮游液とのインキュベーション
(incubation)によってこのコスミドを微生物に導入す
る。E. coliDG30は、三種のアミノ基転移酵
素、すなわちaspC、ilvEおよびtyrB、を欠
いている。したがって、この株は完全培地では問題なく
増殖するけれども、最少培地では種々のアミノ酸を合成
できないので、増殖のためには、これらを外から供給し
なければならない。この株を用い、適切な培地を選択す
ることにより、取り込まれたDNAが特定のアミノ基転
移酵素についての染色体の欠陥を補完できるものである
かどうかをしらべることができる。tyrB遺伝子の導
入は、無チロシン最少培地でのE.coliDG30の
増殖の有無によって検出できる。チロシン合成について
の染色体の欠陥を、tyrB又はilvE又はaspC
を含み、E.coli ATCC11303に由来する
DNAの取り込みによって補完することができるクロー
ンのみがこの最少培地で増殖することができる。asp
C、tyrB、およびilvE遺伝子によってコードさ
れるこの三つのアミノ基転移酵素は、すべて、チロシン
を作るけれども、その基質特異性が異る。
【0012】例えば、tyrB遺伝子によってコードさ
れる芳香族アミノ基転移酵素はケト前駆体からイソロイ
シンを作ることはできないが、対応するケト前駆体から
ロイシンを高収量で合成することができる。aspC遺
伝子によってコードされるアミノ基転移酵素は、イソロ
イシンを作ることもできず又ロイシンに効率よく変換す
ることもできない。
【0013】従って、特定の遺伝子に特徴的なアミノ酸
をのぞいて、代謝に必要なアミノ酸を補充した最少培地
上での増殖によって、どのアミノ基転移酵素を含むかと
いう点に関して個々のクローンを区別することができ
る。この方法で、tyrB遺伝子を含むDG30株のク
ローンが選別される。
【0014】ここで、当該クローンが真にtyrB遺伝
子を持つかどうかをしらべることが必要である。これに
は、クローンからプラスミドDNAを分離する必要があ
る。しかしながら、DG30株からのプラスミドDNA
の分離は困難である。可能ではあっても、低収率であ
る。かくして、最少溶菌後、興味のあるクローンからの
コスミドDNAでE.coli株を形質転換し、それか
ら形質転換菌から、導入DNAを高収量で再分離するこ
とができる。E.coli DH1(ATCC3384
9)は、この目的に特に適切である。
【0015】次の段階では、再分離したコスミドDNA
を高いコピー数のベクターと連結する。E.coliK
12株の染色体遺伝子地図から、tyrB遺伝子はCl
aIフラグメント上に在ることがわかっている。E.c
oli TACC11303でもそうである可能性があ
る。そこで、好ましいベクターとしてClaI切断箇所
をもつマルチコピー(multicopy)プラスミドpAT15
3がもちいられる。pAT153は塩基配列がわかって
おり、特に好ましい(Winnacker, E.L., Gene und Klon
e,VCH-Verlagsgesellschaft, Weinheim 参照)。
【0016】コスミドDNAとこのベクターとを、制限
酵素ClaIで完全に消化する。二種のDNAを混合
し、連結し、この連結産物を、フェニルアラニン産生を
増加させたい宿主微生物の受容細胞を形質転換するため
に使用する。用いる細菌は腸内細菌、特にE.col
i、が好ましい。E.coli ATCC11303お
よびその突然変異体および変種がとりわけ好ましい。耐
性コロニーをアンピシリンで選別し、テトラサイクリン
平板でレプリカ法によって、マーカ抑制を基にして、挿
入の有無をしらべる。プラスミドDNAを最少溶菌によ
って適切なコロニーから分離し、ベクター中の Cla
Iフラグメントの有無を、制限酵素ClaIで完全消化
することによってしらべる。この制限酵素による分析
は、元のDNA断片に含まれるすべてのClaIフラグ
メントがこの方法でサブクローニングされているという
ことを確認するために行われる。これらの限定ClaI
フラグメントのひとつを含む各クローンを、芳香族アミ
ノ基転移酵素、すなわちtyrBの遺伝子産物、活性に
関してアスパルテート‐フェニルピルベートアミノトラ
ンスフェラーゼ分析(APPAT)を用いて最終的にし
らべる。この方法でtyrB活性を5〜10倍、増加さ
せることができる。アガロースゲル電気泳動で、宿主株
のベクターはおよそ2.7MDの大きさのClaIフラ
グメントを含むことを示すことができる。
【0017】
【実施例】本発明は以下の例に於て詳細に述べられてい
る。特に規定されない限り、百分率データは重量に関す
るものである。
【0018】例1 E.coliからのコスミドpIMS6026の分離お
よび消化 E.coliからコスミドpIMS6026を分離する
ために用いられた方法は、ハンフリーらの方法(Biochi
m. Biophys. Acta 383, 457-63 (1975)参照)か又は1
0倍のスケールで行ったバーンボイム(Birnboim)とド
ーリー(Doly)の方法(Nucleic Acids Res. 7:151参
照)によるアルカリ溶菌のいずれかであった。いずれの
場合にも、プラスミドDNAは、塩化セシウム/臭化エ
チジウム密度勾配遠心法で少くとも一回精製した。コス
ミドpIMS6026は製造元であるニュー・イングラ
ンド・バイオラブ社(New England Biolabs )の指定し
た方法でBamHIで完全に消化された。消化が完全に
行われたかどうか、しらべるために制限酵素反応物の混
合液の一部をとって0.8%アガロースゲルで電気泳動
を行った。臭化エチジウムで染色した後、短波長紫外線
(254nm)照射による単一のバンドの出現で消化の
完全さが示された。フェノール処理で、消化したコスミ
ドDNAから制限酵素をとりのぞき、 DNAをエタノ
ールで沈殿させ、70%エタノールで洗浄し、真空中で
乾燥させ、ティーイー(TE)緩衝液(10mMトリ
ス、1mM EDTA、pH8.0)で適量とした。場
合により、製造元のベーリンガーマンハイム(Boehring
er Mannheim)の指示する方法でアルカリホスファター
ゼ処理をほどこした。1μlアルカリホスファターゼ
(CIP)を添加して37℃、30分間、反応混合液の
インキュベーションを行い、フェノール処理で酵素を取
除き、上に述べた方法でDNAを精製した。DNAは最
終的に、TE緩衝液に再浮游させた。
【0019】例2 E.coli ATCC11303からのDNAの部分
消化 E.coli ATCC11303から、全 DNAを
マーマー(Marmur)の方法(J. Mol. Biol. 53, 155-
162, (1961) 参照)で分離した。分離した全DNAを、
生成フラグメントが主に 20−30kbの範囲の大き
さとなるように、制限酵素Sau3Aで部分消化した。
この目的のために適切なDNAと酵素の比率、及び最適
な酵素とDNAの反応時間を確立するために予備試験を
行った。適切な方法はビー・アール・エル(BRL)刊
行の「フォーカス(focus )(page3, vol 7 No2, 198
5)に記載されている。最適であると判明した反応時間
の経過後、65℃、10分間加熱することにより酵素を
分解し、望ましい大きさのDNAフラグメントが生じた
か否かは、適切なDNAマーカー例えばEcoRIで消
化したλファージDNAを用いてアガロースゲル電気泳
動を行うことによりしらべた。
【0020】例3 制限酵素反応物の連結 部分的にSau3Aで消化した、E.coliATCC
11303からの全DNAとBamHIで完全に切断
し、アルカリホスファターゼで処理したpIMS602
6コスミドDNAとをモル比1:5で混合した。この混
合物を、ニューイングランドバイオラブ社(New Englan
d Biolabs )が記載したように、T4DNAリガーゼに
とって最適なイオン強度となるように、数倍濃縮した緩
衝液に混合し、1μlの酵素と16℃で少くとも 14
時間、インキュベーションを行った。この混合物の全容
積は50μlで全DNA濃度は20μg/mlであった。
【0021】例4 ファージλの包みこみ(Packaging ) リガーゼによる反応の後、例3のようにして得られたD
NAはインビトロ(invitro)でファージλの頭殻に包
みこんだ。この目的のために必要な二種類の異った細菌
からの抽出物は、ホーン(Hohn)の方法(Wu, R.編;Re
combinant DNA,Methods in Enzymology, vol.68, Acade
mic Press ,New York, 299−309ページ(197
9)参照)で調製するか又はベーリンガーマンハイム
(Boehringer Mannheim )かアマーシャム バックラー
(Amersham Buchler, Braunschweing )から購入でき
る。例3のようにして得た混合物の3μlとアマーシャ
ム(Amersham)から供給され、直前に融解させた細菌抽
出物とを氷で冷却しつつ、十分に混合した。この混合物
を20℃で30〜60分間、インキュベーションし、そ
の後、200μlのエスエム(SM)緩衝液(100m
M NaCl,10mM MgSO,50mM tr
is‐HCl(pH7.5),0.01%ゼラチン)を
加えた。この混合物を直接形質導入に用いるか又は、後
の使用に供するため、10μlのクロロホルムを添加し
て、4℃で保存した。
【0022】例5 E.coli DG30の形質導入 0.4%のマルトースを、1%バクトトリプトン(Bact
o Tryptone),0.5%酵母抽出物及び0.5%の塩化
ナトリウムからなるLブロス(L broth )の5mlに添加
し、この混合物に、 50μlの増殖静止期にあるE.
coli DG30の液体培地を接種した。初期増殖静
止期に到達するまでこれを37℃、12時間培養した。
細菌を遠心沈殿させ、塩化マグネシウム10mM水溶液
2.5mlに注意深く再浮游させた。例4の混合物10
μlと、濃縮細菌浮游液20μlとを混合し、この混合
物を室温で50分間、インキュベーションした。
【0023】その後、200μlのLブロスを添加し、
混合物を時々、攪拌しながら1時間37℃でインキュベ
ーションした。この50μlを20μg/mlのテトラサ
イクリンを含むLブロス寒天にうえた。この寒天平板を
少くとも12時間37℃でインキュベーションした。す
でに記述した方法で、1バッチ当り平均1000コロニ
ー得ることができた。
【0024】例6 aspC又はilvE又はtyrB遺伝子を有するE.
coli DG30の選別 先きに述べた方法で、E.coli DG30の形質導
入後、20μg/mlのテトラサイクリンを含むLブロス
寒天上で得られたおよそ800コロニーを最少寒天培地
に釣り上げた。最少寒天培地は、イソロイシン、ロイシ
ン、バリン、アスパラギン酸、フェニルアラニンを添加
したグルコース入りM9培地から成る。しかしながら、
DG 30株が同様に合成することができないアミノ
酸、チロシンは当該培地には添加しなかった。釣り上げ
た800個のコロニーのうち、7個がこの最少培地で増
殖することができた。
【0025】E.coliに導入された想定されうる三
種の遺伝子aspC及びilvE及びtyrBを識別す
るために、これら7個のコロニーを上記の最少培地に再
び釣り上げた。この最少培地は下に挙げた表のアミノ酸
を添加されているが、各場合、一種類のアミノ酸を除い
てある。これら各々の場合について、各遺伝子がコード
するアミノ基転移酵素はそれぞれ基質特異性を有する。
【0026】結果を下の表に示す。 クローン アミノ酸添加培地に 想定され 含まれないアミノ酸 る遺伝子 アスパラ ロイシン イソロイ チロシン ギン酸 シン 1 + + − + tyrB 2 + + − + tyrB 3 − +− + +− ilvE 4 − +− + +− ilvE 5 + + − + tyrB 6 + + − + tyrB 7 − +− + +− ilvE + =増殖良好 +−=増殖不良 − =増殖なし
【0027】例7 tyrB遺伝子の位置決定 マニアーティスらの方法(Maniatis et al., Cold Spr
ing Harbor, 366ページ〜370ページ(1982)
参照)による最少溶菌で、例6で得られたクローン1〜
7からコスミドDNAを得た。このコスミドDNAをそ
れからE.coliDH1(ATCC 33849)に
導入した。この菌から高収量でコスミドDNAを再分離
することができた。
【0028】このDNAで形質転換されたE.coli
DH1から本来E.coli DG30のクローン5
(例6参照)から得られたプラスミドDNAが、分離さ
れた。このプラスミドDNAを製造元のニューイングラ
ンドバイオラブ(New EnglandBiolabs )の指示に従って
制限酵素ClaIで完全に消化した。ベクターpAT1
53を同様に完全にClaIで消化し、その後アルカリ
ホスファターゼ処理を行なった。この二つのDNAを混
合し例4ですでに述べた方法で連結し、E.coli
ATCC 11303の受容菌を、このリガーゼ混合物
の例えば10μlで形質転換した。50μg/mlのアン
ピシリンを含むLブロス平板で選別した耐性コロニーを
レプリカ法で20μg/mlのテトラサイクリンを含むL
ブロス平板でマーカーインアクチベーションについて、
すなわち挿入についてしらべた。アンピシリン耐性テト
ラサイクリン感受性の表現形質を示すコロニーから、最
少溶菌によってプラスミドDNAを分離し、ベクターp
AT153中のClaIフラグメントの有無をClaI
制限酵素による完全消化でしらべた。
【0029】例8 アミノ基転移酵素活性の検査 APPAT分析(シグマ・テスト・キットGO390。
このキットではα‐ケトグルタール酸(α‐ケトグルタ
レート)がフェニルピルビン酸におきかえられた。)を
用いて芳香族アミノ基転移酵素、すなわちtyrBの遺
伝子産物、の活性についてしらべた。未形質転換出発菌
株、E.coli ATCC 11303を比較のため
に用いた。この測定によって、1例に於て出発菌株E.
coliATCC 11303と比較してtyrB活性
の著明な増加、特に5〜10倍増加、が判った。
【0030】適切なマーカーを用いてアガロースゲル電
気泳動で、tyrB遺伝子活性の増加を示したこの株が
pAT153ベクターを含んでいることを示すことがで
きた。このベクターはおよそ2.7MDの大きさの編入
ClaIフラグメントを含んでいた。分離したプラスミ
ドDNAを再びプラスミドをもたないE.coliAT
CC11303の形質転換に用いたとき、各事例につき
tyrB活性の5〜10倍増加をみとめることができ
た。このプラスミドをpIMS6056と名づけた。
───────────────────────────────────────────────────── 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 C12R 1:19) (C12N 9/10 C12R 1:19) (C12P 13/22 C12R 1:19) (72)発明者 ハンス‐マティアス、デーガー ドイツ連邦共和国ホーフハイム、アム、タ ウヌス、アム、ラインガウアー、ウェー ク、8 (72)発明者 ゲハルト、ウェーナー ドイツ連邦共和国フレールスハイム、ア ム、マイン、フレールスハイマー、シュト ラーセ、27 (72)発明者 マーティン、ロビンソン イギリス国バークシャー、メイドゥンヘッ ドプリンス、アンドルー、ロード、45 (72)発明者 アンドルー、ドハーティー イギリス国バッキンガムシャー、ボーン、 エンド、ゴディントン、ロード、5

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】大腸菌(E.coli)ATCC11303から
    分離したtyrB遺伝子を含む増殖性染色体外因子を使
    用することからなる、芳香族アミノ基転移酵素の合成
    法。
  2. 【請求項2】以下のa)〜c)の段階からなる、大腸菌
    (E.coli)ATCC11303から分離したtyrB遺
    伝子を含む増殖性染色体外因子を使用することを特徴と
    する、微生物にL‐フェニルアラニンを過剰産生させる
    方法。 a) 微生物に染色体外因子を導入し、 b) 当該微生物でtyrB遺伝子を発現させ、活性な
    芳香族アミノ基転移酵素を合成し、 c) 該アミノ基転移酵素によってフェニルピルビン酸
    (phenylpyruvate)をアミノ化する。
  3. 【請求項3】該微生物が腸内細菌である、請求項2に記
    載された方法。
  4. 【請求項4】該微生物がE.coliである、請求項3
    に記載された方法。
  5. 【請求項5】該微生物がE.coli ATCC113
    03およびその変種および突然変異体である、請求項4
    に記載された方法。
  6. 【請求項6】大腸菌(E.coli)ATCC11303から
    分離したtyrB遺伝子を含む増殖性染色体外因子がマ
    ルチコピープラスミドである、請求項1または2に記載
    の方法。
  7. 【請求項7】マルチコピープラスミドがpAT153で
    ある、請求項6に記載の方法。
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