JPS61100194A - バチルスズブチリスのグルコン酸オペロンおよびプロモ−タ− - Google Patents

バチルスズブチリスのグルコン酸オペロンおよびプロモ−タ−

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JPS61100194A
JPS61100194A JP22119284A JP22119284A JPS61100194A JP S61100194 A JPS61100194 A JP S61100194A JP 22119284 A JP22119284 A JP 22119284A JP 22119284 A JP22119284 A JP 22119284A JP S61100194 A JPS61100194 A JP S61100194A
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(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、バチルスズブチリス(Bacillussu
btilis )のグルコン酸オペロンとその転写を支
配するプロモーターに関する。
本発明は特に、培地中へのグルコン酸添加により誘導的
にオペロンの転写を可能ならしめる部分をも含むDNA
塩基配列に関する。
近年の遺伝子工学の発暎により、異種遺伝子をベクター
と結合した組換え体DNAを微生物細胞へ導入すること
により、該遺伝子がコードする蛋白を宿主微生物中で産
生ずることが可能となって来た。このような技術を用い
て物質生産を企てる場合、バチルス属細菌はこれまで永
い間に亘って発酵工業で用いられてきた経験があること
、また病原性がなく発熱物質を産生じないことから、現
在遺伝子工学研究に広く用いられている大腸菌に比し宿
主微生物としてより好適であることはよく知られている
。しかしながら、バチルス属細菌を宿主として異種遺伝
子を発現させる場合はバチルス属細菌のRNAポリメラ
ーゼおよびリボゾームがプロモーター領域およびリボゾ
ーム結合領域の認識に関して厳格な特異性をもつため(
堀之内末治、蛋白質 核酸 酵素且互 1468(19
83))それらの領域がバチルス属由来であることが必
要である(Goldfarb、D、S、et  al、
Nature293309(1981) )。かかる観
点から、バチルス属細菌で異種遺伝子の発現を可能なら
しめるバチルス属由来のプロモーターは、遺伝子工学に
よる物質生産上重要な鍵を握るものである。また、遺伝
子工学による物質生産の別の観点から異種遺伝子の発現
の時期に関し次の二点が従来より問題とされている。
第一の問題点は、宿主微生物細胞にとって有害である物
質を製造する場合は、宿主微生物の増殖の初期に該物質
をコードする遺伝子が発現され該物質が産生されたなら
ば宿主微生物はその時点で死滅してしまい該物質の製造
は不可能となることである。このような事態を回避する
ためには宿主微生物の増殖が終了して後に該遺伝子の発
現が開始されればよい。即ち何らかの手段により宿主微
生物の増殖終了後肢遺伝子の発現を誘導すればよい。し
かしながらバチルス属細菌において誘導による発現に関
与するプロモーターは従来抗生物質によって誘導される
ー、二の例が知られているに過ぎず(K、Hardyら
Nature 293481(1981) 。
D 、M、Wi I l i amsらGene 16
199(1981) )これらの場合誘導物質として高
価な抗生物質を使用している点 また最終的に目的とす
る物質から抗生物質を除去する工程を要する点に大きな
問題があった。
他方、製造される物質が宿主微生物にとって無害な場合
は増殖の初期から該物質をコードする遺伝子が発現され
該物質が産生された方が短時間に多量に該物質が蓄積さ
れると云5?ff1点から好ましく前記の問題はない。
第二の問題は、培地中に糖源がある場合にカタボライト
リプレノシランとして知られる現象であるが、プロモー
ターの働きが抑えられその結果遺伝子の発現が抑制され
る場合のことである。物質生産上この点も大きな問題で
あり、これを回避する為には長時間培養するが或は培地
の糖源を抜くことが必要となる。
このことは余計な用役コストを必要とするか或は安価な
廃糖蜜を培地に用いることを不可とするもので工業的な
物質生産上早期の解決をせまられている点でもある。
このような点に鑑み本発明者は、安価な物質の添加によ
り任意の培養時期に誘導可能でかつ誘導以前は発現がお
こらないバチルス属の誘導酵素について検討を重ねてい
たところ遂に、グルコースから容易に得られる安価なグ
ルコン酸資化に関与するグルコン酸オペロンがグルコン
酸添加によって急速に誘導がおこることを見出し、該オ
ペロンの発現を司るプロモーターおよびそれに連らなる
該オペロンをDNA断片として単離することに成功しそ
の塩基配列を決定し本発明を完成した。
更にプロモーター検索プラスミドpPL603Bを用い
た検討の結果、該DNA%片のプロモーター近傍の塩基
配列を該プラスミドに挿入するとその塩基配列の長さに
応じてp PL603 Bのクロラムフェニコール耐性
遺伝子の発現がグルコン酸による誘導を受る場合と全く
誘導を受けずグルコース存在下でも抑制されることなく
発現される場合があることを認め本発明の実用性を確認
した。即ち本発明によって前述したバチルス唄を宿主と
した遺伝子工学の手法を用いた物質生産における二つの
問題点が一気に解決出来ることが証明された。
以下本発明の詳細な説明する。
グルコン酸オペロンおよびそのプロモーターを含むDN
A断片を得るためのDNA供与株としては、グルコン酸
資化性を有するバチルスズブチリスであればいかなるも
のでもよい。とは言っても該資化性に関与する酵素、即
ちグルコン酸オペロン中にコードされるグルコン酸パー
ミアーゼおよびグルコン酸キナーゼが、グルコースによ
るカタボライトリブレッジ冒ンを厳密に受け、かつグル
コースが培地中に存在しない条件下ではグルコン酸によ
り強く誘導されるものであることが本発明の目的から好
適である。また該DNA′@片を得るためのクローニン
グ宿主としては、いかなるバチルス属細菌も使用可能で
あるが遺伝的解析が進んでいる点からバチルスズブチリ
スが好ましく、更に選択の容易さからグルコン酸資化性
欠損昧であることが都合がよい。
尚、本発明においてオペロンとは、通常の概念と同様に
プロモーターに連なる一つの転写単位である遺伝子群を
意味する。またプロモーターとは、RNAポリメラーゼ
が結合しオペロンの転写を開始する部位を意味する。従
って本発明で云うグルコン酸オペロンおよヒフロモータ
ートハクルコン酸を資化するのに必要な酵素であるグル
コン酸キナーゼおよびグルコン酸パーミアーゼをコード
する遺伝子を含む一つの転写単位およびその転写単位の
m RN A合成のためのR,NAポリメラーゼ結合部
位を意味する。このようなグルコン酸オペロンおよびプ
ロモーターを含むDNA断片を得るたためには、バチル
スズブチリスの通常のクローニング技術を用いればよく
何ら特別の手法を要しない。該技術については成書(J
A、Dubnau編The  molecular  
 Biology   o(the   Bacill
i。
Academic Press 1982.RoW、O
ld、S、B、Primrose著Pr1nciple
s of Gene Manipulation。
Blackwell 5cientific Publ
ications1981)に詳しい、クローニングに
用いるベクターとしてはファージおよびプラスミドのい
ずれでも差支えない。例えばファージベクターとしては
り11、φ105、φ3T等が通常よく用いられまたプ
ラスミドベクターとしてはpUBllo、pc194、
ρE194、pBD64等がよく使用されているがその
いずれもが本発明の実施に使用可能である。クローニン
グ宿主としてグルコン酸資化性欠損バチルスズブチリス
を用いた場合、目的とするグルコン酸オペロンおよびそ
のプロモーターを含むDNA断片を得ることが容易とな
る。即ちグルコン酸資化能を獲得した形質転換株を選択
すればよいからである。
このようにして得られた形質転換株から組換え体DNA
を得るには何ら特別の方法を要せず通常のファージDN
A、プラスミドDNAの調製法を用いればよい。これら
の方法に就いては成書(T。
maniatisら著Mo1ecular Cloni
ng ColdSpring Harbor Labo
ratory (1982) )に述べられている。得
られた組換え体DNAは、制限エンドヌクレアーゼを用
いて切断した後アガロースあるいはポリアクリルアミド
ゲル電気泳動を行うことによりその切断部位を決定し切
断地図をつくることが出来る。得られた組換え体DNA
のベクターに挿入されたDNA断片の塩基配列の決定は
通常用いられる方法のいずれでも可能であるがその様な
方法としてMa x am−Gi I b e r t
の方法(A。
Maxam 、 W、G11bert、Proc、Na
tl、Acad、Sci。
USA 74560(1977))またはファージM1
3を用いる方法(J、NIessingら、Nucl 
、Ac1ds Res、。
9 309(1981)、  几、J、Zagursk
y、M、L、Berman  。
Gene 27183 (1984)がよく知られてい
る。
本発明で得られたグルコン酸オペロンおよびそのプロモ
ーターを含むDNA断片の塩基配列は特許請求の範囲第
2項に示すとおりで、この配列を模式的に示したものが
図−1である。この配列のうちプロモーターに見出され
るRNAポリメラーゼの認識および結合のための塩基配
列である一35領域および一10領域は本発明の場合は
それぞれTTGCAT およびTATCAT でシ’f
マー55 RNAポリメラーゼで認識されるプロモータ
ーの共通とされる配列TTGACAおよびTATAAT
と頃似しており効率的に転写がなされる型のものである
また枯草菌(バチルス・ズブチリス)が異種遺伝子の発
現を許さない重要な機構として褪NAから蛋白へと翻訳
する過程でのりボゾームとm1NAの結合の問題が知ら
れており、Mc I augh I i nら(J。
几0Mclaughl inら、 J、Biol 、C
hem、2’5611283 、。
(1981) )はリポソーム結合領域として知られる
プロモーター下流の塩基配列と168 !JボソームR
NAの3末端との強い結合が発現のために重要であると
しているところである。本発明のグルコン酸オペロンの
プロモーターの下流に存在スる最初の蛋白のリポソーム
結合領域の塩基配列はAGGAAGG であり、バチル
スズブチリスのリポソームRNAの31末端3’、)I
UcUUUcc” とよい相補性を持っている。従って
本発明のグルコン酸オペロンのリポソーム結合領域はバ
チルスズブチリスにおいて強い発現を行いうる型のもの
であることが肯首される。
このことはプロモーター検索ベクターに本発明のプロモ
ータ一部分を含むDNA断片を挿入した場合、そのクロ
ラムフェニコール耐性遺伝子(クロラムフェニコールア
セチルトランスフェラーセ遺伝子)を発現させ合成培地
で100μυ完の該抗生物質に対する耐性を与えること
でも明らかである。
そして更にその場合、プロモーターを含む短いDNA断
片を挿入すると、クロラムフェニコールアセチルトラン
スフェラーゼはグルコース存在下でカタボライトリプレ
ノ7gンを受けることなく誘導時と同様に高いレベルで
発現し宿主バチルスズブチリスに100μg/−=tの
該抗生物質耐性を与える。またプロモーターを含む長い
DNA断片な挿入スると、クロラムフェニコールアセチ
ルトランスフェラーゼは通常発現は抑えられているがグ
ルコン酸を培地に添加することにより誘導可能であり宿
主バチルスズブチリスに100μ9//l/の該抗生物
質耐性を与え、この誘導はグルコースによるカタボライ
トリプレノクランを受けていることが示された。
上に述べたことは即ち本発明の塩基配列を使用すること
により異種遺伝子を条件に応じてカタボライトリプレノ
ンランを受けることなく構成的に発現させることも、ま
た任意の時期にグルコン酸添加により誘導的に発現させ
ることも可能であることを示すもので、遺伝子工学を用
いた物質生産上大きな意義を有するものである。
尚、本発明の塩基配列も、遺伝子に関する分子生物学の
常識に従ってその任意の部分の塩基を他のものと置換し
たり、新たに塩基を挿入したり、または削除した場合、
或は塩基配列の一部を転移させた場合に得られる誘導体
についても上に述べた本発明の効果を有する場合があり
、そのようなものは当然に本発明の範噴に入るものであ
る。
以下本発明を具体例で塾明するが本発明は何らこの例に
限定されるものではない。
実施例1(バチルスズブチリスのグルコン酸オペロンの
クローニング) バチルスズブチリスM 168 (trpC2)株(オ
ハイオ大学バチルスストックセンター保存昧:保存番号
IAI)肉汁培地(Difco社製ニー−トリエンドブ
ロス)2gを用い37℃で15時間培養した後集菌し、
Sa i to−Mi uraの方法(HoSaito
K−10Miura Biochim、Biophys
、Acta 72619(1963) )に従い5ff
19の精製DNAを得た。このffffDNAを更にセ
シウムクロライド密度勾配遠心で精製し、そのうち5μ
りを10単位の制限ヌクレアーゼEcoRI(宝酒造袈
)を用い37℃6時間の反応で完全に切断した。この反
応系の組成は100 mM )リスHCI (pH7、
5)  +  7 mM MgCl2+50 mM N
aC1、7mM 2−メルカプトエタノール。
0.01 %ウシ血清アルブミンである。
反応物をフェノール抽出、エタノール沈殿で精製し、こ
のものを、他方において同様にEc o RIで切断し
ておいたファージφ105DNA(5μり)とT4リガ
ーゼ(全酒造製)による結合反応を行なわせた。この結
合反応にはT4リガーゼIQ単位を用いた。この反応系
の組成は66mM)’Jスス−−ICd(pH7,6)
 、 6.6mMM9C12,10mMジチオスライト
ール、 1 mMATPである。反応は15℃で4時間
行った。このようにして得られた組換え体ファージを用
いて、次にバチルスズブチリスの形質転換を行った。宿
主菌としてはグルコン酸オペロンが欠失した変異株(G
nt  )であるバチルスズブチリス61656株(F
EBMP−7834)を用いた。組換え体ファージによ
る形質転換にさきだって、まずファージφ105を61
656株に感染させ該ファージが溶原化した61656
株を得た。この溶原菌の、コンピテント細胞を5ait
oらの方法(H,5aitoらJ、Gen、Appl、
Hicrobiol、7243(1961))に従って
調製し前に述べた組み換え体ファージDNAを用いて形
質転換を行った。この方法の詳細については筒材によっ
て紹介されている(筒材富士夫蛋白質 核酸 酵素 2
6469(1981))。
この形質転換によって250株のグルコン酸資化性株(
Gnt+)が得られた。この形質転換株のひとつである
616560P株(FEBM P−7835)からマイ
トマイシンCによりファージを誘発し該ファージを用い
て新たに該ファージが溶原化されている61656株を
造成したところ全てグルコン酸資化性(Gnt+)  
となった。該株(61656(φ105Gnt”)]の
グルコン酸キナーゼとグルコン酸パーミアーゼの活性を
表−1に示した通りである。
グルコン酸キナーゼおよびグルコン酸パーミアーゼの活
性はそれぞれBergmeyer  らの方法(HlU
、Bergmeyer f Methods of E
nzymaticAnalysis 457頁Acad
emic Press (1974))およびDowd
sらの方法(B、DowdsらBiochim。
Biophys、Acta 54118(1978) 
 )に従った。
木表から該形質転換株ではグルコン酸中ナーゼおよびグ
ルコン酸パーミアーゼ活性を誘導できていることが明ら
かである。
このことからグルコン酸キナーゼおよびグルコン酸パー
ミアーゼの構造遺伝子およびその発現調節遺伝子即ちグ
ルコン酸オペロンとそのプロモーターはここで得られた
φ105 Gnt十中にクローニングされていることが
明らかである。
61656(Gnt)   1   1    1  
   1由活性は61656(Gnt  )の誘導のな
い場合を1として相対値で示した。
誘導は10 mMグルコン酸添加で行った。培地は実施
例3に記したものと同じであるがグルコースは添加しな
かった。
実施例2(制限エンドヌクレアーゼてよる切断地図の作
製および塩基配列の決定) 実施例1で得られた616560P(φ105Gnt+
)力ちφ105 Gn t+ファージDNAを調製し、
常法に従い制限エンドヌクレアーゼEco凡工で切断し
てアガロースゲル電気泳動でその切断パターンを調べた
対照としてφ105 ファージDNAを同様にEC0R
Iで切断したものを用いた。その結果的7 Kb のE
coRI断片にグルコン酸オペロンとそのプロモーター
がクローニングされていることが判明したのでその制限
エンドヌクレアーゼ切断地図を作成した。その切断地図
は第1図忙示す。更に本図中に示すHind ■の約4
.5KbのDNA断片VCり/L/ =ffン酸オペロ
ンとそのプロモーターが存在することが明らかとなった
のでMa x am−Gi l b e r tの方法
に従い該DNA断片の塩基配列を決定した。その結果は
特許請求の範囲に示すものである。この結果を模式的に
示したものが第2図である。本図かられかる通りこの塩
基配列にはプロモーターおよび蛋白質をコードする4つ
のオープンリーディングフレームが存在する。このこと
からグルコン酸オペロン中にはグルコン酸キナーゼ、グ
ルコン酸パーミアーゼの他に2つの調節のための蛋白が
コードされることが明らかとなった。
lUi例3(グルコン酸オペロンのプロモーター近傍の
DNA断片による異種遺伝子の発 現の検討) プロモーターを含むDNA断片を挿入することによりク
ロラムフェニコール耐性遺伝子(クロラムフェニコール
アセチルトランスフェラーゼ遺伝子)を発現させるプロ
モーター検索ベクターpPL603B(クローニング部
位はBamHI )を用いて異種遺伝子の発現の検討を
行った。即ち制限エンドヌクレアーゼ8au3AIで部
分切断したグルコン、酸オペロンおよびそのプロモータ
ーを含むHindIII4.5kb断片より得られたS
au 3AID N A断片をpPL603B  のク
ローニング部位に挿入し常法によりT4リガーゼにより
結合した。該組換えプラスミドを用いてバチルスズブチ
リスlA423i(オ・・イオ犬学バチルスストックセ
ンター保存株)ヲChangの方法(S、Chang 
、 S、N、Cohen Mol、GenGenetl
 68 111 (1978) )に従って形質転換し
た。その結果得られた形質転換株のひとつ1821(F
ERf’vfP−7832)は約1.5 kb の挿入
DNA断片を含み、グルコン酸による誘導をかけると1
00μ9/、、/  のクロラムフェニコール耐性を与
えるがlQmMグルコース存在下ではこの誘導がおきす
カタボライトリプレッションで制御されていることが明
らかとなった。また別に得られた形質転換株IS22(
FERM P−7833)は約0.4 kbの挿入DN
A断片を含みこのものは100mMグルコース存在下で
も100μか勺のクロラムフェニコール耐性を与えるも
のであることが明らかとなった。
この結果から、本発明のグルコン酸オペロンおよびその
プロモーターを用いると、異種遺伝子を誘導的にも、ま
たカタボライトリプレッションを受けない構成的なもの
としても、目的に応じて任意に発現させることが可能と
なることが明らかである。尚、このクロラムフェニコー
ルアセチルトランスフェラーゼの発現に用いた培地組成
は、100mM 4−モルホリノプロパン硫酸カリウム
緩衝液(pH7,0) 、 10 mM硫安、5mMリ
ン酸カリウム緩衝液(pH7,0) 、 1 m〜I 
MgC(12,0,7mMCa C121503M M
n C11211μMZ n C1215pMFeC1
13,59/lカザミノ酸(Dirco)、50μり/
、t/L−)リプトファン、50μ9/mtI、−メチ
オニンでありグルコースは必要に1芯じて10または1
00 mMの濃度で添加した。また誘導物質であるグル
コン酸は10mMIfl−加した。培養は37℃で行っ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は、グルコン酸オペロンおよびそのプロモーター
を含むDNA断片の制限エンド ヌクレアーゼ切断地図である。約4.5kbのHi n
dl[断片中にグルコン酸オペロンおよびそのプロモー
ターを含む。 該部分を用いて塩基配列の決定を行っ た。 第2図は、グルコン酸オペロンおよびそのプロモーター
の模式図である。 ATrich:アデニン、チミンが多くみられる配列 −35:プロモーターの一35領域 −10:プロモーターの一10領域 SD  :リポソーム結合領域 をそれぞれ示している。 なお、Frame A、 B%C,Dは蛋白をフードし
ているオープン多−デイン グフレームを示す。 特許出願人 三井東圧化学株式会社 目  面 竿 1 目 手続補正書(方式) 昭和60年 3月r日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)バチルスズブチリスのグルコン酸オペロンの転写を
    支配するプロモーターおよびその支配下にあり、カタボ
    ライトリプレッションによりその転写が調節されるグル
    コン酸オペロンを含むDNA断片。 2)片方の鎖が以下に示す塩基配列であることを特徴と
    する特許請求の範囲第一項に記載のDNA断片。 【塩基配列があります】 3)特許請求の範囲第二項に記載した塩基配列またはそ
    の一部を塩基の置換、挿入、削除および転移することに
    より得られることを特徴とする塩基配列。
JP59221192A 1984-10-23 1984-10-23 バチルスズブチリスのグルコン酸オペロンおよびプロモ−タ− Expired - Lifetime JPH0665307B2 (ja)

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