JPS62166882A - 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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JPS62166882A
JPS62166882A JP61010618A JP1061886A JPS62166882A JP S62166882 A JPS62166882 A JP S62166882A JP 61010618 A JP61010618 A JP 61010618A JP 1061886 A JP1061886 A JP 1061886A JP S62166882 A JPS62166882 A JP S62166882A
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butanol
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clostridium
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Katsuhisa Shirai
勝久 白井
Tetsuo Miyayama
哲夫 宮山
Toshiaki Yorifuji
依藤 敏昭
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • 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
    • 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)
    • C12N9/2402Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
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    • C12N9/2434Glucanases acting on beta-1,4-glucosidic bonds

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Abstract

(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】 〔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およびこれを利用
するブタノールの製法に関し、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と該微生物を用い
てブタノールを製造する方法に関する。
〔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ちのではない。
〔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−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。
すなわち本発明は第1に、クロストリジウム・サーモセ
ラム由来の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を
提供するものであり、本発明の第2は、該形質転換株を
セルロースを含む培地に培養してブタノールを製造する
方法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
モ上ラムC−2フ株(FERM  P−7451) 、
同C−315株(FERM  P−7872)、同A 
T CC27405株。
同A T CC31924株、同C−2719株(FE
RMP−8275)等がある。
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−258株(FERM  P−8273)、同B−
6957株(FERM  P−8071)、同CB−1
666株(FERM  P−8274)、同ATCC7
956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,5aitoとに、Miura。
Biochim、 Biophys、 Acta、 7
2+ 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、、 168.11H1979)) 、コンピテ
ント・セル法(たとえばG、0.Humphreysら
、Transformation。
197B、 PP−254,Cotswold Pre
ss(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、セルロース自体のばか
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重世%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グ微生
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pl+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、ブタノールを蒸留、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、発酵槽の冷却コス仝。
ト低減、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・サーモ上ラムC−2フ株(FERM
  P−7451)を21の0M3培地(セロビオース
5g、酵母エキス2 g 、 (NI14)2SO41
,3g / 1 、 KH2PO4’ 1.5 g 、
 K2HPO4・3H!02.9g、 MgCLz・6
)120 1g、 CaC1z  150mg、 Fe
SO4・7Hz0 1.25mg、システィン塩酸塩5
00mg、  レサズリンナトリウム2■を耽水11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30m2
のTEN (20mM  )リス塩酸塩。
20mM NaC1,1mM EDTA、 pH7,5
)に懸濁し、10mg/ m lのリゾチームを2m6
添加後、0℃で20分間保持した。次いで、これに10
%SDSを2ml加え、ゆるやかに混合したのちフェノ
ール3 Q m I!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5 Qmj!を
加えて染色体DNAを系状沈でんとして回収した。
得られた沈でんをS S C(0,15M  NaC1
,0,015Mクエン酸ナトリウム)の10倍希釈液2
0mβに溶解し、10倍濃度のSSCを2m1l加えて
粗DNA溶液を得た。この溶液にRNaseA(シグマ
社製)を50Mg / m lとなるように加えて37
℃で30分間処理してRNA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
、5SCIO倍希釈液10m1に溶かし、12時間同S
SC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5 m lの0M
3培地に接種し、60°Cにて1日間培養した。培養液
1m6をCM3S培地(0M3培地にショ糖50■/m
7!を添加したもの)に移し、60°Cで12時間保持
した。次いで、遠心分離により集菌後、1mj?のSM
MCM3培地(0M3培地に0.5 M  ショte、
  20mM  ?レイン酸、20mM  MgC1z
を添加したもの)に懸濁し、200μg / m lの
リゾチームを50μl加え、60℃で30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SM
MCM3′!Lk、濁液1 m /lを得た。
このプロトプラスト懸濁液0.5mff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DN
Aを1μg/ m j2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、
20 mM  マレイン酸、  2 Q m M  M
gChを溶かしたの)を0.5m6加え、60℃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 lに懸濁し、こ
れをCM3セルロース寒天平板(0M3培地のうちセロ
ビオースをセルロースパウダーを二変え、寒天30g/
βを加えた平板)上に塗布して60°C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主脅するコロニーが
CM3セルロース寒天寒天上板上平板あたり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DN ase処理(10
μg/mj!のDN ase 1(シグマ社製) 、 
 20 mM  MgC1zで37°C230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
ース寒天寒天上板上ロニーを生じなかった。
集積培養 天子板上に塗布し、嫌気条件下60℃にて3日間保持し
た。平板上に生じた形質転換株のコロニーを純粋分離し
た。これらの形質転換株を0M3セルロース培地(CM
3培地のうちセロ♂f −X yiウダーに変えたもの
)に接種し、嫌気条件下60°C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(を旦体:クロモソル)101゜ガラスカ
ラム:2m温度:190°C)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、0M3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として野託されている。
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(
FERM  P−8273)と全く同一の菌学的性質を
有している。
実施例2 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CaC0z 5%を添加したCM3培地培地
5妊l菌し、l Om(!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 実施例2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
上ラムC−2フ株(FERM  P−7451)を用い
、培養日数を10日間としたこと以外は実施例2と同様
に行なった。結果を第2表に示す。
比較例2 実施例2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
上ラムC−2フ株(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
、かつ培地にメチグルビオロゲンを5μg / m 1
添加し、培養日数を10日間としたこと以外は実施例2
と同様に行なった。
結果を第2表に示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)クロストリジウム・サーモセラム由来の遺伝子が
    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。
  2. (2)クロストリジウム・サーモセラム由来の遺伝子が
    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をセルロースを含む培
    地に培養することを特徴とするブタノールの製法。
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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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2194120A1 (en) * 2008-12-02 2010-06-09 Total S.A. Bioprocessing ligno-cellulose into ethanol with recombinant clostridium
JP2011529522A (ja) * 2008-07-29 2011-12-08 アルケマ フランス 再生可能な材料からのグラフト化ポリエチレンの製造、得られるポリエチレン、およびその使用
US9249431B2 (en) 2008-02-28 2016-02-02 Green Biologics Limited Production process

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