PL178040B1 - Method of recombining and host cell for producing xylythol - Google Patents

Method of recombining and host cell for producing xylythol

Info

Publication number
PL178040B1
PL178040B1 PL93308742A PL30874293A PL178040B1 PL 178040 B1 PL178040 B1 PL 178040B1 PL 93308742 A PL93308742 A PL 93308742A PL 30874293 A PL30874293 A PL 30874293A PL 178040 B1 PL178040 B1 PL 178040B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
xylitol
arabitol
host
dehydrogenase
yeast
Prior art date
Application number
PL93308742A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL308742A1 (en
Inventor
Anu M. Harkki
Andrey N. Myasnikov
Juha H. A. Apajalahti
Ossi A. Pastinen
Original Assignee
Xyrofin Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xyrofin Oy filed Critical Xyrofin Oy
Publication of PL308742A1 publication Critical patent/PL308742A1/en
Publication of PL178040B1 publication Critical patent/PL178040B1/en

Links

Classifications

    • 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
    • C12N9/0004Oxidoreductases (1.)
    • C12N9/0006Oxidoreductases (1.) acting on CH-OH groups as donors (1.1)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/18Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic polyhydric
    • 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
    • C12N15/11DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
    • C12N15/52Genes encoding for enzymes or proenzymes
    • 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
    • C12N9/10Transferases (2.)
    • C12N9/1022Transferases (2.) transferring aldehyde or ketonic groups (2.2)
    • 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
    • C12N9/10Transferases (2.)
    • C12N9/12Transferases (2.) transferring phosphorus containing groups, e.g. kinases (2.7)
    • C12N9/1241Nucleotidyltransferases (2.7.7)
    • 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
    • C12N9/90Isomerases (5.)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)

Abstract

Novel methods for the synthesis of xylitol are described.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ksylitolu przez zrekombinowanego gospodarza na drodze genetycznego modyfikowania natywnego organizmu, prowadzenia hodowli tego organizmu, oraz izolowania ksylitolu, polegający na tym, że:The subject of the invention is a method of producing xylitol by a recombinant host by genetically modifying a native organism, cultivating this organism, and isolating xylitol, which consists in:

(a) drobnoustrojowego gospodarza produkującego arabitol transformuje się DNA kodującym dehydrogenazę D-arabitolu (EC 1.1.1.11) i ewentualnie DNA kodującym dehydrogenazę ksylitolu (EC 1.1.1. 9);(a) the arabitol-producing microbial host is transformed with DNA encoding D-arabitol dehydrogenase (EC 1.1.1.11) and optionally with DNA encoding xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1. 9);

(b) hoduje się zrekombinowanego gospodarza z etapu (a) wykorzystując jako źródło węgla D-heksozy takie jak: glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza lub ich mieszaniny, lub polimer lub oligomer zawierający takąD-heksozę, lub D-arabitol, etanol lub glicerol, uzyskując jako produkt ksylitol; oraz (c) wydziela się ksylitol wytworzony w etapie (b).(b) culturing the recombinant host of step (a) using D-hexose as carbon source such as: glucose, fructose, galactose, mannose or mixtures thereof, or a polymer or oligomer containing such D-hexose, or D-arabitol, ethanol or glycerol to give xylitol as the product; and (c) isolating the xylitol produced in step (b).

Korzystnie arabitol stanowi związek pośredni w wymienionej drodze przemian.Preferably, arabitol is an intermediate in said pathway.

Również korzystnie, natywnego gospodarza stanowią drożdże wytwarzające arabitol lub grzyb wytwarzający arabitol.Also preferably, the native host is an arabitol-producing yeast or an arabitol-producing fungus.

W kolejnym korzystnym wykonaniu wynalazku w gospodarzu inaktywuje się aktywność D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17), i ewentualnie inaktywuje się aktywność transketolazy (EC 2.2.1.1) gospodarza.In a further preferred embodiment of the invention, the D-xylulokinase activity (EC 2.7.1.17) is inactivated in the host, and optionally the transketolase activity (EC 2.2.1.1) of the host is inactivated.

Jeszcze bardziej korzystnie inaktywuje się aktywność trαnpketslazy (EC 2.2.1.1) i D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) gospodarza.Even more preferably, the activity of the host trαnpketslase (EC 2.2.1.1) and D-xylulokinase (EC 2.7.1.17) is inactivated.

Stosowane w sposobie według wynalazku drożdże wybrane sąz grupy obejmującej Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha, Torulopsis canaiaα, Pichia farinosa i Tozuloppsrα hansenii, a grzyby wybrane sąz grupy obejmującej Dendryohiella salina i Schizophyllum commune. Bardziej korzystnie jako drożdże stosuje się Zygosaccharomyces rouxii.The yeasts used in the method of the invention are selected from the group consisting of Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha, Torulopsis canaiaα, Pichia farinosa and Tozuloppsrα hansenii, and the fungi are selected from the group consisting of Dendryohiella salina and Schizophyllum commune. More preferably, Zygosaccharomyces rouxii is used as the yeast.

Przedmiotem wynalazku jest także zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy charakteryzujący się tym, żejest zdolny do produkcji ksylitolu wykorzystując jako źródło węgla D-heksozy takie jak: glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza, lub ich mieszaniny, lub polimer lub oligomer zawierający takąD-heksozę, lub D-arabitol, etanol lub glicerol, transformowany DNA, kodujący dehydrogenazę D-arabitolu (EC 1.1.1.11) i ewentualnie DNA, . kodujący dehydrogena178 040 zę ksylitolu (EC 1.1.1.9). Korzystnie, w tak zrekombinowanym gospodarzu według wynalazku aktywność D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17), oraz ewentualnie aktywność transketolazy (EC 2.2.1.1) została zinaktywowana.The invention also relates to a recombinant microbial host, characterized in that it is capable of producing xylitol using D-hexose as a carbon source, such as: glucose, fructose, galactose, mannose, or mixtures thereof, or a polymer or oligomer containing such D-hexose or D- arabitol, ethanol or glycerol, transformed DNA, encoding D-arabitol dehydrogenase (EC 1.1.1.11) and optionally DNA,. encoding dehydrogen 178,040 xylitol (EC 1.1.1.9). Preferably, in such a recombinant host according to the invention, the activity of D-xylulokinase (EC 2.7.1.17), and possibly the activity of transketolase (EC 2.2.1.1) has been inactivated.

Najbardziej korzystnie gospodarz drobnoustrojowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że aktywności D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) i transketolazy (EC 2.2.1.1) zostały zinaktywowane.Most preferably, the microbial host according to the invention is characterized in that the activities of D-xylulokinase (EC 2.7.1.17) and transketolase (EC 2.2.1.1) have been inactivated.

Korzystnie zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy charakteryzuje się tym, że jako natywnego gospodarza drobnoustrojowego wykorzystuje się drożdże wytwarzające arabitol lub grzyb wytwarzający arabitol, a jeszcze bardziej korzystnie jest, gdy drożdże wybrane są z grupy obejmującej Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha, Torulopsis candida, Pichia farinosa i Torulospora hansenii, a grzyby wybrane są z grupy obejmującej Dendryphiella salina i Schizophyllum commune. Najbardziej korzystnie, drożdże stanowi Zygosaccharomyces rouxii.Preferably the recombinant microbial host is characterized in that arabitol-producing yeast or arabitol-producing fungus is used as the native microbial host, and even more preferably the yeast is selected from the group consisting of Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha, Torulopsis candida, Pichulospora hansenii and Pichulospora hansenii. and the mushrooms are selected from the group consisting of Dendryphiella salina and Schizophyllum commune. Most preferably, the yeast is Zygosaccharomyces rouxii.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania ksylitolu przez gospodarza drobnoustrojowego na drodze genetycznego modyfikowania natywnego organizmu, prowadzenia hodowli tego organizmu, oraz izolowania ksylitolu, charakteryzujący się tym, że (a) hoduje się drobnoustrojowego gospodarza transformowanego genem kodującym dehydrogenazę ksylitolową (EC 1.1.1.9); dyhydrogenezę D-glukozo-6-fosforanową (eC 1.1.1.44), 3-epimerazę D-rybulozo-5-fosforanową (EC 5.1.3.1) i/lub D-rybulokinazę (2.7.1.47), wykorzystując jako źródło węgla D-heksozy takie jak: glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza, lub ich mieszaniny, lub polimer lub oligomer zawierający taką D-heksozę, lub D-arabitol, etanol lub glicerol, uzyskując jako produkt ksylitol; oraz (b) wydziela się ksylitol wytworzony w etapie (a). Korzystnie jako gospodarza drobnoustrojowego stosuje się gospodarza z inaktywowaną aktywnością transketolazy (EC 2.2.1.1), i ewentualnie z inaktywowaną aktywnością ksylulokinazy (EC 2.7.1.17). Jeszcze bardziej korzystnie jako gospodarza drobnoustrojowego stosuje się gospodarza transformowanego genem kodującym niespecyficzną fosfatazę katalizującą defosforylację D-ksylulozofosforanu do D-ksylulozy.The invention also relates to a method of producing xylitol by a microbial host by genetically modifying a native organism, cultivating this organism, and isolating xylitol, characterized in that (a) the microbial host transformed with a gene encoding xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) is cultivated; D-glucose-6-phosphate dyhydrogenesis (eC 1.1.1.44), D-ribulose-5-phosphate 3-epimerase (EC 5.1.3.1) and / or D-ribulokinase (2.7.1.47) using D-hexose as carbon source such as: glucose, fructose, galactose, mannose, or mixtures thereof, or a polymer or oligomer containing such D-hexose, or D-arabitol, ethanol or glycerol, yielding a xylitol product; and (b) isolating the xylitol produced in step (a). Preferably, a host with inactivated transketolase activity (EC 2.2.1.1), and optionally with an inactivated xylulokinase activity (EC 2.7.1.17) is used as the microbial host. Even more preferably, the microbial host is a host transformed with a gene encoding a non-specific phosphatase catalyzing the dephosphorylation of D-xylulose phosphate to D-xylulose.

Następnym przedmiotem wynalazku jest także zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy zdolny do produkcji ksylitolu wykorzystując jako źródło węgla D-heksozy takie jak: glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza, lub ich mieszaniny, albo polimer lub oligomer zawierający taką D-heksozę, albo etanol lub glicerol, transformowany genem kodującym dehydrogenazę ksylitolową (EC 1.1.1.9), dehydrogenazę D-glukozo-6-fosforanową (EC 1.1.1.49), dehydrogenazę 6-fosfo-D-glukonianową (EC 1.1.1.44), D-rybulozo-5-fosforano-3-epimerazę (EC 5.1.3.1), i/lub D-rybulokinazę (EC 2.7.1.47). W korzystnej odmianie wynalazku w zrekombinowanym gospodarzu drobnoustrojowym aktywność transketolazy (EC 2.2.1.1) została zinaktywowana, lub ewentualnie aktywności D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) została zinaktywowana.A further object of the invention is also a recombinant microbial host capable of producing xylitol using as a carbon source D-hexoses such as: glucose, fructose, galactose, mannose, or mixtures thereof, or a polymer or oligomer containing such D-hexose, or ethanol or glycerol, transformed gene coding for xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9), D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49), 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.44), D-ribulose-5-phosphate-3 epimerase (EC 5.1.3.1), and / or D-ribulokinase (EC 2.7.1.47). In a preferred embodiment of the invention, the transketolase activity (EC 2.2.1.1) has been inactivated in the recombinant microbial host, or optionally the D-xylulokinase activity (EC 2.7.1.17) has been inactivated.

Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy korzystnie charakteryzuje się tym, że gospodarz ten jest transformowany genem kodującym niespecyficzną fosfatazę katalizującą defosforylację D-ksylulozofosforanu do D-ksylulozy.The recombinant microbial host is preferably characterized in that the host is transformed with a gene encoding a non-specific phosphatase catalyzing the dephosphorylation of D-xylose phosphate to D-xylulose.

W związku z tym wynalazek dostarcza sposobu wytwarzania ksylitolu, zgodnie z którym przygotowuje się nowy i nieznany szczep drobnoustrojowy, zmodyfikowany metodami inżynierii genetycznej wytwarzający taki ksylitol albo de novo lub w zwiększonych ilościach w porównaniu z rodzimym drobnoustrojem nie zmodyfikowanymi metodami inżynierii genetycznej. Nowa droga przemian metabolicznych zostaje wbudowana metodami inżynierii genetycznej do drobnoustroju, w wyniku czego następuje wytwarzanie de novo lub w zwiększonych ilościach ksylitolu przez taki drobnoustrój. Nowa droga modyfikuje drogę biosyntezy i/lub metabolizmu D-arabitolu poprzez wydłużenie występującej wcześniej drogi biosyntezy D-arabitolu o dodatkowe etapy wykorzystania D-arabitolu, poprzez wprowadzenie i nadekspresję genów kodujących dehydrogenazę D-arabitolową wytwarzającą D-ksylulozę (EC 1.1.1.11) i dehydrogenazę ksylitolową (EC 1.1.1.9) do drobnoustroju wytwarzającego D-arabitol. Dzięki temu drobnoustrój wytwarza ksylitol w wyniku fermentacji źródeł węgla, które niemodyfikowany drobnoustrój wykorzystuje do biosyntezy D-arabitolu.Accordingly, the invention provides a method for the production of xylitol, according to which a new and unknown microbial strain is prepared which is genetically engineered to produce such xylitol either de novo or in increased amounts compared to a native non-genetically engineered microorganism. The new metabolic pathway is incorporated by genetic engineering into a microorganism, resulting in de novo or increased xylitol production by the microorganism. The new route modifies the D-arabitol biosynthesis and / or metabolism pathway by extending the previously existing D-arabitol biosynthetic pathway with additional steps in the utilization of D-arabitol, by introducing and overexpressing genes encoding D-arabitol dehydrogenase producing D-xylulose (EC 1.1.1.11) and xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) to a microorganism producing D-arabitol. As a result, the microorganism produces xylitol by fermenting carbon sources which the unmodified microorganism uses for the biosynthesis of D-arabitol.

178 040178 040

W korzystnej realizacji sposobu wedbig wynalazku aby zablokować drogę metaboliczną jest zużywana D-ksyloza w reakcji D-ksylokinazy i transketolazy inaktywuje się aktywność D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) gospodarza, lub też inaktywuje się aktywność transketolazy (EC 2.2.1.1.) gospodarza.In a preferred embodiment of the method of the present invention, D-xylose is consumed in order to block the metabolic pathway by a reaction of D-xylokinase and transketolase inactivating the D-xylulokinase activity (EC 2.7.1.17) of the host or inactivating the transketolase activity (EC 2.2.1.1.) Of the host .

Wynalazek dostarcza zatem sposób wytwarzania ksylitolu z wykorzystaniem nowych drobnoustrojów wspomnianych powyżej, przy czym zgodnie z tym sposobem wykorzystuje się powyższą zmodyfikowaną drogę biosyntezy D-arabitolu, która to droga została dodatkowo zmodyfikowana poprzez zdezaktywowanie w wyniku wywołanej chemicznie mutagenezy lub rozpadu genowego genu kodującego transketolazę (EC 2.2.1.1) lub genu kodującego D-ksylulokinazę (EC 2.7.1.17) w takich drobnoustrojach.The invention thus provides a method for the production of xylitol using the novel microorganisms mentioned above, the method using the above modified D-arabitol biosynthetic pathway, which pathway has been further modified by inactivation by chemically induced mutagenesis or decay of the gene encoding transketolase (EC 1.1) or the gene encoding D-xylulokinase (EC 2.7.1.17) in such microorganisms.

Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się drożdże wybrane z grupy obejmującej Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha, Torulopsis candida, Pichia farinosa i .Torulaspora hansenii, a grzyby wybrane z grupy obejmującej Dendryphiella salina i Schizophyllum commune. Szczególnie korzystnie jako drożdże stosuje się Zygosaccharomyces rouxii.Preference is given to using yeasts selected from the group consisting of Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha, Torulopsis candida, Pichia farinosa and .Torulaspora hansenii in the process of the invention, and fungi selected from the group consisting of Dendryphiella salina and Schizophyllum commune. Zygosaccharomyces rouxii is used particularly preferably as the yeast.

Dostarczane przez wynalazek komórki gospodarza są zdolne do wytwarzania ksylitolu, gdy hodowane sąna źródłach węgla innych niż D-ksyluloza lub D-ksyloza, oraz innych niż polimery lub oligomery albo ich mieszaniny. Źródła węgla wykorzystywane przez komórki gospodarze według wynalazku są tanie i łatwo dostępne. Drobnoustroje według wynalazku są również zdolne do wydzielania zsyntetyzowanego ksylitolu do hodowli. Cel ten osiąga się poprzez modyfikację metabolizmu pożądanego drobnoustroju, najczęściej występującego w przyrodzie drobnoustroju drożdżowego, w wyniku wprowadzenia i wywołania ekspresji pożądanych genów heterologicznych. Cel ten osiąga się również poprzez dalszą modyfikację metabolizmu takich pożądanych drobnoustrojów, tak aby wywołać nadekspresję i/lub zdezaktywować aktywność lub ekspresję pewnych genów homologicznych dla takich drobnoustrojów w stanie rodzimym.Host cells provided by the invention are capable of producing xylitol when grown on carbon sources other than D-xylulose or D-xylose, and other than polymers or oligomers or mixtures thereof. The carbon sources used by the host cells of the invention are cheap and readily available. The microorganisms of the invention are also capable of secreting the synthesized xylitol into culture. This goal is achieved by modifying the metabolism of the desired microorganism, the most common naturally occurring yeast microorganism, by introducing and inducing expression of the desired heterologous genes. This object is also achieved by further modifying the metabolism of such desired microorganisms so as to overexpress and / or inactivate the activity or expression of certain genes homologous to such microorganisms in the native state.

W korzystnym zmodyfikowanym zrekombinowanym gospodarzu drobnoustrojowym według wynalazkujest zinaktywowana aktywność D-ksylulokinazy (EC 2..7.1.17), bądź też jest zinaktywowana aktywność transketolazy (EC 2.2.1.1.), lub też są zinaktywowane aktywności D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) oraz transketolazy (EC 2.2.1.1).In a preferred modified recombinant microbial host according to the invention, D-xylulokinase activity is inactivated (EC 2..7.1.17), or transketolase activity is inactivated (EC 2.2.1.1.), Or D-xylulokinase activities are inactivated (EC 2.7.1.17). ) and transketolases (EC 2.2.1.1).

Na fig. 1 przedstawiono mapę restrykcyjną insertu w plazmidzie pARL2. Jest to insert z locus chromosomowego Klebsiella terrigena Phpl, zawierający gen dehydrogenazy D-arabitolu K. terrigena. Otwarta ramka oznacza chromosomowy DNA K. terrigena. Strzałkami zaznaczono miejsce i kierunek genu dehydrogenazy D-arabitolowej (EC 1.1.1.11) w tym DNA.Fig. 1 shows the restriction map of the insert in the pARL2 plasmid. This is an insert from the chromosomal Klebsiella terrigena Phpl locus containing the K. terrigena D-arabitol dehydrogenase gene. The open box represents the chromosomal DNA of K. terrigen. Arrows indicate the location and direction of the D-arabitol dehydrogenase gene (EC 1.1.1.11) in this DNA.

Na fig. 2 przedstawiono konstrukcję pYARD z pADH i pAAH5. Na diagramach plazmidów linią pojedynczą(-) zaznaczono sekwencje bakteryjne; linią pofalowaną zaznaczono 2μΜ. DNA z S.cerevisiae; otwartą strzałką (=> ) zaznaczono promotor ADCI (gen ADCI kodujący dehydrogenazę alkoholową S. cerevisiae lub ADCI poprzednio oznaczany był jako AD HI); pustym rombem (0 ) zaznaczono terminator transkrypcyjny ADCI; blok prostokątny oznacza gen LEU2; a strzałką zakreskowaną zaznaczono gen dehydrogenazy D-arabitolowej.Figure 2 shows the pYARD construction with pADH and pAAH5. In the plasmid diagrams, bacterial sequences are marked with a single line (-); the wavy line is marked with 2μΜ. DNA from S.cerevisiae; the open arrow (=>) indicates the ADCI promoter (ADCI gene encoding S. cerevisiae alcohol dehydrogenase or ADCI previously was designated AD HI); the empty diamond (0) indicates the ADCI transcription terminator; the rectangular block represents the LEU2 gene; the dashed arrow indicates the D-arabitol dehydrogenase gene.

Na fig. 3 przedstawiono konstrukcję plazmidu pJDB(AX)-16. XYL2 oznacza gen dehydrogenazy ksylitolowej z Pichia stipitis. dalD oznacza gen dehydrogenazy D-arabitolowej. ADCI oznacza obszar regulacji transkrypcyjnej (promotor) genu ADCI, poprzedzający sekwencję kodującą dalD i połączony z nią funkcjonalnie. Symbole nie majątego samego znaczenia co na fig. 4. Na diagramach plazmidu liniąpojedynczą(-) zaznaczono sekwencje bakteryjne i 2 pm. DNA, gdy to zaznaczono; zamkniętą strzałką oznaczono promotor ADC1; zaciemnionym rombem ( 0 ) zaznaczono terminator transkrypcyjny ADCI; blok prostokątny oznacza gen markera LEU2; strzałką zakreskowaną zaznaczono gen XYL2; a prostokąt zablokowany oznacza gen dalD.Figure 3 shows the construction of the plasmid pJDB (AX) -16. XYL2 is the Pichia stipitis xylitol dehydrogenase gene. dalD is the D-arabitol dehydrogenase gene. ADCI designates the transcriptional regulation region (promoter) of the ADCI gene preceding and operably linked to the dalD coding sequence. The symbols have the same meaning as in Figure 4. In the plasmid diagrams, bacterial and 2 pm sequences are marked with a single line (-). DNA when marked; the closed arrow marks the ADC1 promoter; the shaded diamond (0) indicates the ADCI transcription terminator; the rectangular block represents the LEU2 marker gene; the shaded arrow indicates the XYL2 gene; and the locked rectangle represents the dalD gene.

Na fig. 4 przedstawiono konstrukcję wektora wrzecionowego pSRT(AX)-9 z E.coli-Z. Rouxii. Symbole mają to samo znaczenie co na fig. 3.Fig. 4 shows the construction of the E.coli-Z spindle vector pSRT (AX) -9. Rouxii. The symbols have the same meaning as in Fig. 3.

Na fig. 5 przedstawiono mapę restrykcyjną klonowanego fragmentu rDNA T. candida.Figure 5 shows the restriction map of the cloned T. candida rDNA fragment.

Na fig. 6 przedstawiono konstrukcję plazmidu pTC(AX)Fig. 6 shows the construction of the pTC (AX) plasmid

Na fig. 7 przedstawiono mapę restrykcyjną klonowanego fragmentu rDNA T. candida.Figure 7 shows the restriction map of the cloned T. candida rDNA fragment.

Na fig. 7a przedstawiono konstrukcję plazmidu pCPU(AX).Fig. 7a shows the construction of the pCPU (AX) plasmid.

178 040178 040

Na fig. 8 przedstawiono klonowanie ZWF1 i genu gnd.Figure 8 shows the cloning of ZWF1 and the gnd gene.

Na fig. 8a przedstawiono konstrukcję plazmidu PAAH(gnd).Figure 8a shows the construction of the PAAH (gnd) plasmid.

Na fig. 9 przedstawiono konstrukcję plazmidu pSRT(ZG).Fig. 9 shows the construction of the pSRT (ZG) plasmid.

Na fig. 10 przedstawiono hodowlę szczepu Z. rouxii ATCC 13356 [pSRT(AX)-09] w fermentatorze.Fig. 10 shows the cultivation of Z. rouxii ATCC 13356 [pSRT (AX) -09] in a fermentor.

Na fig. U przedstawiono hodowlę mutanta pochodzącego ze szczepu Z.rouxii ATCC 13356 [pSRT(AX)-09] w fermentatorze.Figure U shows the cultivation of the mutant derived from the Z.rouxii ATCC 13356 strain [pSRT (AX) -09] in a fermentor.

I. DefinicjeI. Definitions

W poniższym opisie powszechnie używa się szereg terminów wykorzystywanych w technologii zrekombinowanego DNA. Aby zapewnić klarowne i jednoznaczne zrozumienie opisu i zastrzeżeń, w tym również zakres tych terminów, poniżej podano odpowiednie definicje.In the following description, a number of terms used in recombinant DNA technology are commonly used. To ensure a clear and unambiguous understanding of the description and claims, including the scope of these terms, the relevant definitions are provided below.

Źródło węgla inne niż ksyloza lub ksyluloza. W użytym znaczeniu określenie „źródło węgla inne niż ksyloza lub ksyluloza” oznacza substrat węglowy do wytwarzania ksylitolu inny niż D-ksyloza i D-ksyluloza, ich polimery lub oligomery albo ich mieszaniny (takie jak ksylan i hemiceluloza). Źródło węgla korzystnie podtrzymuje wzrost genetycznie zmodyfikowanych metodami inżynierii genetycznej drobnoustrojowych komórek gospodarzy według wynalazku, oraz fermentację w gospodarzach drożdżowych. Wiele tanich i łatwo dostępnych związków można zastosować jako źródło węgla do wytwarzania ksylitolu w drobnoustrojowych komórkach gospodarzach według wynalazku, w tym D-glukozę i różne syropy zawierające D-glukozę oraz mieszaniny D-glukozy z innymi cukrami. Określenie to obejmuje również inne cukry przyswajane przez gospodarzy według wynalazku translacji z uwagi na obecność translacyjnych kodonów stopu w sekwencji antysensownego RNA.Carbon source other than xylose or xylulose. As used herein, the term "carbon source other than xylose or xylulose" means a carbon substrate for xylitol production other than D-xylose and D-xylulose, polymers or oligomers or mixtures thereof (such as xylan and hemicellulose). The carbon source preferably supports growth of the genetically engineered microbial host cells of the invention and fermentation in yeast hosts. A variety of cheap and readily available compounds can be used as a carbon source for xylitol production in the microbial host cells of the invention, including D-glucose and various syrups containing D-glucose and mixtures of D-glucose with other sugars. The term also includes other sugars absorbed by the hosts of the translation invention due to the presence of translational stop codons in the antisense RNA sequence.

Określenie „komplementarny DNA” lub gen „cDNA” obejmuje zrekombinowane geny syntetyzowane np. w wyniku odwrotnej transkrypcji mRNA, w związku z czym nie zawierają one zakłócających sekwencji (intronów). Klony genowe z genomowego DNA będą zazwyczaj zawierać introny.The term "complementary DNA" or the gene "cDNA" includes recombinant genes synthesized, for example, by reverse transcription of mRNA, and therefore do not contain interfering sequences (introns). Gene clones from genomic DNA will typically contain introns.

Nośnik klonowania. Plazmidowy lub fagowy DNA albo inna sekwencja DNA zdolna do przenoszenia informacji genetycznej, w szczególności DNA, w komórce gospodarzu. Nośnik klonowania często charakteryzuje się tym, że zawiera jedno lub niewielką liczbę miejsc rozpoznawania przez endonukleazę, w których takie sekwencje DNA mogą być rozcinane w ustalony sposób bez utraty zasadniczej funkcji biologicznej nośnika i do których można włączać wymagane DNA w tym celu, aby wywołać jego klonowanie w komórce gospodarzu. Nośnik klonowania może ponadto zawierać marker przydatny do wykorzystania przy identyfikacji komórek transformowanych nośnikiem klonowania, oraz źródła replikacji, które umożliwiająutrzymanie i replikację nośnika w jednym lub więcej gospodarzach prokariotycznych lub eukariotycznych. Markery dotyczą np. oporności na tetracyklinę lub oporności na ampicylinę. Określenie „wektor” używa się czasami zamiast „nośnika klonowania”. „Plazmid” jest nośnikiem klonowania, zazwyczaj kołowego DNA, który utrzymywany jest i ulega autonomicznie replikacji w co najmniej jednej komórce gospodarzu.Cloning media. Plasmid or phage DNA, or other DNA sequence capable of carrying genetic information, particularly DNA, in a host cell. A cloning medium is often characterized by having one or few endonuclease recognition sites in which such DNA sequences can be cleaved in a predetermined manner without losing the essential biological function of the carrier, and into which the required DNA can be incorporated to effect its cloning. in the host cell. The cloning medium may further include a marker useful for use in identifying cells transformed with the cloning medium, and replication sources that allow the support to maintain and replicate in one or more prokaryotic or eukaryotic hosts. The markers relate to e.g. tetracycline resistance or ampicillin resistance. The term "vector" is sometimes used in place of "cloning medium". A "plasmid" is a cloning vehicle, usually circular DNA, that is maintained and autonomously replicated in at least one host cell.

Nośnik ekspresji.. Nośnik lub wektor zbliżony do nośnika klonowania, ale który podtrzymuje ekspresję genu, w którym został on sklonowany, po przetransformowaniu do gospodarza. Klonowany gen zazwyczaj umieszcza się pod kontrolą (to znaczy w połączeniu funkcjonalnym) pewnych sekwencji kontrolnych takich jak sekwencje promotorowe, które mogą być dostarczane przez nośnik lub przez zrekombinowaną konstrukcję klonowanego genu. Sekwencje kontrolujące ekspresję będą zmieniać się w zależności od tego czy wektor przeznaczony do tego, by wytwarzać w wyniku ekspresji gen połączony funkcjonalnie w gospodarzu prokariotycznym czy w eukariotycznym, a ponadto mogą zawierać elementy transkrypcyjne takie jak elementy wzmacniacza ( w górę od sekwencji aktywacji) oraz sekwencje zakończania i/lub miejsca inicjowania i zakończania translacji.Expression vehicle. A vehicle or vector similar to the cloning medium, but which supports the expression of the gene in which it was cloned upon transformation into a host. A cloned gene is typically placed under the control (i.e., operably linked) of certain control sequences, such as promoter sequences, which may be delivered by a carrier or by recombinant construction of the cloned gene. Expression control sequences will vary depending on whether the vector intended to express a gene operably linked in a prokaryotic or eukaryotic host, and may contain transcriptional elements such as enhancer elements (upstream of the activation sequence) and sequences. translation initiation and termination sites and / or sites.

Gospodarz. Gospodarzem jest komórka, prokariotyczna lub eukariotyczna, która wykorzystywana jest jako odbiorca lub nośnik zrekombinowanego materiału.Host. The host is a cell, either prokaryotic or eukaryotic, that is used as the recipient or carrier of the recombinant material.

178 040178 040

Gospodarz według wynalazku. „Gospodarz według wynalazku” jest gospodarzem drobnoustrojowym, który z natury nie wytwarza w znacznych ilościach ksylitolu w czasie fermentacji, ze znanych źródeł węgla innych niż D-ksyloza i D-ksyluloza, ich polimery lub oligomery lub mieszaniny, ale został zmodyfikowany metodami inżynierii genetycznej, aby mógł go wytwarzać, zgodnie ze sposobami według wynalazku. „Znaczna ilość” oznacza ilość umożliwiającą wydzielanie ksylitolu w postaci czystej lub ilość, którą można łatwo zmierzyć technikami analitycznymi zazwyczaj wykorzystywanymi w analizie węglowodanów w drobnoustrojowym bulionie fermentacyjnym.The host according to the invention. An "inventive host" is a microbial host that does not inherently produce significant amounts of xylitol during fermentation, from known carbon sources other than D-xylose and D-xylulose, polymers or oligomers or mixtures thereof, but has been genetically engineered. to be able to produce it according to the methods of the invention. "Substantial amount" means an amount that allows the secretion of xylitol in pure form, or an amount that can be readily measured by analytical techniques typically employed in carbohydrate analysis in microbial fermentation broth.

Dehydrogenaza arabitolowa. Znane są dwa typy dehydrogenaz D-arabitolowych: wytwarzająca D-ksylulozę (EC 1.1.11) oraz wytwarzająca D-rybozę. Dehydrogenazy wytwarzające D-rybozę znaleziono w dzikich drożdżach i grzybach. Dehydrogenazy arabitolowe wytwarzające D-ksylulozę zostały znalezione jedynie w bakteriach. O ile nie zaznaczono inaczej, wszystkie wzmianki i odsyłacze w opisie dotyczące dehydrogenazy arabitolowej odnoszą się do dehydrogenazy arabitolowej wytwarzającej D-ksylulozę.Arabitol dehydrogenase. Two types of D-arabitol dehydrogenases are known: producing D-xylulose (EC 1.1.11) and producing D-ribose. D-ribose-producing dehydrogenases have been found in wild yeast and fungi. Arabitol dehydrogenases producing D-xylulose have only been found in bacteria. Unless otherwise stated, all references and references in the description to arabitol dehydrogenase relate to arabitol dehydrogenase producing D-xylulose.

Gałąź utleniająca drogipentoza-fosforan. Określenie „gałąź utleniająca drogi pentoza-fosforan” obejmuje tą część bocznika pentoza-fosforan, która katalizuje reakcje utleniania, takie jak reakcje katalizowane przez dehydrogenazę 6-fosforanu D-glukozy (EC 1.1.1.49) i/lub dehydrogenazę 6-fosfo-D-glukonianu (EC 1.1.1.44), w których wykorzystywane są substraty heksozowe i powstają fosforany pentoz. „Nie utleniająca” część drogi pentoza-fosforan (która również katalizuje bezpośrednie powstawanie rybozy z D-glukozy) charakteryzuje się nieutleniającymi izomeryzacjami takimi jak reakcje katalizowane przez izomerazę 5-fosforanu rybozy, D-rybulozo-5-fosforano-3-epimerazę i transaldolazę. Patrz Biological Chemistry, R.H. Mahler i i E. H. Cordes, Harper & Row, wydawcy, New York, 1966, str. 448-454.Drogipentosis-phosphate oxidizing branch. The term "oxidizing branch of the pentose-phosphate pathway" includes that part of the pentose-phosphate shunt that catalyzes oxidative reactions such as those catalyzed by D-glucose 6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49) and / or 6-phospho-D- dehydrogenase. gluconate (EC 1.1.1.44), in which hexose substrates are used and pentose phosphates are produced. The "non-oxidative" part of the pentose-phosphate pathway (which also catalyzes the direct formation of ribose from D-glucose) is characterized by non-oxidative isomerizations such as ribose-5-phosphate isomerase, D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase and transaldolase reactions. See Biological Chemistry, R.H. Mahler and and E. H. Cordes, Harper & Row, Editors, New York, 1966, pp. 448-454.

Pochodnefunkcyjne. „funkcyjnąpochodną” białka lub kwasu nukleinowego jest cząsteczka stanowiąca chemiczną lub biochemiczną pochodną otrzymaną z tego białka lub kwasu nukleinowego, która zachowuje biologiczną aktywność (funkcyjną lub strukturalną), którą charakteryzuje się rodzime białko lub kwas nukleinowy. Określenie „funkcyjna pochodna” obejmuje również „fragmenty”, „warianty”, „analogi” lub „pochodne chemiczne” cząsteczki, które zachowują pożądaną aktywność cząsteczki rodzimej.Functional derivatives. A "functional derivative" of a protein or nucleic acid is a molecule which is a chemical or biochemical derivative derived from that protein or nucleic acid and which retains the biological activity (functional or structural) that is characterized by the native protein or nucleic acid. The term "functional derivative" also includes "fragments," "variants," "analogs", or "chemical derivatives" of a molecule that retain the desired activity of the native molecule.

W opisie cząsteczkę określa się jako „chemicznąpochodną” innej cząsteczki, gdy zawiera ona dodatkowe grupy chemiczne nie stanowiące normalnie części cząsteczki. Grupy takie mogą zwiększać rozpuszczalność, absorpcję, okres biologicznego półtrwania cząsteczki itp. Grupy mogą zmniejszać toksyczność cząsteczki, eliminować lub osłabiać niepożądane działanie uboczne cząsteczki itp. Grupy zdolne do wywierania takich efektów opisane są w Remington’s Pharmaceutical Sciences (1980). Procedury sprzęgania takich grup z cząsteczką są dobrze znane.A molecule is referred to herein as a "chemical derivative" of another molecule when it contains additional chemical groups not normally included in the molecule. Such groups can increase the solubility, absorption, biological half-life of the molecule, etc. The groups can reduce the toxicity of the molecule, eliminate or attenuate an undesirable side effect of the molecule, and the like. Groups capable of exerting such effects are described in Remington's Pharmaceutical Sciences (1980). Procedures for conjugating such groups to a molecule are well known.

Fragment. „Fragment” cząsteczki takiej jak białko lub kwas nukleinowy oznacza część rodzimej genetycznej sekwencji aminokwasów lub nukleotydów, a zwłaszcza funkcyjne pochodne według wynalazku.Fragment. A "fragment" of a molecule such as a protein or nucleic acid is part of the native genetic sequence of amino acids or nucleotides, and especially the functional derivatives of the invention.

Wariant lub analog;. „Wariant” lub „analog” białka lub kwasu nukleinowego oznacza cząsteczkę zasadniczo podobną strukturalnie lub pod względem aktywności biologicznej do cząsteczki rodzimej, takąjak cząsteczka kodowana przez allel funkcyjny.Variant or analog. A "variant" or "analog" of a protein or nucleic acid means a molecule that is substantially similar structurally or biologically active to a native molecule, such as a molecule encoded by a functional allele.

II. Konstrukcja dróg przemian metabolicznych dla biosyntezy ksylitoluII. Construction of metabolic pathways for xylitol biosynthesis

Według wynalazku przeprowadza się taką manipulację dróg przemian metabolicznych drobnoustrojowego gospodarza, aby osłabić lub wyeliminować wykorzystanie węgla w innych celach niż wytwarzanie ksylitolu. Wszyscy tacy gospodarze wytwarzająksylitol w jednym etapie fermentacji. W jednym wykonaniu gospodarze według wynalazku mogą wykazywać aktywność dehydrogenazy ksylitolowej (EC 1.1.1.9) w stopniu wystarczającym do wytwarzania ksylitolu. Jednakże, jak to opisano poniżej, w tych gospodarzach, w których pożądana jest nadprodukcja dehydrogenazy ksylitolowej, zrekombinowane geny kodujące dehydrogenazę ksylitolowąmogą być transformowane do komórek gospodarzy’.According to the invention, the metabolic pathways of the microbial host are manipulated so as to impair or eliminate the use of carbon for purposes other than xylitol production. All such hosts produce xylitol in one step of fermentation. In one embodiment, the hosts of the invention may exhibit xylitol dehydrogenase activity (EC 1.1.1.9) sufficient to produce xylitol. However, as described below, in those hosts where overproduction of xylitol dehydrogenase is desired, the recombinant genes encoding xylitol dehydrogenase can be transformed into host cells'.

W praktycznej realizacji wynalazku gospodarze według wynalazku charakteryzują się zdolnością do syntetyzowania ksylitolu ze strukturalnie niezbyt podobnych źródeł węgla takichIn an embodiment of the invention, the hosts of the invention are characterized by the ability to synthesize xylitol from structurally not very similar carbon sources such as

178 040 jak D-glukoza, a nie po prostu z D-ksylozy i/lub D-ksylulozy. Gospodarze według wynalazku są również zdolni do wydalania zsyntetyzowanego ksylitolu do ośrodka.178 040 as D-glucose and not just from D-xylose and / or D-xylulose. The hosts of the invention are also able to excrete the synthesized xylitol into the medium.

W szczególności w przykładowych i korzystnych wykonaniach gospodarze według wynalazku charakteryzują się występowaniem jednej z dwóch dróg przemian. Po pierwsze występowaniem drogi przemiany, w której arabitol stanowi związek pośredni przy wytwarzaniu ksylitolu, a po drugie występowaniem drogi przemiany, w której do wytwarzania ksylitolu wykorzystuje się 5-fosforan ksylulozy w wyniku reakcji odfosforylowania i redukcji. W związku z tym gospodarze według wynalazku charakteryzuj a się co najmniej jedną z następujących modyfikacji genetycznych:In particular, in exemplary and preferred embodiments, the hosts of the invention are characterized by one of two pathways. First, there is a pathway where arabitol is an intermediate in xylitol production, and second, there is a pathway where xylulose 5-phosphate is used to produce xylitol by dephosphorylation and reduction. Accordingly, the hosts of the invention are characterized by at least one of the following genetic modifications:

(1) wykonane zostało klonowanie genu kodującego białko wykazujące aktywność dehydrogenazy D-arabitolowej wytwarzającej D-ksylulozę (EC 1.1.1.11), dzięki czemu uzyskuje się konwersję D-arabitolu do D-ksylulozy (cecha drogi przemiany I); i/lub (2) natywny gen gospodarza kodujący aktywność transketolazową został zdezaktywowany (cecha drogi przemiany II).(1) the cloning of the gene encoding the protein showing the activity of D-arabitol dehydrogenase producing D-xylulose (EC 1.1.1.11) was performed, whereby the conversion of D-arabitol to D-xylulose is obtained (conversion pathway I feature); and / or (2) the native host gene encoding transketolase activity has been deactivated (feature of transformation pathway II).

Dodatkowo wykonać można szereg innych modyfikacji gospodarza, tak aby zwiększyć jego zdolność do wytwarzania ksylitolu. Tak np. gospodarzy opisanych w (1) i (2) można dodatkowo zmodyfikować tak, że:Additionally, a variety of other modifications can be made to the host to increase its ability to produce xylitol. For example, the hosts described in (1) and (2) may be further modified such that:

(3) przeprowadzone zostało klonowanie w gospodarzu genu kodującego białko wykazujące aktywność dehydrogenazy ksylitolowej (EC 1.1.1.9);(3) the cloning of the gene encoding the protein showing xylitol dehydrogenase activity (EC 1.1.1.9) in the host was performed;

(3) natywny gen gospodarza kodujący D-ksylulokinazę (EC 2.7.1.17) został zdezaktywowany;(3) the native host gene encoding D-xylulokinase (EC 2.7.1.17) has been inactivated;

(4) przeprowadzone zostało klonowanie w gospodarzu genu kodującego białko wykazujące aktywność dehydrogenazy 6-fosforanu D-glukozy (EC 1.1.1.49);(4) the cloning in the host of the gene encoding the protein showing the activity of D-glucose 6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49) was performed;

(4) przeprowadzone zostało klonowanie w gospodarzu genu kodującego białko wykazujące aktywność dehydrogenazy 6-fosfo-D-glukonianowej (EC 1.1.1.44); oraz (5) przeprowadzone zostało klonowanie w gospodarzu genu kodującego białko wykazujące aktywność D-rybulozo -5-fosforano-3-epimerazy (EC 5.1.3.1).(4) cloning in the host of the gene encoding the protein showing 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase activity (EC 1.1.1.44); and (5) cloning in the host of the gene encoding the protein showing D-ribulose -5-phosphate-3-epimerase activity (EC 5.1.3.1).

W korzystnym wykonaniu gospodarze według wynalazku wykazują więcej niż jednąz wyżej podanych modyfikacji genetycznych. Tak np. w korzystnym wykonaniu według wynalazku węgiel przechodzi z D-arabitolu „bezpośrednio do” (to znaczy w jednym etapie) D-ksylulozy i z D-ksylulozy „bezpośrednio do” ksylitolu. W związku z tym w takim wykonaniu gospodarz według wynalazku został tak zmodyfikowany, że zostało w nim wykonane klonowanie genu kodującego białko wykazujące aktywność dehydrogenazy D-arabitolowej wytwarzającej D-ksylulozę oraz gen kodujący dehydrogenazę ksylitolową (EC 1.1.1.9). Należy podkreślić, że jakkolwiek w wielu rozwiązaniach D-arabitol jest wewnętrznie syntetyzowany z innych źródeł węgla przez gospodarzy według wynalazku, to może on być również dodany z zewnątrz bezpośrednio do pożywki.In a preferred embodiment, the hosts according to the invention display more than one of the above-mentioned genetic modifications. For example, in a preferred embodiment of the invention, carbon passes from D-arabitol "directly to" (ie in one step) D-xylulose and from D-xylulose "directly to" xylitol. Accordingly, in such an embodiment, the host according to the invention has been modified such that the gene encoding a protein having D-arabitol dehydrogenase producing D-xylulose activity and the gene encoding xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) has been cloned. It should be emphasized that while in many embodiments, D-arabitol is internally synthesized from other carbon sources by the hosts of the invention, it may also be externally added directly to the medium.

W innym korzystnym wykonaniu droga biosyntezy ksylitolu nie obejmuje arabitolu jako związku pośredniego. Następuje raczej przechodzenie węgla z 5-fosforanu D-ksylulozy do D-ksylulozy i dalej do ksylitolu. Gdy D-glukozę stosuje się jako źródło węgla, węgiel może przechodzić przez część utleniającą drogi przemiany pentoza-fosforan, z D-glukozy poprzez 6-fosforan D-glukozy i 6-fosfo-D-glukonian do 5-fosforanu D-rybulozy. Fosforan D-rybulozy może następnie ulegać epimeryzacji do 5-fosforany D-ksylulozy, odfosforylowaniu do D-ksylulozy i redukcji do ksylitolu. W związku z tym gospodarz według wynalazku stosowany w takim wykonaniu powinien stanowić gospodarz, w którym:In another preferred embodiment, the xylitol biosynthetic route does not include arabitol as an intermediate. Rather, there is a shift of carbon from D-xylulose 5-phosphate to D-xylulose and then onto xylitol. When D-glucose is used as the carbon source, the carbon may pass through the oxidative part of the pentose-phosphate pathway, from D-glucose via D-glucose 6-phosphate and D-ribulose 6-phospho-6-phosphate to D-ribulose 5-phosphate. D-ribulose phosphate can then be epimerized to D-xylulose 5-phosphates, dephosphorylated to D-xylulose and reduced to xylitol. Accordingly, the host of the invention used in this embodiment should be a host in which:

(a1) przeprowadzone zostało klonowanie w gospodarzu genu kodującego białko wykazujące aktywność dehydrogenazy 6-fosforanu D-glukozy (EC 1.1.1.49) lub gen natywny gospodarza ulega nadekspresji; i/lub (a2) przeprowadzone zostało klonowanie w gospodarzu genu kodującego białko wykazujące aktywność dehydrogenazy 6-fosfo-D-glukonianowej (EC 1.1.1.44) lub gen natywny gospodarza ulega nadekspresji; i/lub(a1) the gene encoding a protein exhibiting D-glucose 6-phosphate dehydrogenase activity (EC 1.1.1.49) has been cloned in the host or the native gene of the host is overexpressed; and / or (a2) the cloning of a gene encoding a protein showing 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase activity (EC 1.1.1.44) in the host is performed or the native gene of the host is overexpressed; and / or

178 040 (a3) przeprowadzone zostało klonowanie w gospodarzu genu kodującego białko wykazujące aktywność D-rybulozo-5-fosforano-3-epimerazy lub gen natywny gospodarza ulega nadekspresji; i/lub (a4) przeprowadzone zostało klonowanie w gospodarzu genu kodującego białko wykazujące aktywność dehydrogenazy ksylitolowej (EC 1.1.1.9) lub gen natywny gospodarza ulega nadekspresji; i/lub (b) natywny gen transketolazy został zdezaktywowany; i/lub (c) natywny gen gospodarza kodujący aktywność ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) został zdezaktywowany.178,040 (a3) the cloning of the gene encoding the protein showing D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase activity in the host was performed or the native gene of the host is overexpressed; and / or (a4) the cloning of a gene encoding a protein exhibiting xylitol dehydrogenase activity (EC 1.1.1.9) is performed in the host or the native gene of the host is overexpressed; and / or (b) the native transketolase gene has been inactivated; and / or (c) the native host gene coding for xylulokinase activity (EC 2.7.1.17) has been deactivated.

Etap odfosforylowania (konwersja fosforanu D-ksylulozy do D-ksylulozy) jest jednym etapem katalizowanym przez enzym, który nie został scharakteryzowany w postaci czystej. Jednakże wykazano, że aktywność enzymatyczna odpowiedzialna za podobny etap (konwersja 5-fosforany D-rybulozy do D-rybulozy) w natywnej drodze wytwarzania D-arabitolu przez drożdże osmofilowe jest niespecyficzna i zdolna jest również do katalizowania safosfórylswαnia 5-fosforany D-ksylulozy (J.M.Ingram i W. A. Wood, J. Bacteriol. 89:1186-1194 (1965)). Mutacja transketolazy i nadekspresja dwóch dehydrogenaz utleniającej drogi przemiany pentoza-fosforan służy dwóm celom. Po pierwsze mogą one zwiększyć wydajność drogi przemiany I zwiększając ilość 5-fosforanu rybulozy w komórce i w konsekwencji wytwarzanie arabitolu i ksylitolu. Po drugie w wyniku tej samej kombinacji modyfikacji może wystąpić nadmierne nagromadzenie się 5-fssforany ksylulozy, niezbędne do zajścia drogi przemiany II.The dephosphorylation step (conversion of D-xylulose phosphate to D-xylulose) is one step catalyzed by an enzyme that has not been characterized in pure form. However, the enzymatic activity responsible for a similar step (conversion of D-ribulose 5-phosphate to D-ribulose) in the native D-arabitol production route by osmophilic yeast has been shown to be non-specific and is also able to catalyze safosphorylswαnia D-xylulose 5-phosphates (JM Ingram and WA Wood, J. Bacteriol. 89: 1186-1194 (1965)). Mutation of transketolase and overexpression of the two dehydrogenases of the oxidative pentose-phosphate pathway serve two purposes. First, they can increase the efficiency of pathway I by increasing the amount of ribulose 5-phosphate in the cell and consequently the production of arabitol and xylitol. Second, the excessive build-up of xylulose-5-phosphates necessary for Pathway II may occur as a result of the same combination of modifications.

Z tego względu sposoby z wykorzystaniem występującej w przyrodzie drogi przemiany prowadzącej do powstawania D-arabitolu z różnych źródeł węgla i przedłużenie tej drogi o dwie reakcje w celu przekształcenia D-arabitolu w ksylitol nie stanowiiąjedynej możliwej drogi przemiany objętej zakresem wynalazku. Skonstruować można inne drogi przemiany prowadzące do ksylitolu jako końcowego produktu metabolicznego, nie obejmujące D-arabitolu jako związku pośredniego. I tak drogę przemiany do ksylitolu z 5-fosfsrαnu D-rybulozy można zrealizować na drodze więcej niż jednego łańcucha reakcji. 5-fosfsrαn D-rybulozy może zostać wydajnie przekształcony w 5-fssfsran D-ksylulozy przez D-rybulszo-5-fssfsrano-3-epimerazę, a jeśli dalszej konwersji 5-fosfsrany D-ksylulozy zapobiegnie się w wyniku mutacji w genie transketolazy, to nagromadzony 5-fosforan D-ksylulozy może zostać odfosforylowany przez tą samą niespecyficzną fosfatazę co ó-fosforan D-rybulozy (J.M. Ingram i inni, J. Bacteriol. 89:1186-1194(1965)) oraz zredukowany do ksylitolu przez dehydrogenazę ksylitolową. Realizacja takiej drogi przemiany może dodatkowo wymagać dezaktywacji genu D-ksylulokinazy, aby zminimalizować straty energii spowodowane jałową pętlą 5-fosforan D-ksylulozy -> D-ksyluloza 5-fosfsrαn D-ksylulozy. Dodatkowa zmiana genetyczna - wprowadzenie i (nad)ekspresja genu D-rybulokinazy (EC 2.7.1.47) może zminimalizować równoczesne wytwarzanie D-arabitolu przez takie szczepy wiążąc D-rybulozę wytworzoną przez niespecyficzną fosfatazę. D-rybuloza może zostać z powrotem przekształcona w fosforan D-rybulozy, a następnie w 5-fosforan D-ksylulozy.Therefore, methods using the naturally occurring pathway to form D-arabitol from various carbon sources and extending this pathway by two reactions to convert D-arabitol to xylitol are not the only possible pathway within the scope of the invention. Other pathways to xylitol as the final metabolic product can be constructed, not including D-arabitol as an intermediate. Thus, the conversion to xylitol from D-ribulose-5-phosphatol can be accomplished by more than one reaction chain. D-ribulose 5-phosphoran can be efficiently converted to D-xylulose 5-fssfsran by D-ribuloso-5-fssfsrano-3-epimerase, and if further conversion of D-xylulose 5-phosphate is prevented by mutation in the transketolase gene, the accumulated D-xylulose 5-phosphate can be dephosphorylated by the same non-specific phosphatase as D-ribulose β-phosphate (JM Ingram et al., J. Bacteriol. 89: 1186-1194 (1965)) and reduced to xylitol by xylitol dehydrogenase. The implementation of such a pathway may additionally require the deactivation of the D-xylulokinase gene to minimize energy loss caused by the sterile loop D-xylulose 5-phosphate -> D-xylulose 5-phosphsrαn D-xylulose. Additional genetic alteration - the introduction and (over) expression of the D-ribulokinase gene (EC 2.7.1.47) may minimize the simultaneous production of D-arabitol by such strains by binding D-ribulose produced by nonspecific phosphatase. D-ribulose can be converted back to D-ribulose phosphate and then to D-xylulose 5-phosphate.

III. Konstrukcja gospodarzy według wynalazkuIII. Host construction according to the invention

Metoda wytwarzania metodami inżynierii genetycznej gospodarzy według wynalazku jest ułatwiona w wyniku wydzielania i częściowego sekwencjonswania czystego białka kodującego interesujący enzym lub klonowania sekwencji genetycznych zdolnych do kodowania takiego białka z wykorzystaniem technologii łańcuchowych reakcji polimerazowych; oraz w wyniku ekspresji takich sekwencji genetycznych. W użytym znaczeniu określenie „sekwencje genetyczne” odnosi się do cząsteczki kwasu nukleinowego (korzystnie DNA). Sekwencje genetyczne zdolne do kodowania białka pochodzą z różnych źródeł. Do źródeł tych należy genomowy DNA, cDNA, syntetyczny DNA i ich kombinacje. Korzystnym źródłem genomowego DNA jest genomowa biblioteka drożdży. Korzystnym źródłem cDNA jest biblioteka cDNA wytworzona z mRNA drożdży hodowanych w warunkach znanych z tego, że indukują ekspresję pożądanego mRNA lub białka.The method of genetically engineered hosts of the invention is facilitated by the isolation and partial sequencing of a pure protein encoding the enzyme of interest, or the cloning of genetic sequences capable of encoding such a protein by polymerase chain reaction technology; and as a result of the expression of such genetic sequences. The term "genetic sequences" as used herein refers to a nucleic acid molecule (preferably DNA). The genetic sequences capable of encoding a protein come from a variety of sources. These sources include genomic DNA, cDNA, synthetic DNA, and combinations thereof. A preferred source of genomic DNA is a yeast genomic library. A preferred source of cDNA is a cDNA library made from yeast mRNA grown under conditions known to induce expression of the desired mRNA or protein.

178 040 cDNA według wynalazku nie obejmuje występujących w naturze intronów, jeśli cDNA został wytworzony z wykorzystaniem dojrzałego mRNA jako matrycy. Genomowy DNA według wynalazku może, lecz nie musi obejmować występujące w naturze introny. Ponadto uzyskać można taki genomowy DNA zasocjowany z obszarem 5' promotora sekwencji genomowych i/lub z obszarem 3'terminacji transkrypcyjnej. Ponadto uzyskać można taki genomowy DNA w asocjacji z sekwencjami genetycznymi, które kodująnietranslatowany obszar 5' mRNA i/lub z sekwencjami genetycznymi, które kodują nietranslatowany obszar 3'. W takim stopniu, aby komórka gospodarz mogła rozpoznawać transkrypcyjne i/lub translacyjne sygnały regulatorowe związane z ekspresją mRNA i białka, nietranslatowane obszary 5' i/lub 3' obszary natywnego genu i/lub nietranslatowane obszary 5' i/lub 3' mRNA można zachować i wykorzystać w regulacji transkrypcyjnej i translacyjnej. Genomowy DNA można wydzielić z komórki dowolnego gospodarza, zwłaszcza z gospodarza drożdżowego, a następnie oczyścić go, dobrze znanymi sposobami (patrz np. Guide to Molecular Cloning Techiques, S.L. Berger i inni, red., Academic Press (1987)). Korzystnie stosowany preparat mRNA będzie wzbogacony w mRNA kodujący pożądane białko, w sposób naturalny, w wyniku wydzielenia z komórek wytwarzających duże ilości białka, albo in vitro, technikami powszechnie stosowanymi do wzbogacania preparatów mRNA w specyficzne sekwencje, takimi jak wirowanie z gradientem sacharozy, albo też obydwoma technikami.The cDNA of the invention does not include naturally occurring introns when the cDNA has been produced using mature mRNA as a template. The genomic DNA of the invention may or may not include naturally occurring introns. Furthermore, such genomic DNA can be obtained associated with the 5 'region of the promoter of the genomic sequences and / or with the 3' region of transcriptional termination. Moreover, such genomic DNA can be obtained in association with genetic sequences which encode the 5 'untranslated region of the mRNA and / or with genetic sequences which encode the 3' untranslated region. To the extent that the host cell can recognize transcriptional and / or translational regulatory signals associated with mRNA and protein expression, the 5 'and / or 3' untranslated regions of the native gene and / or the 5 'and / or 3' untranslated regions of the mRNA may be retained and used in transcriptional and translational regulation. Genomic DNA can be isolated from any host cell, especially yeast host, and then purified by well-known methods (see, e.g., Guide to Molecular Cloning Techiques, S.L. Berger et al., Eds., Academic Press (1987)). Preferably the mRNA preparation used will be enriched in mRNA encoding the desired protein, either naturally, by isolation from protein-producing cells, or in vitro, by techniques commonly used to enrich mRNA preparations with specific sequences, such as sucrose gradient centrifugation, or with both techniques.

W przypadku klonowania w wektorze takie odpowiednie preparaty DNA (genomowego DNA lub cDNA) przypadkowo rozciera się lub rozszczepia enzymatycznie i liguje się z odpowiednimi wektorami uzyskując bibliotekę zrekombinowanego genu (genomową lub cDNA).When cloning in a vector, such appropriate DNA preparations (genomic DNA or cDNA) are randomly ground or enzymatically cleaved and ligated with the appropriate vectors to obtain a recombinant gene library (genomic or cDNA).

Sekwencję DNA kodującąpożądane białko lub jej funkcyjne pochodne wstawić można do wektora DNA znanymi technikami obejmującymi tworzenie końcówek z tępymi końcami i ze skośnymi końcami do ligowania, trawienie enzymem restrykcyjnym w celu uzyskania odpowiednich końcówek, odpowiednie wypełnianie lepkich końców, obróbkę fosfatazą alkaliczną w celu uniknięcia niepożądanych połączeń oraz ligowanie z odpowiednimi ligazami. Techniki takich manipulacji opisane sąprzez T. Maniatisa (T. Maniatis i inni, Molecular Cloning (A Laboratory Manual), Cold Spring Harbor Laboratory, II wyd., 1988) i są dobrze znane.The DNA sequence encoding the desired protein or functional derivatives thereof can be inserted into the DNA vector by known techniques including blunt end and bevel ligation ending, restriction enzyme digestion to obtain suitable ends, proper sticky end filling, alkaline phosphatase treatment to avoid unwanted junctions. and ligation with appropriate ligases. Techniques for such manipulation are described by T. Maniatis (T. Maniatis et al., Molecular Cloning (A Laboratory Manual), Cold Spring Harbor Laboratory, 2nd ed., 1988) and are well known.

Biblioteki zawierające sekwencje kodujące pożądany gen można poddać selekcjonowaniu i sekwencję pożądanego genu zidentyfikować dowolnym sposobem specyficznie wybierającym sekwencję kodującątaki gen lub białko, takimjak np. a) hybrydyzacja z odpowiedniąsondą(sondami) kwasu nukleinowego, które zawierają sekwencję specyficzną względem DNA tego białka, B) analiza translacyjna wybrana na podstawie hybrydyzacji, w której przeprowadza się translację in vitro natywnego mRNA hybrydyzującego z danym klonem, po czym dokładniej charakteryzuje się produkty translacji, albo c) w przypadku gdy klonowane sekwencje genetyczne są same zdolne do ekspresji mRNA, przeprowadza się immunoprecypirację produktu translacji białka wytworzonego przez gospodarza zawierającego klon.Libraries containing the sequences encoding the desired gene may be selected and the sequence of the desired gene identified by any method that specifically selects the sequence encoding the gene or protein of interest, such as e.g. a) hybridization with a suitable nucleic acid probe (s) that contain the DNA-specific sequence of that protein, B) analysis translation selected on the basis of hybridization, in which the native mRNA hybridizing with a given clone is translated in vitro, followed by further characterization of the translation products, or c) in case the cloned genetic sequences are themselves capable of expressing the mRNA, immunopreparation of the protein translation product is performed produced by the host containing the clone.

Sondy oligonukleotydowe specyficzne względem określonego białka, które można wykorzystać do identyfikacji klonów tego białka można zaprojektować na podstawie znajomości sekwencji kwasów nukleinowych w DNA kodującym takie białko lub białko pokrewne. Alternatywnie wyhodować można przeciwciała przeciw oczyszczonym formom białka i zastosować je do identyfikacji obecności unikatowych determinantów białkowych w transformantach, które wytwarzają w wyniku ekspresji pożądane klonowane białko. Sekwencję reszt aminokwasów w peptydzie określa się stosując ich powszechnie wykorzystywane trzyliterowe oznaczenia lub ich oznaczeniajednoliterowe. Zestawienie takich trzyliterowych i jednoliterowych oznaczeń można znaleźć w podręcznikach takich jak Biochemistry, A. Lehninger, Worth Publishers, New York NY, (1970). Gdy sekwencję aminokwasów przedstawia się poziomo, to o ile nie zaznaczono tego inaczej, koniec aminowy znajduje się na lewym końcu, a koniec karboksylowy znajduje się na prawym końcu. Podobnie, o ile nie zaznaczono inaczej, w sekwencji kwasów nukleinowych koniec 5' znajduje się z lewej strony.Protein-specific oligonucleotide probes that can be used to identify clones of that protein can be designed on the basis of knowledge of the nucleic acid sequence of the DNA encoding such protein or related protein. Alternatively, antibodies can be grown against the purified protein species and used to identify the presence of unique protein determinants in transformants that express the desired cloned protein. The sequence of amino acid residues in a peptide is determined using their commonly used three-letter designations or their single-letter designations. A listing of such three-letter and single-letter designations can be found in textbooks such as Biochemistry, A. Lehninger, Worth Publishers, New York NY, (1970). When the amino acid sequence is presented horizontally, the amino terminus is at the left terminus and the carboxy terminus is at the right terminus unless otherwise noted. Likewise, unless otherwise noted, the 5 'end of the nucleic acid sequence is on the left.

Z uwagi na to, że kod genetyczny jest wieloznaczny, więcej niż jeden kodon można wykorzystać do kodowania określonego aminokwasu (J.D. Watson, w: Molecular Biology od the Gene, 3 wyd., W.A. Benjamin, Inc., Menlo Park, Ca(1977), str. 356-357). Fragmenty peptyduBecause the genetic code is ambiguous, more than one codon can be used to encode a specific amino acid (JD Watson, in: Molecular Biology from the Gene, 3rd ed., WA Benjamin, Inc., Menlo Park, Ca (1977) , pp. 356-357). Peptide fragments

178 040 analizuje się w celu zidentyfikowania sekwencji aminokwasów, które mogą być kodowane przez oligonukleotydy o najniższym stopniu wieloznaczności.178,040 are analyzed to identify the amino acid sequences that can be encoded by the oligonucleotides with the lowest degree of ambiguity.

Korzystnie towarzyszy temu identyfikacja sekwencji, które zawierają aminokwasy kodowane tylko przez jeden kodon.This is preferably accompanied by the identification of sequences which contain amino acids encoded by only one codon.

Jakkolwiek przypadkowo sekwencja aminokwasów może być kodowana tylko przez pojedynczą sekwencję oligonukleotydową, to często sekwencja aminokwasów może być kodowana przez dowolną z zestawu podobnych oligonukleotydów. Ważne jest jednak to, że jakkolwiek wszystkie elementy takiego zestawu zawierająsekwencję oligonukleotydową, które sązdolne do kodowania tego samego fragmentu peptydu i w związku z tym potencjalnie zawierają taką samą sekwencję oligonukleotydowąjak gen, który koduje fragment peptydu, to jednak tylko jeden element w zestawie zawiera sekwencję nukleotydów identycznąz sekwencją genu kodującą egzon. Ponieważ element ten znajduje się w tym zestawie i jest zdolny do hybrydyzacji z DNA nawet w obecności innych elementów zestawu, można zastosować niefrakcjonowany zestaw oligonukleotydów w taki sam sposób, jak stosuje się jeden oligonukleotyd, do klonowania genu kodującego peptyd.While coincidentally the amino acid sequence may only be encoded by a single oligonucleotide sequence, often the amino acid sequence may be encoded by any set of similar oligonucleotides. Importantly, however, while all members of such a kit contain an oligonucleotide sequence that is capable of encoding the same peptide fragment and therefore potentially contain the same oligonucleotide sequence as the gene that encodes the peptide fragment, only one element in the kit contains a nucleotide sequence identical to the gene sequence encoding the exon. Since this element is included in this kit and is capable of hybridizing to DNA even in the presence of other kit elements, an unfractionated set of oligonucleotides can be used in the same way as a single oligonucleotide is used to clone a gene encoding a peptide.

Wykorzystując kod genetyczny zidentyfikować możnajeden lub więcej oligonukleotydów na podstawie sekwencji aminokwasów, przy czym każdy z nich może być zdolny do kodowania pożądanego białka. Prawdopodobieństwo, że określony oligonukleotyd będzie rzeczywiście zawierał odpowiednią sekwencję kodującąbiałko, można oszacować biorąc pod uwagę zależności nienormalnego parowania zasad oraz częstotliwość, z jaką określony kodon jest rzeczywiście wykorzystywany (do kodowania określonego aminokwasu) w komórkach eukariotycznych. Wykorzystując „zasady wykorzystywania kodonów” identyfikuje się pojedynczą sekwencję oligonukleotydową lub zestaw sekwencji oligonukleotydowych, który zawiera teoretycznie „najbardziej prawdopodobną” sekwencję niezdolną do kodowania sekwencji białkowych.Using the genetic code, one or more oligonucleotides may be identified from the amino acid sequence, any of which may be capable of encoding a desired protein. The probability that a particular oligonucleotide will actually contain the appropriate protein coding sequence can be estimated taking into account the abnormal base pairing relationships and the frequency with which a particular codon is actually used (to encode a particular amino acid) in eukaryotic cells. Using "codon rules", a single oligonucleotide sequence or set of oligonucleotide sequences is identified that contains the theoretically "most likely" sequence unable to encode protein sequences.

Odpowiedni oligonukleotyd lub zestaw oligonukleotydów zdolny do kodowania fragmentu pewnego genu (albo komplementarny z takim oligonukleotydem lub zestawem oligonukleotydów) można zsyntetyzować powszechnie znanymi sposobami (patrz np. Synthesis and Application of DNAandRNA, S.A. Narang,red., 1987, Academic Press, San Diego, CA) i zastosować jako sondę do identyfikacji i wydzielania klonu takiego genu, z wykorzystaniem znanych technik. Sposoby hybrydyzacji kwasu nukleinowego i identyfikacji klonu opisane sąprzez T. Maniatisa i innych w Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratories, Cold Spring Harbor, NY (1982) oraz przez B.D. Hamesa i innych w Nucleic Acid Hybridization, A Practical Approach, IRL Press, Washington, DC (1985)). Te elementy opisanej powyżej biblioteki genów, których zdolność do takiej hybrydyzacji została potwierdzona, analizuje się następnie w celu ustalenia długości i charakteru zawartych w nich sekwencji kodujących.A suitable oligonucleotide or set of oligonucleotides capable of encoding a fragment of a certain gene (or complementary to such an oligonucleotide or set of oligonucleotides) can be synthesized by commonly known methods (see, e.g., Synthesis and Application of DNAandRNA, SA Narang, ed. 1987, Academic Press, San Diego, CA) and used as a probe to identify and isolate a clone of such a gene, using known techniques. Methods of nucleic acid hybridization and clone identification are described by T. Maniatis et al. In Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratories, Cold Spring Harbor, NY (1982), and by B.D. Hames et al in Nucleic Acid Hybridization, A Practical Approach, IRL Press, Washington, DC (1985)). Those members of the gene library described above, which have been proven to hybridize to such an extent, are then analyzed to determine the length and nature of the coding sequences contained therein.

Aby ułatwić wykrywanie pożądanej sekwencji kodującej DNA opisaną powyżej sondę DNA znakuje się możliwą do wykrycia grupą. Taką wykrywalną grupę może stanowić dowolny materiał o wykrywalnych właściwościach fizycznych lub chemicznych. Materiały takie są dobrze znane w technikach hybrydyzacji kwasów nukleinowych, tak że zasadniczo większość znaczników stosowanych w takich metodach zastosować można w sposobie według wynalazku. Szczególnie przydatne są znaczniki radioaktywne takie jak 32P, 3H, l4C, 35S, ,25I itp. Zastosować można dowolny znacznik radioaktywny dający wymagany sygnał i wykazujący odpowiedni okres półtrwania. Jeśli oligonukleotyd jest jednoniciowy, to można go znaczyć radioaktywnie wykorzystując reakcję kinazy. Jako sondy hybrydyzacji kwasów nukleinowych przydatne mogą być również polinukleotydy znaczone nieradioaktywnym markerem takim jak biotyna, enzym lub grupa fluorescencyjna. W związku z tym ustalenie częściowej sekwencji białka umożliwia identyfikację teoretycznie „najbardziej prawdopodobnej” sekwencji DNA lub zestawu takich sekwencji, zdolnych do kodowania takiego peptydu. Konstruując oligonukleotyd komplementarny z taką teoretyczną sekwencją (lub konstruując zestaw oligonukleotydów komplementarnych z takim zestawem „ najbardziej prawdopodobnych” oligonukleotydów) uzyskuje się cząsteczkę DNA (lub zestaw cząsteczek DNA), zdolnych do działania jako sonda (sondy) do identyfikacji i wydzielania klonów zawierających gen.To facilitate the detection of the desired DNA coding sequence, the above-described DNA probe is labeled with a detectable group. The detectable group may be any material with detectable physical or chemical properties. Such materials are well known in the art of nucleic acid hybridization, so that substantially most of the labels used in such methods can be used in the method of the invention. Particularly useful are radioactive labels such as 32 P, 3 H, C l4, 35 S, 25 and the like. Use of a radioactive label can be any giving the desired signal and having a suitable half-life. If the oligonucleotide is single-stranded, it can be radiolabelled using a kinase reaction. Polynucleotides labeled with a non-radioactive marker such as biotin, an enzyme, or a fluorescent group may also be useful as nucleic acid hybridization probes. Accordingly, the determination of a partial protein sequence enables the identification of the theoretically "most probable" DNA sequence or set of such sequences capable of encoding such a peptide. By constructing an oligonucleotide complementary to such a theoretical sequence (or by constructing a set of oligonucleotides complementary to such a set of "most likely" oligonucleotides), a DNA molecule (or set of DNA molecules) is obtained capable of acting as probe (s) for identifying and isolating clones containing the gene.

178 040178 040

W alternatywnym sposobie klonowania genu wytwarza się bibliotekę stosując wektor ekspresji w wyniku klonowania DNA lub, jeszcze korzystniej, cDNA uzyskanego z komórki zdolnej do ekspresji białka, w wektorze ekspresji. Bibliotekę selekcjonuje się następnie w celu wyodrębnienia elementów wytwarzających w wyniku ekspresji pożądane białko, np. selekcjonując bibliotekę za pomocą przeciwciał białka.In an alternative method of gene cloning, a library is generated using an expression vector by DNA cloning or, even more preferably, cDNA obtained from a cell capable of expressing the protein in an expression vector. The library is then selected to isolate the elements that produce the desired protein by expression, e.g. by selecting the library with protein antibodies.

Powyższymi sposobami można w związku z tym zidentyfikować sekwencje genetyczne zdolne do kodowania białka albo biologicznie czynnych lub antygenowych fragmentów tego białka. W celu dokładniejszego scharakteryzowania takich sekwencji genetycznych oraz w celu wytworzenia zrekombinowanego białka pożądane jest wykonanie ekspresji białek, które kodują te sekwencje. Ekspresja taka identyfikuje te klony, które wytwarzają w wyniku ekspresji białka wykazujące charakterystykę białka pożądanego. Do takich charakterystyk może należeć między innymi zdolność do specyficznego wiązania przeciwciała, zdolność do inicjowania wytwarzania przeciwciała, które jest zdolne do wiązania się z natywnym, niezrekombinowanym białkiem, zdolność do nadawania aktywności enzymatycznej komórce, będącej właściwością białka, oraz zdolność do nadawania nieenzymatycznego (ale specyficznego) działania komórce biorczej.The above methods can therefore identify genetic sequences capable of encoding a protein or biologically active or antigenic fragments of that protein. In order to further characterize such genetic sequences, and to produce recombinant protein, it is desirable to express the proteins which encode these sequences. Such expression identifies those clones which produce, as a result of the expression, proteins exhibiting the characteristics of the desired protein. Such characteristics may include, but are not limited to, the ability to specifically bind an antibody, the ability to initiate the production of an antibody that is capable of binding to a native, non-recombinant protein, the ability to impart enzymatic activity to a cell, which is a property of a protein, and the ability to impart non-enzymatic (but specific ) activities of the recipient cell.

Sekwencję DNA można skrócić znanymi sposobami w celu wydzielenia pożądanego genu z obszaru chromosomowego, który zawiera więcej informacji, niż to jest konieczne przy zastosowaniu tego genu w gospodarzach według wynalazku. Tak np. wykorzystać można trawienie restrykcyjne w celu rozszczepienia sekwencji o pełnej długości w wymaganym miejscu. Alternatywnie lub dodatkowo zastosować można nukleazy, które odszczepiają od końca 3' cząsteczki dNa, w celu strawienia pewnej sekwencji i uzyskania skróconej formy, przy czym sekwencję o wymaganej długości identyfikuje się i oczyszcza metodami elektroforezy żelowej i sekwencjonowania DNA. Do takich nukleaz należy np. egzonukleaza III i Bal 31. Inne nukleazy są dobrze znane.The DNA sequence can be shortened by known methods in order to isolate the desired gene from the chromosomal region which contains more information than is necessary when using the gene in the hosts of the invention. For example, restriction digest can be used to cleave full-length sequences at the desired site. Alternatively or additionally, nucleases that cleave from the 3 'end of the dNa molecule can be used to digest a sequence and obtain a truncated form, the sequence of the required length being identified and purified by gel electrophoresis and DNA sequencing. Such nuclease include, for example, exonuclease III and Bal 31. Other nuclease are well known.

W praktycznej realizacji wynalazku jako model zastosowano drożdże osmofilowe Z. rouxii. Z. rouxii można zastosować przy wytwarzaniu środków spożywczych, gdyż są one tradycyjnie stosowane w Japonii do wytwarzania sosu sojowego. Drożdże zostały np. opisane w publikacji The Yeast, A Taxonomic Study, Kreger-van Rijn (red.), Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, 1984, w której drożdże te opisano na stronach 462-465. Inne drożdże wytwarzające D-arabitol, takie jak Candida polymorpha, Torulopsis candida, Candida tropicalis, Pichia farinosa, Torulospora hansenii itp., a także grzyby wytwarzające D-arabitol, takie jak Dendryphiella salina lub Schizophyllum commune, można także zastosować jako organizmy - gospodarze w sposobie według wynalazku.In the practice of the invention, the osmophilic yeast Z. rouxii was used as a model. Z. rouxii can be used in the production of foodstuffs as they are traditionally used in Japan to make soy sauce. For example, yeast is described in The Yeast, A Taxonomic Study, Kreger-van Rijn (ed.), Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, 1984, where the yeast is described at pages 462-465. Other D-arabitol producing yeasts such as Candida polymorpha, Torulopsis candida, Candida tropicalis, Pichia farinosa, Torulospora hansenii etc., as well as D-arabitol producing fungi such as Dendryphiella salina or Schizophyllum commune, can also be used as host organisms in the method according to the invention.

Wiadomo, że enzymy utleniające D-arabitol do D-ksylulozy (C 1.1.1.11) występują w bakteriach, a nie występują w drożdżach i grzybach. W związku z tym Klebsiella terrigena stanowi korzystne źródło genu dehydrogenazy D-arabitolowej (wytwarzającej D-ksylulozę), gdyż jest to niepatogeniczna bakteria glebowa, wykazująca wysoką pobudzaną aktywność dehydrogenazy D-arabitolowej. Szczep Klebsiella terrigena Phpl zastosowany . w przykładach uzyskano do K. Haahteli, Uniwersytet w Helsinkach. Wydzielanie szczepu opisali Haahtela i inni, App. Env. Microbiol. 45: 563-570 (1983). Klonowanie genu dehydrogenazy D-arabitolowej można dogodnie przeprowadzić konstruując bibliotekę genomową chromosomowego DNA K. terrigena w odpowiednim wektorze, np. w dobrze znanym i dostępnym w skali technicznej plazmidzie pUC19. Bibliotekę tę transformuje się do jednego z wielu szczepów E. coli, zdolnych do wykorzystywania D-ksylulozy, ale nie D-arabitolu jako jedynego źródła węgla. Przykład odpowiedniego szczepu stanowi szczep E. coli SCSI dostępny ze Stratagene. Transformanty posiewa się następnie na pożywce zawierającej D-arabitol jako jedyne źródło węgla i wydziela się klony zdolne do rozwoju na takiej pożywce. Obszar kodujący dehydrogenazy D-arabitolowej K. terrigena można dogodnie wydzielić w postaci fragmentu 1,38 kb Bcll-Clal i wykonać fuzję z sekwencjami odpowiedniego promotora i transkrypcyjnego terminatora. Promotor i terminator transkrypcyjny Saccharomyces cerevisiae ADCI stanowią przykłady transkrypcyjnych elementów regulatorowych przydatnych w realizacji wynalazku, gdy drożdże Z. rouxii stosuje się jako organizm gospodarza. Sekwencje ADCI dostępne są z GenBank.It is known that the enzymes that oxidize D-arabitol to D-xylulose (C 1.1.1.11) occur in bacteria, but not in yeasts and fungi. Accordingly, Klebsiella terrigena is a preferred source of the D-arabitol dehydrogenase (D-xylulose producing) gene, as it is a non-pathogenic soil bacterium showing high stimulated D-arabitol dehydrogenase activity. Klebsiella terrigena Phpl strain applied. examples were obtained from K. Haahteli, University of Helsinki. Strain secretion is described by Haahtela et al., App. Env. Microbiol. 45: 563-570 (1983). Cloning of the D-arabitol dehydrogenase gene may conveniently be performed by constructing a genomic library of K. terrigen chromosomal DNA in a suitable vector, e.g. on the well known and commercially available plasmid pUC19. This library is transformed into one of a number of E. coli strains capable of using D-xylulose but not D-arabitol as sole carbon source. An example of a suitable strain is the E. coli SCSI strain available from Stratagene. Transformants are then seeded on a medium containing D-arabitol as the sole carbon source, and clones capable of growing on such medium are isolated. The coding region of K. terrigen D-arabitol dehydrogenase can conveniently be isolated as a 1.38 kb BclI-C11 fragment and fused to the appropriate promoter and transcriptional terminator sequences. The Saccharomyces cerevisiae ADCI transcriptional promoter and terminator are examples of transcriptional regulatory elements useful in the practice of the invention when Z. rouxii is used as a host organism. ADCI sequences are available from GenBank.

178 040178 040

Jakkolwiek większość D-ksylulozy i grzybów zawiera gen dehydrogenazy ksylitolowej (EC 1.1.1.9), nadekspresja tego genu będzie zazwyczaj konieczna przy realizacji wynalazku. Klonowanie genu xYL2 Pichia stipitis kodującego dehydrogenazę ksylitolową (EC 1.1.1.9) można dogodnie przeprowadzić zgodnie z technologią łańcuchowych reakcji polimerazowych, wykorzystując opublikowaną informację dotyczącą sekwencji nukleotydowej genu XYL2 (Kotter i inni, Cum Genet. 18: 493-500 (1990)). Gen można wprowadzić do innego gatunku drożdży bez jakiejkolwiek modyfikacji wykonując ekspresję pod kontroląjego własnego promotora, albo też promotor można wymienić na inny silny promotor drożdżowy.Although most D-xylulose and fungi contain a xylitol dehydrogenase gene (EC 1.1.1.9), overexpression of this gene will usually be necessary in practicing the invention. Cloning of the xYL2 Pichia stipitis gene encoding xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) can conveniently be performed according to polymerase chain reaction technology using published information on the nucleotide sequence of the XYL2 gene (Kotter et al., Cum Genet. 18: 493-500 (1990)). The gene may be introduced into another yeast species without any modification by expression under the control of its own promoter, or the promoter may be replaced with another strong yeast promoter.

Wykonać można konstrukcje genetycznie stabilnych transformantów z układami wektorowymi lub z układami transformującymi, integrując w ten sposób pożądany DNA w chromosomie gospodarza. Taka integracja może wystąpić de novo w komórce, albo może przebiegać z udziałem transformacji wektorem, który funkcyjnie sam wbudowuje się do chromosomu gospodarza, takim jak fag, wektory retrowirusowe, transpozony lub inne elementy DNA, które ułatwiają integrację sekwencji DNA w chromosomach.Constructions of genetically stable transformants with vector systems or with transforming systems can be made, thereby integrating the desired DNA into the host chromosome. Such integration may occur de novo in the cell, or may be mediated by transformation with a vector that functionally integrates itself into the host chromosome, such as phage, retroviral vectors, transposons, or other DNA elements that facilitate the integration of DNA sequences into chromosomes.

Geny kodujące dehydrogenazę D-arabitolową i dehydrogenazę ksylitolową (EC 1.1.19). pod kontrolą odpowiednich promotorów można połączyć w jednej konstrukcji plazmidowej i wprowadzić do komórek gospodarza - organizmów wytwarzających D-arabinozę w wyniku transformacji. Charakter wektora plazmidowego będzie zależeć od organizmów gospodarzy. I tak w korzystnym wykonaniu wynalazku w przypadku Z. rouxii stosuje się wektory zawierające DNA utajonego plazmidu pSRl (K. Ushio i inni, J. Ferment. Technol. 66: 481-488 (1988)). W przypadku innych gatunków drożdży lub grzybów, dla których nie są znane plazmidy ulęgające autonomicznie replikacji, wykorzystać można integrację genów dehydrogenazy ksylitolowej (EC 1.1.1.9) i dehydrogenazy D-arabitolowej w chromosomie gospodarza. Skierowanie integracji do rybosomowego locus DNA (DNA kodującego rybosomowe RNA) gospodarza stanowi korzystny sposób przeprowadzenia integracji o dużej liczbie kopii, a wysoki poziom ekspresji dwóch genów dehydrogenazowych tak skierowanych można uzyskać zapewniając w wystarczającej ilości sekwencje zrekombinowanego DNA na zrekombinowanym konstrukcie, tak aby sterować integrację w to właśnie locus. Genetyczne markery wykorzystywane do transformacji drobnoustrojów wytwarzających D-arabitol stanowią korzystnie markery dominatowe z wprowadzoną opornością na różne antybiotyki takie jak gentamycyna lub fleomycyna, na metale ciężkie takie jak miedź itp. Wybieralny gen markera można albo bezpośrednio połączyć z sekwencjąDNA genu ulegającego ekspresji lub wprowadzić do tej samej komórki na drodze współtransformacji.Genes coding for D-arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase (EC 1.1.19). under the control of appropriate promoters, they can be combined in one plasmid construction and introduced into host cells - organisms producing D-arabinose as a result of transformation. The nature of the plasmid vector will depend on the host organism. Thus, in a preferred embodiment of the invention, vectors containing pSRl latent plasmid DNA are used in the case of Z. rouxii (K. Ushio et al., J. Ferment. Technol. 66: 481-488 (1988)). In the case of other yeast or fungal species for which autonomously replicating plasmids are unknown, the integration of the xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9) and D-arabitol dehydrogenase genes in the host chromosome can be used. Targeting the integration to the host ribosomal DNA locus (DNA encoding the ribosomal RNA) of the host is a preferred way of carrying out high copy number integration, and high expression levels of the two dehydrogenase genes so targeted can be obtained by sufficient recombinant DNA sequences on the recombinant construct to direct integration into that's the locus. The genetic markers used to transform D-arabitol producing microorganisms are preferably dominat markers with introduced resistance to various antibiotics such as gentamicin or phleomycin, to heavy metals such as copper, etc. The selectable marker gene can either be directly linked to or inserted into the DNA sequence of the expressed gene. the cell itself by co-transformation.

Poza wprowadzeniem genów dehydrogenazy D-arabitolowej i dehydrogenazy ksylitolowej (EC 1.1.1.9) wykonać można inne modyfikacje genetyczne konstruując nowe szczepy wytwarzające ksylitol. I tak wykonać można nadekspresję genów kodujących enzymy utleniającej drogi przemiany pentoza-fosforan, aby zwiększyć szybkość syntezy 5-fosforanu D-rybulozy, prekursora D-arabitolu. Ponadto zdezaktywować można gen kodujący transketolazę - enzym katalizujący katabolizm 5-fosforanów pentuloz lub 5-fosforanów pentoz, wykorzystując konwencjonalne techniki mutagenezy lub rozbijania genu, co prowadzi do zwiększenia nagromadzenia się fosforanów cukrów o 5 atomach węgla. Dezaktywacja genu D-ksylulokinazy może spowodować wzrost wydajności ksylitolu w wyniku wyeliminowania strat D-ksylulozy na skutek fosforylowania. Kombinację mutacji dezaktywującej transketolazę i nadekspresji 5-epimerazy D-rybulozowej zastosować można w celu stworzenia odmiennego rodzaju drogi wytwarzania ksylitolu, w której D-arabitol nie jest wykorzystywany jako związek pośredni.In addition to the introduction of the genes D-arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9), other genetic modifications can be made by constructing new xylitol-producing strains. Thus, genes encoding enzymes of the oxidative pentose-phosphate pathway can be overexpressed in order to increase the rate of synthesis of D-ribulose 5-phosphate, a precursor to D-arabitol. In addition, the gene encoding transketolase, an enzyme that catalyzes the catabolism of pentulose 5-phosphate or pentose 5-phosphate, can be inactivated using conventional techniques for mutagenesis or gene disruption, leading to increased accumulation of 5-carbon sugar phosphates. Inactivation of the D-xylulokinase gene may increase xylitol yield by eliminating the loss of D-xylulose by phosphorylation. The combination of the transketolase inactivating mutation and the overexpression of D-ribulose 5-epimerase can be used to create a different kind of xylitol production route in which D-arabitol is not used as an intermediate.

Do przeprowadzenia ekspresji pożądanego białka i/lub jego aktywnych pochodnych konieczne są sygnały transkrypcyjne i translacyjne rozpoznawane przez odpowiedniego gospodarza. Klonowane sekwencje kodujące uzyskane sposobami opisanymi powyżej, korzystnie w formie dwuniciowej, można połączyć funkcjonalnie z sekwencjami kontrolującymi transkrypcyjną ekspresję w wektorze ekspresji, a następnie wprowadzić do komórki gospodarza, prokariotycznego lub eukariotycznego, uzyskując zrekombinowane białko lub jego funkcyjną pochodną. W zależności od tego, którą nić połączy się funkcjonalnie z sekwencjami kontrolującymi ekspresję transkrypcyjną, można także osiągnąć ekspresję antysensownego RNA lub jego funkcyjnej pochodnej.For the expression of a desired protein and / or its active derivatives, transcriptional and translational signals recognized by an appropriate host are necessary. The cloned coding sequences obtained by the methods described above, preferably in double-stranded form, can be operably linked to sequences that control transcriptional expression in an expression vector and then introduced into a host, prokaryotic or eukaryotic cell, yielding a recombinant protein or a functional derivative thereof. Depending on which strand is operably linked to sequences that control transcriptional expression, antisense RNA or a functional derivative thereof may also be expressed.

178 040178 040

W wyniku ekspresji białka w różnych gospodarzach powstać mogą różne portranslacyjne modyfikacje, które mogązmienić właściwości białka. Korzystnie wynalazek obejmuje ekspresję białka lub jego funkcyjnej pochodnej w komórkach eukariotycznych, a zwłaszcza w drożdżach.As a result of expression of the protein in different hosts, various portranslational modifications can arise that can alter the properties of the protein. Preferably, the invention comprises the expression of the protein or a functional derivative thereof in eukaryotic cells, in particular yeast.

Cząsteczkę kwasu nukleinowego takiego jak DNA, określa się za „zdolnądo ekspresji” polipeptydu, gdy zawiera ona sekwencje kontrolujące ekspresję, które obejmujątranskrypcyjnąinformację regulatorową, przy czym sekwencje te są „funkcjonalnie połączone” z sekwencją nukleotydową, która koduje polipeptyd.A nucleic acid molecule such as DNA is defined as "expressible" a polypeptide when it contains expression control sequences that include transcriptional regulatory information, which sequences are "operably linked" to the nucleotide sequence that encodes the polypeptide.

Połączenie funkcjonalne stanowi połączenie, w którym sekwencja połączona jest z jedną lub więcej sekwencjami regulatorowymi w taki sposób, aby ekspresja sekwencji przebiegała pod wpływem lub kontrolą sekwencji regulatorowej. Dwie sekwencje DNA (takie jak sekwencja kodująca i sekwencja obszaru promotora połączona z końcem 5' sekwencji kodującej) określa się jako połączone funkcjonalnie, jeśli w wyniku indukcji działania promotora następuje transkrypcja mRNA kodującego pożądane białko oraz jeśli charakter połączenia między dwoma sekwencjami DNA (1) nie wpływa na ramkę odczytu sekwencji kodującej, 92) nie zakłóca zdolności regulatorowych sekwencji ekspresyjnych do kierowania ekspresją białka, antysensownego mRNA lub (3) nie zakłócają zdolności matrycy DNA do transkrypcji. W związku z tym obszar promotora powinien być funkcjonalnie połączony z sekwencjąDNA jeśli promotor ma być zdolny do skutecznej transkrypcji tej sekwencji DNA.A functional linkage is a linkage in which the sequence is linked to one or more regulatory sequences such that expression of the sequence is influenced or controlled by the regulatory sequence. Two DNA sequences (such as a coding sequence and a promoter region sequence joined to the 5 'end of the coding sequence) are said to be operably linked if promoter induction results in transcription of mRNA encoding the desired protein and if the nature of the link between the two DNA sequences (1) is not it affects the reading frame of the coding sequence, 92) does not interfere with the ability of regulatory expression sequences to direct the expression of a protein, antisense mRNA, or (3) does not interfere with the ability of the template DNA to transcribe. Accordingly, the promoter region should be operably linked to the DNA sequence if the promoter is to be able to transcribe this DNA sequence efficiently.

Dokładny charakter obszarów regulatorowych niezbędnych do osiągnięcia ekspresji genu może zmieniać się w zależności od gatunków lub typów komórek, z tym że zazwyczaj zawierają one jako niezbędne, 5' nie-transkrybujące i 5' nie-translatujące (nie-kodujące) sekwencje odgrywające rolę odpowiednio w transkrypcji i translacji, takie jak ramka TATA, sekwencja przykrywająca, sekwencja CAAT itp. W szczególności takie kantrolne sekwencje 5' nie transkrybujące będą zawierać obszar obejmujący promotor transkrypcyjnego regulowania funkcjonalnie połączonego genu. Takie transkrypcyjne sekwencje kontrolne mogą również zależnie od potrzeb obejmować sekwencje wzmacniacza lub sekwencje aktywatora w górę.The exact nature of the regulatory regions necessary to achieve gene expression may vary depending on the species or cell type, but typically they contain as essential, 5 'non-transcribing and 5' non-translating (non-coding) sequences, respectively, transcriptional and translational sequences, such as a TATA box, cover sequence, CAAT sequence, etc. In particular, such 5 'non-transcribing cantonal sequences will contain a region encompassing the promoter of transcriptional regulation of an operably linked gene. Such transcriptional control sequences may also include enhancer sequences or upstream activator sequences, as appropriate.

Ekspresja białka w gospodarzach eukariotycznych takich jak drożdże wymaga stosowania obszarów regulatorowych działających w takich gospodarzach, a korzystnie drożdżowych układów regulatorowych. Zastosować można wiele różnych transkrypcyjnych i translacyjnych sekwencji regulatorowych, zależnie od charakteru gospodarza. Korzystnie takie sygnały regulatorowe sązasocjowane w stanie natywnym z określonym genem zapewniającym wysoki poziom ekspresji w komórce gospodarzu.Protein expression in eukaryotic hosts such as yeast requires the use of regulatory regions operating in such hosts, and preferably yeast regulatory systems. A wide variety of transcriptional and translational regulatory sequences may be used depending on the nature of the host. Preferably, such regulatory signals are associated in a native state with a particular gene ensuring high expression level in the host cell.

W przypadku eukariotów gdy transkrypcja nie jest połączona z translacją, takie obszary kontrolne może, lecz nie musi, zapewniać kodon inicjatorowy metioniny (AUG), w zależności od tego czy klonowana sekwencja zawiera metioninę. Obszary takie będą zazwyczaj zawierać obszar promotora wystarczający do skierowania zaincjowania syntezy RNA w komórce gospodarzu. Korzystne sąpromotory z genów drożdży kodujących produkt mRNA zdolny do translacji, a w szczególności zastosować można silne promotory, pod warunkiem, że działają one jako promotory również w komórce gospodarzu. Do korzystnych silnych promotorów należy promotor genu GALI, promotory genu glikolitycznego takiego jak gen fosfoglicerokinazy (pGk) lub promotor konstytutywnej dehydrogenazy alkoholowej (ADC1) (G.Ammerer, Meth. Enzymol. 101C: 192-201 (1983); Aho, FEBS Lett. 291: 45-49 (1991)). 'In the case of eukaryotes, when transcription is not linked to translation, such control regions may or may not provide a methionine initiator codon (AUG) depending on whether the cloned sequence contains methionine. Such regions will typically contain a promoter region sufficient to direct the initiation of RNA synthesis in the host cell. Preference is given to promoters from yeast genes encoding a translatable mRNA product, and in particular, strong promoters may be used provided that they also function as promoters in the host cell. Preferred strong promoters include the GALI gene promoter, promoters of a glycolytic gene such as the phosphoglycerinase gene (pGk) or the constitutive alcohol dehydrogenase (ADC1) promoter (G. Amerer, Meth. Enzymol. 101C: 192-201 (1983); Aho, FEBS Lett. 291: 45-49 (1991)). '

Jak to jest powszechnie znane, translacja eukariotycznego mRNA inicjowana jest przy kodonie kodującym pierwszą metioninę. Z tego względu korzystnie jest zapewnić, aby połączenie między promotorem eukariotycznym i sekwencjąDNA kodującą pożądane białko lub jej funkcyjnąpochodnąnie zawierało jakichkolwiek zakłócających kodonów, które sązdolne do kodowania metioniny. Obecność takich kodonów wynika albo z powstawania białka fuzyjnego (gdy kodon AUG znajduje się w tej samej ramce odczytu co sekwencja DNA kodująca białko) albo z mutacji przesuwającej ramkę (gdy kodon AUG nie znajduje się w tej samej ramce odczytu co sekwencja kodująca białko).As is commonly known, translation of the eukaryotic mRNA is initiated at the codon encoding the first methionine. Therefore, it is preferable to ensure that the linkage between the eukaryotic promoter and the DNA sequence encoding the desired protein or its functional derivative does not contain any interfering codons that are capable of encoding methionine. The presence of such codons is due either to the formation of the fusion protein (when the AUG codon is in the same reading frame as the DNA sequence encoding the protein) or from a frame shift mutation (when the AUG codon is not in the same reading frame as the protein coding sequence).

Dobrać można takie sygnały regulatorowe inicjowania transkrypcyjnego, które umożliwiają tłumienie lub aktywację, tak że można będzie modulować ekspresję funkcjonalnie połączonychRegulatory signals for transcriptional initiation may be selected which allow suppression or activation such that expression of operably linked

178 040 genów. Interesujące są sygnały regulatorowe wrażliwe na temperaturę, tak że zmieniając temperaturę można będzie tłumić lub inicjować ekspresję, albo sąpodatne na regulację chemiczną, np. tworząc metabolit. Sygnały translacyjne nie są konieczne, gdy pożądana jest ekspresja antysensownych sekwencji RNA.178,040 genes. Temperature sensitive regulatory signals are of interest such that by altering the temperature expression may be suppressed or initiated, or responsive to chemical regulation, e.g., forming a metabolite. Translational signals are not necessary when expression of antisense RNA sequences is desired.

W razie potrzeby opisanymi powyżej technikami klonowania uzyskać można nie-transkrynowane i/lub nie-translatowane obszary 3' względem sekwencji kodującej pożądane białko. Obszar 3'-nie-transkrybowany może zostać zachowany z uwagi na jego elementy regulatorowej sekwencji zakończania transkrypcyjnego; obszar 3'-nie-tranlatowany może zostać zachowany z uwagi na jego elementy regulatorowej sekwencji zakończania translacyjnego, albo z uwagi na te elementy, które kierują poliadenylowaniem w komórkach eukariotycznych. Gdy natywne sygnały sekwencji kontrolnych ekspresji nie działają w sposób zadowalający w komórce gospodarza, to sekwencje działające w komórce gospodarza można zamienić.If desired, the cloning techniques described above may result in non-transcrinated and / or non-translated regions 3 'to the sequence encoding the desired protein. The 3'-non-transcribed region may be conserved due to its elements of the regulatory transcription termination sequence; the 3'-non-translatable region may be conserved either because of its regulatory sequence termination sequence elements or because of those elements which direct polyadenylation in eukaryotic cells. When native expression control sequence signals do not function satisfactorily in a host cell, sequences operating in the host cell can be exchanged.

Wektory według wynalazku mogą ponadto zawierać inne funkcjonalnie połączone elementy regulatorowe takie jak elementy DNA, które nadają oporność na antybiotyki, albo źródła replikacji do utrzymywania wektora w jednej lub więcej komórkach gospodarza.The vectors of the invention may furthermore contain other operably linked regulatory elements such as DNA elements that confer antibiotic resistance or replication sources for maintaining the vector in one or more host cells.

W innym korzystnym wykonaniu, zwłaszcza w przypadku Z. rouxii, wprowadzoną sekwencję wbudowuje się do wektora plazmidowego zdolnego do autonomicznej replikacji w gospodarzu - biorcy. W tym celu wykorzystać można dowolny z wielu wektorów.In another preferred embodiment, especially in the case of Z. rouxii, the introduced sequence is inserted into a plasmid vector capable of autonomous replication in the recipient host. Any of a number of vectors can be used for this purpose.

Do istotnych czynników uwzględnianych przy doborze konkretnego wektora plazmidowego lub wirusowego należą: łatwość z jaką komórki biorcze, które zawierają wektor, można rozpoznawać i odróżniać od tych komórek biorczych, które nie zawierąjąwektora; liczba wymaganych kopii wektora w konkretnym gospodarzu; oraz to, czy pożądana jest możliwość „wymiany” wektora między komórkami gospodarzami różnych gatunków.Important factors to consider in selecting a particular plasmid or viral vector include: the ease with which recipient cells that contain the vector can be recognized and distinguished from recipient cells that do not contain the vector; the number of vector copies required in a particular host; and whether it is desirable to "exchange" the vector between host cells of different species.

Korzystne plazmidy drożdżowe zależą od gospodarza. W przypadku Z. rouxii korzystnie stosuje wektory oparte na natywnych utajonych plazmidach pSRl (E. Toh i inni, J. Bacteriol. 151: 1380-1390 (1982)), pSB1, pSB2, pSB3 lub pSB4 (E. Toh i inni, J. Gen. Microbiol. 130: 2527-2534 (1984). Plazmid pSRT303D (A. Jeampipatkul i inni, Mol. Gen. Genet. 206: 88-84 (1987)) stanowi przykład użytecznego wektora plazmidowego dla drożdży Zygosaccharomyces.Preferred yeast plasmids are host dependent. In the case of Z. rouxii, vectors based on native latent plasmids pSR1 (E. Toh et al., J. Bacteriol. 151: 1380-1390 (1982)), pSB1, pSB2, pSB3 or pSB4 (E. Toh et al., J. Gen. Microbiol 130: 2527-2534 (1984) The plasmid pSRT303D (A. Jeampipatkul et al., Mol. Gen. Genet. 206: 88-84 (1987)) is an example of a useful plasmid vector for the yeast Zygosaccharomyces.

Po wytworzeniu wektora lub sekwencji DNA zawierającej konstrukcję (konstrukcje) w celu wykonania ekspresji, konstrukcję (konstrukcje) DNA wprowadza się do odpowiedniej komórki gospodarza dowolnym z wielu różnych sposobów takich jak transformacja. Po wprowadzeniu wektora komórki biorcze hoduje się w selektywnej pożywce zapewniającej selekcję z uwagi na wzrost komórek zawierających wektor. W wyniku ekspresji jednej lub więcej klonowanych sekwencji genów powstaje pożądane białko, albo też fragment tego białka. Ekspresja taka może zachodzić w sposób ciągły w transformowanych komórkach, albo też w sposób kontrolowany, np. w wyniku zainicjowania ekspresji.After the vector or DNA sequence containing the construct (s) for expression has been generated, the DNA construct (s) are introduced into an appropriate host cell by any of a variety of methods, such as transformation. Following introduction of the vector, recipient cells are cultured in a selective medium that ensures selection for growth of the vector-containing cells. The expression of one or more cloned gene sequences results in the desired protein or a fragment of this protein. Such expression can take place continuously in transformed cells or in a controlled manner, e.g., by initiating expression.

W celu skonstruowania gospodarzy według wynalazku, którzy zostali zmienieni w taki sposób, że nie może już w nich zachodzić ekspresja pewnego produktu genowego, przeprowadzić można miejscowo ukierunkowaną mutagenezę z wykorzystaniem znanych technik, takich jak rozbicie genu (R.S. Rothstein, Meth. Enzymol. 101C: 202-211 (1983)).To construct hosts according to the invention that have been altered such that they can no longer express a certain gene product, site-directed mutagenesis can be performed using known techniques such as gene disruption (RS Rothstein, Meth. Enzymol. 101C: 202-211 (1983)).

IV Wytwarzanie ksylitoluIV. Production of xylitol

Gdy zrekombinowane drożdże wytwarzające arabitol, korzystnie drożdże osmofilowe, zastosuje się jako gospodarzy według wynalazku, mogą one rozwijać się na pożywce o wysokim ciśnieniu osmotycznym, np. na pożywce zawierającej 10-60% D-glukozy, a korzystnie 25% D-glukozy. („Normalna” pożywka zazwyczaj zawiera zaledwie 2-3% glukozy. Pożywka o wysokim ciśnieniu osmotycznym wywołuje wytwarzanie D-arabitolu w dzikich szczepach drożdży osmofilowych takich jak Z. rouxii. Pożywkę hodowlaną dla zrekombinowanych i kontrolnych (dzikich) szczepów analizuje się znanymi sposobami, w różnych odstępach czasu hodowli, w celu oznaczenia zawartości ksylitolu. W warunkach hodowli nie zoptymalizowanych pod względem maksymalnej wydajności D-arabitolu szczep Z. rouxii ATCC13356 [pSRT (AX)-9] wytwarza i wydziela do pożywki zarówno ksylitol jak i D-arabitol. Tylko D-arabitol wykrywany jestWhen recombinant arabitol-producing yeasts, preferably osmophilic yeasts, are used as hosts according to the invention, they can grow on a high osmotic pressure medium, e.g. on a medium containing 10-60% D-glucose and preferably 25% D-glucose. ("Normal" medium typically contains only 2-3% glucose. High osmotic pressure medium induces the production of D-arabitol in wild-type osmophilic yeast strains such as Z. rouxii. The culture medium for recombinant and control (wild-type) strains is analyzed by known methods, at different cultivation time intervals to determine the xylitol content Under cultivation conditions not optimized for maximum D-arabitol yield, the Z. rouxii ATCC13356 [pSRT (AX) -9] strain produces and secretes both xylitol and D-arabitol into the medium. Only D-arabitol is detected

178 040 w hodowli szczepu kontrolnego. Wydajność ksylitolu w pierwszych próbach [patrz tabela 4 w przykładzie 4] po 48 godzinach hodowli wynosiła około 7,7 g/litr.178,040 in the culture of the control strain. The xylitol yield in the first trials [see Table 4 in Example 4] after 48 hours of cultivation was approximately 7.7 g / liter.

Ksylitol można wyodrębniać z pożywki dla gospodarza według wynalazku i oczyszczać dowolnym ze znanych sposobów. Tak np. w patencie USA nr 5 081 026, który wprowadza się jako źródło literaturowe, opisano chromatograficzne wydzielanie ksylitolu z hodowli drożdżowych. W związku z tym po etapie fermentacji ksylitol można wyodrębniać z hodowli i oczyszczać z wykorzystaniem etapów chromatografii opisanych w patencie USA nr 5 081 026, przeprowadzając następnie krystalizację.Xylitol can be isolated from the host medium of the invention and purified by any of the known methods. For example, US Patent No. 5,081,026, which is hereby incorporated by reference, describes the chromatographic separation of xylitol from yeast cultures. Thus, after the fermentation step, xylitol can be separated from the culture and purified using the chromatography steps described in US Patent No. 5,081,026 followed by crystallization.

PrzykładyExamples

Przykład 1. Klonowanie bakteryjnego genu dehydrogenazy D-arabitolowejExample 1. Cloning of the bacterial D-arabitol dehydrogenase gene

Klebsiella terrigena Phpl (otrzymane od K. Haahteli, Uniwersytet w Helsinkach, patrz Haahtelai inni, Appl. Env. Microbiol. 45: 563-570 (1983)) hodowano w 1 litrze pożywki LB(1%tryptonu, 0,5% ekstraktu drożdżowego, 1°% NaCl) przez noc w 30°C. Komórki bakteryjne (około 5 g) odwirowano, przemyto raz TE (10 mM tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 7,5) i ponownie zawieszono w TE zawierającym 1 % dodecylosiarczanu sodowego i 200 pg/ml proteinazy K. Zawiesinę inkubowano w 37°C przez 30 minut, po czym wyekstrahowano raj równą objętością fenolu i dwa razy chloroformem. Dodano 3 M octan sodowy (1/10 objętości) i etanol (3 objętości), po czym wytrącone kwasy nukleinowe odwirowano i ponownie rozpuszczono w 5 ml Te. RNA usunięto w wyniku wirowania roztworu w 25 ml 1M NaCl przez noc z szybkością30 000 obrotów/minutę w wirówce Beckman Ti50.2. Uzyskany w ten sposób chromosomowy DNA K. terrigena zawierał fragmenty o przeciętnej wielkości 50 000 par zasad (bp). DNA strawiono następnie endonukleaząrestrykcyjną Sau3A w buforze dostawcy (Boehringera) przy stosunku enzym:DNA 5U/mg, aż do zmniejszenia średniej wielkości fragmentu DNA do około 5 -10 kb (ocenianej na podstawie elektroforezy na żelu agarozowym). Produkt trawienia frakcjonowano metodą elektroforezy na bloku 0,6% żelu agarozowego o wymiarach 20 x 10 x 0,6 cm w buforze TBE (0,09 M tris-kwas borowy, 1 mM EDTA, pH 8,3) przy 5V/cm przez noc, po czym wycięto otwór w bloku agarozowym w miejscu odpowiadającym fragmentowi o wielkości około 5 kB, w otwór wstawiono kawałek membrany do dializy i elektroforezę kontynuowano tak długo, aż zasadniczo wszystkie fragmenty DNA o wielkości ponad 5 kB zostaną zaadsorbowane na membranie. Plazmidowy DNA z pUC19 (otrzymany z Pharmacia) strawiono endonukleazą restrykcyjną BamHI i bakteryjną fosfatazą alkaliczną stosując bufor i warunki reakcji podane przez producenta. Liniowąpostać pUC19 oczyszczono metodą preparatywnej elektroforezy na żelu wykorzystując metodę elektroelucji membranowej opisaną powyżej, a następnie zligowano z frakcją 5-15 kB chromosomowego DNA Klebsiella terrigena. Mieszaninę z ligowania zastosowano do transformowania kompetentnych komórek E. coli SCSI (otrzymanych ze Stratagene) do uzyskania oporności na ampicylinę. W doświadczeniu tym uzyskano około 10 000 zrekombinowanych klonów. Uśrednione komórki z płytek do transformowania posiano na płytkach z minimalną pożywką zawierającą D-arabitol (1%) jako jedyne źródło węgla. Po 2 dniach inkubowania w 37°C uzyskano szereg kolonii. Plazmidowy DNA wydzielono z dwóch (najszybciej rozwijających się) klonów zastosowano do powtórnego transformowania szczepu HB101 E. coli, niezdolnego do katabolizowania D-arabitolu, ale zdolnego do wykorzystywania D-ksylulozy. Stwierdzono, że wszystkie transformanty wykazują dodatnią próbę wykorzystania D-arabitolu na płytkach McConke/a agarowo-D-arabitolowych (otrzymanych z Difco), podczas gdy klony kontrolne (ten sam szczep transformowany pUC19) dały wynik negatywny. Analiza restrykcyjna wykazała, że dwa wydzielone klony zawierają identyczne plazmidy. Jeden z dwóch wydzielonych plazmidów (nazwany pARL2) wykorzystano do dalszej analizy. Mapę restrykcyjną klonowanego fragmentu DNA z K. terrigena o 9,5 kb (około) w pARL2 zawierającym gen dehydrogenazy D-arabitolowej przedstawiono na fig. 1.Klebsiella terrigena Phpl (obtained from K. Haahteli, University of Helsinki, see Haahtelai et al., Appl. Env. Microbiol. 45: 563-570 (1983)) was grown in 1 liter of LB medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract) , 1 °% NaCl) overnight at 30 ° C. Bacterial cells (approximately 5 g) were centrifuged, washed once with TE (10 mM tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 7.5) and resuspended in TE containing 1% sodium dodecyl sulfate and 200 pg / ml proteinase K. The suspension was incubated at 37 ° C for 30 minutes, then the paradise was extracted with an equal volume of phenol and twice with chloroform. 3M sodium acetate (1/10 vol.) And ethanol (3 vol.) Were added and the precipitated nucleic acids were centrifuged and redissolved in 5 ml Te. RNA was removed by centrifuging the solution in 25 ml of 1M NaCl overnight at 30,000 rpm in a Beckman Ti50.2 centrifuge. The resulting K. terrigen chromosomal DNA contained fragments with an average size of 50,000 base pairs (bp). The DNA was then digested with Sau3A restriction endonuclease in supplier (Boehringer) buffer at an enzyme: DNA ratio of 5U / mg until the average size of the DNA fragment was reduced to approximately 5-10 kb (as assessed by agarose gel electrophoresis). The digestion product was fractionated by electrophoresis on a block of 0.6% agarose gels with dimensions of 20 x 10 x 0.6 cm in TBE buffer (0.09 M tris-boric acid, 1 mM EDTA, pH 8.3) at 5V / cm for overnight, after which a hole in the agarose block corresponding to a fragment of about 5 kB in size was cut out, a piece of dialysis membrane was inserted into the hole and electrophoresis was continued until essentially all DNA fragments larger than 5 kB had been adsorbed on the membrane. Plasmid DNA from pUC19 (obtained from Pharmacia) was digested with restriction endonuclease BamHI and bacterial alkaline phosphatase using the buffer and reaction conditions specified by the manufacturer. The linear form of pUC19 was purified by preparative gel electrophoresis using the membrane electroelution method described above, and then ligated into a 5-15 kB fraction of Klebsiella terrigena chromosomal DNA. The ligation mixture was used to transform E. coli SCSI competent cells (obtained from Stratagene) to ampicillin resistance. Approximately 10,000 recombinant clones were obtained in this experiment. Average cells from the transformation plates were plated on the plates with minimal medium containing D-arabitol (1%) as sole carbon source. After 2 days of incubation at 37 ° C, a series of colonies were obtained. Plasmid DNA was isolated from the two (fastest growing) clones and used to re-transform E. coli strain HB101, unable to catabolize D-arabitol but capable of utilizing D-xylulose. All transformants were found to be positive for D-arabitol utilization on McConke's D-arabitol agar plates (obtained from Difco) while control clones (same pUC19 transformed strain) were negative. Restriction analysis showed that the two clones isolated contain identical plasmids. One of the two isolated plasmids (named pARL2) was used for further analysis. A restriction map of the cloned 9.5 kb (approx) K. terrigen DNA fragment in pARL2 containing the D-arabitol dehydrogenase gene is shown in Figure 1.

Przykład 2. Ekspresja genu bakteryjnej dehydrogenazy D-arabitolowej w drożdżachExample 2. Expression of the bacterial D-arabitol dehydrogenase gene in yeast

Z wyjściowego klonu DNA K. terrigena o 9,5 kb, zawierającego gen dehydrogenazy D-arabitolowej fragment Sacl-HindIII o około 1,8 kb subklonowano z wykorzystaniem zwykłych technik rekombinacji DNA stwierdzając, że zawiera on gen dehydrogenazy D-arabitolowej.From the original 9.5 kb K. terrigen DNA clone containing the D-arabitol dehydrogenase gene, an approximately 1.8 kb Sacl-HindIII fragment was subcloned using conventional recombinant DNA techniques and found to contain the D-arabitol dehydrogenase gene.

178 040178 040

Plazmid zawierający ten fragment DNA w wektorze pUC19 (pADH, gdzie ADH oznacza dehydrogenazę D-arabitolową) wydzielono ze szczepu E. coli JM110, strawiono endonukleazami restrykcyjnymi BclI i Clal, po czym fragment DNA o 1,38 kb wydzielono metodą preparatywnej elektroforezy na żelu agarozowym. Ten fragment DNA potraktowano fragmentem DNA-polimerazy I Klenowa w obecności wszystkich czterech trifosforanów dezoksynukleotydów i zligowano z drożdżowym wektorem ekspresji pAAH5 (Ammerer, Meth. Enzymol. 101:192-203 (1983)) rozciętym za pomocąHindIII i zadanym fragmentem Klenowa (fig. 2). Uzyskany plazmid ekspresji, pYARD, jest wektorem wrzecionowym E. coli-Saccharomyces cerevisiae, zawierającym replikację i gen oporności na ampicylinę pochodzenia bakteryjnego (E. coli), replikację od 2 pm DNA· pochodzenia drożdżowego (S. cerevisiae) oraz gen LEU2 do selekcjonowania w drożdżach pochodzenia drożdżowego (S. cerevisiae). Kaseta ekspresji zawiera promotor drożdżowej dehydrogenazy alkoholowej I (ADC) oraz flankujący terminator transkrypcji (ADCI) funkcjonalnie połączony z genem dehydrogenazy D-arabitolowej K. terrigena.The plasmid containing this DNA fragment in the pUC19 vector (pADH, where ADH is D-arabitol dehydrogenase) was isolated from the E. coli JM110 strain, digested with BclI and Clal restriction endonuclease, and then the 1.38 kb DNA fragment was isolated by preparative agarose gel electrophoresis . This DNA fragment was treated with the Klenow DNA-polymerase I fragment in the presence of all four deoxynucleotide triphosphates and ligated into the yeast expression vector pAAH5 (Ammerer, Meth. Enzymol. 101: 192-203 (1983)) cut with HindIII and the given Klenow fragment (Fig. 2) ). The resulting expression plasmid, pYARD, is an E. coli-Saccharomyces cerevisiae spindle vector containing replication and an ampicillin resistance gene of bacterial origin (E. coli), replication from 2 pm of DNA of yeast origin (S. cerevisiae) and the LEU2 gene for selection in yeast of yeast origin (S. cerevisiae). The expression cassette contains the yeast alcohol dehydrogenase I (ADC) promoter and a flanking transcription terminator (ADCI) operably linked to the K. terrigen D-arabitol dehydrogenase gene.

Szczep Saccharomyces cerevisiae GRF18 (MATa, leu-2-3,112, his3-11,15) oraz S. cerevisiae DBY746 (ATCC 44773; MATa, leu2-3,112, his3-Al, ura3-52 trpl-289) zastosowano jako gospodarze do transformowania opisanym powyżej wektorem ekspresji dehydrogenazy D-arabitolowej pYARD, uzyskując takie same wyniki. Transformację przeprowadzono standardową procedurąz chlorkiem litu (Ito i inni, J. Bacteriol. 153: 163-160 (1983)), stosując marker LEU2 pYARD do selekcji transformantów. Transformanty hodowano na ciekłej pożywce w minimalnym ośrodku: 0,67% drożdżowych zasad azotowych („Difco”), 2% D-glukozy, 100 mg/litr histydyny i tryptofanu, w 30°C przez noc z wytrząsaniem. Komórki odwirowano, zawieszono w minimalnej objętości 0,1 M fosforanu sodowego buforowanego do pH 6,8, zawierającego 1 mM NAD+ i rozbito 0,5 mm kuleczkami szklanymi w aparacie typu młyna perełkowego Bead beater („Biospec products”) przez 6 minut z chłodzeniem lodem. Aktywność dehydrogenazy D-arabitolowej oznaczono w sposób opisany powyżej. W doświadczeniach tych zastosowano ekstrakt komórek K. terrigena hodowanych na D-arabitolu zastosowano jako dodatni materiał kontrolny, a DBY746 transformowany pAAH5 jako ujemny materiał kontrolny. Wyniki podane w tabeli 2 wykazują, że gen dehydrogenazy D-arabitolowej wydzielony z K. terrigena ulega skutecznie ekspresji w drożdżach.Saccharomyces cerevisiae strain GRF18 (MATa, leu-2-3,112, his3-11,15) and S. cerevisiae DBY746 (ATCC 44773; MATa, leu2-3,112, his3-Al, ura3-52 trpl-289) were used as transforming hosts with the pYARD D-arabitol dehydrogenase expression vector described above, with the same results. Transformation was performed by the standard lithium chloride procedure (Ito et al., J. Bacteriol. 153: 163-160 (1983)), using the pYARD LEU2 marker for selection of transformants. Transformants were grown on liquid medium in minimal medium: 0.67% yeast nitrogen bases ("Difco"), 2% D-glucose, 100 mg / liter histidine and tryptophan at 30 ° C overnight with shaking. Cells were centrifuged, resuspended in a minimum volume of 0.1 M sodium phosphate buffered to pH 6.8, containing 1 mM NAD + and broken with 0.5 mm glass beads in a bead beater ("Biospec products") for 6 minutes with cooling ice. D-arabitol dehydrogenase activity was determined as described above. In these experiments, an extract of K. terrigena cells grown on D-arabitol was used as positive control material, and DBY746 transformed with pAAH5 as negative control material. The results in Table 2 show that the K. terrigena secreted D-arabitol dehydrogenase gene is efficiently expressed in yeast.

Tabela 2Table 2

Szczep drobnoustrojowy Microbial strain Aktywność dehydrogenazy D-arabitolowe (jednostki przyjęte arbitralnie) D-arabitol dehydrogenase activity (arbitrary units) K. terrigena Phpl K. terrigena Phpl 3,5 3.5 DBY746 [pYARD] DBY746 [pYARD] 1,0 1.0 DBY746 [pAAH5] DBY746 [pAAH5] 0,00 0.00

Przykład 3. Konstrukcja wektorów drożdżowych do nadekspresji genów dehydrogenazy ksylitolowej i dehydrogenazy D-arabitolowejExample 3. Construction of yeast vectors for overexpression of the genes xylitol dehydrogenase and D-arabitol dehydrogenase

Znaną sekwencję nukleotydową genu XYL2 drożdży (Pichia stipitis), kodującego dehydrogenazę ksylitolową [Kotter i inni, Curr. Genet. 18:493-500 (1990)] zastosowano do zsyntetyzowania oligonukleotydów do klonowania tego genu metodą polimerazowej reakcji łańcuchowej. Dwa oligonukleotydy: CGAATTCTAGACCACCCTAAGTCGTCCC (5'-oligonukleotyd) [SEQ ID No. 1] i TTCAAGAATTCAAGAAACTCACGTGATGC (3'-oligonukleotyd) [SEQ ID No. 2] przeznaczono do wprowadzenia dogodnych miejsc restrykcyjnych Xbal i EcoRI na końce 5'- i 3'- produktu PCR. 5'-oligonukleotyd przyłącza się w pozycji 1-24 XYL2, a 3'-oligonukleotyd przyłącza się w pozycji 1531-1560, zgodnie z numeracjąużytą przez K ottera i innych, Curr. Genet. 18: 493-500 (1990).The known nucleotide sequence of the yeast XYL2 gene (Pichia stipitis) encoding xylitol dehydrogenase [Kotter et al., Curr. Genet. 18: 493-500 (1990)] was used to synthesize oligonucleotides for the cloning of this gene by the polymerase chain reaction method. Two oligonucleotides: CGAATTCTAGACCACCCTAAGTCGTCCC (5'-oligonucleotide) [SEQ ID No. 1] and TTCAAGAATTCAAGAAACTCACGTGATGC (3'-oligonucleotide) [SEQ ID No. 2] was designed to insert convenient XbaI and EcoRI restriction sites onto the 5'- and 3'-ends of the PCR product. The 5'-oligonucleotide is attached at position 1-24 of XYL2 and the 3'-oligonucleotide is attached at position 1531-1560 according to the numbering used by K otter et al., Curr. Genet. 18: 493-500 (1990).

Pichia stipitis CBS6054 (Centraalbureau voor Schimmelcultures, Oosterstraat 1, PO Box 273,3740 AG Baam, Holandia) hodowano przez noc na pożywce YEPD (1 % ekstraktu drożdżowego, 2% peptonu, 2% D-glukozy), po czym komórki odwirowano, przemyto raz 1 M roztwó178 040 rem sorbitolu zawierającym 2 mM EDTA, pH 7,5, ponownie zawieszono w tym samym roztworze i strawiono środkiem Lysicate (Sigma). Trawienie kontrolowano śledząc gęstość optycznąprzy 600 nm przy rozcieńczeniu 1:1000 zawiesiny komórek w 2% SDS. Trawienie zakończono, gdy wielkość ta spadła do około 1/7 wielkości wyjściowej. Zawiesinę sferoplastów przemyto następnie 4 razy 1 M roztworem sorbitolu. Sferoplasty poddano lizie w 1% SDS i zadano 200 pg/ml proteinazy K w 37°C na 30 minut. Po jednokrotnej ekstrakcji fenolem i dwukrotnej chloroformem kwasy nukleinowe strącono etanolem i ponownie rozpuszczono w niewielkiej ilości buforu TE. Integralność chromosomowego DNA sprawdzono przeprowadzając elektroforezę na żelu agarozowym. Średnia wielkość fragmentu DNA przekraczała 50 kb. PCR przeprowadzono stosując polimerazę Tag DNA (Boehringer) w buforze dostawcy. Zastosowano cykl termiczny: 93°C - 30 s, 55°C - 30 s i 72°C - 60 s. Produkt PCR wyekstrahowano chloroformem, wytrącono etanolem i strawiono EcoRI i Xbal w standardowych warunkach. Po oczyszczaniu na żelu agarozowym fragment DNA klonowano do pUC18 rozciętego Xbal i EcoRI (plazmid pUC(XYL2)). Przeprowadzona następnie analiza restrykcyjna potwierdziła, że mapa restrykcyjna klonowanego fragmentu odpowiada sekwencji nukleotydów genu XYL2 P stipitis.Pichia stipitis CBS6054 (Centraalbureau voor Schimmelcultures, Oosterstraat 1, PO Box 273.3740 AG Baam, The Netherlands) was grown overnight in YEPD medium (1% yeast extract, 2% peptone, 2% D-glucose), then cells were centrifuged, washed once a 1M solution of sorbitol containing 2mM EDTA, pH 7.5, 1 M solution of sorbitol, pH 7.5, was resuspended in the same solution and digested with Lysicate (Sigma). Digestion was monitored by following the optical density at 600 nm at a 1: 1000 dilution of the cell suspension in 2% SDS. Digestion was complete when this value had dropped to about 1/7 of the original value. The spheroplast suspension was then washed 4 times with 1 M sorbitol solution. Spheroplasts were lysed with 1% SDS and treated with 200 µg / ml proteinase K at 37 ° C for 30 minutes. After extracting once with phenol and twice with chloroform, the nucleic acids were precipitated with ethanol and redissolved in a small amount of TE buffer. The integrity of the chromosomal DNA was checked by agarose gel electrophoresis. The average size of the DNA fragment exceeded 50 kb. PCR was performed using Tag DNA polymerase (Boehringer) in supplier's buffer. The thermal cycle was used: 93 ° C - 30 s, 55 ° C - 30 s and 72 ° C - 60 s. The PCR product was extracted with chloroform, ethanol precipitated and digested with EcoRI and Xbal under standard conditions. After agarose gel purification, the DNA fragment was cloned into XbaI and EcoRI cleaved pUC18 (plasmid pUC (XYL2)). Subsequent restriction analysis confirmed that the restriction map of the cloned fragment corresponds to the nucleotide sequence of the XYL2 P stipitis gene.

Plazmidy drożdżowe do nadekspesji dehydrogenazy D-arabitolowej i dehydrogenazy ksylitolowej skonstruowano w sposób przedstawiony na fig. 3 i 4. W celu zmienienia flankujących miejsc restrykcyjnych kasety ekspresji dehydrogenazy D-arabitolowej w plazmidzie pYARD całą kasetę wycięto stosując trawienie BamHI przeprowadzono klonowanie do pUC18 strawionego za pomocą BamHI. Uzyskany plazmid pUC(YARD) strawiono za pomocą Sali i EcoRI, po czym sam fragment DNA o 2 kb wydzielono metodą preparatywnej elektroforezy na żelu agarozowym. Fragment ten zligowano z fragmentem Hindlll-EcoRI DNA o 1,6 kb wydzielonym z plazmidu pUC(XYL2) i fragmentem wektora wrzecionowego E. coli-drożdżowego pJDB207 oThe yeast plasmids for overexpression of D-arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase were constructed as shown in Figures 3 and 4. In order to change the restriction flanking sites of the D-arabitol dehydrogenase expression cassette in the pYARD plasmid, the entire cassette was excised using digestion with BamHI18. BamHI. The resulting plasmid pUC (YARD) was digested with SalI and EcoRI, and the 2 kb DNA fragment itself was isolated by preparative agarose gel electrophoresis. This fragment was ligated with the 1.6 kb HindIII-EcoRI DNA fragment isolated from plasmid pUC (XYL2) and the E. coli-yeast spindle vector fragment pJDB207 of

6.6 kb (J.D. Beggs, Nature 275: 104-109 (1978)) strawionego za pomocąHindIII i SalI. Plazmid pJDB(AX)-16 wydzielono po transformacji E. coli powyższą mieszaniną ligacyjną. Plazmid ten jest zdolny do replikacji zarówno w E. coli jak i w Saccharomyces cerevisiae. W S. cerevisiae nadzoruje on wysoki poziom syntezy zarówno dehydrogenazy D-arabitolowej jak i dehydrogenazy ksylitolowej. Plazmid pSRT(AX)-9 zsyntetyzowano w wyniku ligowania fragmentu Sali o6.6 kb (J.D. Beggs, Nature 275: 104-109 (1978)) digested with HindIII and SalI. The plasmid pJDB (AX) -16 was isolated after transformation of E. coli with the above ligation mixture. This plasmid is replication competent in both E. coli and Saccharomyces cerevisiae. In S. cerevisiae, it monitors the high level of synthesis of both D-arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase. The plasmid pSRT (AX) -9 was synthesized by ligating the Salo fragment

4.7 kb z plazmidu pJDB(AX)-9 i liniowej formy plazmidu pSRT303D (Jeampipatkul i inni, Mol. Gen. Genet. 206: 88-94 (1987)) uzyskaną w wyniku częściowej hydrolizy za pomocą Sali.4.7 kb from plasmid pJDB (AX) -9 and the linear form of the plasmid pSRT303D (Jeampipatkul et al., Mol. Gen. Genet. 206: 88-94 (1987)) obtained by partial hydrolysis with Sal.

Przykład 4. Konstrukcja szczepów drożdży wydzielających ksylitolExample 4. Construction of xylitol secreting yeast strains

Przeprowadzono transformowanie Zygosaccharomyces rouxii ATCC 13356 plazmidem pSRT(AX)-9 nieznacznie zmieniając uprzednio opisaną metodę (K. Ushio i inni, J. Ferment. Technol. 66: 481-488 (1988)). W skrócie Z. rouxii hodowano przez noc na pożywce YEPD (uzyskując hodowlę o gęstości optycznej 3-5 przy 600 nm), po czym komórki zabrano stosując wirowanie z małą prędkością, przemyto dwukrotnie 1M roztworem sorbitolu z 1 mM EDTA, pH 7,5, ponownie zawieszono tym samym roztworze o objętości równej 1/5 wyjściowej objętości hodowli, zawierającym 1%o 2-merkaptoetanolu i przeprowadzono trawienie w temperaturze pokojowej za pomocą środka lysicate (Sigma). Przebieg trawienia śledzono pobierając odpowiednią próbkę zawiesiny komórek, którą rozcieńczano 1%o roztworem SDS i mierzono gęstość optyczną rozcieńczonej próbki przy 600 nm. Gdy wielkość ta spadła do 1/7 wielkości wyjściowej, trawienie kończono chłodząc zawiesinę w lodzie, po czym przemywano ją (10 minut wirowania w 0°C z szybkością 1000 obrotów/minutę) roztworem sorbitolu ją aż do pozbycia się wykrywalnego zapachu merkaptoetanolu. Sferoplasty przemyto jeden raz zimnym 0,3 M roztworem chlorku wapniowego w 1 M sorbitolu i ponownie zawieszono w tym samym roztworze o objętości równej 1/4 wyjściowej objętości hodowli. Próbki po 200 μΐ tej zawiesiny i 10-20 (ig plazmidowego DNA wymieszano i inkubowano w 0°C przez 40 minut. Do zawiesiny sferoplastów dodano 0,8 ml schłodzonego w lodzie 50% roztworu PEG-6000, zawierającego 0,3 M chlorek wapnia i inkubację w obniżonej temperaturze kontynuowano przez 1 godzinę. Sferoplasty zatężono stosując wirowanie z szybkością4000 obrotów/minutę przez 10 minut w laboratoryjnej wirówce, zawieszono w 2 ml YEPD zawierającego 1 M sorbitol i pozostawiono do regeneracji naZygosaccharomyces rouxii ATCC 13356 was transformed with the plasmid pSRT (AX) -9 by slightly altering the previously described method (K. Ushio et al., J. Ferment. Technol. 66: 481-488 (1988)). Briefly, Z. rouxii was grown overnight in YEPD medium (obtaining a culture with an optical density of 3-5 at 600 nm), after which cells were harvested by low speed centrifugation, washed twice with 1M sorbitol solution with 1mM EDTA, pH 7.5, Resuspension in the same solution equal to 1/5 of the original culture volume containing 1% o 2-mercaptoethanol, and digestion at room temperature was performed with lysicate (Sigma). The course of the digestion was followed by taking an appropriate sample of the cell suspension which was diluted with 1% SDS solution and measuring the optical density of the diluted sample at 600 nm. When this value had dropped to 1/7 of its original value, digestion was terminated by cooling the suspension in ice and then washing it (10 minutes centrifugation at 0 ° C at 1000 rpm) with a sorbitol solution until the detectable smell of mercaptoethanol was eliminated. The spheroplasts were washed once with a cold 0.3 M solution of calcium chloride in 1 M sorbitol and resuspended in the same solution with a volume equal to 1/4 of the original culture volume. 200 μΐ samples of this suspension and 10-20 μg of plasmid DNA were mixed and incubated at 0 ° C for 40 minutes. 0.8 ml of ice-cold 50% PEG-6000 solution containing 0.3 M calcium chloride was added to the spheroplast suspension. and incubation at reduced temperature was continued for 1 hour Spheroplasts were concentrated by centrifugation at 4000 rpm for 10 minutes in a laboratory centrifuge, resuspended in 2 ml YEPD containing 1 M sorbitol and allowed to regenerate on

178 040 noc w temperaturze pokojowej. Zregenerowane komórki posiano na płytkach YEPD zawierających 50-100 pg/ml gentamycyny i inkubowano w 30°C przez 4-6 dni.178,040 overnight at room temperature. Regenerated cells were seeded on YEPD plates containing 50-100pg / ml gentamicin and incubated at 30 ° C for 4-6 days.

Transformanty hodowano w ciekłej pożywce YEPD, po czym ekstrakty komórkowe uzyskane w sposób opisany w przypadku S. cerevisiae (przykład 2) i oznaczono aktywności dehydrogenazy D-arabitolowej i dehydrogenazy ksylitolowej. Wyniki tych pomiarów porównano z podobnymi pomiarami wykonanymi dla innych organizmów w tabeli 3. Wykazują one, że obydwa geny skutecznie wykonują ekspresję w Z. rouxii.Transformants were grown in YEPD liquid medium, and then cell extracts obtained as described for S. cerevisiae (Example 2) and the activities of D-arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase were determined. The results of these measurements were compared with similar measurements made for other organisms in Table 3. They show that both genes are efficiently expressed in Z. rouxii.

Komórki Z. rouxii ATCC 13356 transformowane pSRT(AX)-9 hodowano przez 2 dni w 50 ml YEPD zawierającej 50 pg/ml gentamycyny, po czym zebrano je i zastosowano do zaszczepienia 1000 ml YEPD zawierającej 25% wag. D-glukozy i 50 pg/ml gentamycyny. Hodowlę prowadzono w 100 ml kolbie na wytrząsarce obrotowej (200 obrotów/minutę) w 30°C. W innym doświadczeniu (doświadczenie 2) zastosowano tą samą pożywkę bez ekstraktu drożdżowego (pożywka niskofosforanowa). Zawartość ksylitolu w bulionie pożywkowym oznaczano standardowymi metodami HPLC i chromatografii gazowej. Wyniki podano w tabeli 4. Nie wykryto ksylitolu w ośrodku hodowli nietransformowanych Z. rouxii hodowanych na tej samej pożywce (bez gentamycyny).Z. rouxii ATCC 13356 cells transformed with pSRT (AX) -9 were grown for 2 days in 50 ml YEPD containing 50 pg / ml gentamicin, then harvested and used to inoculate 1000 ml YEPD containing 25 wt. D-glucose and 50 pg / ml gentamicin. The cultivation was carried out in a 100 ml flask on a rotary shaker (200 rpm) at 30 ° C. In another experiment (experiment 2) the same medium without yeast extract was used (low-phosphate medium). The xylitol content in the nutrient broth was determined by standard HPLC and gas chromatography methods. The results are given in Table 4. No xylitol was detected in the culture medium of untransformed Z. rouxii grown on the same medium (without gentamicin).

Tabela 3Table 3

Aktywności dehydrogenazy D-arabitolowej i dehydrogenazy ksylitolowej w różnych organizmach i szczepachActivities of D-arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase in various organisms and strains

Organizm i szczep Organism and strain Plazmid (*) Plasmid (*) Dehydrogenaza D-arabitolowa (IU/mg białka) Dehydrogenase D-arabitol (IU / mg protein) Dehydrogenaza ksylitolowa (IU/mg białka) Xylitol dehydrogenase (IU / mg protein) Klebsiella terrigena Phpl Klebsiella terrigena Phpl - - 0,48 0.48 NW (**) NW (**) S. cerevisiae DBY746 S. cerevisiae DBY746 - - 0,00 0.00 <0,01 <0.01 S. cerevisiae DBY746 S. cerevisiae DBY746 pJDB(YARD) pJDB (YARD) 3,0 3.0 <0,01 <0.01 S. cerevisiae DBY746 S. cerevisiae DBY746 pJDB(AX)-16 pJDB (AX) -16 1,9 1.9 1,2 1.2 Z. rouxii ATCC 13356 Z. rouxii ATCC 13356 - - 0,00 0.00 <0,02 <0.02 Z. rouxii ATCC 13356 Z. rouxii ATCC 13356 pSRT(AX)-9 pSRT (AX) -9 1,3 1.3 0,7 0.7

(*) Plazmidy wytwarzają w wyniku ekspresji następujące enzymy: pJDB(YARD) - dehydrogenaza D-arabitolowa pJDB(AX)-16 - dehydrogenaza D-arabitolowa i dehydrogenaza ksylitolowa pSRT(AX)-9 - dehydrogenaza D-arabitolowa i dehydrogenaza ksylitolowa (**) NO- nie oznaczano(*) Plasmids express the following enzymes: pJDB (YARD) - pJDB D-arabitol dehydrogenase (AX) -16 - D-arabitol dehydrogenase and pSRT xylitol dehydrogenase (AX) -9 - D-arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase (* *) NO- was not determined

Tabela 4Table 4

Wytwarzanie ksylitolu przez Z. rouxii ATCC 13356 zawierające plazmid pSRT(AX)-9 (g/litr)Production of xylitol by Z. rouxii ATCC 13356 containing the plasmid pSRT (AX) -9 (g / liter)

Czas hodowli (godziny) Breeding time (hours) Doświadczenie 1 ośrodek z ekstraktem drożdżowym Experience 1 medium with yeast extract Doświadczenie 2 ośrodek bez ekstraktu drożdżowego Experience 2 medium without yeast extract 0 0 0,0 0.0 0,0 0.0 48 48 7,7 7.7 0,5 0.5 144 144 7,5 7.5 6,1 6.1

W podobny sposób skonstruować można szczepy wytwarzające ksylitol z innych źródeł węgla. Tak np. Candida tropicalis są zdolne do przekształcania n-alkanów w D-arabitol (K. Hattori i T. Suzuki, Ąrgic. Biol. Chem. 38: 1875-1881 (1974) z dobrą wydajnością. Fragment Sali oXylitol-producing strains from other carbon sources can be constructed in a similar manner. For example, Candida tropicalis are capable of converting n-alkanes to D-arabitol (K. Hattori and T. Suzuki, Ergic. Biol. Chem. 38: 1875-1881 (1974) in good yield.

4,7 kb z plazmidu pJDB(AX)-9 można wstawić do plazmidu pCU1 (L. Haas i inni, J. Bacteriol. 172: 4571-4577 (1990)) i zastosować do transformowania szczepu S. topicalis SU-2 (ura3). Tą samą kasetę ekspresji można również transformować w prototropowym szczepie C. tropicalis na wektorze plazmidu zawierającym dominujący selektywny marker.The 4.7 kb from plasmid pJDB (AX) -9 can be inserted into plasmid pCU1 (L. Haas et al., J. Bacteriol. 172: 4571-4577 (1990)) and used to transform S. topicalis SU-2 (ura3 ). The same expression cassette can also be transformed in a prototropic strain of C. tropicalis on a plasmid vector containing a dominant selective marker.

178 040178 040

Przykład 5. Konstrukcja integracyjnego dominującego wektora selekcyjnego do ekspresji dehydrogenazy arabitolu i dehydrogenazy ksylitolu i transformacji Torulopsis candidaExample 5. Construction of an integrative dominant selection vector for the expression of arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase and transformation of Torulopsis candida

Chromosomowe DNA wydzielono z T. candida (ATCC 20214) sposobem zbliżonym do standardowej procedury opisanej w przypadku S. cerevisiae. Jednakże wytwarzanie sferoplastów T. candida wymaga wysokiego stężenia środka Lysicate (Sigma) - około 50 000 U/10 g komórek oraz długiego czasu inhibitowania - od kilku godzin do trwającego całą noc inkubowania w temperaturze pokojowej w celu osiągnięcia skutecznej lizy ścianki komórkowej. Jako bufor przy otrzymywaniu sferoplastów zastosowano 1 M sorbitol zawierający 1 mM EDTA i 1% merkaptoetanol, pH 8. Sferoplasty przemyto trzykrotnie tym samym buforem (bez merkaptoetanolu) i wykonano lizę w 15 ml 1% SDS. Po lizie komórek przeprowadzono natychmiast dwie ekstrakcje fenolem, po czym DNA strącono dodając 2 objętości etanolu i mieszaninę odwirowano (5 minut, 10 000 obrotów/minutę). DNA przemyto dwukrotnie 70% etanolem i wysuszono pod zmniejszonym ciśnieniem. DNA rozpuszczono w 5 ml 10 mM buforu tris-HCl zawierającego 1 mM EDTA, dodano RNAzę A do stężenia 10 pg/ml i roztwór inkubowano przez 1 godzinę w 37°C. Integralność DNA potwierdzono wykonując elektroforezę na żelu agarozowym z zastosowaniem nierozciętego /.-DNA jako wzorca ciężaru cząsteczkowego.Chromosomal DNA was isolated from T. candida (ATCC 20214) by a method similar to the standard procedure described for S. cerevisiae. However, the production of T. candida spheroplasts requires a high concentration of Lysicate (Sigma) - about 50,000 U / 10 g of cells, and a long inhibition time - from several hours to overnight incubation at room temperature to achieve effective cell wall lysis. 1 M sorbitol containing 1 mM EDTA and 1% mercaptoethanol, pH 8 was used as buffer for preparation of spheroplasts. Spheroplasts were washed three times with the same buffer (without mercaptoethanol) and lysed in 15 ml of 1% SDS. After cell lysis, two phenol extractions were performed immediately, then DNA was precipitated by adding 2 volumes of ethanol and the mixture was centrifuged (5 minutes, 10,000 rpm). The DNA was washed twice with 70% ethanol and dried under reduced pressure. The DNA was dissolved in 5 ml of 10 mM tris-HCl buffer containing 1 mM EDTA, RNAse A was added to a concentration of 10 pg / ml and the solution was incubated for 1 hour at 37 ° C. DNA integrity was confirmed by agarose gel electrophoresis using uncleaved β-DNA as the molecular weight standard.

200 (g chromosomowego DNA T. candida rozcięto HindIII i EcoRI i produkt trawienia wprowadzono do otworu o średnicy 6 cm w bloku (8 x 15 x 0,8 cm) 0,7% preparatywnego żelu agarozowego i przeprowadzono rozdzielanie metodą elektroforezy. Pasek o szerokości 1 cm wycięto z żelu i rozmazano na dodatnio naładowanej membranie nylonowej (Boehringer 1209 299). Rozmaz zaszczepiono sondąw postaci fragmentu DNA o 10 kb z rDNA Zygosaccharomyces bailii wyciętym za pomocą Sali z plazmidu pAT68 (K. Sugihara i inni, Agric. Biol. Chem. 50(6): 1503-151 (1986)). Sonda była znaczona i rozmazy wywołano stosując zestaw DIG DNA Labeling and Detection Kit (Boehringer 1093 657), zgodnie z instrukcjami producenta. Zaobserwowano 3 pasma hybrydyzacji odpowiadające fragmentom DNA o około 4,5, 2,7 i 1,1 kb. Wykorzystując rozmaz jako wzorzec pasmo odpowiadające największemu (4,5 kb) fragmentowi hybrydyzowanego DNA odcięto od reszty preparatywnego żelu, wykonano elektroelucję DNA, który następnie zligowano z pUC19 rozciętym za pomocą EcoRI i HindIII.200 (g of T. candida chromosomal DNA was cut with HindIII and EcoRI and the digestion product was introduced into a 6 cm diameter hole in the block (8 x 15 x 0.8 cm) with 0.7% preparative agarose gel and electrophoresed separation was performed. 1 cm was excised from the gel and smeared on a positively charged nylon membrane (Boehringer 1209 299). The smear was inoculated with a 10 kb DNA fragment probe from Zygosaccharomyces bailii rDNA excised with a pAT68 plasmid Hall (K. Sugihara et al., Agric. Biol. Chem. 50 (6): 1503-151 (1986)) The probe was labeled and smears were developed using the DIG DNA Labeling and Detection Kit (Boehringer 1093 657) according to the manufacturer's instructions. 3 hybridization bands were observed corresponding to DNA fragments of approximately 4. 5, 2.7 and 1.1 kb. Using the smear as a standard, the band corresponding to the largest (4.5 kb) fragment of the hybridized DNA was cut from the rest of the preparative gel, DNA electroelution was performed, which was then ligated with pUC19 solution cut with EcoRI and HindIII.

Mieszaninę po ligowaniu zastosowano do transformowania E. coli. Transformowane bakterie posiano na naładowaną membranę nylonową (Bio-Rad 162-0164) leżącą na agarowej powierzchni płytki zawierającej pożywkę LB i ampicylinę. Po inkubowaniu przez 24 godziny w 37°C membranę podniesiono i przeprowadzono lizę in situ kolonii bakteryjnych, zgodnie z instrukcjami producenta. Na ma potrzeby wykonywać repliki płytki, gdyż E. coli penetruje przez tego typu membranę i po podniesieniu filtru widoczny jest ślad każdej kolonii bakteryjnej na powierzchni agaru. Membranę zaszczepiono sondą w postaci tego samego fragmentu rDNA Z. bailii, stosując ten sam zestaw wykrywania DIG co poprzednio. Zidentyfikowano szereg dodatnich klonów (około 2-5% wszystkich klonów). Analiza restrykcyjna minipreparatów plazmidowych z 8 hybrydyzacyjnie-dodatnich i 4 hybrydyzacyjnie-ujemnych klonów, z wykorzystaniem mieszaniny EcoRI, HindIII i EcoRY. Wszystkie hybrydyzacyjnie-dodatnie klony dawały identyczne restrykcyjne wzory fragmentów (z charakterystycznymi fragmentami o 0,55 i 1,5 kb), podczas gdy takie same wzory dla hybrydyzacyjnie-ujemnych klonów były za każdym razem inne. Plazmidowe DNA z jednego z hybrydyzacyjnie-dodatnich klonów wydzielono w skali preparatywnej i nazwano pTCrDNA. Wywnioskowano, że klonowany kawałek stanowił fragment rDNA T. candida, gdyż 1) hybrydyzuje silnie z rDNA Z. bailii oraz 2) ulega klonowaniu z produktu trawienia częściowo wzbogaconego chromosomowego DNA T. candida z dużą częstotliwością (wiadomo, że rDNA jest reprezentowany przez około 100 kopii w komórce drożdży). Częściową mapę restrykcyjną klonowanego fragmentu DNA przedstawiono na fig. 5.The ligation mixture was used to transform E. coli. The transformed bacteria were plated on a charged nylon membrane (Bio-Rad 162-0164) lying on the agar surface of the plate containing LB medium and ampicillin. After incubation for 24 hours at 37 ° C, the membrane was lifted and the bacterial colonies were lysed in situ according to the manufacturer's instructions. It is necessary to replicate the plate, because E. coli penetrates through this type of membrane and when the filter is lifted, a trace of each bacterial colony is visible on the agar surface. The membrane was probed with the same Z. bailii rDNA fragment using the same DIG detection kit as before. A number of positive clones were identified (approximately 2-5% of all clones). Restriction analysis of plasmid minipreps from 8 hybridization positive and 4 hybridization negative clones using a mixture of EcoRI, HindIII and EcoRY. All the hybridization-positive clones gave identical restriction fragment patterns (with characteristic fragments of 0.55 and 1.5 kb), while the same patterns for the hybridization-negative clones were different each time. Plasmid DNA from one of the hybridization-positive clones was isolated on a preparative scale and named pTCrDNA. It was concluded that the cloned piece was a T. candida rDNA fragment as 1) it hybridizes strongly with Z. bailii rDNA and 2) is cloned from the digestion of partially enriched T. candida chromosomal DNA at high frequency (rDNA is known to be represented by approximately 100 copies in a yeast cell). The partial restriction map of the cloned DNA fragment is shown in Figure 5.

Plazmid łączący fragment rDNA T. candida z dominującym markerem selekcji skonstruowano w sposób następujący. Plazmid pUT332 (A. Gatignol i inni, Gene 91: 35-41 (1990)) rozcięto za pomocą HindIII i KpnI, po czym fragment DNA o 1,3 kb wydzielono metodą elektroforezy na żelu agarozowym i zligowano z fragmentem HindIII-EcoRI o 4,5 kB z pTCrDNA i pUC19 strawionego za pomocąEcoRI i KpnI (fig. 6). Następnie przeprowadzono transformację miesza22A plasmid connecting the T. candida rDNA fragment to the dominant selectable marker was constructed as follows. The plasmid pUT332 (A. Gatignol et al, Gene 91: 35-41 (1990)) was cleaved with HindIII and KpnI, then the 1.3 kb DNA fragment was isolated by agarose gel electrophoresis and ligated with the HindIII-EcoRI fragment of 4 , 5 kB from pTCrDNA and pUC19 digested with EcoRI and KpnI (Figure 6). The transformation of the mix22 was then performed

178 040 niny po ligowaniu do E. coli i klon zawierający plazmid pTC(PHLE) zidentyfikowano na podstawie analizy restrykcyjnej.After ligation into E. coli, the clone containing the pTC plasmid (PHLE) was identified by restriction analysis.

PTC(PHLE) częściowo strawiono za pomocą Sali i liniową formę plazmidu oczyszczono metodą elektroforezy na żelu agarozowym. Zligowano ją z fragmentem Sali o 5 kb, wydzielonym z pJDB(AX)-16 (przykład 2). Plazmid pTC(AX) zidentyfikowano wśród klonów otrzymanych po transformowaniu mieszaniny z ligowania w E. coli (fig. 6). Plazmid ten zawiera następujące elementy funkcyjne:PTC (PHLE) was partially digested with SalI and the linear form of the plasmid was purified by agarose gel electrophoresis. It was ligated to the 5 kb Sal fragment isolated from pJDB (AX) -16 (Example 2). The pTC plasmid (AX) was identified among the clones obtained after transforming the ligation mixture into E. coli (Figure 6). This plasmid contains the following functional elements:

a) bakteryjny gen oporności na fleomycynę pod kontrolą promotora drożdżowego i terminator transkrypcji umożliwiający bezpośrednią selekcję komórek drożdży transformowanych przez ten plazmid;a) a bacterial phleomycin resistance gene under the control of a yeast promoter and a transcription terminator enabling direct selection of yeast cells transformed by this plasmid;

b) fragment rDNA T. candida stanowiący cel homologicznej rekombinacji z chromosomem T. candida i zwiększający wydajność transformowania;b) a T. candida rDNA fragment which is the target of homologous recombination with the T. candida chromosome and increasing the transformation efficiency;

c) kasetę ekspresji dla genów dehydrogenazy arabitolu i dehydrogenazy ksylitolu, zapewniającą syntezę dwóch enzymów na drodze konwersji arabitol-ksylitol.c) an expression cassette for the genes for arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase, ensuring the synthesis of two enzymes by arabitol-xylitol conversion.

Przykład 6. Transformacja T. candida i analiza wytwarzania ksylitoluExample 6. Transformation of T. candida and analysis of xylitol production

Plazmid pTC(AX) zastosowano do transformowania szczepu Torulopsis candida ATCC 20214. T. candida hodowano przez 36 godzin na pożywce YEPD zawierającej 10% glukozy. Komórki odwirowano (2000 obrotów/minutę przez 10 minut w 4°C) i przemyto 3 razy sterylnym 1 M sorbitolem. Osad komórkowy zawieszono w równej objętości zimnego 1 M sorbitolu, po czym próbki po 200 μΐ wymieszano z pUT(AX) DNA (20-100 pg) i przeniesiono je do schłodzonych w lodzie kuwet do elekroporacji z 2 mm szczeliną elektrodową i przeprowadzono elektroporację w aparacie Invitrogen ElectroPorator przy następującym nastawie: napięcie 1800 V, pojemność 50 pF, rezystancja równoległa 150 Ω. Komórki przeniesiono do 2ml YEPD zawierającego 1 M sorbitol i inkubowano przez noc w 30°C w wytrząsarce. Transformowane komórki odwirowano z niewielką prędkością, po czym wysiano na płytki zawierające ośrodek YEPD odmiareczkowany do pH 7,5 i zawierający 30 pg/ml fleomycyny. Płytki inkubowano w 30°C przez 7-10 dni. Większość kolonii drożdży, które rozwinęły się w tym czasie, stanowiły mutanty tła, gdyż podobna liczba kolonii pojawiła się na płytkach kontrolnych (zawierających komórki poddane podobnej obróbce, ale bez dodawania DNA). W celu odróżnienia rzeczywistych transformantów od mutantów spontanicznych, chromosomowe DNA wydzielono z 72 odrębnych kolonii drożdży wykorzystując procedurę pomniejszania skali zastosowaną do wydzielania chromosomowego DNA T. candida, opisaną powyżej. Po 10 jog każdego z uzyskanych preparatów pocięto za pomocą EcoRI i BamHI. Produkty trawienia rozdzielono na 10% żelu agarozowym, po czym rozmazano na dodatnio naładowanej membranie nylonowej w sposób opisany w przykładzie 5. Rozmazy zaszczepiono sondą DNA z plazmidu pADH (przykład 2), który zawierał sekwencje dehydrogenazy arabitolowej i sekwencje pUC, ale nie zawierał fragmentów DNA pochodzącego z drożdży (aby uniknąć hybrydyzacji między możliwymi homologicznymi sekwencjami drożdżowymi). Sonda była znaczona i rozmazy wywołano stosując zestaw DIG DNA Labeling and Detection Kit (Boehringer 1093 657). Wykryto tylko jeden klon (T. candida: pTC(AX)) z sygnałem hybrydyzacyjnym kompatybilnym ze strukturą transformowanego plazmidu (3 pasma w zakresie 2-3 kb), co świadczy o bardzo małej wydajności transformowania. Dodatni sygnał hybrydyzacyjny wykryto w jeszcze jednym klonie, z tym jednak, że miejsce jedynego pasma hybrydyzacji (około 5-7 kb) wskazywało, że albo tylko fragment pTC(AX) zintegrował się w chromosomie drożdży, albo w miejscu integracji wystąpiło przegrupowanie. Przyjęto, że plazmid zintegrował się z chromosomem T. candida. Założenie to zgodne jest z obserwacją, po hodowaniu w nieselektywnej pożywce i klonowaniu wszystkie klony T. candida:: pTC(AX) zachowują fenotyp oporności na fleomycynę. Transformant T. candida:: pTC(AX) hodowano na pożywce YEPD zawierającej 10% glukozy przez 36 godzin, po czym aktywność dehydrogenazy arabitolowej i dehydrogenazy ksylitolowej oznaczono w sposób opisany w przykładzie 4. Wyniki zamieszczono w tabeli 5.The pTC plasmid (AX) was used to transform Torulopsis candida strain ATCC 20214. T. candida was grown for 36 hours in YEPD medium containing 10% glucose. The cells were centrifuged (2000 rpm for 10 minutes at 4 ° C) and washed 3 times with sterile 1 M sorbitol. The cell pellet was suspended in an equal volume of cold 1 M sorbitol, then 200 μΐ samples were mixed with pUT (AX) DNA (20-100 pg) and transferred to ice-cooled electroporation cuvettes with a 2 mm electrode gap and electroporation was performed on the apparatus Invitrogen ElectroPorator with the following setting: voltage 1800 V, capacitance 50 pF, parallel resistance 150 Ω. Cells were transferred to 2ml of YEPD containing 1M sorbitol and incubated overnight at 30 ° C on a shaker. The transformed cells were centrifuged at low speed and then plated onto plates containing YEPD medium titrated to pH 7.5 and containing 30 µg / ml phleomycin. The plates were incubated at 30 ° C for 7-10 days. Most of the yeast colonies that developed during this time were background mutants as a similar number of colonies appeared on the control plates (containing cells treated similarly but without adding DNA). In order to distinguish actual transformants from spontaneous mutants, chromosomal DNA was isolated from 72 distinct yeast colonies using the scaling-down procedure used for the isolation of T. candida chromosomal DNA, described above. 10 µg of each of the preparations obtained was cut with EcoRI and BamHI. The digestion products were separated on a 10 % agarose gel and then smeared on a positively charged nylon membrane as described in Example 5. The smears were inoculated with a pADH plasmid DNA probe (Example 2) that contained arabitol dehydrogenase and pUC sequences but did not contain fragments Yeast-derived DNA (to avoid hybridization between possible homologous yeast sequences). The probe was labeled and smears were developed using the DIG DNA Labeling and Detection Kit (Boehringer 1093 657). Only one clone (T. candida: pTC (AX)) was detected with a hybridization signal compatible with the structure of the transformed plasmid (3 bands in the range of 2-3 kb), indicating a very low transformation efficiency. A positive hybridization signal was detected in one more clone, however, the site of the single hybridization band (about 5-7 kb) indicated that either only the pTC fragment (AX) had integrated into the yeast chromosome or a rearrangement occurred at the integration site. The plasmid was assumed to have integrated into the T. candida chromosome. This assumption is consistent with the observation that all T. candida :: pTC (AX) clones retain a phleomycin resistance phenotype after cultivation in a nonselective medium and cloning. T. candida :: pTC transformant (AX) was grown in YEPD medium containing 10% glucose for 36 hours, after which the arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase activities were determined as described in Example 4. The results are shown in Table 5.

178 040178 040

Tabela 5Table 5

Aktywność dehydrogenazy arabitolowej i dehydrogenazy ksylitolowej w dzikim T. candida i w szczepie transformowanym za pomocą pTC(AX) (IU/mg białka)Activity of arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase in wild T. candida and in a strain transformed with pTC (AX) (IU / mg protein)

T. candida T. candida Dehydrogenaza arabitolowa Arabitol dehydrogenase Dehydrogenaza ksylitolową Xylitol dehydrogenase Typ dziki Wild type 0,02 0.02 0,03 0.03 Transformant Transformant 0,03 0.03 0,05 0.05

Aktywność dehydrogenazy ksylitolowej nie zwiększyła się znacząco w porównaniu z poziomem aktywności endogennej dehydrogenazy ksylitolowej T. candida. Aktywność kodowanej przez plazmid dehydrogenazy arabitolowej (EC 1.1.1.11) trudno było odróżnić od aktywności endogennej synonimicznej, ale odmiennej dehydrogenazy arabitolowej (wytwarzającej rybulozę, EC 1.1.1). Jedyny pewny wniosek z tego doświadczenia stanowi to, że poziom ekspresji dla obydwu enzymów był znacznie niższy niż w Z. rouxii. Próby zwiększenia liczby kopii plazmidu i poziomu ekspresji dwóch dehydrogenaz przez zintegrowany plazmid w wyniku hodowania T. candida:: pTC(AX) na pożywce o zwiększonym stężeniu fleomycyny nie dały pozytywnych wyników.The xylitol dehydrogenase activity was not significantly increased compared to the endogenous T. candida xylitol dehydrogenase activity level. The activity of the plasmid-encoded arabitol dehydrogenase (EC 1.1.1.11) was difficult to distinguish from the endogenous activity of synonymous but distinct arabitol dehydrogenase (ribulose producing, EC 1.1.1). The only firm conclusion from this experiment is that the expression level for both enzymes was significantly lower than in Z. rouxii. Attempts to increase the number of plasmid copies and the expression level of the two dehydrogenases by the integrated plasmid by culturing T. candida :: pTC (AX) on a medium with increased phleomycin concentration did not give positive results.

Zbadano wytwarzanie ksylitolu przez T. candida:: pTC(AX) po hodowaniu na pożywce YEPD zawierającej 10% glukozy przez 5-7 dni. W trzech odrębnych doświadczeniach transformant wytworzył 1,1, 1,6 i 0,9 g ksylitolu/litr, natomiast metodą HPLC nie wykryto ksylitolu w ośrodku hodowli dzikiego T. candida. Granica wykrywalności przyjętej metody analizy wynosi poniżej 0,1 g/litr-. Można w.związku z tym wyciągnąć wniosek, że wytwarzanie ksylitolu przez T. candida:: pTC(AX) jest zdeterminowane przez plazmid.The production of xylitol by T. candida :: pTC (AX) was tested after culturing in YEPD medium containing 10% glucose for 5-7 days. In three separate experiments the transformant produced 1.1, 1.6 and 0.9 g xylitol / liter, while no xylitol was detected by HPLC in wild T. candida culture medium. The detection limit of the adopted method of analysis is below 0.1 g / liter-. Therefore, it can be concluded that the xylitol production by T. candida :: pTC (AX) is determined by the plasmid.

Przykład 7. Transformacja Candida polymorpha z genami dehydrogenazy arabitolowej i dehydrogenazy ksylitolowejExample 7. Transformation of Candida polymorpha with arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase genes

W celu wprowadzenia genów dehydrogenazy arabitolowej i dehydrogenazy ksylitolowej do Candida polymorpha wyizolowano mutant genu dekarboksylazy fosforanu orotydyny (poniżej określany skrótem URA3) wykorzystując zmodyfikowaną metodę Boeke'go i innych (J.D. Boeke i inni, Mol. Gen. Genet. 197:345-346 (1984)). Szczep C. polymorpha ATCC 20213 hodowano przez 24 godziny na YEPD, komórki odwirowano (2000 obrotów/minutę, 10 minut), przemyto dwa razy wodą i zawieszono w 3 objętościach sterylnego 0,1 M fosforanu sodowego jako buforu o pH 7,0. Dodano metanosulfonian etylu do uzyskania stężenia 1 % i komórki inkubowano przez 2 godziny w temperaturze pokojowej. Reakcję przerwano przenosząc komórki do 0,1 M roztworu tiosiarczanu sodowego i przemyto je.trzykrotnie sterylną wodą. Komórki poddane mutagenezie przeniesiono do 0,5 litra YEPD i hodowano w 30°C z wytrząsaniem przez 2 dni. Drożdże odwirowano, przemyto dwa razy wodą i przeniesiono do 1 litra pożywki zawierającej 0,7% drożdżowych zasad azotowych (Difco), 2% glukozy (pożywka SC), po czym prowadzono inkubację na wytrząsarce obrotowej przez 24 godziny w 30°C. Do hodowli dodano 1 mg nystatyny i inkubowanie kontynuowano przez 4 godziny. Komórki poddane działaniu nystatyny oddzielono od pożywki przez odwirowanie, przemyto dwa razy wodą i przeniesiono do 1litra pożywki SC zawierającej 50 mg uracylu/litr. Komórki inkubowano na wytrząsarce obrotowej przez 5 dni, po czym posiano je na płytki z pożywkąSC zawierającą50 mg uracylu/litr i 1 g/litr kwasu fluoroorotynowego. Po inkubowaniu płytek przez 2 tygodnie w 30°C uzyskano około 400 kolonii opornych na kwas fluoroorotynowy, po czym wszystkie zbadano pod względem auksotropii uracylowej. Wydzielono 5 klonów zależnych od uracylu. Jednakże 3 klony rozwijały się również na pożywce nie zawierającej uracylu, choć ze zmniejszoną szybkością. Dwa klony (nazwane C. polymorpha U-2 i C. polymorpha U-5) wykazujące wyraźny fenotyp zależności od uracylu zastosowano w doświadczenia transformowania.In order to introduce the genes of arabitol dehydrogenase and xylitol dehydrogenase into Candida polymorpha, a mutant of the orotidine phosphate decarboxylase gene (hereinafter abbreviated to URA3) was isolated using a modified method of Boeke et al. (JD Boeke et al., Mol. Gen. Genet. 197: 345-346 ( 1984)). C. polymorpha ATCC 20213 strain was grown for 24 hours on YEPD, the cells were centrifuged (2000 rpm, 10 minutes), washed twice with water and resuspended in 3 volumes of sterile 0.1 M sodium phosphate buffer, pH 7.0. Ethyl methanesulfonate was added to a concentration of 1% and cells were incubated for 2 hours at room temperature. The reaction was stopped by transferring the cells to 0.1 M sodium thiosulfate solution and washing them three times with sterile water. Mutagenized cells were transferred to 0.5 liter YEPD and grown at 30 ° C with shaking for 2 days. The yeast was centrifuged, washed twice with water, and transferred to 1 liter of medium containing 0.7% yeast nitrogen bases (Difco), 2% glucose (SC medium) followed by incubation on a rotary shaker for 24 hours at 30 ° C. 1 mg of nystatin was added to the culture and incubation continued for 4 hours. Nystatin-treated cells were separated from the medium by centrifugation, washed twice with water and transferred to 1 liter of SC medium containing 50 mg uracil / liter. The cells were incubated on a rotary shaker for 5 days and then plated on SC medium plates containing 50 mg / L uracil and 1 g / L fluoroorotic acid. After incubating the plates for 2 weeks at 30 ° C, approximately 400 fluoroorotinic acid resistant colonies were obtained, and all of them were tested for uracil auxotropy. 5 uracil-dependent clones were isolated. However, 3 clones also grew on uracil-free medium, albeit at a reduced rate. Two clones (named C. polymorpha U-2 and C. polymorpha U-5) showing a clear uracil dependency phenotype were used in the transformation experiments.

Klonowanie genu C. polymorpha URA3 przeprowadzono z wykorzystaniem konwencjonalnej strategii. Chromosomowy DNA wydzielono sposobem opisanym w przykładzie 5. dNa częściowo pocięto za pomocąSau3A i rozfrakcjonowano na żelu agarozowym. Zebrano szeregThe cloning of the C. polymorpha URA3 gene was performed using a conventional strategy. Chromosomal DNA was isolated as described in Example 5. dNa was partially cut with Sau3A and fractionated on an agarose gel. A number was collected

178 040 frakcji i ich rozrzuty wielkości cząsteczek oznaczono metodą analitycznej elektroforezy na żelu. W doświadczeniach klonowania wykorzystano frakcje o 5-10 kb. Wektor zastosowany do konstrukcji biblioteki, pYEpl3 (Broach i inni, Gene 8: 121-133 (1979)) zawierał gen LEU2 S. cerevisiae, 2 ppochodzący z replikacji i unikatowe miejsce restrykcyjne dla BamHI. Wektor rozcięto za pomocą BamHI, oczyszczono metodą elektroforezy na żelu agarozowym i odfosforylowano za pomocą bakteryjnej fosfatazy alkalicznej. Zbadano szereg niezależnych preparatów wektorów zmieniając warunki ligowania (stosunek wektora do insertu i objętość mieszaniny reakcyjnej) w doświadczeniach w małej skali, w celu zoptymalizowania z uwagi na największą liczbę transformantów i najwyższy procentowy udział zrekombinowanych klonów (analizowany metodą analizy restrykcyjnej minipreparatów plazmidowych z przypadkowych klonów). Przeprowadzono ligowanie w dużej skali w zoptymalizowanych warunkach, a następnie transformowanie w szczepie E. coliXLl-BLUE. Skonstruowana biblioteka zawierała około 15 000 pierwotnych transformantów, spośród których około 90% zawierało inserty.178,040 fractions and their particle size distributions were determined by analytical gel electrophoresis. Fractions of 5-10 kb were used in the cloning experiments. The vector used for library construction, pYEpl3 (Broach et al. Gene 8: 121-133 (1979)) contained the S. cerevisiae LEU2 gene, 2p replication-derived and a unique restriction site for BamHI. The vector was cleaved with BamHI, purified by agarose gel electrophoresis, and dephosphorylated with bacterial alkaline phosphatase. A number of independent vector preparations were tested by varying the ligation conditions (vector to insert ratio and reaction volume) in small-scale experiments in order to optimize for the highest number of transformants and the highest percentage of recombinant clones (analyzed by restriction analysis of plasmid minipreps from random clones) . Large scale ligation under optimized conditions was performed, followed by transformation into the E. coliXLl-BLUE strain. The constructed library contained approximately 15,000 primary transformants, approximately 90% of which contained inserts.

Przeprowadzono transformowanie szczepu drożdży DBY746 (MATa, leu2-3,112, his3-Al, trp 1-289, ura3-52) biblioteką genową C. polymoroha. Każdy zbiór biblioteki transformowano odrębnie w S. cerevisiae stosując około 20 pg plazmidowego DNA i wykonując po transformacji posiew na jednej płytce uzupełnionej o uracyl, tryptofan i histydynę (np. stosując jedynie selekcję leucynową). Na każdej płytce otrzymano 3 000 -10 000 transformantów drożdży. Następnie wykonano posiew z repliką transformantów drożdży na płytkach z minimalną pożywką uzupełnioną o tryptofan i histydynę (płytki minus uracyl). Kontrolne repliki wykonano na płytkach z histydynąi histydyną minus uracyl. Wykonano także kontrolne repliki na płytkach histydyna-minus i tryptofan-minus. Prawie na każdej płytce znajdowało się odjednego do 4 klonów niezależnych od uracylu. Uzyskano również izolaty niezależne od histydyny i niezależne od tryptofanu, z tym że liczba takich izolatów była 2-3 razy mniejsza niż w przypadku izolatów URA3.The transformation of the yeast strain DBY746 (MATa, leu2-3,112, his3-Al, trp 1-289, ura3-52) was performed with the C. polymoroha gene library. Each library set was transformed separately into S. cerevisiae using about 20 pg of plasmid DNA and post-transformation streaked in one plate supplemented with uracil, tryptophan and histidine (e.g. using only leucine selection). 3,000-10,000 yeast transformants were obtained on each plate. Then, replica yeast transformants were streaked on the plates with minimal medium supplemented with tryptophan and histidine (plates minus uracil). Control replicas were made on histidine and histidine minus uracil plates. Control replicas were also made on histidine-minus and tryptophan-minus plates. From one to 4 uracil-independent clones were present on nearly every plate. Histidine-independent and tryptophan-independent isolates were also obtained, but the number of such isolates was 2-3 times smaller than in the case of URA3 isolates.

Plazmidy z 6 klonów niezależnych od uracylu uwolniono w E. coli, wydzielono w skali preparatywnej i zastosowano do powtórnego transformowania DBY746 do prototrofii leucynowej. Następnie sprawdzono 10-20 przypadkowych kolonii z każdej transformacji pod względem zależności od uracylu. Pięć z sześciu uwolnionych plazmidów transformowało DBY746 do fenotypu Leu+ Ura+. Analiza restrykcyjna pięciu wymienionych plazmidów potwierdziła występowanie bardzo podobnych wzorów restrykcyjnych. Wzory te były zbyt skomplikowane, aby można było wykonać niedwuznaczną mapę restrykcyjną klonowanego fragmentu. Stwierdzono jednak, że trawienie za oomocąHinaIΠ powoduje wydzielenie we wszystkich klonach fragmentu pokrywającego większość insertu DNA (około 4,5 kb). Fragment taki z jednego z izolatów C. pslymsrpha - pCP291 - oczyszczono metodą elektroforezy na żelu agarozowym i subklonowano w pJDB(AX) częściowo strawionym za pomocą Hindlll. Strukturę ' plazmidu pCPU(AX) wydzielonego w wyniku tego eksperymentu klonowania przedstawiono na fig. 7A.Z.Plasmids from 6 uracil-independent clones were released in E. coli, isolated on a preparative scale and used to transform DBY746 into leucine prototrophy. 10-20 random colonies from each transformation were then checked for the dependence on uracil. Five of the six plasmids released transformed DBY746 to the Leu + Ura + phenotype. Restriction analysis of the five plasmids mentioned confirmed the existence of very similar restriction patterns. These patterns were too complex to make an unambiguous restriction map of the cloned fragment. However, it was found that digestion with HinaIΠ resulted in the secretion in all clones of a fragment covering the majority of the DNA insert (approximately 4.5 kb). Such a fragment from one of the C. pslymsrpha isolates, pCP291, was purified by agarose gel electrophoresis and subcloned into pJDB (AX) partially digested with HindIII. The structure of the pCPU (AX) plasmid isolated from this cloning experiment is shown in Figure 7A.Z.

Przeprowadzono próby transformowania zarówno C. oolymorohα U-2 jak i C. polymoiOha U-5 w takich samych warunkach elektroporowania, jak w przykładzie 6. Elektroporowane komórki po wytrząsaniu przez noc w YEPD zawierającym 1 M sorbitol posiano na płytki z pożywką SC. Po inkubowaniu przez 10 dni w 30°C zaobserwowano około 100 kolonii na płytce zawierającej C. po^mo^a U-5 transformowane za pomoc:^pCPU(AX); natomiast liczba kolonii na płytce kontrolnej (zawierającej komórki tego samego szczepu poddane podobnej obróbce, ale bez dodawania DNA) wynosiłajedynie 14. W przypadku C. pol^o^ha U-5 nie stwierdzono znacznego wpływu w eksperymencie transformowania w porównaniu z płytką kontrolną (bez DNA). Trzy przypadkowe klony z płytki ze stransformowanym C. polymorpha U-2 najpierw rozmazano na świeżej płytce z pożywką SC, po czym rozmazy te zastosowano do zaszczepiania 100 ml pożywki YEPD zawierającej 15% glukozy. Hodowle kontrolne zaszczepiono C. polymorohα U-2. Po inkubowaniu na wytrząsarce obrotowej (200 obrotów/minutę) w 30°C przez 10 dni zawartość ksylitolu w ośrodku hodowli oznaczano metodą HPLC. Wyniki doświadczenia przedstawiono w tabeli 6.Attempts were made to transform both C. oolymorohα U-2 and C. polymoiOha U-5 under the same electroporation conditions as in Example 6. Electroporated cells after shaking overnight in YEPD containing 1 M sorbitol were plated on SC medium plates. After incubation for 10 days at 30 ° C, approximately 100 colonies were observed in the plate containing the C. po. Mo U-5 transformed with: pCPU (AX); while the number of colonies on the control plate (containing cells of the same strain treated in a similar way but without adding DNA) was only 14. In the case of C. pol ^ o ^ ha U-5 no significant effect was found in the transformation experiment compared to the control plate (without GOUT). Three random clones from the C. polymorpha U-2 transformed plate were first smeared on a fresh SC medium plate and these smears were used to inoculate 100 ml of YEPD medium containing 15% glucose. Control cultures were inoculated with C. polymorohα U-2. After incubation on a rotary shaker (200 rpm) at 30 ° C for 10 days, the xylitol content in the culture medium was determined by HPLC. The results of the experiment are presented in Table 6.

178 040178 040

Tabel a 6Table a 6

Wytwarzanie ksylitolu przez C. polymorpha transformowane pCPU(AX)Production of xylitol by C. polymorpha transformed with pCPU (AX)

Szczep Strain Ksylitol (mg/ml) Xylitol (mg / ml) C. polymorpha U-2 C. polymorpha U-2 0,0 0.0 C. polymorpha: :pCPU(AX)-l C. polymorpha:: pCPU (AX) -1 0,5 0.5 C. polymorpha: :pCPTJ(AX)-2 C. polymorpha:: pCPTJ (AX) -2 0,0 0.0 C. polymorpha: :pCPU(AX)-3 C. polymorpha:: pCPU (AX) -3 2,1 2.1

Zaobserwowano znaczne wahania w poziomie wytwarzanego ksylitolu przez różne klony. Może to być spowodowane integracją plazmidu pCPU(AX) w różnych loci chromosomu C. polymorpha. Szczep C. polymorpha: :pCPU(AX)-2 jest prawdopodobnie rewertantem, a nie rzeczywistym transformantem. Jednakże doświadczenia te wyraźnie wykazują, że drogę przemiany arabitol-ksylitol można również wprowadzić do C. polymorpha.Significant variations in the level of xylitol produced by different clones were observed. This may be due to the integration of the pCPU (AX) plasmid at different loci of the C. polymorpha chromosome. C. polymorpha strain:: pCPU (AX) -2 is probably a revertant and not a true transformant. However, these experiments clearly show that the arabitol-xylitol conversion pathway can also be incorporated into C. polymorpha.

Przykład 8. Klonowanie enzymów utleniającej drogi przemiany pentoza-fosforan i ich nadekspresja w drożdżach osmofilowychExample 8. Cloning of enzymes of the oxidative pentose-phosphate pathway and their overexpression in osmophilic yeast

Pierwszy enzym utleniającej drogi przemiany pentoza-fosforan - dehydrogenaza 6-fosforanu D-glukozy kodowana jest w S. cerevisiae przez gen ZWF1. Sekwencja tego genu jest znana (T. Nogae i M. Johnston, Gene 96: 161-19 (1990); D. Thomas i inni, The EMBO J. 10: 547-553 (1991)). Gen obejmujący kompletny obszar kodowania, 5'-niekodujący obszar o 600 bp i 3'-niekodujący obszar o 450 bp klonowano metodą PCR z wykorzystaniem dwóch oligonukleotydów: CAGGCCGTCGACAAGGATCTCGTCTC (5'-oligonukleotyd) [SEQ ID No. 3] oraz AATTAGTCGACCGTTAATTGGGGCCACTGAGGC (3'-oligonukleotyd) [SEQ ID No. 4], 5'-oligonukleotyd przyłącza się w pozycjach 982-1007, a 3'-oligonukleotyd przyłącza się w pozycjach 3523-3555, zgodnie z numeracją dehydrogenazy 6-fosforanu D-glukozy podanej przez T. Noage i M. Johnstona, Gene 96: 161-19 (1990). Chromosomowy DNA wydzielono ze szczepu S. cerevisiae GRF18 metodą opisaną w przykładzie 3. Parametry PCR były takie same jak w przykładzie 3. Amplifikowany fragment DNA zawierający gen ZWF1 strawiono za pomocą Sali i klonowano w pUC 19 strawionym tą samąrestryktazą, uzyskując plazmid pUC(ZWF). Identyczność klonowanego genu potwierdziła analiza restrykcyjna.The first enzyme of the oxidative pentose-phosphate pathway, D-glucose 6-phosphate dehydrogenase, is encoded in S. cerevisiae by the ZWF1 gene. The sequence of this gene is known (T. Nogae and M. Johnston, Gene 96: 161-19 (1990); D. Thomas et al., The EMBO J. 10: 547-553 (1991)). The gene encompassing the complete coding region, the 5'-non-coding region of 600 bp and the 3'-non-coding region of 450 bp was cloned by PCR using two oligonucleotides: CAGGCCGTCGACAAGGATCTCGTCTC (5'-oligonucleotide) [SEQ ID No. 3] and AATTAGTCGACCGTTAATTGGGGCCACTGAGGC (3'-oligonucleotide) [SEQ ID No. 4], the 5'-oligonucleotide anneals at positions 982-1007 and the 3'-oligonucleotide at positions 3523-3555 according to the numbering of D-glucose 6-phosphate dehydrogenase given by T. Noage and M. Johnston, Gene 96 : 161-19 (1990). Chromosomal DNA was isolated from the S. cerevisiae GRF18 strain using the method described in Example 3. The PCR parameters were the same as in Example 3. The amplified DNA fragment containing the ZWF1 gene was digested with SalI and cloned into pUC 19 digested with the same restriction, yielding the plasmid pUC (ZWF) . The identity of the cloned gene was confirmed by restriction analysis.

Drugi enzym drogi przemiany pentoza-fosforan, dehydrogenaza kwasu 6-fosfoglukonowego, kodowany jest w E. coli przez gen gnd. Sekwencja nukleotydowa tego genu jest znana (M.S. Nasoff i inni, Gene 27:253-264 (1984)). W celu klonowania genu gnd z E. coli chromosomowy DNA wydzielono ze szczepu E. coli HB101 metodą identyczną do zastosowanej przy wydzielaniu DNA Klebsiella terrigena (przykład 1). Oligonukleotydy (GCGAAGCTTAAAAATGTCCAAGCAACAGATCGGCG [SEQ ID No 5] i GCGAAGCTTAGATTAATCCAGCCATTCGGTATGG [SEQ ID No 6]) do amplifikacji PCR genu gnd przeznaczono do amplifikacji tylko kodującego obszaru i wprowadzenia miejsc HindIII bezpośrednio w górę od kodonu inicjowania i bezpośrednio w dół od kodonu stopu. 5'-oligonukleotyd przyłącza się w pozycjach 56-78, a 3'-oligonukleotyd przyłącza się w pozycjach 1442-1468 zgodnie z numeracją dehydrogenazy kwasu 6-fosfoglukonowego podaną przez M.S. Nasoff i innych, Gene 27: 253-264 (1984). Amplifikowany fragment DNA strawiono za pomocą HindIII i zligowano ze strawionym za pomocą Hindlll wektorem pUC19. 10 niezależnych, pozornie identycznych klonów uzyskanego plazmidu pUC(gnd) połączono. Przeprowadzono to w celu uniknięcia ewentualnych problemów związanych z błędami w sekwencjach, które mogły zostać wprowadzone w czasie amplifikacji PCR. Wykonano fuzję obszaru kodowania genu gnd z promotorem ADCI S. cerevisiae i terminatorem transkrypcji przenosząc fragment HindIII o 1,4 kb ze zbioru pUC(gnd) do wektora ekspresji pAAH5 (G. Ammerer, Meth. Enzymol. 101C: 192-203 (1983)). Wykonano transformację szeregu niezależnych klonów uzyskanego plazmidu pAAH(gnd) do szczepu S. cerevisiae GRF18 zgodnie z procedurąz chlorkiem litu (Ito i inni, J. Bacteriol. 153: 163-168 (1983)) i w transformantach oznaczono aktywność dehydrogenazy 6-fosfo-D-glukonianu. We wszystkich transformantachThe second enzyme of the pentose-phosphate pathway, 6-phosphogluconic acid dehydrogenase, is encoded in E. coli by the gnd gene. The nucleotide sequence of this gene is known (M.S. Nasoff et al., Gene 27: 253-264 (1984)). For the cloning of the gnd gene from E. coli, chromosomal DNA was isolated from the E. coli HB101 strain by a method identical to that used for isolating Klebsiella terrigena DNA (Example 1). Oligonucleotides (GCGAAGCTTAAAAATGTCCAAGCAACAGATCGGCG [SEQ ID No 5] and GCGAAGCTTAGATTAATCCAGCCATTCGGTATGG [SEQ ID No 6]) for PCR amplification of the gnd gene are designed to amplify only the coding region and directly upstream of the HindIII coding site and immediately upstream of the coding initiation site. The 5'-oligonucleotide is attached at positions 56-78 and the 3'-oligonucleotide is attached at positions 1442-1468 according to the 6-phosphogluconic acid dehydrogenase numbering given by M.S. Nasoff et al. Gene 27: 253-264 (1984). The amplified DNA fragment was digested with HindIII and ligated into the HindIII digested pUC19 vector. 10 independent, apparently identical clones of the resulting plasmid pUC (gnd) were pooled. This was done to avoid possible problems with sequence errors that might have been introduced during PCR amplification. The coding region of the gnd gene was fused with the S. cerevisiae ADCI promoter and the transcription terminator by transferring the 1.4 kb HindIII fragment from the pUC (gnd) set into the pAAH5 expression vector (G. Ammerer, Meth. Enzymol. 101C: 192-203 (1983) ). A series of independent clones of the resulting plasmid pAAH (gnd) were transformed into the S. cerevisiae GRF18 strain according to the lithium chloride procedure (Ito et al., J. Bacteriol. 153: 163-168 (1983)) and the activity of 6-phospho-D dehydrogenase was determined in transformants. -gluconate. In all transformants

178 040 aktywność dehydrogenazy 6-fosfo-D-glukonianu szereg razy wyższa niż w nietransformowanym gospodarzu, co wskazuje na to, że przeprowadzić można skuteczną ekspresję bakteryjnej dehydrogenazy 6-fosfo-D-glukonianu w drożdżach. Do dalszych konstrukcji wybrano klon pAAH(gnd) zapewniając największą aktywność w drożdżach. Klonowanie genów ZWF1 i gnd oraz konstrukcję plazmidu pAAH(gnd) przedstawiono na fig. 8 i 8a.The activity of 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase is several times higher than that of the untransformed host, indicating that bacterial 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase can be efficiently expressed in yeast. The clone pAAH (gnd) was selected for further construction, ensuring the highest activity in yeast. The cloning of the ZWF1 and gnd genes and the construction of the pAAH (gnd) plasmid are shown in Figures 8 and 8a.

W celu zapewnienia równoczesnej nadekspresji zarówno genów dehydrogenazy 6-fosforanu glukozy jak i dehydrogenazy 6-fosfo-D-glukonianu w osmofilowych drożdżach jako gospodarzu skonstruowano plazmid pSRT(ZG). Sposób wykonania konstrukcji plazmidu przedstawiono na fig. 9. W skrócie kasetę ekspresji dehydrogenazy 6-fosfo-D-glukonianu z plazmidu pAAH(gnd) przeniesionojako fragment BamHI DNA o 3,1 kb do uUC 19 rozciętego za pomocą BamHI. Uzyskany plazmid pUC(ADHgnd) rozszczepiono za pomocą SacI i XbaI, po czym fragment . DNA o 3,1 kb oczyszczano metodą elektroforezy na żelu agarozowym. Fragment ten zligowano równocześnie z dwoma innymi fragmentami DNA: z fragmentem pUC(ZWF) o 2,5 kb, uzyskanym w wyniku trawienia za pomocą SacI i częściowego trawienia za pomocą PstI, oraz z fragmentem wektorowym plazmidu pSRT(AX)-9 (przykład 3) strawionym za pomocąPstI i XbaI. Strukturę uzyskanego plazmidu pSRT(ZG) potwierdzono wykonuj ąc analizę restrykcyjną. Po transformowaniu Z. rouxii ATCC 13356 za pomocąpSRT(ZG) (sposobem opisanym w przykładzie 4) w transformowanym szczepie oznaczono aktywność dehydrogenazy 6-fosforanu D-glukozy i dehydrogenazy 6-fosfo-D-glukonianu. Obydwa enzymy wykazują w przybliżeniu 20 razy wyższe aktywności w szczepie transformowanym niż w nietransformowanym szczepie kontrolnym (tabela 7). Podobne metody można zastosować do uzyskania nadekspresji dwóch genów kodujących enzymy części utleniającej drogi przemiany pentoza-fosforan w innych gatunkach drożdży. Jednak w związku z tym, że brakjest wektorów, które można utrzymywać jako pozachromosomowe plazmidy w większości gatunków drożdży z wyjątkiem Saccharomyces lub Zygosaccharomyces, integracyjna transformacja stanowi jedyny użyteczny sposób w przypadku takich gospodarzy. Korzystny tym wektorów integracyjnych stanowią wektory przeznaczone do integracji w rybosomowym locus DNA, gdyż wektory tego typu zapewniają dużą liczbę kopii integracyjnych i w efekcie wysoki poziom ekspresji (T.S. Lopes i inni, Gene 79: 199-206 (1989)).Plasmid pSRT (ZG) was constructed in an osmophilic yeast host to overexpress both glucose-6-phosphate dehydrogenase and 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase genes simultaneously. The method of plasmid construction is shown in Fig. 9. Briefly, the expression cassette of 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase from plasmid pAAH (gnd) was transferred as a 3.1 kb BamHI DNA fragment to uUC19 cleaved with BamHI. The resulting plasmid pUC (ADHgnd) was cleaved with SacI and XbaI, then a fragment. 3.1 kb DNA was purified by agarose gel electrophoresis. This fragment was ligated simultaneously with two other DNA fragments: the 2.5 kb pUC (ZWF) fragment obtained by digestion with SacI and partial digestion with PstI, and the vector fragment of the plasmid pSRT (AX) -9 (Example 3 ) digested with PstI and XbaI. The structure of the obtained pSRT (ZG) plasmid was confirmed by restriction analysis. After transforming Z. rouxii ATCC 13356 with pSRT (ZG) (as described in Example 4), the activity of D-glucose-6-phosphate dehydrogenase and 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase was determined in the transformed strain. Both enzymes show approximately 20 times higher activities in the transformed strain than in the untransformed control strain (Table 7). Similar methods can be used to overexpress two genes encoding enzymes in the oxidative part of the pentose-phosphate pathway in other yeast species. However, since vectors that can be maintained as extra-chromosomal plasmids in most yeast species except Saccharomyces or Zygosaccharomyces are lacking, integrative transformation is the only useful method for such hosts. Preferred integrating vectors are vectors intended for integration into the ribosomal DNA locus, as vectors of this type provide a large number of integrative copies and hence a high level of expression (T.S. Lopes et al., Gene 79: 199-206 (1989)).

Tabela 7Table 7

Aktywność dehydrogenazy 6-fosforanu D-glukozy i dehydrogenazy 6-fosfo-D-glukonianu w Z. rouxii ATCC 13356 transformowanym za pomocą pSRT(ZG) i w nietransfonnowanym szczepie kontrolnym (pmole/minutę*mg białka)Activity of D-glucose-6-phosphate dehydrogenase and 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase in Z. rouxii ATCC 13356 transformed with pSRT (ZG) and in the non-transformed control strain (pmole / minute * mg protein)

Szczep drożdży Yeast strain Dehydrogenaza D-glukozy-6-P Dehydrogenase D-glucose-6-P Dehydrogenaza 6-P-glukonianu Dehydrogenase 6-β-gluconate Z. rouxii (nietransformowany) Z. rouxii (untransformed) 0,33 0.33 0,45 0.45 Z. rouxii [pSRT(ZG)] Z. rouxii [pSRT (ZG)] 7,3 7.3 7,7 7.7

Przykład 9. Konstrukcja mutantów transketolazy w drożdżachExample 9. Construction of transketolase mutants in yeast

Mutanty transketolazy w drożdżach najdogodniej uzyskać można metodą miejscowo ukierunkowanego rozbicia genu, choć można również wykorzystać znane sposoby mutagenezy chemicznej. W celu zastosowania techniki rozbijania genu zazwyczaj konieczne jest zastosowanie homologicznego genu transketolazy klonowanego z gatunków drożdży, w których mutacja jest pożądana, choć czasami można również zastosować heterologiczny klon z bardzo blisko spokrewnionych gatunków. Sekwencja genu transketolazy z S. cerevisiae jest znana (T.S. Fletcher i I.L. Kwee, biblioteka sekwencji EMBL DNA, ID:SCTRANSK, dostępna pod nr M63302). Wykorzystując taką sekwencję gen transketolazy S. cerevisiae klonowano metodą PCR. Oligonukleotydy AGCTCTAGAAATGACTCAATTCACTGACATTGATAAGCTAGCCG [SEQ. ID No 7] i GGAGAATTCAGCTTGTCACCCTTATAGAATCGAATGGTCTTTTG [SEQ ID No 8] oraz chromosomowy DNA z S. cerevisiae (wydzielony w sposób opisany powyżej) zastosowano do amplifikacji fragmentu DNA zawierającego gen transketolazy. 5'-oligonukleotyd przyłącza sięTransketolase mutants in yeast are most conveniently obtained by site-directed gene disruption, although known chemical mutagenesis methods can also be used. In order to use the gene disruption technique, it is usually necessary to use a homologous transketolase gene cloned from the yeast species where mutation is desired, although sometimes a heterologous clone from very closely related species can also be used. The sequence of the S. cerevisiae transketolase gene is known (T.S. Fletcher and I.L. Kwee, EMBL DNA Sequence Library, ID: SCTRANSK, available under No. M63302). Using this sequence, the S. cerevisiae transketolase gene was cloned by PCR. Oligonucleotides AGCTCTAGAAATGACTCAATTCACTGACATTGATAAGCTAGCCG [SEQ. ID No 7] and GGAGAATTCAGCTTGTCACCCTTATAGAATCGAATGGTCTTTTG [SEQ ID No 8] and chromosomal DNA from S. cerevisiae (isolated as described above) were used to amplify a DNA fragment containing the transketolase gene. The 5'-oligonucleotide is attached

178 040 w pozycji 269-304, a 3'-oligonukleotyd przyłącza się w pozycji 2271 -2305, zgodnie z podaną numeracją dla transketolazy (T.S. Fletcher i I.L. Kwee, biblioteka sekwencji EMBL DNA, ID:SCTRANSK, dostępna pod nr M63302). Fragment strawiono zapomocąXbaI i EcoRI i przeprowadzono klonowanie w pUC 19 rozszczepionym tymi samymi enzymami. Analiza restrykcyjna uzyskanego plazmidu pUC(TKT) potwierdziła identyczność klonowanego fragmentu DNA. Plazmid ten rozcięto za pomocą BgIII i ClaI i duży fragment DNA oczyszczono metodą elektroforezy na żelu agarozowym. Fragment ten zligowano z dwoma fragmentami DNA wydzielonymi z plazmidu pUT332 (A. Gatiniol i inni, Gene 91: 35-41 (1990)): fragmentem Clal-Pstl zawierającym gen URA3 i część 3' genu oporności na bleomycynę, oraz fragment BamHI-Pstl DNA zawierający promotor drożdżowego TEF1 (czynnika 1 wydłużenia transkrypcyjnego) i część 5' sekwencji kodującej gen oporności na bleomycynę. Po transformowaniu E. coli powyższą mieszaniną ligacyjnąi analizie restrykcyjnej klonów plazmidowych wydzielono plazmid pTKT(BLURA). Plazmid ten zawiera sekwencję kodującą genu transketolazy S. cerevisiae, w której fragment o 90 kb między miejscami ClaI i BgIII zastąpiony został fragmentem pUT332 zawierającym dwa markery rozróżnialne w S. cerevisiae - gen URA3 i gen oporności na bleomycynę pod kontrolą promotora TEF 1 i terminatora transkrypcji CYC 1. Plazmid zastosowano do transformowania szczepu S. cerevisiae DBY746 (ATCC 44773; MATahis3Al leu2-2,112, ura3-52 trpl-289) do uzyskania oporności na fleomycynę (10 pg/ml fleomycyny w pożywce YEPD) metodą z chlorkiem litowym (Ito i inni, J. Bacteriol. 153: 163-168(1983)). Transformanty zbadano pod względem prototropii uracylowej i zdolności wzrostu na D-ksylulozie. Pięć klonów URA3, spośród których 3 wykazywały zmniejszony wzrost na D-ksylulozie, hodowano w 100 ml pożywkach, po czym ekstrakty komórkowe przygotowano w wyniku wytrząsania z kulkami szklanymi i w surowych ekstraktach oznaczono aktywność transketolazy. Test przeprowadzono w buforze, 0,1 M glicylo-glicynie, pH 7,6, zawierającym 3 mM chlorek magnezowy, 0,1 mM pirofosforan tiaminy, 0,25 mM NADh i 0,2 mg/ml albuminy z surowicy bydlęcej. Bezpośrednio przed pomiarem do 1 ml powyższego buforu dodano 3 pl roztworu zawierającego 0,5 M 5-fosforan D-ksylulozy i 0,5 M 5-fosforan rybozy, a następnie 7,5 U izomerazy fosforanu triozy i 1,5 U dehydrogenazy α-gliceofosforanowej (obydwa z Sigma). Reakcję zainicjowano dodając odpowiednią próbkę surowego ekstraktu i śledzono ją rejestrując spadek gęstości optycznej przy 340 nm. Jako próbkę kontrolną zastosowano ekstrakt komórkowy szczepu DBY746. Aktywność transketolazy w surowym ekstrakcie z DBY746 i w dwóch transformantach rosnących w sposób niezakłócony na D-ksylulozie można było łatwo zmierzyć uzyskując około 0,25 U/mg białka. Trzy transformanty o osłabionym wzroście na D-ksylulozie wykazywały aktywność transketolazy poniżej granicy wykrywalności zastosowanej metody (co najmniej 20 razy mniej niż w przypadku szczepu dzikiego). Aktywności dehydrogenazy 6-fosforanu D-glukozy i dehydrogenazy 6-fosfo-D-glukonianu oznaczono również w dla sprawdzenia, czy przy przygotowaniu ekstraktów komórkowych nie nastąpiła dezaktywacja enzymów. Aktywności tych dwóch enzymów były bardzo zbliżone we wszystkich sześciu szczepach. Z tego względu wyciągnięto wniosek, że trzy klony źle rosnące na D-ksylulozie zawierająmutację genu transketolazy. Wzrost szczepów z rozbitym genem transketolazy był również nieznacznie zahamowany w syntetycznej pożywce nie zawierającej aromatycznych aminokwasów, fenyloalaniny i tyrozyny, choć w tym przypadku wpływ był mniejszy niż wpływ mutacji na wykorzystanie D-ksylulozy.178,040 at position 269-304 and the 3'-oligonucleotide is attached at position 2271-2305 as indicated for transketolase (T.S. Fletcher and I.L. Kwee, EMBL DNA sequence library, ID: SCTRANSK, available under No. M63302). The fragment was digested with XbaI and EcoRI and cloning was performed in pUC19 cleaved with the same enzymes. Restriction analysis of the obtained pUC (TKT) plasmid confirmed the identity of the cloned DNA fragment. This plasmid was cut with BgIII and ClaI and the large DNA fragment was purified by agarose gel electrophoresis. This fragment was ligated with two DNA fragments isolated from plasmid pUT332 (A. Gatiniol et al., Gene 91: 35-41 (1990)): the C11I-PstI fragment containing the URA3 gene and the 3'part of the bleomycin resistance gene, and the BamHI-PstI fragment. DNA containing the yeast TEF1 (transcriptional extension factor 1) promoter and the 5 'portion of the sequence encoding the bleomycin resistance gene. After transforming E. coli with the above ligation mixture and restriction analysis of the plasmid clones, the pTKT plasmid (BLURA) was isolated. This plasmid contains the coding sequence of the S. cerevisiae transketolase gene in which the 90 kb fragment between sites ClaI and BgIII was replaced with a pUT332 fragment containing two markers distinguishable in S. cerevisiae - the URA3 gene and the bleomycin resistance gene under the control of the TEF 1 promoter and the transcription terminator CYC 1. The plasmid was used to transform S. cerevisiae DBY746 (ATCC 44773; MATahis3Al leu2-2,112, ura3-52 trpl-289) to phleomycin resistance (10 pg / ml phleomycin in YEPD medium) by the lithium chloride method (Ito and others, J. Bacteriol. 153: 163-168 (1983)). Transformants were tested for uracil prototropy and growth ability on D-xylulose. Five URA3 clones, 3 of which showed reduced growth on D-xylulose, were grown in 100 ml of media, after which cell extracts were prepared by shaking with glass beads, and transketolase activity was determined in crude extracts. The assay was performed in 0.1 M glycyl glycine pH 7.6 buffer containing 3 mM magnesium chloride, 0.1 mM thiamine pyrophosphate, 0.25 mM NADh and 0.2 mg / ml bovine serum albumin. Immediately before the measurement, 3 µl of a solution containing 0.5 M D-xylulose 5-phosphate and 0.5 M ribose 5-phosphate was added to 1 ml of the above buffer, followed by 7.5 U triose phosphate isomerase and 1.5 U α- dehydrogenase. glycophosphate (both from Sigma). The reaction was initiated by the addition of an appropriate sample of the crude extract and monitored by recording the decrease in optical density at 340 nm. The cell extract of the DBY746 strain was used as a control sample. The transketolase activity in the crude extract of DBY746 and in the two transformants grown undisturbed on D-xylulose could be readily measured to give about 0.25 U / mg protein. The three transformants with impaired growth on D-xylulose showed a transketolase activity below the detection limit of the method used (at least 20 times less than that of the wild-type strain). The activities of D-glucose 6-phosphate dehydrogenase and 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase were also determined in order to check whether enzyme inactivation occurred in the preparation of cell extracts. The activities of these two enzymes were very similar in all six strains. Therefore, it was concluded that the three poorly growing clones on D-xylulose contain a mutation of the transketolase gene. The growth of the strains with the disrupted transketolase gene was also slightly inhibited in a synthetic medium lacking aromatic amino acids, phenylalanine and tyrosine, although in this case the effect was less than the effect of the mutation on D-xylulose utilization.

Geny transketolazy z innych gatunków drożdży mogą być dogodnie klonowane w wyniku komplementacji mutacji transketolazowej w szczepach S. cerevisiae opisanych powyżej. Korzystnie klonowanie można przeprowadzić konstruując bibliotekę genów szczepu drożdży nie należących do Saccharomyces w odpowiednim wektorze (np. w dobrze znanym plazmidzie YEpl3), transformując tą bibliotekę do szczepu S. cerevisiae zawierającego mutację transketolazy (np. do mutantów uzyskanych w wyniku rozbicia genu w sposób opisany powyżej) i dokonując selekcji z uwagi na odtworzony wzrost na D-ksylulozie. Plazmidowy DNA można uwolnić z takich D-ksylulozo-dodatnich transformantów i zastosować do transformowania tego samego szczepu biorczego. Wszystkie klony z tej transformacji powinny dobrze rozwijać się na D-ksylulozie. W transformantach można oznaczyć aktywność transketolazy i jej ponowne wystąpienieTransketolase genes from other yeast species may conveniently be cloned by complementing the transketolase mutation in the S. cerevisiae strains described above. Preferably, cloning can be performed by constructing a gene library of a yeast strain not belonging to Saccharomyces in a suitable vector (e.g., in the well-known plasmid YEpl3), transforming this library into a S. cerevisiae strain containing the transketolase mutation (e.g. into mutants obtained by gene disruption as described) above) and selecting for reconstituted growth on D-xylulose. Plasmid DNA can be released from such D-xylulose positive transformants and used to transform the same recipient strain. All clones from this transformation should thrive on D-xylulose. Transketolase activity and its recurrence can be determined in transformants

178 040 w znacznym poziomie może służyć jako potwierdzenie identyczności klonowanego genu. Dodatkowe i ostateczne potwierdzenie uzyskać można sekwencjonując krótkie odcinki klonowanego DNA i znajdując fragmenty sekwencji homologiczne z sekwencjątransketolazy S. cerevisiae lub wykazując hybrydyzację fragmentu klonowanego DNA z autentycznym klonem transketolazowym z S. cerevisiae. Procedura klonowania może być również oparta na hybrydyzacji DNA jako podstawowej metodzie selekcjonowania klonów zawierających gen transketolazy z biblioteki genów drożdży nie należących do Saccharomyces. Fragment genu transketolazy S. cerevisiae wykorzystać można jako sondę w doświadczeniu hybrydyzacji kolonii lub łysinki, a klony wykazujące silny sygnał hybrydyzacji można dokładniej zanalizować wykonując częściowe sekwencjonowanie.178,040 may serve, to a considerable extent, as confirmation of the identity of the cloned gene. Additional and final confirmation can be obtained by sequencing short sections of the cloned DNA and finding sequence fragments homologous to the S. cerevisiae transsketolase sequence or by demonstrating hybridization of the cloned DNA fragment to an authentic S. cerevisiae transketolase clone. The cloning procedure can also be based on DNA hybridization as the primary method for selecting clones containing the transketolase gene from a non-Saccharomyces yeast gene library. A fragment of the S. cerevisiae transketolase gene can be used as a probe in a colony or plaque hybridization experiment, and clones showing a strong hybridization signal can be further analyzed by performing partial sequencing.

Ze względu na metodę zastosowaną do klonowania genu transketolazy z wybranych gatunków drożdży następny etap w uzyskiwaniu mutacji w genie transketolazy w tych drożdżach jest taki sam. Klonowany fragment DNA powinien zostać scharakteryzowany poprzez wykonanie częściowej mapy restrykcyjnej oraz korzystnie przez zlokalizowanie kodującego obszaru w genie transketolazy. Następnie kawałek DNA, który może działać jako marker selekcjonujący w wybranych drożdżach wstawia się do fragmentu DNA zawierającego gen transketolazy, nie bliżej niż kilkaset bp od każdego z końców tego fragmentu. Kasetę zawierającąbakteryjny gen fleomycyny pod kontrolą silnego promotora drożdżowego, taką j ak wyżej opisana kaseta z plazmidu pUT332, można np. wykorzystać w przypadku wielu gatunków drożdży jako dominujący selektywny marker. Istotne jest, aby insercję fragmentu DNA zawierającego selekcjonujący marker wykonać w taki sposób, by obszar kodujący gen transketolazy został albo rozbity przez wstawiany DNA, albo, korzystnie, żeby wstawiany fragment DNA zastępował (część) obszaru kodującego. Taką konstrukcję DNA można następnie zastosować do rozbicia chromosomowej kopii genu transketolazy w wybranych drożdżach metodą zbliżoną do metody opisanej powyżej przy wytwarzaniu transketolazowej mutacji w S. cerevisiae. Zastosować można dowolny odpowiedni sposób transformacji, przy czym do korzystnych sposobów należy transformacja protoplastu i elektroporowanie. Selekcję klonów zawierających rozbity gen transketolazy można przeprowadzić w sposób podobny do opisanego powyżej w odniesieniu do S. cerevisiae. Ponadto wykorzystać można analizę struktury chromosomowego obszaru transketolazy metodą hybrydyzacji Southema jako metodę wariantową lub oprócz innych metod.Due to the method used to clone the transketolase gene from selected yeast species, the next step in obtaining a transketolase mutation in this yeast is the same. The cloned DNA fragment should be characterized by making a partial restriction map and preferably by locating the coding region in the transketolase gene. Then, a piece of DNA that may act as a selectable marker in the selected yeast is inserted into the DNA fragment containing the transketolase gene, no closer than a few hundred bp from either end of that fragment. A cassette containing the bacterial phleomycin gene under the control of a strong yeast promoter, such as the above-described pUT332 plasmid cassette, can e.g. be used as a dominant selective marker in many yeast species. It is essential that the insertion of the DNA fragment containing the selectable marker is made in such a way that the transketolase gene coding region is either broken down by the inserted DNA or preferably that the inserted DNA fragment replaces (part of) the coding region. This DNA construct can then be used to break down a chromosomal copy of the transketolase gene in selected yeasts by a method similar to the method described above for producing a transketolase mutation in S. cerevisiae. Any suitable transformation method may be used, with preferred methods being protoplast transformation and electroporation. Selection of clones containing the disrupted transketolase gene can be performed in a similar manner to that described above for S. cerevisiae. In addition, analysis of the structure of the chromosomal region of the transketolase by Southern hybridization can be used as a variant method or in addition to other methods.

Przykład 10. Klonowanie genu D-rybulokinazyExample 10. Cloning of the D-ribulokinase gene

Korzystny sposób klonowania genu D-rybulokinazy jest zbliżony do metody opisanej w przykładzie 1 w odniesieniu do klonowania dehydrogenazy D-arabitolowej. Wiadomo, że gen D-rybulokinazy w szeregu bakteriach takich jak E. coli lub Klebsiella aerogenes stanowi część operonu wykorzystania rybitolu (T. Loviny i inni, Biochem. J. 230: 579-585 (1985)). Wiadomo ponadto, że szczepy E. coli B nie zawierają tego operonu i z tego względu nie sązdolne do wykorzystywania rybitolu jako źródła węgla. W związku z tym szczep E. coli B (taki jak zwykłe szczepy laboratoryjne HB101 i JM 103 oraz szczepy, które można transformować z wysoką wydajnością takie jak SCS-1 lub XL1-Blue ze Stratagene) można transformować biblioteką genową bakterii wykorzystujących rybitol, skonstruowaną w dowolnym odpowiednim wektorze, korzystnie w pUC19. Niepatogeniczne gatunki bakterii takie jak Klebsiella terrigena, stanowią korzystne źródło organizmów do wydzielania genu D-rybulokinazy. Następnie można wybrać transformanty E. coli, które sązdolne do rozwoju na minimalnej pożywce zawierającej rybitol jako jedyne źródło węgla. Plazmidowy DNA z takich rybitolo-dodatnich klonów można następnie wydzielić i zastosować do powtórnego transformowania szczepu E. coli B. Wszystkie transformanty po takim powtórnym transformowaniu powinny być zdolne do rozwoju na rybitolu jako jedynym źródle węgla. Następnie wykonać można mapę restrykcyjną klonowanego insertu. Wykorzystując taką mapę przygotować można różne delecyjne pochodne wyjściowego klonu i zanalizować je pod względem zachowania operonu rybitolu przeprowadzając wyżej opisany test działania. Przeprowadzić można szereg kolejnych delecji w celu zmniejszenia wielkości fragmentu DNA przenoszącego operon rybitolu do 3,5-4 kb (wielkość operonu w K. aerogenes). Na koniec ustalić można (częściową) sekwencję nukleotydową genu D-rybulokinazy i zastosowaćThe preferred method of cloning the D-ribulokinase gene is similar to the method described in Example 1 for the cloning of D-arabitol dehydrogenase. It is known that the D-ribulokinase gene in a number of bacteria such as E. coli or Klebsiella aerogenes is part of the ribitol utilization operon (T. Loviny et al., Biochem. J. 230: 579-585 (1985)). Moreover, it is known that E. coli B strains do not contain this operon and are therefore incapable of using ribitol as a carbon source. Accordingly, an E. coli B strain (such as the conventional laboratory strains HB101 and JM 103 and strains that can be transformed with high yields such as SCS-1 or XL1-Blue from Stratagene) can be transformed with a gene library of bacteria using ribitol, constructed in any suitable vector, preferably in pUC19. Non-pathogenic bacterial species such as Klebsiella terrigena are a preferred organism source for secreting the D-ribulokinase gene. E. coli transformants that are capable of growing on minimal medium containing ribitol as sole carbon source can then be selected. Plasmid DNA from such ribitol positive clones can then be isolated and used to re-transform the E. coli B strain. All transformants after this re-transformation should be capable of growing on ribitol as sole carbon source. Then, a restriction map of the cloned insert can be made. Using such a map, various deletion derivatives of the starting clone can be prepared and analyzed for the behavior of the ribitol operon by performing the above-described performance test. A series of consecutive deletions can be made to reduce the size of the DNA fragment carrying the ribitol operon to 3.5-4 kb (operon size in K. aerogenes). Finally, the (partial) nucleotide sequence of the D-ribulokinase gene can be determined and used

178 040 do wycięcia obszaru kodującego tego genu wykorzystując odpowiednie występujące w naturze miejsca restrykcyjne lub stosując znane techniki PCR do wprowadzenia takich miejsc. Wykonać można ekspresję genu D-rybulokinazy w innych gospodarzach, korzystnie w drożdżach, metodami obejmującymi standardowe etapy takie jak fuzja obszaru kodującego genu D-rybulokinazy z odpowiednim promotorem i terminatorem transkrypcji, przeniesienie kasety ekspresji do wektora nadającego się do transformowania w wybranym gospodarzu, wytworzenie transformantów i na koniec sprawdzenie wydajności ekspresji D-rybulokinazy.178,040 to excise the coding region of that gene using appropriate naturally occurring restriction sites or using known PCR techniques to introduce such sites. Expression of the D-ribulokinase gene in other hosts, preferably in yeast, may be performed by methods including standard steps such as fusing the coding region of the D-ribulokinase gene with an appropriate promoter and transcription terminator, transfer of the expression cassette into a vector suitable for transformation in the host of choice, production of transformants and finally checking the efficiency of D-ribulokinase expression.

Przykład 11. Klonowanie i nadekspresja genu D-rybulozo-5-fosforano-3 -epimerazyExample 11. Cloning and overexpression of the D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase gene

Metoda wydzielania homogenicznej D-rybulozo-5-fosforano-3-epimerazy z drożdży piekarskich (drożdże przemysłowe Saccharomyces cerevisiae) jest znana (W.T. Williamson i inni, Met. Enzymol. 9:605-608 (1966)). Enzym można wydzielić, ajegoN-końcowe i częściowo wewnętrzne sekwencje aminokwasów można ustalić ogólnie znanymi sposobami. Te uzyskane częściowe sekwencje aminokwasów można następnie zastosować do generowania metodąokreślanąjako odwrotna translacja sekwencji oligonukleotydów, które można następnie wykorzystać do zainicjowania polimerazowej reakcji łańcuchowej. Fragmenty DNA wygenerowane metodą PCR można zastosować jako sondy hybrydyzacyjne do selekcjonowania biblioteki genów drożdży w aspekcie kopii o pełnej długości genu D-rybulozo-5-fosforano-3-epimerazy. Korzystny sposób wykonania nadekspresji genu D-rybulozo-5-fosforano-3-epimerazy w innych gospodarzach drożdżowych obejmuje klonowanie go w wektorze, który zawiera wielką liczbę kopii w pożądanym gospodarzu (np. w wektorze pSRT303D w przypadku Z. rouxii). Inny i bardziej wydajny sposób wykonania nadekspresji obejmuje ustalenie co najmniej częściowej sekwencji nukleotydowej genu D-rybulozo-5-fosforano-3-epimerazy wokół kodonu startu translacji i wykorzystanie tej informacji do wydzielania sekwencji kodującej gen D-rybulozo-5-fosforano-3-epimerazy i dokonania jego fuzji z promotorem znanym z tego, że wydajnie działa w wybranym gospodarzu.A method for isolating homogeneous D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase from baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae industrial yeast) is known (W.T. Williamson et al., Met. Enzymol. 9: 605-608 (1966)). The enzyme can be isolated, and its N-terminal and partially internal amino acid sequences can be determined by generally known methods. These obtained partial amino acid sequences can then be used to generate a method termed reverse translation of oligonucleotide sequences, which can then be used to initiate a polymerase chain reaction. PCR-generated DNA fragments can be used as hybridization probes to select a yeast gene library for full-length copies of the D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase gene. A preferred method of overexpressing the D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase gene in other yeast hosts is to clone it in a vector that contains a large number of copies in the desired host (e.g. in the pSRT303D vector in the case of Z. rouxii). Another and more efficient way to perform overexpression is to establish at least a partial nucleotide sequence of the D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase gene around the translation start codon and use this information to isolate the D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase gene coding sequence. and fusing it with a promoter known to function efficiently in the host of choice.

Przykład 12. Klonowanie genu D-ksylulokinazy i konstruowanie mutantów D-ksylulokinazyExample 12. Cloning of the D-xylulokinase gene and construction of D-xylulokinase mutants

Sposoby klonowania D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) z różnych gatunków drożdży zostały opisane (N.W.Y. Ho i inni, Enzyme Microbiol. Technol. 11: 417-421 (1989); P.E. Stevis i inni, Applied and Environmental Microbiol. 53: 2975-2977 (1978). Opisano również sposób konstruowania mutacji D-ksylulokinazy w S. cerevisiae przez rozbicie genu (P.E. Stevis i inni, Appl. Biochem. Biotechnol. 20: 327-334 (1989)). Podobne metody wykorzystać można do konstruowania mutantów D-ksylulokinazy w innych drożdżach. W przypadku rodzajów drożdży innych niż S. cerevisiae markerami genetycznymi stosowanymi do rozbijania genu D-ksylulokinazy są korzystnie dominujące markery oporności na antybiotyki (patrz przykład 9). Można także zastosować klasyczne metody konstrukcji mutantów oparte na mutagenezie chemicznej (np. obróbka metanosulfonianem etylu lub akryflawiną) lub fizycznej (promienie nadfioletowe, promienie rentgenowskie). Wzbogacanie w mutant można osiągnąć hodując komórki poddane mutagenezie na D-ksylulozie jako jedynym źródle węgla w obecności antybiotyku (takiego jak nystatyna), który zabija tylko rosnące komórki. Niezdolność mutantów D-ksylulokinazy do wykorzystywania D-ksylulozy jako jedynego źródła węgla przy wzroście wykorzystać można do selekcjonowania mutantów.Methods for cloning D-xylulokinase (EC 2.7.1.17) from different yeast species have been described (NWY Ho et al., Enzyme Microbiol. Technol. 11: 417-421 (1989); PE Stevis et al., Applied and Environmental Microbiol. 53: 2975. -2977 (1978). A method for constructing a D-xylulokinase mutation in S. cerevisiae by gene disruption is also described (PE Stevis et al., Appl. Biochem. Biotechnol. 20: 327-334 (1989)). Similar methods can be used to construct mutants. D-xylulokinase in other yeasts In the case of yeast species other than S. cerevisiae, the genetic markers used to disrupt the D-xylulokinase gene are preferably the dominant antibiotic resistance markers (see example 9). Classic methods of constructing mutants based on chemical mutagenesis can also be used ( e.g. treatment with ethyl methanesulfonate or acryflavine) or physical (ultraviolet rays, X-rays) Enrichment with the mutant can be achieved by growing cells mutagenized on D-xylulose as the only carbon source in the presence of an antibiotic (such as nystatin) that only kills growing cells. The inability of D-xylulokinase mutants to utilize D-xylulose as the sole carbon source for growth can be exploited for mutant selection.

Przykład 13. Szczepy wytwarzające ksylitol przez D-arabitol ze zwiększoną wydajnościąExample 13. Strains Producing Xylitol With D-arabitol With Increased Yield

W przykładzie 4 opisano sposób konstruowania szczepu drożdży zdolnego do wytwarzania ksylitolu z strukturalnie niespokrewnionych źródeł węgla takich jak D-glukoza według drogi przemiany, w której D-arabitol wykorzystywanyjestjako podstawowy związek pośredni. W celu zwiększenia wydajności ksylitolu w fermentacjach z udziałem szczepu wykorzystującego taką „D-arabitolową drogę przemiany” należy zwiększyć wydajność D-arabitolu. Droga przemiany prowadząca od D-glukozy do D-arabitolu u drożdży wytwarzających D-arabitol została opisana (J.M. Ingram i inni, J. Bacteriol. 89: 1186-1194 (1965)). D-arabitol wytwarzany jest z 5-fosforanu D-rybulozy w wyniku odfosforylowania i redukcji reduktazę D-rybulozową połączoną z NADPH. Powstawanie 5-fosforanu D-rybulozy z 6-fosforanu D-glukozy w dwóch kolejnych nieodwracalnych etapach odwodornienia z udziałem dehydrogenazy 6-fosforany D-glukozyExample 4 describes the construction of a yeast strain capable of producing xylitol from a structurally unrelated carbon source such as D-glucose according to a pathway in which D-arabitol is used as the primary intermediate. In order to increase the xylitol yield in fermentations involving a strain using this "D-arabitol pathway", the yield of D-arabitol should be increased. The conversion pathway from D-glucose to D-arabitol in yeasts producing D-arabitol has been described (J.M. Ingram et al., J. Bacteriol. 89: 1186-1194 (1965)). D-arabitol is produced from D-ribulose 5-phosphate by dephosphorylation and reduction of D-ribulose reductase linked to NADPH. Formation of D-ribulose 5-phosphate from D-glucose 6-phosphate by two consecutive irreversible dehydrogenation steps involving D-glucose 6-phosphate dehydrogenase

178 040 i dehydrogenazy 6-fosfo-D-glukonianu stanowi powszechnie występującą drogę przemiany określanąjako gałąź utleniająca drogi pentoza-fosforan (albo bocznik monofosforanu heksozy). W nieutleniającej gałęzi przemiany pentoza-fosforan 5-fosforan D-rybulozy ulega odwracalnej izomeracji do 5-fosforanu D-rybozy i 5-fosforanu D-ksylulozy. 5-fosforan D-rybozy i 5-fosforan D-ksylulozy metabolizowane sąnastępnie przez transketolazę. W związku z tym przeprowadzić można mutację transketolazy w szczepie drobnoustrojowym wytwarzającym D-arabitol, co spowoduje zwiększenie wydajności przemiany 5-fosforanu D-rybulozy w D-arabitol. W przykładzie 9 opisano sposób wytwarzania mutantów transketolazy. Dalsze zwiększenie wydajności D-arabitolu osiągnąć można, gdy zwiększy się maksymalnie szybkość biosyntezy 5-fosforany D-rybulozy w wyniku nadekspresji dwóch genów kodujących enzymy utleniającej gałęzi drogi przemiany pentoza-fosforan w sposób opisany powyżej (przykład 8). Następnie można przeprowadzić transformację szczepów zoptymalizowanych tym sposobem pod względem wydajności D-arabitolu zrekombinowanymi sekwencjami DNA przenoszącymi geny dehydrogenazy ksylitolowej i dehydrogenazy D-arabitolowej (przykłady 3 i 4) uzyskując szczep o zwiększonej wydajności wytwarzania ksylitolu.178 040 and 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase is a common pathway of metabolism referred to as the oxidation branch of the pentose-phosphate pathway (or hexose monophosphate bypass). In the non-oxidative branch of the pentose-phosphate transformation, D-ribulose 5-phosphate is reversibly isomerated to D-ribose 5-phosphate and D-xylulose 5-phosphate. D-ribose 5-phosphate and D-xylulose 5-phosphate are then metabolized by transketolase. Therefore, a transketolase mutation can be performed in the microbial strain producing D-arabitol, which will increase the efficiency of conversion of D-ribulose 5-phosphate to D-arabitol. Example 9 describes the production of transketolase mutants. A further increase in the yield of D-arabitol can be achieved when the rate of D-ribulose 5-phosphate biosynthesis is maximized by overexpression of the two genes encoding the enzymes of the oxidative branch of the pentose-phosphate pathway as described above (Example 8). The transformation of the strains optimized in this way for the yield of D-arabitol can then be carried out with recombinant DNA sequences carrying the genes of xylitol dehydrogenase and D-arabitol dehydrogenase (Examples 3 and 4) to obtain a strain with increased xylitol production yield.

Przykład 14. Szczepy wytwarzające ksylitol w innych drogach przemianyExample 14. Xylitol producing strains by other pathways

Sposoby przedstawione w przykładach 4 i 13 stanowią najprostsze metody konstruowania szczepów drobnoustrojowych zdolnych do przekształcania D-glukozy i innych źródeł węgla w ksylitol. W metodach tych wykorzystuje się występującą w przyrodzie drogę przemiany prowadzącą do powstawania D-arabitolu z różnych źródeł węgla oraz wydłużenie tej drogi o dwie reakcje przekształcania D-arabitolu w ksylitol. Jednakże droga taka nie stanowi jedynej drogi przemiany. Można również skonstruować inne drogi przemiany prowadzące do ksylitolu jako końcowego produktu metabolizy, nie obejmujące D-arabitolu jako związku pośredniego. I tak drogę przemiany do ksylitolu z tego samego prekursora, 5-fosforanu D-rybulozy można realizować w różnych łańcuchach reakcji. 5-fosforan D-rybulozy można wydajnie przekształcić w 5-fosforan D-ksylulozy za pomocą D-rybulozo-5-fosforano-3-epimerazy (przykład 11), a jeśli zapobiegnie się dalszej konwersji 5-fosforanu D-ksylulozy poprzez mutację genu transketolazy, nagromadzony 5-fosforan D-ksylulozy może zostać odfosforylowany przez tą samą niespecyficzną fosfatazę co 5-fosforan D-rybulozy (M.J. Ingram i inni, J. Bacteriol. 89: 1186-1194 (1965)) i zredukowany do ksylitolu przez dehydrogenazę ksylitolową(przykład 3). Realizacja tej drogi przemiany może dodatkowo wymagać dezaktywacji genu D-ksylulokinazy (przykład 12), aby zmniejszyć straty energii związane z jałowąpętlą5^fosforan D-ksylulozy—> D —>-ksyluloza 5-fosforan D-ksylulozy. Dodatkowa zmiana genetyczna - wprowadzenie i (nad)ekspresja genu D-rybokinazy (EC 2.7.1.47) może zminimalizować równoczesne wytwarzanie D-arabitolu przez takie szczepy wiążąc D-rybulozę wytworzoną przez niespecyficzną fosfatazę. D-rybuloza może zostać z powrotem przekształcona w fosforan D-rybulozy, a następnie w 5-fosforan D-ksylulozy.The methods shown in Examples 4 and 13 are the simplest methods for constructing microbial strains capable of converting D-glucose and other carbon sources to xylitol. These methods use the natural pathway to form D-arabitol from various carbon sources and extend this pathway by two reactions for converting D-arabitol to xylitol. However, this path is not the only path to change. Other pathways leading to xylitol as the end product of the metabolism may also be constructed, not including D-arabitol as an intermediate. Thus, the conversion to xylitol from the same precursor, D-ribulose 5-phosphate, can be carried out in different reaction chains. D-ribulose 5-phosphate can be efficiently converted to D-xylulose 5-phosphate using D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase (Example 11), and if further conversion of D-xylulose 5-phosphate is prevented by mutating the transketolase gene , accumulated D-xylulose 5-phosphate can be dephosphorylated by the same non-specific phosphatase as D-ribulose 5-phosphate (MJ Ingram et al., J. Bacteriol. 89: 1186-1194 (1965)) and reduced to xylitol by xylitol dehydrogenase ( example 3). The implementation of this pathway may additionally require deactivation of the D-xylulokinase gene (Example 12) to reduce the energy loss associated with the sterile loop of D-xylulose phosphate -> D -> - xylulose D-xylulose 5-phosphate. Additional genetic alteration - the introduction and (over) expression of the D-ribokinase gene (EC 2.7.1.47) may minimize the simultaneous production of D-arabitol by such strains by binding D-ribulose produced by non-specific phosphatase. D-ribulose can be converted back to D-ribulose phosphate and then to D-xylulose 5-phosphate.

Przykład 15. Stabilność zrekombinowanego szczepu Z. rouxii i wytwarzanie ksylitolu w warunkach hodowli w fermentatorzeExample 15. Stability of the recombinant Z. rouxii strain and xylitol production under fermentation conditions

Stabilność wytwarzania ksylitolu podczas długo prowadzonej hodowli sprawdzono zarówno w selektywnych warunkach (stosując selektywnąpożywkę: YEPD zawierający 50 mg/litr G418 i 30% glukozy) oraz w warunkach nieselektywnych (stosując tą samą pożywkę, ale bez G418). Pojedynczy świeżo otrzymany transformant Z. rouxii ATCC 13356 [pSRT(AX)-9] hodowano w 200 ml YEPD zawierającego G418. Komórki przeniesiono do 50% roztworu gliceryny i zamrożono w porcjach po 1ml w -70°C. 4 zamrożone próbki Z. rouxii [pSRT(AX)-9] zastosowano do zaszczepienia dwóch 50 ml hodowli z selektywną pożywką i dwóch z nieselektywnąpożywką. Po osiągnięcie przez hodowle stacjonarnej fazy wzrostu (50-60 godzin w 30°C przy 200 obrotów/minutę) pobrano próbki w celu oznaczenia zawartości pentytolu metodąHPLC i po 1ml hodowli zastosowano do zaszczepienia kolejnych 50 ml tej samej (selektywnej lub nieselektywnej) pożywki. Cykl wzrost/rozcieńczanie powtórzono jeszcze 4 razy. Warunki w tym doświadczeniu przybliżały rozwój zrekombinowanego szczepu od standardowego zamrożonego materiału inokulacyjnego w fermentatorze w dużej skali. Wyniki tego doświadczenia przedstawiono w tabeli 8. Zgodnie z przewidywaniami stabilność zrekombinowanego szczepu jest wy178 040 ższa w pożywce selektywnej. Jednakże nawet na pożywce nieselektywnej spadek wydajności ksylitolu można było wykryć dopiero po około 20 pokoleniach. W warunkach selektywnych wytwarzanie ksylitolu przebiegało w sposób stabilny dla około 30 pokoleń.The stability of xylitol production during long-term cultivation was checked both under selective conditions (using a selective medium: YEPD containing 50 mg / liter G418 and 30% glucose) and under non-selective conditions (using the same medium but without G418). A single freshly prepared transformant of Z. rouxii ATCC 13356 [pSRT (AX) -9] was grown in 200 ml of YEPD containing G418. Cells were transferred to 50% glycerin solution and frozen in 1 ml aliquots at -70 ° C. 4 frozen samples of Z. rouxii [pSRT (AX) -9] were used to inoculate two 50 ml cultures with selective medium and two with non-selective medium. After the cultures had reached a stationary growth phase (50-60 hours at 30 ° C and 200 rpm), samples were taken for the determination of pentitol content by HPLC and 1 ml of the culture was used to inoculate another 50 ml of the same (selective or non-selective) medium. The growth / dilution cycle was repeated 4 more times. The conditions in this experiment approximated the development of the recombinant strain from standard frozen inoculum in a large scale fermentor. The results of this experiment are shown in Table 8. As expected, the stability of the recombinant strain is higher in a selective medium. However, even on a non-selective medium, the decrease in xylitol yield could only be detected after about 20 generations. Under selective conditions, xylitol production was stable for about 30 generations.

Próbkę zamrożonego preparatu bazowego transformowanego szczepu Z. rouxii zastosowano do zaszczepienia 2-litrowego fermentatora zawierającego 1 litr pożywki o następującym składzie (na litr): 0,1 g NaCl, 6,8 g fosforanu potasu, 0,5 g siarczanu amonu, 20 g ekstraktu drożdżowego i 400 g glukozy, 50 mg G481, pH 6,0. Warunki hodowli były następujące: szybkość napowietrzania 0,5 objętości/minutę, mieszanie 400 obrotów/minutę, temperatura 30°C.A sample of the frozen base preparation of the transformed Z. rouxii strain was used to inoculate a 2-liter fermenter containing 1 liter of medium with the following composition (per liter): 0.1 g NaCl, 6.8 g potassium phosphate, 0.5 g ammonium sulfate, 20 g yeast extract and glucose 400 g, G481 50 mg, pH 6.0. The cultivation conditions were as follows: aeration rate of 0.5 v / min, stirring 400 rpm, temperature 30 ° C.

Na figurze 10 przedstawiono przebieg zużywania się glukozy i nagromadzania się ksylitolu w funkcji czasu fermentacji. Pokazano również stężenie rozpuszczonego tlenu odzwierciedlające zdolność hodowli drożdży do oddychania. Zaobserwowano występowanie pozornie dwufazowego wzrostu: w pierwszej fazie po około 40 godzinach osiągnięte zostaje plateau stężenia glukozy i ksylitolu (w tym momencie zużyta zostaje mniej niż połowa glukozy), natomiast drugą fazę obserwuje się po około 200 godzinach, gdy procesy zużycia glukozy i wytwarzania ksylitolu wyrównują się. Ostateczne stężenie ksylitolu wyniosło 15 g/litr i było prawie dwa razy większe niż stężenia uzyskiwane przy prowadzeniu fermentacji w kolbie. Dwufazowy wzrost ze znacznym okresem indukcji wskazuje, że wybrano spontaniczny mutant (prawdopodobnie wykazujący wyższą tolerancję na alkohol niż szczep macierzysty). W celu sprawdzenia tej hipotezy wydzielono pojedynczy klon z hodowli w punkcie końcowym pracy fermentatora. Izolat ten hodowano w fermentatorze w warunkach takich samych, jak opisane powyżej. Wyniki tego doświadczenia (fig. 11) potwierdziły, że w rzeczywistości wydzielono mutant zdolny do pełnej asymilacji 400 g/litr glukozy w ciągu około 60 godzin. Doświadczenie to wykazało również, że szczep Z. rouxii wytwarzający ksylitol może również przyswajać ksylitol, gdy cała glukoza w ośrodku hodowli zostanie zużyta.Figure 10 shows the course of glucose consumption and xylitol accumulation as a function of fermentation time. The dissolved oxygen concentration is also shown reflecting the respiratory capacity of the yeast culture. An apparently two-phase increase has been observed: in the first phase, after about 40 hours, a plateau of glucose and xylitol is reached (less than half of the glucose is consumed at this point), while the second phase is observed after about 200 hours, when the processes of glucose consumption and xylitol production equalize out. The final xylitol concentration was 15 g / liter, almost twice as high as the flask fermentation concentrations. Biphasic growth with a significant induction period indicates that a spontaneous mutant (possibly showing a higher alcohol tolerance than the parent strain) was selected. To test this hypothesis, a single clone was isolated from the culture at the end point of the fermentor operation. This isolate was grown in a fermentor under the same conditions as described above. The results of this experiment (Fig. 11) confirmed that, in fact, a mutant capable of fully assimilating 400 g / liter of glucose in about 60 hours was isolated. This experiment also showed that the xylitol-producing Z. rouxii strain can also uptake xylitol when all the glucose in the culture medium has been consumed.

Tabela 8Table 8

Stabilność wytwarzania ksylitolu przez szczep Z. rouxii ATCC 13356 [pSRT(AX)-9] w warunkach seryjnej hodowli (g/litr, unormowano w odniesieniu do całkowitej wydajności pentytolu)The stability of xylitol production by the strain Z. rouxii ATCC 13356 [pSRT (AX) -9] under serial culture conditions (g / liter, normalized with respect to the total pentitol yield)

Warunki hodowli Breeding conditions Kolejne rozcieńczenie nr Another dilution No. Hodowla nr Kennel no selektywne selective nieselektywne non-selective 1 1 1 1 8,3 8.3 8,6 8.6 2 2 8,9 8.9 8,6 8.6 2 2 1 1 8,9 8.9 8,9 8.9 2 2 8,5 8.5 8,4 8.4 3 3 1 1 8,5 8.5 8,3 8.3 2 2 8,6 8.6 8,2 8.2 4 4 1 1 8,7 8.7 8,0 8.0 2 2 8,6 8.6 6,9 6.9 5 5 1 1 8,6 8.6 7,6 7.6 2 2 8,1 8.1 5,6 5.6 6 6 1 1 7,0 7.0 7,0 7.0 2 2 6,9 6.9 2,4 2.4

Wszystkie odsyłacze wprowadza się jako źródło literaturowe. Po zapoznaniu się z pełnym opisem wynalazku dla specjalistów zrozumiałe jest, że zakres jego można realizować w szerokim równoważnym zakresie stężeń, parametrów itp. bez naruszenia zakresu wynalazku lub jakichkolwiek jego rozwiązań.All references are included as a reference. Upon reading the complete description of the invention, it will be understood by those skilled in the art that its scope may be practiced over a wide equivalent range of concentrations, parameters, etc. without departing from the scope of the invention or any embodiments thereof.

178 040178 040

Zestawienie sekwencji (1) Informacja ogólna (i) ZgłaszającySummary of sequences (1) General information (i) Applicant

Anu M. Harkki Andrey N. Myasnikov Juha H.A. Apajalahti Ossi A. Pastinen (ii) Tytuł wynalazku: Sposób wytwarzania ksylitolu (iii) Liczba sekwencji: 8 (iv) Adres do korespondencji:Anu M. Harkki Andrey N. Myasnikov Juha H.A. Apajalahti Ossi A. Pastinen (ii) Title of the invention: Method for producing xylitol (iii) Number of sequences: 8 (iv) Address for correspondence:

(A) Adresat:(A) Recipient:

(B) Ulica:(B) Street:

(C) Miasto:(C) City:

(D) Stan:(D) Condition:

(E) Kraj:(E) Country:

(f) Kod pocztowy (ZIP):(f) Postal code (ZIP):

(v) Postać odczytywana komputerowo:(v) Computer readable form:

(A) : Typ nośnika: dyskietka (B) Komputer: kompatybilny z IBM (c) System operacyjny: PC-DOS/MS-DOS (D) Oprogramowanie: PatentIn Release # 1,0, wersja # 1.25 (vi) Dane dotyczące obecnego zgłoszenia (A) Numer zgłoszenia: PCT (będzie przyznany) (B) Data zgłoszenia: równocześnie (C) Klasyfikacja (vi) Dane dotyczące wcześniejszego zgłoszenia:(A): Media type: floppy disk (B) Computer: IBM compatible (c) Operating system: PC-DOS / MS-DOS (D) Software: PatentIn Release # 1.0, version # 1.25 (vi) Data for the current of filing (A) Filing number: PCT (to be granted) (B) Filing date: simultaneously (C) Classification (vi) Previous filing details:

(A) Numer zgłoszenia: US 08/110 672 (B) Data zgłoszenia: 24 sierpnia 1993 (vi) Dane dotyczące wcześniejszego zgłoszenia:(A) Filing number: US 08/110 672 (B) Filing date: August 24, 1993 (vi) Previous filing details:

(A) Numer zgłoszenia: US 07/973 325 (b) Data zgłoszenia: 05 listopada 1992 (viii) Informacje o rzeczniku/pełnomocniku (A) Nazwisko (B) : Numer rejestracyjny (C) Numer sprawy u rzecznika (ix) Informacji o łąccności:(A) Filing number: US 07/973 325 (b) Filing date: November 5, 1992 (viii) Information about the attorney / attorney (A) Name (B): Registration number (C) The attorney's case number (ix) Information about connectivity:

(A) Telefon:(A) Telephone:

(B) Telefaks:(B) Fax:

(2) Informacja dotycząca sekwencji nr 1 (i) Charakterystyka sekwencji:(2) Information on sequence n ° 1 (i) Characteristics of the sequence:

(A) Długość: 28 par zasad (B) Typ: kwas nukleinowy (C) Niciowość: obojętna (D) Topologia: obojętna (xi) Opis sekwencji: SEQ ID No. 1:(A) Length: 28 base pairs (B) Type: Nucleic acid (C) Strandedness: Neutral (D) Topology: Neutral (xi) Sequence Description: SEQ ID No. 1:

CGAATTCTAG ACCACCCTAA GTCGTCCCCGAATTCTAG ACCACCCTAA GTCGTCCC

178 040 (2) Informacja dotycząca sekwencji nr 2 (i) Charakterystyka sekwencji:178 040 (2) Information on sequence n ° 2 (i) Sequence characteristics:

(A) Długość: 29 par zasad (B) Typ: kwas nukleinowy (C) Niciowość: obojętna (D) Topologia: obojętna (xi) Opis sekwencji: SEQ ID No. 2:(A) Length: 29 base pairs (B) Type: nucleic acid (C) Strandedness: neutral (D) Topology: neutral (xi) Sequence description: SEQ ID No. 2:

TTCAAGAATT CAAGAAACTC ACGTGATGC (2) Informacja dotycząca sekwencji nr 3 (i) Charakterystyka sekwencji:TTCAAGAATT CAAGAAACTC ACGTGATGC (2) Information on sequence n ° 3 (i) Sequence characteristics:

(A) Długość: 26 par zasad (B) Typ: kwas nukleinowy (C) Niciowość: obojętna (D) Topologia: obojętna (xi) Opis sekwencji: SEQ ID No. 3:(A) Length: 26 base pairs (B) Type: Nucleic acid (C) Strandedness: Neutral (D) Topology: Neutral (xi) Sequence Description: SEQ ID No. 3:

CAGGCCGTCG ACAAGGATCT CGTCTC (2) Informacja dotycząca sekwencji nr 4 (i) Charakterystyka sekwencji:CAGGCCGTCG ACAAGGATCT CGTCTC (2) Information on sequence # 4 (i) Sequence characteristics:

(A) Długość: 33 pary zasad (B) Typ: kwas nukleinowy (C) Niciowość: obojętna (D) Topologia: obojętna (xi) Opis sekwencji: SEQ ID No. 4:(A) Length: 33 base pairs (B) Type: nucleic acid (C) Stranded: neutral (D) Topology: neutral (xi) Sequence description: SEQ ID No. 4:

AATTAGTCGA CCGTTAATTG GGGCCACTGA GGC (2) Informacja dotycząca sekwencji nr 5 (i) Charakterystyka sekwencji:AATTAGTCGA CCGTTAATTG GGGCCACTGA GGC (2) Information on sequence n ° 5 (i) Sequence characteristics:

(A) Długość: 35 par zasad (B) Typ: kwas nukleinowy (C) Niciowość: obojętna (D) Topologia: obojętna (xi) Opis sekwencji: SEQ ID No. 5:(A) Length: 35 base pairs (B) Type: nucleic acid (C) Stranded: neutral (D) Topology: neutral (xi) Sequence description: SEQ ID No. 5:

GCGAAGCTTA AAAATGTCCA AGCAACAGAT CGGCG 35 (2) Informacja dotycząca sekwencji nr 6 (i) Charakterystyka sekwencji:GCGAAGCTTA AAAATGTCCA AGCAACAGAT CGGCG 35 (2) Sequence information # 6 (i) Sequence characteristics:

(A) Długość: 34 pary zasad (B) Typ: kwas nukleinowy (C) Niciowość: obojętna (D) Topologia: obojętna (xi) Opis sekwencji: SEQ ID No. 6:(A) Length: 34 base pairs (B) Type: nucleic acid (C) Stranded: neutral (D) Topology: neutral (xi) Sequence description: SEQ ID No. 6:

GCGAAGCTTA GATTAATCCA GCCATTCGGT ATGG (2) Informacja dotycząca sekwencji nr 7 (i) Charakterystyka sekwencji:GCGAAGCTTA GATTAATCCA GCCATTCGGT ATGG (2) Sequence information # 7 (i) Sequence characteristics:

(A) Długość: 44 pary zasad (B) Typ: kwas nukleinowy (C) Niciowość: obojętna (D) Topologia: obojętna(A) Length: 44 base pairs (B) Type: nucleic acid (C) Strand: neutral (D) Topology: neutral

178 040 (xi) Opis sekwencji: SEQ ID No. 7:178 040 (xi) Sequence Description: SEQ ID No. 7:

AGCTCTAGAA ATGACTCAAT TCACTGACAT TGATAAGCTA GCCG 44 (2) Informacja dotycząca sekwencji nr 8 (i) Charakterystyka sekwencji:AGCTCTAGAA ATGACTCAAT TCACTGACAT TGATAAGCTA GCCG 44 (2) Sequence information # 8 (i) Sequence characteristics:

(A) Długość: 44 pary zasad (B) Typ: kwas nukleinowy (C) Niciowość: obojętna (D) Topologia: obojętna (xi) Opis sekwencji: SEQ ID No. 8:(A) Length: 44 base pairs (B) Type: Nucleic acid (C) Strandedness: Neutral (D) Topology: Neutral (xi) Sequence Description: SEQ ID No. 8:

GGAGAATTCA GCTTGTCACC CTTATAGAAT CGAATGGTCT TTTG 44GGAGAATTCA GCTTGTCACC CTTATAGAAT CGAATGGTCT TTTG 44

- sekwencje bakteryjne O terminator transkrypcji- bacterial sequences O transcription terminator

Λ/γη 2μ DNA ADC 1 i Promotor ADC 1 I I Gen LEU 2Λ / γη 2μ ADC 1 DNA and ADC 1 promoter II LEU 2 gene

1¾aen dehydrogenazy arabitolowej1¾aen arabitol dehydrogenase

FIG. 2FIG. 2

178 040178 040

ΜΜ

ΟΟ

4J •Η •ο ϋ4J • Η • ο ϋ

m οm ο

LULU

<0 ·Η C ·π -η υ<0 · Η C · π -η υ

178 040178 040

FIG. .4FIG. .4

178 040178 040

EcoRI SacI Smal Apal Xbal ScalEcoRI SacI Smal Apal Xbal Scal

HindIIIHindIII

FIG .5 kbFIG. 5 kb

178 040178 040

178 040 σ178,040 σ

cc

σ εσ ε

to οthis ο

σ toσ is

CC οCC ο

UJ _ο s<—UJ _ο s <-

U178 040U178 040

2uDNA2uDNA

178 040178 040

5' oligo5 'oligo

3'- oligo chromosomowe DNA S. cerevisiaeThe 3'-oligo chromosomal DNA of S. cerevisiae

PCRPCR

Soli i_Salt and

SoliSalt

I pUCI9 amplifikowany fragment DNAAnd pUCI9 amplified DNA fragment

kbkb

FIG. 8FIG. 8

178 040178 040

5' oligo5 'oligo

3'-oligo chromosomowe DMA Escherichia coliEscherichia coli DMA 3'-oligo chromosomal

HindlllHindlll

PCRPCR

Hindlll amplifikowany fragment DNAHindIII amplified DNA fragment

Hindlll fragment o 1,4 kb pUC19HindIII fragment at 1.4 kb pUC19

HindlllHindlll

Hindlll, fragment o 1,4 kb pAAH5HindlllHindIII, 1.4 kb fragment of pAAH5HindIII

BomHIBomHI

FIC5. 8AFIC5. 8A

178 040178 040

CLCL

FIG. 9FIG. 9

178 040178 040

Glukoza (g/l)Glucose (g / l)

178 040178 040

Glukoza (g/L)Glucose (g / L)

Czas (h) (g/l)Time (h) (g / l)

FIG. 11FIG. 11

178 040178 040

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 6,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 70 copies. Price PLN 6.00.

Claims (23)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób wytwarzania ksylitolu przez zrekombinowanego gospodarza polegający na genetycznym modyfikowaniu natywnego organizmu, prowadzeniu hodowli tego organizmu, oraz izolowaniu ksylitolu, znamienny tym, że:A method of producing xylitol by a recombinant host which consists in genetically modifying a native organism, culturing this organism, and isolating xylitol, characterized in that: (a) drobnoustrojowego gospodarza produkującego arabitol transformuje się DNA kodującym dehydrogenazę D-arabitolu (EC 1.1.1.11) i ewentualnie DNA kodującym dehydrogenazę ksylitolu (EC 1.1.1.9);(a) the arabitol-producing microbial host is transformed with DNA encoding D-arabitol dehydrogenase (EC 1.1.1.11) and optionally with DNA encoding xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9); (b) hoduje się zrekombinowanego gospodarza z etapu (a) wykorzystując jako źródło węgla D-heksozy takie jak: glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza, lub ich mieszaniny, lub polimer lub oligomer zawierający takąD-heksozę, lub D-arabitol, etanol lub glicerol, uzyskując jako produkt ksylitol; oraz (c) wydziela się ksylitol wytworzony w etapie (b).(b) cultivating the recombinant host of step (a) using D-hexose as the carbon source: glucose, fructose, galactose, mannose, or mixtures thereof, or a polymer or oligomer containing such D-hexose, or D-arabitol, ethanol or glycerol to give the xylitol product; and (c) isolating the xylitol produced in step (b). 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że arabitol stanowi związek pośredni w wymienionej drodze przemian.2. The method according to p. A process according to claim 1, characterized in that arabitol is an intermediate in said pathway of transformation. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że natywnego gospodarza stanowią drożdże wytwarzające arabitol lub grzyb wytwarzający arabitol.3. The method according to p. The method of claim 1, wherein the native host is arabitol-producing yeast or arabitol-producing fungus. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że inaktywuje się aktywność D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) gospodarza.4. The method according to p. The method of claim 3, wherein the D-xylulokinase activity (EC 2.7.1.17) is inactivated. 5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że inaktywuje się aktywność transketolazy (EC 2.2.1.1) gospodarza.5. The method according to p. The host of claim 3, wherein the transketolase activity (EC 2.2.1.1) is inactivated. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że inaktywuje się aktywność transketolazy (EC 2.2.1.1) i D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) gospodarza.6. The method according to p. The host of claim 1, wherein the transketolase (EC 2.2.1.1) and D-xylulokinase (EC 2.7.1.17) activity of the host is inactivated. 7. Sposób według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że drożdże wybrane są z grupy obejmującej Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha, Torulopsis candida, Pichia farinosa i Torulospora hansenii, a grzyby wybrane są z grupy obejmującej Dendryphiella salina i Schizophyllum commune.7. The method according to p. A method according to any of the preceding claims, characterized in that the yeast is selected from the group consisting of Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha, Torulopsis candida, Pichia farinosa and Torulospora hansenii, and the fungi are selected from the group consisting of Dendryphiella salina and Schizophyllum commune. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że jako drożdże stosuje się Zygosaccharomyces rouxii.8. The method according to p. The process of claim 7, wherein the yeast is Zygosaccharomyces rouxii. 9. Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy zdolny do produkcji ksylitolu wykorzystujący jako źródło węgla D-heksozy takie jak: glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza, lub ich mieszaniny, łub polimer lub oligomer zawierający takąD-heksozę, lub D-arabitol, etanol lub glicerol, transformowany DNA kodującym dehydrogenazę D-arabitolu (EC 1.1.1.11) i ewentualnie DNA kodującym dehydrogenazę ksylitolu (EC 1.1.1.9).9. A recombinant microbial host capable of producing xylitol using as a carbon source D-hexoses such as: glucose, fructose, galactose, mannose, or mixtures thereof, or a polymer or oligomer containing such D-hexose, or D-arabitol, ethanol or glycerol, transformed DNA encoding D-arabitol dehydrogenase (EC 1.1.1.11) and possibly DNA encoding xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9). 10. Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy według zastrz. 9, znamienny tym, że aktywność D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) została zinaktywowana.10. The recombinant microbial host according to claim 1, The method of claim 9, wherein D-xylulokinase activity (EC 2.7.1.17) has been inactivated. 11. Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy według zastrz. 9, znamienny tym, że aktywność transeketolazy (EC 2.2.1.1) została zinaktywowana.11. The recombinant microbial host according to claim 1 The method of claim 9, characterized in that the transecetolase activity (EC 2.2.1.1) has been inactivated. 12. Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy według zastrz. 22, znamienny tym, że aktywności D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) i transketolazy (EC 2.2.1.1) zostały zinaktywowane.12. The recombinant microbial host according to claim 1, 22, characterized in that the activities of D-xylulokinase (EC 2.7.1.17) and transketolase (EC 2.2.1.1) have been inactivated. 13. Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy według zastrz. 9, albo 10, albo 11, albo 12, znamienny tym, że natywnego gospodarza drobnoustrojowego stanowią drożdże wytwarzające arabitol lub grzyb wytwarzający arabitol.13. The recombinant microbial host according to claim 1, An arabitol-producing yeast or an arabitol-producing fungus as claimed in any of the preceding microbial hosts. 14. Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy według zastrz. 13, znamienny tym, że drożdże wybrane są z grupy obejmującej Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha, Torulopsis candida, Pichia farinosa i Torulospora hansenii, a grzyby wybrane są z grupy obejmującej Dendryphiella salina i Schizophyllum commune.14. The recombinant microbial host according to claim 14, The method of claim 13, wherein the yeast is selected from the group consisting of Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha, Torulopsis candida, Pichia farinosa and Torulospora hansenii, and the fungi are selected from the group consisting of Dendryphiella salina and Schizophyllum commune. 178 040178 040 15. Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy według zastrz. 14, znamienny tym, że drożdże stanowi Zygosaccharomyces rouxii.15. The recombinant microbial host according to claim 15 14. The process of claim 14, wherein the yeast is Zygosaccharomyces rouxii. 16. Sposób wytwarzania ksylitolu przez gospodarza drobnoustrojowego polegający na genetycznym modyfikowaniu natywnego organizmu, prowadzeniu hodowli tego organizmu, oraz izolowaniu ksylitolu, znamienny tym, że (a) hoduje się drobnoustrojowego gospodarza transformowanego genem kodującym dehydrogenazę ksylitolową (EC 1.1.1.9); dehydrogenazę D-glukozo-6-fosforanową (EC 1.1.1.44), 3-epimerazę D-rybulozo-5-fosforanową (EC 5.1.3.1) i/lub D-rybulokinazę (2.7.1.47), wykorzystując jako źródło węgla D-heksozy takie jak: glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza, lub ich mieszaniny, lub polimer lub oligomer zawierający takąD-heksozę lub D-arabitol etanol lub glicerol, uzyskując jako produkt ksylitol; oraz (b) wydziela się ksylitol wytworzony w etapie (a).16. A method of producing xylitol by a microbial host which comprises genetically modifying a native organism, cultivating this organism, and isolating xylitol, characterized by (a) culturing the microbial host transformed with a gene encoding xylitol dehydrogenase (EC 1.1.1.9); D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.44), D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase (EC 5.1.3.1) and / or D-ribulokinase (2.7.1.47) using D-hexose as carbon source such as: glucose, fructose, galactose, mannose, or mixtures thereof, or a polymer or oligomer containing such D-hexose or D-arabitol, ethanol or glycerol, yielding a xylitol product; and (b) isolating the xylitol produced in step (a). 17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że jako gospodarza drobnoustrojowego stosuje się gospodarza z inaktywowaną aktywnością transketolazy (EC 2.2.1.1).17. The method according to p. The method of claim 16, wherein the host with inactivated transketolase activity (EC 2.2.1.1) is used as the microbial host. 18. Sposób według zastrz. 16, albo 17, znamienny tym, że jako gospodarza drobnoustrojowego stosuje się gospodarza z inaktywowaną aktywnością ksylulokinazy (EC 2.7.1.17).18. The method according to p. The method of claim 16 or 17, wherein the host with inactivated xylulokinase activity (EC 2.7.1.17) is used as the microbial host. 19. Sposób według zastrz. 17, albo 18, znamienny tym, że jako gospodarza drobnoustrojowego stosuje się gospodarza transformowanego genem kodującym niespecyficzną fosfatazę katalizującą defosforylację D-ksylulozofosforanu do D-ksylulozy.19. The method according to p. A method according to claim 17 or 18, characterized in that the host transformed with a gene encoding a non-specific phosphatase catalyzing dephosphorylation of D-xylose phosphate to D-xylulose is used as the microbial host. 20. Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy zdolny do produkcji ksylitolu wykorzystujący jako źródło węgla D-heksozy takie jak: glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza, lub ich mieszaniny, albo polimer lub oligomer zawierający taką D-heksozę, albo etanol lub glicerol, transformowany genem kodującym dehydrogenazę ksylitolową (EC 1.1.1.9), dehydrogenazę D-glukozo-6-fosforanową (EC 1.1.1.49), dehydrogenazę 6-fosfo-D-glukonianową EC 1.1.1.44), D-rybulozo-5-fosforano-3-epimerazę (EC 5.1.3.1), i/lub D-rybulokinazę (EC 2.7.1.47).20. A recombinant microbial host capable of producing xylitol using D-hexose as a carbon source such as: glucose, fructose, galactose, mannose, or mixtures thereof, or a polymer or oligomer containing such D-hexose, or ethanol or glycerol, transformed with a gene encoding a dehydrogenase xylitol (EC 1.1.1.9), D-glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49), 6-phospho-D-gluconate dehydrogenase (EC 1.1.1.44), D-ribulose-5-phosphate-3-epimerase (EC 5.1.3.1), and / or D-ribulokinase (EC 2.7.1.47). 21. Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy według zastrz. 20, znamienny tym, że aktywność transketolazy (EC 2.2.1.1) została zinaktywowana.21. The recombinant microbial host according to claim 1 The method of claim 20, characterized in that the transketolase activity (EC 2.2.1.1) has been inactivated. 22. Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy według zastrz. 20 albo 21, znamienny tym, że aktywności D-ksylulokinazy (EC 2.7.1.17) została zinaktywowana.22. The recombinant microbial host according to claim 1, 20 or 21, characterized in that the activities of D-xylulokinase (EC 2.7.1.17) have been inactivated. 23. Zrekombinowany gospodarz drobnoustrojowy według zastrz. 20, albo 21, znamienny tym, że gospodarz jest transformowany genem kodującym niespecyficzną fosfatazę katalizującą defosforylację D-ksylulozofosforanu do D-ksylulozy.23. The recombinant microbial host according to claim 1, The method of claim 20 or 21, wherein the host is transformed with a gene encoding a non-specific phosphatase catalyzing dephosphorylation of D-xylulose phosphate to D-xylulose. Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania ksylitolu i zrekombinowanego gospodarza drobnoustrojowego. Ogólnie wynalazek dotyczy genetycznie zmodyfikowanych drobnoustrojów do wytwarzania użytecznych związków chemicznych (inżynierii metabolicznej), a w szczególności konstruowania szczepów drobnoustrojowych na drodze manipulacji genetycznej, tak że sąone zdolne do przekształcania łatwo dostępnych źródeł węgla takich jak D-glukoza w cenniejszy produkt, np. ksylitol.The invention relates to a method of producing xylitol and a recombinant microbial host. In general, the invention relates to genetically modified microorganisms for the production of useful chemicals (metabolic engineering), and in particular to the construction of microbial strains by genetic manipulation so that they are capable of converting readily available carbon sources such as D-glucose into a more valuable product, e.g. xylitol. Ksylitol jest związkiem chemicznym o poważnym znaczeniu jako specjalny środek słodzący. Jest on w przybliżeniu tak słodki jak sacharoza, nietoksyczny i nie jest rakotwórczy. Obecnie ksylitol wytwarza się w wyniku chemicznego uwodornienia D-ksylozy. D-ksylozę uzyskuje się z hydrolizatów różnych materiałów roślinnych, w których zawsze występuje ona w mieszaninie z innymi pentozami i heksozami. Oczyszczanie ksylozy, a także ksylitolu stanowi w związku z tym znaczny problem. Znanych jest szereg sposobów tego typu. Przykładowo wymienić można procesy ujawnione w opisach patentowych USA nr 3 784 408, 4 066 711,Xylitol is a chemical of great importance as a special sweetener. It is approximately as sweet as sucrose, non-toxic and not carcinogenic. Currently, xylitol is produced by the chemical hydrogenation of D-xylose. D-xylose is obtained from hydrolysates of various plant materials, in which it is always present in a mixture with other pentoses and hexoses. The purification of xylose as well as xylitol is therefore a considerable problem. Several methods of this type are known. Examples include the processes disclosed in U.S. Patent Nos. 3,784,408, 4,066,711, 4 075 406 i 4 008 285.4 075 406 and 4 008 285. Redukcję D-ksylozy do ksylitolu można również przeprowadzić na drodze mikrobiologicznej z wykorzystaniem szczepów naturalnych (M.F.S. Barbosa i inni, J. Industrial Microbiol. 3:241-251 (1988) lub szczepów uzyskanych metodami inżynierii genetycznej (J. Hallbom i inni,The reduction of D-xylose to xylitol can also be performed microbiologically using natural strains (M.F.S. Barbosa et al., J. Industrial Microbiol. 3: 241-251 (1988) or genetically engineered strains (J. Hallbom et al., 178 040178 040 Biotechnology 9:1090-1095 (1991)). Jednakże uzyskanie substratu, D-ksylozy w postaci odpowiedniej do przeprowadzenia fermentacji drożdżowej stanowi również poważny problem, gdyż tanie źródła ksylozy takie jak ług siarczynowy z produkcji pulpy i papieru, zawierąjązanieczyszczenia, które inhibitują rozwój grzybów.Biotechnology 9: 1090-1095 (1991)). However, obtaining the substrate D-xylose in a form suitable for yeast fermentation is also a serious problem since cheap xylose sources such as sulphite liquor from pulp and paper production will contain contaminants that inhibit fungal growth. Cennym alternatywnym sposobem wytwarzania ksylitolu byłoby wytwarzanie go na drodze fermentacji taniego i łatwo dostępnego substratu, takiego jak D-glukoza. Jednakże nie sąznane drobnoustroje, które wytwarzają w znacznych ilościach ksylitol w czasie jednostopniowej fermentacji dowolnego znanego źródła węgla, innego niż D-ksyloza i D-ksyluloza, które są strukturalnie bardzo zbliżone do ksylitolu.A valuable alternative method of producing xylitol would be to produce it by fermentation of a cheap and readily available substrate such as D-glucose. However, there are no known microorganisms that produce xylitol in significant amounts during the one-stage fermentation of any known carbon source, other than D-xylose and D-xylulose, which are structurally very similar to xylitol. Z drugiej strony wiele drobnoustrojów, zwłaszcza drożdży osmofilowych, np. Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha i Torulopsis candida, wytwarzają znaczne ilości bardzo zbliżonego pentytolu, D-arabitolu z D-glukozy (D.H. Lewis i D.C. Smith, New Phytol. 66: 143-184 (1967)). Wykorzystując taką właściwość drożdży osmolitycznych H. Onishi i T. Suzuki opracowali sposób przekształcania D-glukozy w ksylitol na drodze trzech kolejnych fermentacji (Appl. Microbil. 18:1031-1035 (1969)). W procesie tym D-glukozę przekształca się najpierw w D-arabitol na drodze fermentacji ze szczepem drożdży osmolitycznych. Następnie D-arabitol utlenia się do D-ksylulozy w wyniku fermentacji z Acetobacter suboxydans. Na koniec D-ksylulozę redukuje się do ksylitolu w trzeciej fermentacji z wykorzystaniem jednego z wielu szczepów drożdży zdolnych do redukowania D-ksylulozy do ksylitolu.On the other hand, many microbes, especially osmophilic yeasts, e.g. Zygosaccharomyces rouxii, Candida polymorpha and Torulopsis candida, produce significant amounts of the very similar pentitol, D-arabitol from D-glucose (DH Lewis and DC Smith, New Phytol. 66: 143-184. (1967)). Taking advantage of this property of osmolytic yeast, H. Onishi and T. Suzuki developed a method for converting D-glucose into xylitol by three successive fermentations (Appl. Microbil. 18: 1031-1035 (1969)). In this process, D-glucose is first converted to D-arabitol by fermentation with an osmolytic yeast strain. Then D-arabitol is oxidized to D-xylulose by fermentation with Acetobacter suboxydans. Finally, D-xylulose is reduced to xylitol in a third fermentation using one of many yeast strains capable of reducing D-xylulose to xylitol. Oczywistą wadą takiego sposobu jest to, że obejmuje on 3 różne etapy fermentacji, z których każdy trwa 2-5 dni; konieczne sąponadto dodatkowe etapy takie jak sterylizacja i usuwanie komórek, co zwiększa koszty procesu. Wydajność etapu fermentacji jest niska, a ilość produktów ubocznych jest znaczna. W związku z tym w dalszym ciągu istnieje zapotrzebowanie na sposoby opłacalnego wytwarzania ksylitolu przez układy mikrobiologiczne z łatwo dostępnych substratów.The obvious disadvantage of this method is that it involves 3 different fermentation steps, each lasting 2-5 days; In addition, additional steps such as sterilization and cell removal are necessary, which adds to the cost of the process. The yield of the fermentation step is low and the amount of by-products is significant. Accordingly, there is still a need for methods for the cost-effective production of xylitol by microbial systems from readily available substrates.
PL93308742A 1992-11-05 1993-11-05 Method of recombining and host cell for producing xylythol PL178040B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US97332592A 1992-11-05 1992-11-05
PCT/FI1993/000450 WO1994010325A1 (en) 1992-11-05 1993-11-05 Recombinant method and host for manufacture of xylitol

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL308742A1 PL308742A1 (en) 1995-08-21
PL178040B1 true PL178040B1 (en) 2000-02-29

Family

ID=25520759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL93308742A PL178040B1 (en) 1992-11-05 1993-11-05 Method of recombining and host cell for producing xylythol

Country Status (15)

Country Link
JP (1) JP3433295B2 (en)
KR (1) KR950704503A (en)
AT (1) ATE184917T1 (en)
AU (1) AU5421594A (en)
BR (1) BR9307391A (en)
CA (1) CA2148622A1 (en)
DE (1) DE69326559T2 (en)
ES (1) ES2139024T3 (en)
FI (1) FI108300B (en)
HU (1) HU219016B (en)
NO (1) NO951747L (en)
NZ (1) NZ257561A (en)
PL (1) PL178040B1 (en)
RU (1) RU2142999C1 (en)
WO (1) WO1994010325A1 (en)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6723540B1 (en) 1992-11-05 2004-04-20 Xyrofin Oy Manufacture of xylitol using recombinant microbial hosts
US7226761B2 (en) 1992-11-05 2007-06-05 Danisco Sweeteners Oy Manufacture of five-carbon sugars and sugar alcohols
GB9514538D0 (en) 1995-07-15 1995-09-13 Cerestar Holding Bv Process for the production of xylitol
FR2762011B1 (en) * 1997-04-11 1999-06-25 Roquette Freres PROCESS FOR THE PREPARATION OF RIBITOL BY FERMENTATION AND A STRAIN OF MICROORGANISMS USED IN THIS PROCESS
FR2765589B1 (en) * 1997-07-03 1999-09-17 Roquette Freres DNA FRAGMENT COMPRISING THE YAMADAZYMA OHMERI SPECIFIC RIBULOSE REDUCTASE NADPH PROMOTER, VECTOR CONTAINING THE SAME, AND PROTEIN PREPARATION METHOD USING THE SAME
JP3855486B2 (en) * 1997-10-17 2006-12-13 味の素株式会社 Method for producing xylitol
JPH11266888A (en) * 1997-10-17 1999-10-05 Ajinomoto Co Inc Production of xylitol
US6335177B1 (en) * 1998-07-08 2002-01-01 Ajinomoto Co., Inc. Microorganisms and method for producing xylitol or d-xylulose
PE20001023A1 (en) 1998-07-30 2000-10-10 Ajinomoto Kk ACETIC ACID BACTERIA XYLITOL DEHYDROGENASE AND ITS GENE
WO2000034484A1 (en) 1998-12-08 2000-06-15 Children's Hospital And Regional Medical Center Polymorphic loci that differentiate escherichia coli 0157:h7 from other strains
JP2000210095A (en) * 1999-01-20 2000-08-02 Ajinomoto Co Inc Production of xylitol or d-xylulose
JP2000295994A (en) * 1999-02-09 2000-10-24 Ajinomoto Co Inc Production of xylitol
AU6362200A (en) 1999-07-23 2001-02-13 Archer-Daniels-Midland Company Methods for producing L-amino acids by increasing cellular NADPH
US6830903B1 (en) 1999-07-23 2004-12-14 Archer-Daniels-Midland Company Methods for producing L-amino acids using a corynebacterium glutamicum with a disrupted pgi gene
CN1221664C (en) * 2000-01-21 2005-10-05 达尼斯科甜味剂股份有限公司 Production of five-carbon sugars and sugar alcohols
US6894199B2 (en) 2001-04-27 2005-05-17 Danisco Sweeteners Oy Process for the production of xylitol
GB2406855A (en) * 2003-02-07 2005-04-13 Danisco Sweeteners Oy Production of xylitol from a carbon source other than xylose and xylulose
US20060110805A1 (en) * 2004-05-19 2006-05-25 Biotechnology Research And Development Corporation Microbial production of xylitol via hexose phosphate and pentose phosphate intermediate
WO2005113773A1 (en) * 2004-05-20 2005-12-01 Warnex Research Inc. Polynucleotides for the detection of escherichia coli 0157:h7 and escherichia coli 0157:nm verotoxin producers
KR101246780B1 (en) * 2010-10-06 2013-03-26 한국과학기술원 Xylitol producing microorganism introduced with arabinose metabolic pathway and production method of xylitol using the same
PL2957640T3 (en) * 2014-06-18 2018-09-28 Roquette Frères Production of xylitol from glucose by a recombinant strain
WO2023220547A1 (en) * 2022-05-09 2023-11-16 Cargill, Incorporated Genetically modified yeast and fermentation processes for the production of polyols

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4009676A1 (en) * 1990-03-26 1991-10-02 Rhein Biotech Proz & Prod Gmbh DNA SEQUENCE, COMPREHENSIVE STRUCTURAL GENERATING FOR XYLOSE REDUCTASE AND / OR XYLITOLDEHYDROGENASE
FI901771A (en) * 1990-04-06 1991-10-07 Valtion Teknillinen ANVAENDNING AV XYLOS HOS HYBRIDJAEST.

Also Published As

Publication number Publication date
DE69326559T2 (en) 2000-02-10
HUT72187A (en) 1996-03-28
ATE184917T1 (en) 1999-10-15
NZ257561A (en) 1996-09-25
RU95113172A (en) 1997-03-27
HU9501288D0 (en) 1995-06-28
AU5421594A (en) 1994-05-24
FI108300B (en) 2001-12-31
ES2139024T3 (en) 2000-02-01
PL308742A1 (en) 1995-08-21
WO1994010325A1 (en) 1994-05-11
NO951747L (en) 1995-07-05
FI952148A0 (en) 1995-05-04
KR950704503A (en) 1995-11-20
CA2148622A1 (en) 1994-05-11
BR9307391A (en) 1999-08-31
JP3433295B2 (en) 2003-08-04
HU219016B (en) 2001-01-29
RU2142999C1 (en) 1999-12-20
NO951747D0 (en) 1995-05-04
DE69326559D1 (en) 1999-10-28
JPH08505522A (en) 1996-06-18
FI952148A (en) 1995-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0672161B1 (en) Recombinant method and host for manufacture of xylitol
PL178040B1 (en) Method of recombining and host cell for producing xylythol
US7109010B2 (en) Methods and materials for the synthesis of organic products
Drewke et al. Ethanol formation in adh0 mutants reveals the existence of a novel acetaldehyde-reducing activity in Saccharomyces cerevisiae
KR20110011675A (en) Improved yeast strain for production of four carbon alcohols
KR102281701B1 (en) Method for producing acetoin
KR102303832B1 (en) Yeast cell having acid tolerant property, method for preparing the yeast cell and use thereof
US6723540B1 (en) Manufacture of xylitol using recombinant microbial hosts
Yoshimoto et al. Isolation and characterization of the ATF2 gene encoding alcohol acetyltransferase II in the bottom fermenting yeast Saccharomyces pastorianus
AU2013305714A1 (en) Production of fermentation products
BR112021011629A2 (en) CO-PRODUCTION ROUTE OF 3-HP AND ACETYL-COA DERIVATIVES FROM SEMIALDEHYDE MALONATE
Cho et al. Transcriptional control of ADH genes in the xylose-fermenting yeast Pichia stipitis
EP3455362A1 (en) Mutant yeast strains with enhanced production of erythritol or erythrulose
KR102384227B1 (en) Genetically engineered yeast cell having increased production of NADPH, method for increasing NADPH levels in a yeast cell, method for preparing the yeast cell and method for producing a lactate using the yeast cell
AU1955495A (en) Dna encoding enzymes of the glycolitic pathway for use in alcohol producing yeast
Wenzel et al. Regulation of the PDA1 gene encoding the E1α subunit of the pyruvate dehydrogenase complex from Saccharomyces cerevisiae
Papendieck et al. Technical enzyme production and whole-cell biocatalysis: application of Hansenula polymorpha
CN101652482A (en) The production of butanol of being undertaken by the metabolic engineering yeast
US20070259407A1 (en) Enzyme for an in Vivo and in Vitro Utilisation of Carbohydrates
WO2013115959A1 (en) Methods and compositions for growth of yeast on alginate
Ford et al. Physical and functional characterization of the cloned lysl+ gene of Schizosaccharomyces pombe
JPWO2003085111A1 (en) New promoter
US20040132074A1 (en) New enzyme for an in vivo and in vitro utilisation of carbohydrates
KR20020033757A (en) Monocellular or Multicelluar Organisms for the Production of Riboflavin
Cho The molecular biology and physiology of two alcohol dehydrogenase (ADH) genes from the xylose-fermenting yeast, Pichia stipitis