RU2268304C1 - Method for microbiological synthesis of lactic acid and recombinant strain of yeast schizosaccharomyces pombe for its realization - Google Patents

Method for microbiological synthesis of lactic acid and recombinant strain of yeast schizosaccharomyces pombe for its realization Download PDF

Info

Publication number
RU2268304C1
RU2268304C1 RU2004119091/13A RU2004119091A RU2268304C1 RU 2268304 C1 RU2268304 C1 RU 2268304C1 RU 2004119091/13 A RU2004119091/13 A RU 2004119091/13A RU 2004119091 A RU2004119091 A RU 2004119091A RU 2268304 C1 RU2268304 C1 RU 2268304C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lactic acid
strain
yeast
schizosaccharomyces pombe
vkpm
Prior art date
Application number
RU2004119091/13A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Павлович Синеокий (RU)
Сергей Павлович Синеокий
Михаил Михайлович Вустин (RU)
Михаил Михайлович Вустин
Тигран Владимирович Юзбашев (RU)
Тигран Владимирович Юзбашев
Юрий Александрович Рыбаков (RU)
Юрий Александрович Рыбаков
Евгени Исааковна Райнина (RU)
Евгения Исааковна Райнина
Надежда Георгиевна Токарева (RU)
Надежда Георгиевна Токарева
Марина Александровна Велика (RU)
Марина Александровна Великая
Аннета Михайловна Агранович (RU)
Аннета Михайловна Агранович
Владимир Георгиевич Дебабов (RU)
Владимир Георгиевич Дебабов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП ГосНИИгенетика)
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП ГосНИИгенетика) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП ГосНИИгенетика)
Priority to RU2004119091/13A priority Critical patent/RU2268304C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2268304C1 publication Critical patent/RU2268304C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biotechnology, microbiology, genetic engineering.
SUBSTANCE: invention relates to methods for preparing lactic acid. Lactic acid is prepared by culturing the recombinant strain of yeast of genus Schizosaccharomyces as a producer of lactic acid comprising at least one foreign lactate dehydrogenase gene. The recombinant strain of yeast Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-3127 is prepared by using the strain Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-285 as a recipient and transformation of the strain is carried out with plasmid DNA carrying IdhA gene from fungus Rhizopus oryzae. Invention provides carrying out synthesis of lactic acid at low pH values and show capacity for producing lactic acid at pH 4.0 up to the concentration of lactic acid in medium 80-100 g/l.
EFFECT: improved preparing method.
3 cl, 5 dwg, 2 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к биотехнологической промышленности, в частности к способам получения молочной кислоты.The invention relates to the biotechnology industry, in particular to methods for producing lactic acid.

Молочная кислота (МК) широко используется в пищевой промышленности для консервирования, ароматизации и в производстве биодеградируемой пластмассы - полилактата (PLA). Мировое потребление молочной кислоты составляет более 100000 тонн в год, и ожидается значительное его увеличение, связанное со множеством перспектив в применении полилактата. Другая сфера использования молочной кислоты - получение биодеградируемого растворителя этиллактата, который применяется при производстве электротехники, лаков и красок, текстиля, смазок, клеев и т.д. Предполагается, что нетоксичные эфиры молочной кислоты потенциально могут заменить более 80% растворителей, используемых в мире в настоящее время. В связи с этим актуальной становится задача разработки эффективных способов производства молочной кислоты.Lactic acid (MK) is widely used in the food industry for canning, flavoring and in the production of biodegradable plastic - polylactate (PLA). World consumption of lactic acid is more than 100,000 tons per year, and its significant increase is expected due to the many prospects for the use of polylactate. Another area of use of lactic acid is the production of a biodegradable solvent of ethyl lactate, which is used in the manufacture of electrical engineering, varnishes and paints, textiles, lubricants, adhesives, etc. It is estimated that non-toxic lactic acid esters can potentially replace more than 80% of the currently used solvents in the world. In this regard, it becomes urgent to develop effective methods for the production of lactic acid.

Традиционно для получения МК используют микробиологические способы получения, основанные на культивировании бактериальных штаммов. Однако, как правило, при использовании бактерий скорость образования молочной кислоты сильно зависит от рН среды, что приводит к необходимости добавления в ферментационную среду дополнительных рН-статирующих компонентов для поддержания нейтрального или слабокислого значения рН, что в свою очередь значительно усложняет и удорожает процесс очистки полученной молочной кислоты.Traditionally, microbiological production methods based on the cultivation of bacterial strains are used to obtain MK. However, as a rule, when using bacteria, the rate of formation of lactic acid strongly depends on the pH of the medium, which leads to the need to add additional pH-statizing components to the fermentation medium to maintain a neutral or slightly acidic pH value, which in turn greatly complicates and increases the cost of cleaning the obtained lactic acid.

Одним из основных свойств дрожжей, делающих их перспективным объектом для производства молочной кислоты, является повышенная устойчивость некоторых из них к низким значениям рН. Свойство дрожжей расти и осуществлять брожение в условиях повышенной кислотности позволяет проводить ферментацию при более низких значениях рН, что дает возможность существенно снизить количество нейтрализирующего вещества, добавляемого в ходе ферментации, а следовательно, значительно облегчает процесс очистки продукта и, в конечном счете, удешевляет весь процесс.One of the main properties of yeast, making them a promising object for the production of lactic acid, is the increased resistance of some of them to low pH values. The ability of the yeast to grow and ferment under conditions of high acidity allows fermentation to be carried out at lower pH values, which makes it possible to significantly reduce the amount of neutralizing agent added during fermentation, and therefore, greatly simplifies the process of product purification and, ultimately, reduces the cost of the whole process .

Дрожжи в норме не продуцируют значимых для производства количеств молочной кислоты, однако рекомбинантные дрожжи, содержащие ген лактатдегидрогеназы (Idh), могут продуцировать молочную кислоту в количествах, сравнимых с производственным уровнем (US Patent 6485947; US Patent 6429006; US Patent 6268189). В качестве реципиента в указанных работах использованы такие дрожжи, как Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces sp., Pichia sp. и Hansenula sp., а в качестве источника гена лактатдегидрогеназы использовали бактерии (Lactobacillus plantarum), грибы (Rhizopus oryzae) и млекопитающих (ген Idh из клеток мышечной ткани быка).Yeast normally does not produce significant quantities of lactic acid for production, however, recombinant yeast containing the lactate dehydrogenase (Idh) gene can produce lactic acid in amounts comparable to the production level (US Patent 6485947; US Patent 6429006; US Patent 6268189). As the recipient in these studies, yeasts such as Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces sp., Pichia sp. and Hansenula sp., and bacteria (Lactobacillus plantarum), fungi (Rhizopus oryzae), and mammals (Idh gene from bovine muscle tissue) were used as a source of the lactate dehydrogenase gene.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) заявляемого способа выбран способ синтеза МК с использованием рекомбинантных дрожжей Saccharomyces cerevisiae, содержащих ген лактатдегидрогеназы из гриба Rhizopus oryzae (J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 2003; 30; 22-27).As the closest analogue (prototype) of the proposed method, a method for the synthesis of MK using recombinant Saccharomyces cerevisiae yeast containing the lactate dehydrogenase gene from the fungus Rhizopus oryzae (J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 2003; 30; 22-27) was selected.

В качестве прототипа заявляемого штамма-продуцента МК выбран штамм Saccharomyces cerevisiae JnvSc1 (J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 2003; 30; 22-27).The Saccharomyces cerevisiae JnvSc1 strain (J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 2003; 30; 22-27) was selected as a prototype of the inventive producer strain of MK.

Отличительной особенностью способа-прототипа является то, что скорость образования МК остается неизменной в интервале рН 3,5-6,0, а основным недостатком - что процесс синтеза МК практически прекращается, как только ее концентрация в культуральной жидкости достигает 35-40 г/л, что отрицательно влияет на эффективность процесса получения МК. Кроме того, в настоящее время все большее распространение получают непрерывные способы проведение процесса синтеза МК, в которых, как правило, выделение МК осуществляется путем электродиализа культуральной жидкости, а эффективность процесса электродиализа значительно повышается при повышении концентрации молочной кислоты в культуральной жидкости.A distinctive feature of the prototype method is that the rate of formation of MK remains unchanged in the range of pH 3.5-6.0, and the main disadvantage is that the synthesis of MK practically stops as soon as its concentration in the culture fluid reaches 35-40 g / l , which negatively affects the efficiency of the process of obtaining MK. In addition, continuous methods for the synthesis of MK are currently becoming more widespread, in which, as a rule, MK is isolated by electrodialysis of the culture fluid, and the efficiency of the electrodialysis process increases significantly with increasing concentration of lactic acid in the culture fluid.

Задача заявляемой группы изобретений - разработать способ синтеза МК с помощью рекомбинантных штаммов дрожжей, способных продуцировать МК при низких значениях рН и в условиях ее повышенного содержания в среде.The task of the claimed group of inventions is to develop a method for the synthesis of MK using recombinant strains of yeast that can produce MK at low pH and in conditions of its high content in the environment.

Задача решенаProblem solved

- разработкой способа синтеза МК путем культивирования рекомбинантных дрожжей рода Schizosaccharomyces, содержащих, по крайней мере, один чужеродный ген лактатдегидрогеназы;- the development of a method for the synthesis of MK by culturing recombinant yeasts of the genus Schizosaccharomyces containing at least one foreign gene of lactate dehydrogenase;

- конструированием рекомбинантного штамма дрожжей Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-3127 - продуцента МК.- designing a recombinant strain of the yeast Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-3127 - producer MK.

Суть изобретения сводится к следующему.The essence of the invention is as follows.

Эффективность образования молочной кислоты зависит от эффективности протекания двух этапов метаболического пути - этапа гликолиза (серия биохимических превращений глюкозы в пируват) и этапа превращения пирувата в молочную кислоту, контролируемого ферментом лактатдегидрогеназой, причем именно 1-й этап - этап гликолиза - является чувствительным к низким значениям рН и повышенным концентрациям молочной кислоты.The effectiveness of the formation of lactic acid depends on the efficiency of the two stages of the metabolic pathway - the stage of glycolysis (a series of biochemical conversions of glucose to pyruvate) and the stage of conversion of pyruvate to lactic acid, controlled by the enzyme lactate dehydrogenase, and it is precisely the 1st stage - the glycolysis stage - that is sensitive to low values pH and elevated concentrations of lactic acid.

Введение гена лактатдегидрогеназы в дрожжевую клетку не препятствует гликолизу, следовательно, дрожжевые культуры, способные в норме осуществлять гликолиз при низких значениях рН и высоких концентрациях молочной кислоты, будут сохранять эти свойства и после введения в них чужеродного гена.The introduction of the lactate dehydrogenase gene into the yeast cell does not interfere with glycolysis; therefore, yeast cultures capable of normal glycolysis at low pH and high concentrations of lactic acid will retain these properties even after the introduction of a foreign gene into them.

С целью выявления дрожжей, способных осуществлять гликолиз при низких значениях рН и высоких концентрациях молочной кислоты, нами был проведен скрининг среди различных представителей кислотоустойчивых дрожжей (табл.1). Штаммы отбирали по скорости уменьшения уровня глюкозы в ферментационной среде при проведении процесса в анаэробных условиях при рН 4,0 и повышенном уровне молочной кислоты в ферментационной среде (50 г/л, 80 г/л и 100 г/л).In order to identify yeasts capable of glycolysis at low pH and high concentrations of lactic acid, we conducted a screening among various representatives of acid-resistant yeast (Table 1). Strains were selected according to the rate of decrease in glucose level in the fermentation medium during the process under anaerobic conditions at pH 4.0 and an increased level of lactic acid in the fermentation medium (50 g / l, 80 g / l and 100 g / l).

Методика проведения скрининга приведена в примере 1.The screening procedure is shown in example 1.

Таблица 1Table 1 РодKind Кол-во видовNumber of species Кол-во штаммовNumber of strains Отобрано штаммов при рН 4,0 и 50 г/л МКSelected strains at pH 4.0 and 50 g / l MK Отобрано штаммов при рН 4,0 и 80 г/л МКSelected strains at pH 4.0 and 80 g / l MK Отобрано штаммов при рН 4,0 и 100 г/л МКSelected strains at pH 4.0 and 100 g / l MK DebaryomycesDebaryomyces 88 8686 00 00 00 BrettanomycesBretanomyces 33 1010 00 00 00 MetschnikowiaMetschnikowia 4four 3535 00 00 00 DeckeraDeckera 1one 33 00 00 00 WilliopsisWilliopsis 1one 2323 00 00 00 ZygowilliopsisZygowilliopsis 1one 15fifteen 00 00 00 SaccharomycesSaccharomyces 1313 4444 2727 4four 00 ZygosaccharomycesZygosaccharomyces 33 66 00 00 00 HansenulaHansenula 1010 4141 00 00 00 KluyveromycesKluyveromyces 66 6363 11eleven 00 00 SchizosaccharomycesSchizosaccharomyces 33 2222 2222 2222 11eleven

Результаты скрининга (табл.1) показали, что дрожжи рода Schizosaccharomyces лучше других способны осуществлять гликолиз при концентрации МК в среде 50-100 г/л.Screening results (Table 1) showed that the yeast of the genus Schizosaccharomyces is better than others capable of glycolysis at a concentration of MK in the medium of 50-100 g / l.

Так как введение гена лактатдегидрогеназы не влияет на способность дрожжей осуществлять гликолиз, а влияет только на эффективность этапа метаболизма, связанного с превращением пирувата в МК, то нами предложено использовать дрожжи рода Schizosaccharomyces в качестве перспективных реципиентов для получения рекомбинантных штаммов - продуцентов МК, используемых в заявляемом способе.Since the introduction of the lactate dehydrogenase gene does not affect the ability of the yeast to carry out glycolysis, but only affects the efficiency of the metabolic stage associated with the conversion of pyruvate to MK, we proposed the use of Schizosaccharomyces yeast as promising recipients for obtaining recombinant strains - producers of MK used in the claimed way.

Для трансформации штамма реципиента может быть использован ген лактатдегидрогеназы из любого организма, кодирующий фермент с высоким сродством к пирувату.To transform the recipient strain, the lactate dehydrogenase gene from any organism encoding an enzyme with high affinity for pyruvate can be used.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.The inventive method is as follows.

Рекомбинантный штамм дрожжей рода Schizosaccharomyces, содержащий, по крайней мере, один чужеродный ген лактатдегидрогеназы, выращивают на полной дрожжевой среде предпочтительно в анаэробных условиях в течение 1-3 суток при температуре 25-30°С. Биомассу отделяют, ресуспендируют в минимальной дрожжевой среде, предпочтительно не содержащей источника азота, и инкубируют с образованием МК предпочтительно в анаэробных условиях. Концентрацию МК в культуральной жидкости определяют методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).A recombinant strain of the yeast of the genus Schizosaccharomyces containing at least one foreign gene of lactate dehydrogenase is grown on a complete yeast medium, preferably under anaerobic conditions for 1-3 days at a temperature of 25-30 ° C. The biomass is separated, resuspended in a minimal yeast medium, preferably not containing a nitrogen source, and incubated to form MK, preferably under anaerobic conditions. The concentration of MK in the culture fluid is determined by high performance liquid chromatography (HPLC).

Для демонстрации осуществления заявляемого способа сконструирован заявляемый рекомбинантный штамм дрожжей Schizosaccharomyces pombe ВКПМ У-3127, при создании которого в качестве реципиента использовали один из штаммов, отобранных при скрининге, а именно штамм Schizosaccharomyces pombe ВКПМ У-285, а трансформацию штамма проводили геном IdhA из гриба Rhizopus oryzae.To demonstrate the implementation of the proposed method, the inventive recombinant strain of Schizosaccharomyces pombe VKPM U-3127 yeast was constructed, during the creation of which one of the strains selected during screening was used as a recipient, namely, the Schizosaccharomyces pombe VKPM U-285 strain, and strain A was transformed from the fungus I gene Rhizopus oryzae.

Работу по созданию штамма условно можно разбить на 4 этапа.The work on creating the strain can conditionally be divided into 4 stages.

1. Создание генетической конструкции для экспрессии гена IdhA из Rhizopus oryzae в клетках дрожжей Schizosaccharomyces pombe.1. Creation of a genetic construct for the expression of the IdhA gene from Rhizopus oryzae in Schizosaccharomyces pombe yeast cells.

Методом ПЦР по праймерам с перекрывающимися последовательностями получен фрагмент ДНК, содержащий IdhA ген Rhizopus oryzae под контролем промотора и терминатора гена nmt1 Schizosaccharomyces pombe в составе плазмиды pUC-nmt-Idh (фиг.1).The DNA fragment containing the IdhA gene of Rhizopus oryzae under the control of the promoter and terminator of the nmt1 Schizosaccharomyces pombe gene in the plasmid pUC-nmt-Idh was obtained by PCR using overlapping sequence primers (Fig. 1).

2. Создание интегративной плазмиды pdURA-nmt-Idh для трансформации Schizosaccharomyces pombe и экспрессии гена IdhA.2. Creation of the integrative plasmid pdURA-nmt-Idh for transformation of Schizosaccharomyces pombe and expression of the IdhA gene.

Методом ПЦР получен фрагмент ДНК, кодирующий часть аминокислотной последовательности гена URA4 Schizosaccharomyces pombe в составе плазмиды pUC-dURA4. Затем данный фрагмент ДНК перенесен на плазмиду pUC-nmt-Idh с образованием плазмиды pdURA-nmt-Idh (фиг.2).A DNA fragment was obtained by PCR that encodes part of the amino acid sequence of the Schizosaccharomyces pombe URA4 gene in the plasmid pUC-dURA4. Then this DNA fragment was transferred to the plasmid pUC-nmt-Idh with the formation of the plasmid pdURA-nmt-Idh (figure 2).

3. Трансформация штамма Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-285 плазмидой pdURA-nmt-Idh.3. Transformation of the strain Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-285 with the plasmid pdURA-nmt-Idh.

4. Гетерологичная экспрессия гена IdhA в штамме Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-285 при проведении ферментации.4. Heterologous expression of the IdhA gene in a strain of Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-285 during fermentation.

Сконструированный рекомбинантный штамм дрожжей Schizosaccharomyces pombe, содержащий гетерологичный ген IdhA из гриба Rhizopus oryzae и способный продуцировать молочную кислоту, отличается от штамма - ближайшего аналога способностью продолжать синтез МК при ее концентрации в среде 80-100 л.The constructed recombinant strain of Schizosaccharomyces pombe yeast, containing the heterologous IdhA gene from the fungus Rhizopus oryzae and capable of producing lactic acid, differs from the strain, the closest analogue, in its ability to continue MK synthesis at a concentration of 80-100 l.

Штамм депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) и имеет регистрационный номер ВКПМ Y-3127.The strain is deposited in the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) and has a registration number VKPM Y-3127.

Заявляемый штамм Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-3127 имеет следующие свойства.The inventive strain of Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-3127 has the following properties.

Культурально-морфологические признаки.Cultural and morphological characters.

Для описания культурально-морфологических признаков использовали среды "Malt extract", "Malt agar" и картофельно-кукурузный агар (The yeasts of toponomic study. Ed. N.J.W.Kreger-van Rij, Amsterdam, Elsevier Sci. Publ.B.V., 1984, p.421).To describe the cultural and morphological characters used the medium "Malt extract", "Malt agar" and potato-corn agar (The yeasts of toponomic study. Ed. NJWKreger-van Rij, Amsterdam, Elsevier Sci. Publ.BV, 1984, p. 421).

После трех дней культивирования на среде "Malt extract" культура образует клетки округлые, элипсоидальные и цилиндрические (3,0-5,0)×(5,0-15,0-24,0) мкм Осадок формируется.After three days of cultivation on a Malt extract medium, the culture forms round, ellipsoidal and cylindrical cells (3.0-5.0) × (5.0-15.0-24.0) μm. A precipitate forms.

На среде "Malt agar" на 5 сутки образует некрупные колонии белого или слегка кремоватого оттенка. Поверхность колоний гладкая, край ровный. Вегетативное размножение - деление клетки пополам.On the medium, "Malt agar" on day 5 forms medium-sized colonies of a white or slightly creamy hue. The surface of the colonies is smooth, the edge is even. Vegetative propagation - cell division in half.

Аски со спорами формируются на картофельно-кукурузном агаре. Конъюгация вегетативных клеток предшествует образованию асков, содержащих от 2-х до 4-х эллипсоидальных аскоспор. Свободные аскоспоры могут объединяться в небольшие группы.Askeys with spores form on potato corn agar. Conjugation of vegetative cells precedes the formation of asks containing from 2 to 4 ellipsoidal ascospores. Free ascospores can be combined into small groups.

Физиолого-биохимические признаки.Physiological and biochemical characteristics.

Культура способна сбраживать глюкозу, сахарозу, мальтозу и раффинозу. Не способна к брожению галактозы, лактозы и мелибиозы. Ассимилирует в качестве единственного источника углерода сахарозу, мальтозу, раффинозу. Не ассимилирует галактозу, целлобиозу, трегалозу, лактозу, ксилозу, арабинозу, рибозу, рамнозу, эритрит, рибитол, маннит, крахмал, янтарную, лимонную кислоты, инозит культура не ассимилирует нитраты, не способна расти на среде без витаминов.The culture is able to ferment glucose, sucrose, maltose and raffinose. Unable to ferment galactose, lactose and melibiosis. Assimilates sucrose, maltose, and raffinose as the sole carbon source. It does not assimilate galactose, cellobiose, trehalose, lactose, xylose, arabinose, ribose, rhamnose, erythritol, ribitol, mannitol, starch, succinic, citric acid, inositol culture does not assimilate nitrates, is not able to grow on a medium without vitamins.

Оптимальные условия для размножения штамма.Optimum conditions for the propagation of the strain.

Температура 30°С, рН 6, полная дрожжевая среда (Захаров А. и др. Сборник методик по генетике дрожжей сахаромицетов. - Л., Наука, 1984, стр.144).Temperature 30 ° С, pH 6, complete yeast medium (A. Zakharov et al. Collection of techniques for the genetics of saccharomycetes yeast. - L., Nauka, 1984, p. 144).

Штамм хранится в лиофилизированном виде или в парах жидкого азота.The strain is stored in lyophilized form or in pairs of liquid nitrogen.

Полученный штамм Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-3127 сохраняет способность к образованию молочной кислоты после 18 последовательных пересевов на полноценной среде.The obtained strain of Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-3127 retains the ability to form lactic acid after 18 consecutive transfers in a complete medium.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами графического изображения:The invention is illustrated by the following figures of the graphic image:

Фиг.1 Схема конструирования плазмиды pUC-nmt-ldh.Figure 1 Scheme for the construction of plasmids pUC-nmt-ldh.

Фиг.2 Схема конструирования плазмиды pdURA-nmt-ldh.Figure 2 Scheme for the construction of the plasmid pdURA-nmt-ldh.

Фиг.3 Схема, отображающая механизм инактивации гена URA4 Schizosaccharomyces pombe при интеграции плазмиды pdURA-nmt-ldh в хромосому III Schizosaccharomyces pombe.Figure 3 Scheme depicting the inactivation mechanism of the URA4 Schizosaccharomyces pombe gene upon integration of the plasmid pdURA-nmt-ldh into chromosome III of Schizosaccharomyces pombe.

Фиг.4 Накопление МК в среде при культивировании штамма Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-3127.Figure 4 The accumulation of MK in the medium during cultivation of a strain of Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-3127.

Фиг.5 Динамика накопления МК при разных начальных концентрациях ее в среде.Figure 5 Dynamics of MK accumulation at different initial concentrations in the medium.

Изобретение подтверждено следующими примерами.The invention is confirmed by the following examples.

Пример 1. Определение скорости гликолиза у нерекомбинантных штаммов родов Saccharomyces и Schizosaccharomyces.Example 1. Determination of glycolysis rate in non-recombinant strains of the genera Saccharomyces and Schizosaccharomyces.

Исследуемые дрожжи двое суток выращивали на полной дрожжевой среде (мас.%): глюкоза 5,0, дрожжевой экстракт 0,5, пептон 1,0, вода остальное, при 30°С в колбах объемом 750 мл при перемешивании на качалке (250 об/мин). Объем культуральной жидкости 25 мл. В качестве посевного материала использовали односуточную биомассу дрожжей (2,5×106 клеток), выращенную на полной дрожжевой агаризованной среде.The studied yeast for two days was grown on a complete yeast medium (wt.%): Glucose 5.0, yeast extract 0.5, peptone 1.0, water the rest, at 30 ° C in 750 ml flasks with stirring on a shaker (250 r / min). The volume of the culture fluid is 25 ml. As a seed, a one-day biomass of yeast (2.5 × 10 6 cells) grown on a complete yeast agar medium was used.

Биомассу отделяли центрифугированием, отмывали дистиллированной водой и по 0,2 г сырой биомассы переносили в пробирки объемом 40 мл с минимальной средой следующего состава (мас.%): глюкоза 1, КН2PO4 0,085; K2HPO4 0,015; MgSO4 0,05; NaCl 0,01; CaCl2 0,01; биотин 2×10-5; пантотенат Са 2×10-4; фолиевая кислота 2×10-6; инозит 1×10-2; никотиновая кислота 4×10-4; парааминобензойная кислота 2×10-4; пиридоксин гидрохлорида 4×10-4; рибофлавин 2×10-4; борная кислота 2×10-6; CuSO4 5×10-6; KJ 1×10-5; FeCL3 2×10-5; MnSO4 4×10-5; Na2MoO4 2×10-5; ZnSO4 4×10-5, вода остальное.The biomass was separated by centrifugation, washed with distilled water, and 0.2 g of crude biomass was transferred into 40 ml tubes with a minimum medium of the following composition (wt.%): Glucose 1, KH 2 PO 4 0,085; K 2 HPO 4 0.015; MgSO 4 0.05; NaCl 0.01; CaCl 2 0.01; biotin 2 × 10 -5 ; pantothenate Ca 2 × 10 -4 ; folic acid 2 × 10 -6 ; inositol 1 × 10 -2 ; nicotinic acid 4 × 10 -4 ; para-aminobenzoic acid 2 × 10 -4 ; pyridoxine hydrochloride 4 × 10 -4 ; riboflavin 2 × 10 -4 ; boric acid 2 × 10 -6 ; CuSO 4 5 × 10 -6 ; KJ 1 x 10 -5 ; FeCL 3 2 × 10 -5 ; MnSO 4 4 × 10 -5 ; Na 2 MoO 4 2 × 10 -5 ; ZnSO 4 4 × 10 -5 , the rest is water.

Пробирки оснащены специальными сернокислотными затворами, обеспечивающими стерильность и анаэробные условия проведения опыта.The tubes are equipped with special sulfuric acid shutters, providing sterility and anaerobic conditions for the experiment.

Каждый штамм культивировали в течение 3-х часов при температуре 30°С и рН 4,0. Скорость гликолиза определяли в среде без добавления МК, при начальной концентрации МК 50 г/л, 80 г/л и 100 г/л.Each strain was cultured for 3 hours at a temperature of 30 ° C and pH 4.0. The glycolysis rate was determined in the medium without the addition of MK, at an initial MK concentration of 50 g / l, 80 g / l and 100 g / l.

По окончании культивирования измеряли концентрацию глюкозы в культуральной жидкости и рассчитывали скорость гликолиза по формулеAt the end of the cultivation, the glucose concentration in the culture fluid was measured and the glycolysis rate was calculated by the formula

Vгликолиза=(СT1глюк-СT0глюк)ΔТ,V glycolysis = (C T1 glitch-C T0 glitch) ΔT,

гдеWhere

Vгликолиза - скорость гликолиза, г/л×час;V glycolysis — glycolysis rate, g / l × hour;

СT0глюк - концентрация глюкозы в начальный момент времени, г/л;With T0 glitch - glucose concentration at the initial time, g / l;

СT1глюк - концентрация глюкозы по окончании культивирования, г/л;With T1 glitch - glucose concentration at the end of cultivation, g / l;

ΔТ - время культивирования, час.ΔТ - cultivation time, hours.

Концентрацию глюкозы определяли на спектрофотометре при длине волны 500 нм с использованием набора реактивов для определения содержания глюкозы в сыворотке и плазме крови ("Диаком Глюкоза ГО". Москва).The glucose concentration was determined on a spectrophotometer at a wavelength of 500 nm using a set of reagents for determining the glucose content in serum and blood plasma ("Diacom Glucose GO". Moscow).

В табл.2 приведены результаты определения скорости гликолиза для 22 штаммов дрожжей рода Schizosaccharomyces, относящихся к 3-м известным в настоящее время видам данного рода.Table 2 shows the results of determining the glycolysis rate for 22 strains of the yeast of the genus Schizosaccharomyces belonging to the 3 currently known species of this genus.

Для сравнения в табл.2 приведена также скорость гликолиза для 4 штаммов дрожжей рода Saccharomyces, которые продемонстрировали способность осуществлять гликолиз при рН 4,0 и концентрации МК в среде 80 г/л.For comparison, Table 2 also shows the glycolysis rate for 4 yeast strains of the genus Saccharomyces, which demonstrated the ability to perform glycolysis at pH 4.0 and a concentration of MK in the medium of 80 g / L.

Из приведенных результатов следует, что впервые обнаружена специфическая для дрожжей рода Schizosaccharomyces способность осуществлять гликолиз в кислой среде в условиях повышенного (50-100 г/л) содержания МК в среде.From the above results it follows that for the first time a specific ability for yeast of the genus Schizosaccharomyces was found to be capable of glycolysis in an acidic medium under conditions of an increased (50-100 g / l) MK content in the medium.

Это послужило основанием для использования дрожжей этого рода в качестве реципиентов при конструировании рекомбинантных штаммов-продуцентов МК.This served as the basis for the use of yeast of this kind as recipients in the construction of recombinant strains producing MK.

Таблица 2table 2 Вид, штаммType, strain Скорость гликолиза (г/л/час) при рН 4,0Glycolysis rate (g / l / hr) at pH 4.0 Schizosaccharom yces pombeSchizosaccharom yces pombe Контроль (без МК)Control (without MK) Начальная концентрация МКThe initial concentration of MK 50 г/л50 g / l 80 г/л80 g / l 100 г/л100 g / l Y-285Y-285 1,261.26 1,191.19 0,510.51 0,310.31 Y-282Y-282 0,720.72 0,620.62 0,280.28 -- Y-747Y-747 0,620.62 0,590.59 0,240.24 0,160.16 Y-2586Y-2586 0,490.49 0,460.46 0,270.27 -- Y-2592Y-2592 0,520.52 0,440.44 0,280.28 -- Y-2596Y-2596 0,600.60 0,560.56 0,280.28 -- Y-2594Y-2594 0,490.49 0,410.41 0,270.27 -- Y-2590Y-2590 0,690.69 0,620.62 0,290.29 -- Y-2591Y-2591 0,630.63 0,550.55 0,270.27 0,190.19 Y-2588Y-2588 0,560.56 0,490.49 0,250.25 -- Y-2593Y-2593 0,650.65 0,550.55 0,300.30 0,220.22 Y-2587Y-2587 0,480.48 0,450.45 0,200.20 -- Y-2595Y-2595 0,570.57 0,520.52 0,250.25 0,180.18 Y-304Y-304 0,500.50 0,460.46 0,350.35 0,130.13 Y-319Y-319 0.730.73 0,690.69 0,380.38 0,280.28 Y-774Y-774 0,390.39 0,370.37 0,220.22 -- Y-585Y-585 0,500.50 0,400.40 0,290.29 0,140.14 Y-441Y-441 0,410.41 0,390.39 0,270.27 -- Y-3106Y-3106 0,660.66 0,600.60 0,320.32 0,200.20 Y-3107Y-3107 0,550.55 0,510.51 0,250.25 -- Schizosaccharomyces japonicusSchizosaccharomyces japonicus Y-3131Y-3131 0,590.59 0,580.58 0,360.36 0,180.18 Schizosaccharomyces octosporusSchizosaccharomyces octosporus Y-3132Y-3132 0,610.61 0,550.55 0,360.36 0,170.17 Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae Y-1213Y-1213 0,570.57 0,310.31 0,100.10 -- Y-1218Y-1218 0,490.49 0,260.26 0,080.08 -- Saccharomyces exigansSaccharomyces exigans Y-2550Y-2550 0,370.37 0,200.20 0,110.11 -- Saccharomyces castelliiSaccharomyces castellii Y-2538Y-2538 0,430.43 0,250.25 0,130.13 --

Пример: 2 Конструирование штамма Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-3127.Example: 2 Construction of a strain of Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-3127.

При конструировании заявляемого рекомбинантного штамма в качестве реципиента использовали штамм Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-285, который при проведении скрининга показал наибольшую скорость гликолиза при культивировании в присутствии МК. Трансформацию штамма проводили плазмидной ДНК, несущей ген IdhA гриба Rhizopus oryzae с известной нуклеотидной последовательностью (Applied and Environmental Microbiology, June 2000, 2343-2348).When constructing the inventive recombinant strain, the Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-285 strain was used as a recipient, which, when screened, showed the highest glycolysis rate during cultivation in the presence of MK. The strain was transformed with plasmid DNA carrying the IdhA gene of the fungus Rhizopus oryzae with a known nucleotide sequence (Applied and Environmental Microbiology, June 2000, 2343-2348).

Этап 1. Создание генетической конструкции для экспрессии гена IdhA Rhizopus oryzae в Schizosaccharomyces pombe.Step 1. Creation of a genetic construct for the expression of the IdhA gene of Rhizopus oryzae in Schizosaccharomyces pombe.

Для экспрессии гена IdhA R. oryzae в Schizosaccharomyces pombe получают конструкцию, содержащую этот ген под контролем промотора и терминатора гена nmtl Schizosaccharomyces pombe. Все приведенные ниже праймеры для ПЦР синтезированы фирмой Syntol (Москва), а их последовательности подобраны исходя из последовательностей ДНК, находящихся в открытом доступе (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank/index.html).To express the R. oryzae IdhA gene in Schizosaccharomyces pombe, a construct containing the gene under the control of the promoter and terminator of the nmtl Schizosaccharomyces pombe gene is obtained. All of the PCR primers listed below were synthesized by Syntol (Moscow), and their sequences were selected based on publicly available DNA sequences (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank/index.html).

Фрагмент ДНК размером 989 п.н., кодирующий аминокислотную последовательность гена IdhA R. oryzae, получают при помощи ПЦР с использованием Pfu-полимеразы (Fermentas Inc.) и праймеров: TCGCTTTGTTAAATCATGGTATTACACTCAAAGGTCG (G-ldhA-F) и GAGACATTCCTTTTAACAGCTACTTTTAGAAAAGGAAG (G-ldhA-R). В качестве матрицы для ПЦР используют тотальную геномную ДНК R. oryzae NRRL 395, полученную фенольным методом (Letters in Applied Microbiology 2000, 30, 53-56).A DNA fragment of 989 bp encoding the amino acid sequence of the gene IdhA R. oryzae, prepared by PCR using Pfu-Polymerase (Fermentas Inc.), and primers: TCGCTTTGTTAAATCATGGTATTACACTCAAAGGTCG (G-ldhA-F) and GAGACATTCCTTTTAACAGCTACTTTTAGAAAAGGAAG (G-ldhA- R). The total genomic DNA of R. oryzae NRRL 395 obtained by the phenolic method (Letters in Applied Microbiology 2000, 30, 53-56) is used as a template for PCR.

Фрагмент ДНК размером 1182 п.н., кодирующий последовательность промотора гена nmtl Schizosaccharomyces pombe, получают при помощи ПЦР с использованием Pfu-полимеразы (Fermentas Inc.) и праймеров: TTAGCGCTAAGACAGAATAAGTCATCAGCG (P-nmtl-F) и CTTTGAGTGTAATACCATGATTTAACAAAGCGACTATAA (P-nmtl-R). Матрицей для ПЦР служит тотальная геномная ДНК Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-285, полученная фенольным методом.A 1182 bp DNA fragment encoding the promoter sequence of the nmtl Schizosaccharomyces pombe gene was obtained by PCR using Pfu polymerase (Fermentas Inc.) and primers: TTAGCGCTAAGACAGAATAAGTCATCAGCG (P-nmtl-F) and CTTTACGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTAGTTA ) The matrix for PCR is the total genomic DNA of Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-285 obtained by the phenolic method.

Фрагмент ДНК размером 285 п.н., кодирующий последовательность терминатора гена nmtl Schizosaccharomyces pombe, получают при помощи ПЦР с использованием Pfu-полимеразы (Fermentas Inc.) и праймеров: TCTAAAAGTAGCTGTTAAAAGGAATGTCTCCCTTGC (T-nmtl-F) и AAAGCGCTGGGTTCATATTTTTGGGCCAC (T-nmtl-R). Матрицей для ПЦР служит тотальная геномная ДНК Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-285.A 285 bp DNA fragment encoding the sequence of the nmtl Schizosaccharomyces pombe gene terminator was obtained by PCR using Pfu polymerase (Fermentas Inc.) and primers: TCTAAAAGTAGCTGTTAAAAGGAATGTCTCCCTTGG (T-nmtl-GTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT ) The matrix for PCR is the total genomic DNA of Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-285.

Все три фрагмента амплифицированной ДНК очищают после электрофореза в 1% агарозном геле методом экстракции ДНК (Kit #K0513, Fermentas Inc.). Очищенные фрагменты ДНК размером 989 п.н. и 285 п.н. в количестве по 0,05 мкг используют в качестве матрицы для ПЦР по праймерам G-ldhA-F и T-nmtl-R, с использованием Pfu-полимеразы (Fermentas Inc.).All three fragments of amplified DNA are purified after electrophoresis on a 1% agarose gel by DNA extraction (Kit # K0513, Fermentas Inc.). Purified DNA fragments 989 bp in size and 285 bp in an amount of 0.05 μg are used as a template for PCR using primers G-ldhA-F and T-nmtl-R, using Pfu polymerase (Fermentas Inc.).

Полученный фрагмент ДНК размером 1261 п.н. очищают в агарозном геле аналогичным методом и используют вместе с фрагментом ДНК размером 1182 п.н. в качестве матрицы для ПЦР в количестве 0,05 мкг каждого по праймерам P-nmtl-F и Т-nmtl-R. 0,5 мкг фрагмента ДНК размером 2411 п.н., полученного после амплификации, электрофореза в агарозном геле и очистки, лигируют с 0,2 мкг ДНК вектора pUC19, обработанной эндонуклеазой рестрикции Hindi, и трансформируют в Е. coli XL1(Blue) методом электропорации (Molecular Cloning, J. Sambrook et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989, 1, 1.75). Клоны, содержащие необходимую вставку амплифицированной ДНК размером 2411 п.н., отбирают на чашках с агаризованной средой LB (мас.%): триптон 1, дрожжевой экстракт 0,5, NaCl 0,5, вода остальное, по устойчивости к ампициллину и стандартному тесту на отсутствие активности β-галактозидазы (Molecular Cloning, J. Sambrook et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989, 1, 1.85-1.86). Плазмидную ДНК, выделенную из отобранных клонов, проверяют рестрикционным анализом и секвенируют (праймеры M13/pUC 17-mer, M13/pUC reverse 17-mer, G-ldhA-F, G-ldhA-R и CTGATATATGAAAATAATACCCAC). Полученная плазмида размером 5095 н.п. названа pUC-nmt-Idh (фиг.1).The resulting DNA fragment size of 1261 bp purified on an agarose gel by a similar method and used together with a DNA fragment 1182 bp in size. as a matrix for PCR in an amount of 0.05 μg each of the primers P-nmtl-F and T-nmtl-R. 0.5 μg of a 2411 bp DNA fragment obtained after amplification, agarose gel electrophoresis and purification are ligated with 0.2 μg of pUC19 vector DNA treated with Hindi restriction endonuclease and transformed into E. coli XL1 (Blue) by electroporation (Molecular Cloning, J. Sambrook et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989, 1, 1.75). Clones containing the required 2411 bp amplified DNA insert were selected on plates with LB agar medium (wt.%): Tryptone 1, yeast extract 0.5, 0.5 NaCl, rest water, ampicillin and standard resistance a test for the absence of β-galactosidase activity (Molecular Cloning, J. Sambrook et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989, 1, 1.85-1.86). Plasmid DNA isolated from the selected clones was checked by restriction analysis and sequenced (primers M13 / pUC 17-mer, M13 / pUC reverse 17-mer, G-ldhA-F, G-ldhA-R and CTGATATATGAAAATAATACCCAC). The resulting plasmid size 5095 N. p. named pUC-nmt-Idh (FIG. 1).

Этап 2. Создание интегративной плазмиды pdURA-nmt-Idh для трансформации Schizosaccharomyces pombe и экспрессии гена IdhA.Step 2. Creation of an integrative plasmid pdURA-nmt-Idh for transformation of Schizosaccharomyces pombe and expression of the IdhA gene.

Для создания вектора, способного интегрироваться в хромосому Schizosaccharomyces pombe, получают фрагмент ДНК, кодирующий часть аминокислотной последовательности гена URA4 Schizosaccharomyces pombe, при помощи ПЦР с использованием Taq-полимеразы (Fermentas Inc.) и праймеров: AAGGATCCAGCTATTCAGCTAGAGCTGAG и AAGAGCTCTTTGAAGGTTAGGAAATCGAC. Матрицей для ПЦР служит тотальная геномная ДНК Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-285. Для реакции амплификации используют по 100 наномолей каждого праймера. 0,5 мкг амплифицированной ДНК размером 569 п.н. расщепляют эндонуклеазами BamHI и Sad и лигируют с 0,2 мкг ДНК вектора pUC19, обработанной тем же способом. Полученную плазмиду трансформируют в Е.coli XL1(Blue). Клоны, содержащие необходимую вставку амплифицированной ДНК размером 559 п.н., отбирают по устойчивости к ампициллину и стандартному тесту на отсутствие активности 6-галактозидазы. Плазмидную ДНК, выделенную из отобранных клонов, проверяют рестрикционным анализом. Полученная плазмида размером 3230 н.п. названа pUC-dURA4. Она содержит фрагмент ДНК 559 п.н., гомологичный части открытой рамки считывания последовательности гена URA4 Schizosaccharomyces pombe. Такая плазмида может быть использована в качестве интегративного вектора, т.к. при рекомбинации по области гомологии на хромосоме Schizosaccharomyces pombe встраивается в нее с образованием двух делегированных копий гена URA4 (фиг.3).To create a vector capable of integrating into a chromosome of Schizosaccharomyces pombe, a DNA fragment encoding a portion of the amino acid sequence of the gene URA4 Schizosaccharomyces pombe, by PCR using Taq-polymerase (Fermentas Inc.), and primers: AAGGATCCAGCTATTCAGCTAGAGCTGAG and AAGAGCTCTTTGAAGGTTAGGAAATCGAC. The matrix for PCR is the total genomic DNA of Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-285. For the amplification reaction, 100 nanomoles of each primer are used. 0.5 μg of amplified DNA of 569 bp digested with BamHI and Sad endonucleases and ligated with 0.2 μg of pUC19 vector DNA treated in the same manner. The resulting plasmid was transformed into E. coli XL1 (Blue). Clones containing the required 559 bp amplified DNA insert are selected for ampicillin resistance and standard 6-galactosidase activity test. Plasmid DNA isolated from selected clones was checked by restriction analysis. The resulting plasmid size 3230 N. p. named pUC-dURA4. It contains a 559 bp DNA fragment homologous to parts of the open reading frame of the Schizosaccharomyces pombe URA4 gene sequence. Such a plasmid can be used as an integrative vector, because when recombining in the homology region on the chromosome, Schizosaccharomyces pombe integrates into it with the formation of two delegated copies of the URA4 gene (Fig. 3).

1 мкг ДНК плазмиды pUC-dURA4 обрабатывают эндонуклеазами рестрикции BamHI и Sad. Меньший из полученных фрагментов размером 559 н.п., содержащий часть аминокислотной последовательности гена URA4 Schizosaccharomyces pombe, очищают методом экстракции после электрофореза в агарозном геле. Таким же способом разрезают и очищают плазмиду pUC-mnt-ldh. 0,2 мкг ДНК полученной линеаризованной плазмиды pUC-nmt-Idh обрабатывают щелочной фосфатазой (#EF0341, Fermentas Inc.), лигируют с 0,5 мкг фрагмента ДНК размером 559 н.п. и трансформируют в Е.coli XLl(Blue) методом электропорации. Трансформанты отбирают по устойчивости к ампициллину. Плазмидную ДНК, выделенную из отобранных клонов, проверяют рестрикционным анализом. Полученная плазмида размером 5639 н.п. названа pdURA-nmt-Idh (фиг.2).1 μg of DNA of the plasmid pUC-dURA4 is treated with restriction endonucleases BamHI and Sad. The smallest of the obtained fragments, 559 bp in size, containing a portion of the amino acid sequence of the Schizosaccharomyces pombe URA4 gene, is purified by extraction after agarose gel electrophoresis. The plasmid pUC-mnt-ldh is cut and purified in the same manner. 0.2 μg of DNA of the obtained linearized plasmid pUC-nmt-Idh is treated with alkaline phosphatase (# EF0341, Fermentas Inc.), ligated with 0.5 μg of a 559 bp DNA fragment. and transformed into E. coli XLl (Blue) by electroporation. Transformants are selected for ampicillin resistance. Plasmid DNA isolated from selected clones was checked by restriction analysis. The resulting plasmid size 5639 N. p. named pdURA-nmt-Idh (FIG. 2).

Этап 3. Трансформация штамма Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-285 плазмидой pdURA-nmt-Idh.Step 3. Transformation of the strain Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-285 plasmid pdURA-nmt-Idh.

Штамм Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-285 культивируют в YE среде (Experiments with Fission Yeast, C.Alfa et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press 1992, 129) при 30°С и перемешивании на качалке (250 об/мин) до плотности клеток 108/мл. Отмывают дважды равным объемом ледяной дистиллированной воды и дважды ледяным 1М раствором сорбита. 107 клеток ресуспендируют в 50 мкл 1М раствора сорбита и добавляют 5 мкг ДНК, линеаризованной при помощи эндонуклеазы рестрикции StuI плазмиды pdURA-nmt-Idh. Суспензию помещают в кювету для электропорации с расстоянием между электродами 0,2 см и порируют при 1500В. Сразу после порации суспензию разбавляют 300 мкл 1М раствора сорбита. 5×106 клеток (1/10 часть суспензии) засевают в колбу объемом 750 мл и культивируют 48 ч в 30 мл YE среды с добавлением урацила (50 мг/л) и тиамина (0.1 мг/л) при 30°С и 250 об/мин. 108 клеток высевают на чашку с агаризованной EMM средой (Experiments with Fission Yeast, C. Alfa et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press 1992, 128) с добавлением 5-фтороротовой кислоты (5-FOA) (1 г/л) и урацила (50 мг/л). Колонии, появившиеся на пятый день, проверяют на ауксотрофность по урацилу методом реплики на аналогичной среде (без 5-FOA) с добавлением урацила и без него. Ауксотрофные по урацилу клоны проверяют на наличие плазмиды, интегрировавшейся в хромосому в область гена URA4, по ПЦР (праймеры AGCTCGAGAAGCTTAGCTACAAATCC и GTAAAACGACGGCCAGT). Трансформанты, ауксотрофные по урацилу и содержащие плазмиду pdURA-nmt-Idh в интегрированном виде, используют для проведения ферментации.The Schizosaccharomyces pombe strain VKPM Y-285 is cultured in YE medium (Experiments with Fission Yeast, C. Alfa et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press 1992, 129) at 30 ° C and stirring on a shaker (250 rpm) to cell density 10 8 / ml. Wash twice with an equal volume of ice distilled water and twice with ice-cold 1M sorbitol solution. 10 7 cells are resuspended in 50 μl of a 1M sorbitol solution and 5 μg of DNA linearized with StuI restriction endonuclease plasmid pdURA-nmt-Idh is added. The suspension is placed in an electroporation cuvette with an electrode spacing of 0.2 cm and is porous at 1500V. Immediately after pore formation, the suspension is diluted with 300 μl of a 1M sorbitol solution. 5 × 10 6 cells (1/10 of the suspension) are seeded in a 750 ml flask and cultured for 48 h in 30 ml of YE medium supplemented with uracil (50 mg / l) and thiamine (0.1 mg / l) at 30 ° C and 250 rpm 10 8 cells are plated on an EMM agar plate (Experiments with Fission Yeast, C. Alfa et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press 1992, 128) supplemented with 5-fluorotoric acid (5-FOA) (1 g / L) and uracil (50 mg / l). Colonies that appeared on the fifth day were tested for uracil auxotrophy by the replica method on a similar medium (without 5-FOA) with and without uracil. Uracil auxotrophic clones are checked for the presence of a plasmid integrated into the chromosome in the region of the URA4 gene by PCR (primers AGCTCGAGAAGCTTAGCTACAAATCC and GTAAAACGACGGCCAGT). Uracil auxotrophic transformants and containing the plasmid pdURA-nmt-Idh in integrated form are used for fermentation.

Этап 4. Гетерологичная экспрессия гена IdhA в штамме Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-285 при проведении ферментации.Stage 4. Heterologous expression of the IdhA gene in the Schizosaccharomyces pombe strain VKPM Y-285 during fermentation.

Трансформанты, отобранные на этапе 3, культивируют в течение 48 часов при 30°С и перемешивании на качалке (250 об/мин) на YE среде с добавлением глюкозы 20 г/л, урацила (50 мг/л) и тиамина (0.1 мг/л). После отмывки 107 клеток ресуспендируют в 10 мл минимальной дрожжевой среды (пример 1) с добавлением глюкозы 100 г/л (рН 5.1) и инкубируют при 30°С в течение 72 ч. Клетки осаждают и культуральную жидкость анализируют на наличие молочной кислоты. Анализ показал, что все отобранные трансформанты способны продуцировать МК. Наличие молочной кислоты в культуральной жидкости трасформантов и отсутствие ее в культуральной жидкости реципиентного штамма Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-285 указывает на то, что получен штамм дрожжей с клонированным гетерологичным и эффективно экспрессирующимся геном лактатдегидрогеназы из гриба Rhizopus oryzae.The transformants selected in stage 3 are cultured for 48 hours at 30 ° C and stirring on a shaker (250 rpm) on YE medium with the addition of glucose 20 g / l, uracil (50 mg / l) and thiamine (0.1 mg / l). After washing, 10 7 cells are resuspended in 10 ml of minimal yeast medium (Example 1) with the addition of glucose 100 g / L (pH 5.1) and incubated at 30 ° C for 72 hours. The cells are pelleted and the culture fluid is analyzed for the presence of lactic acid. Analysis showed that all selected transformants are capable of producing MK. The presence of lactic acid in the culture fluid of transformants and its absence in the culture fluid of the recipient strain of Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-285 indicates that a yeast strain with a cloned heterologous and efficiently expressed lactate dehydrogenase gene from the fungus Rhizopus oryzae was obtained.

Трансформант Schizosaccharomyces pombe, показавший наибольшую продуктивность по МК, заложен на хранение, депонирован в ВКПМ под номером ВКПМ Y-3127 и использован для дальнейших исследований.The Schizosaccharomyces pombe transformant, which showed the highest MK productivity, was deposited, deposited in VKPM under VKPM number Y-3127 and used for further studies.

Пример 3. Синтез МК с использованием рекомбинантного штамма ВКПМ Y-3127.Example 3. Synthesis of MK using a recombinant strain VKPM Y-3127.

Посевной материал готовят, как описано в примере 1.Seed is prepared as described in example 1.

Процесс биосинтеза осуществляют в 3 стадии.The biosynthesis process is carried out in 3 stages.

1. Дрожжи выращивают на жидкой полной дрожжевой среде следующего состава (мас.%): глюкоза 10, пептон 1, дрожжевой экстракт 1, вода остальное. Культивирование проводят в анаэробных условиях 3 суток при 30°С. Биомассу отделяют от культуральной жидкости центрифугированием и дважды промывают дистиллированной водой.1. Yeast is grown on a liquid complete yeast medium of the following composition (wt.%): Glucose 10, peptone 1, yeast extract 1, water the rest. Cultivation is carried out under anaerobic conditions for 3 days at 30 ° C. The biomass is separated from the culture fluid by centrifugation and washed twice with distilled water.

2. По 0,2 г сырой биомассы переносят в пробирки с минимальной средой следующего состава (мас.%): глюкоза 10, КН2PO4 0,085; К2HPO4 0,015; MgSO4 0,05; (NH4)2SO4 0,35; NaCl 0,01; CaCl2 0,01; биотин 2×10-5; пантотенат Са 2×10-4; фолиевая кислота 2×10-6; инозит 1×10-2; никотиновая кислота 4×10-4; парааминобензойная кислота 2×10-4; пиридоксин гидрохлорида 4×10-4; рибофлавин 2×10-4; борная кислота 2×10-6; CuSO4 5×10-6; KJ 1×10-5; FeCL3 2×10-5; MnSO4 4×10-5; Na2MoO4 2×10-5; ZnSO4 4×10-5, вода остальное, и инкубируют в течение 16 часов при 30°С в анаэробных условиях. Биомассу отделяют центрифугированием и промывают дистиллированной водой.2. 0.2 g of raw biomass is transferred into test tubes with a minimum medium of the following composition (wt.%): Glucose 10, KH 2 PO 4 0,085; K 2 HPO 4 0.015; MgSO 4 0.05; (NH 4 ) 2 SO 4 0.35; NaCl 0.01; CaCl 2 0.01; biotin 2 × 10 -5 ; pantothenate Ca 2 × 10 -4 ; folic acid 2 × 10 -6 ; inositol 1 × 10 -2 ; nicotinic acid 4 × 10 -4 ; para-aminobenzoic acid 2 × 10 -4 ; pyridoxine hydrochloride 4 × 10 -4 ; riboflavin 2 × 10 -4 ; boric acid 2 × 10 -6 ; CuSO 4 5 × 10 -6 ; KJ 1 x 10 -5 ; FeCL 3 2 × 10 -5 ; MnSO 4 4 × 10 -5 ; Na 2 MoO 4 2 × 10 -5 ; ZnSO 4 4 × 10 -5 , the rest water, and incubated for 16 hours at 30 ° C under anaerobic conditions. The biomass is separated by centrifugation and washed with distilled water.

3. По 0,2 г сырой биомассы переносят в пробирки с минимальной средой, по примеру 1, но при концентрации глюкозы 10 мас.%. Ферментацию проводят в течение 8 суток при 30°С и рН 5,5 (рН-статирование осуществляют мелом).3. 0.2 g of raw biomass is transferred into test tubes with a minimal medium, as in Example 1, but at a glucose concentration of 10 wt.%. Fermentation is carried out for 8 days at 30 ° C and pH 5.5 (pH-statization is carried out with chalk).

Динамика накопления МК в культуральной жидкости приведена на фиг.4.The dynamics of the accumulation of MK in the culture fluid is shown in Fig.4.

Полученные данные подтверждают, что заявляемый рекомбинантный штамм - продуцент МК - продолжает синтезировать МК в условиях, когда ее концентрация превышает 50 г/л.The data obtained confirm that the inventive recombinant strain - producer MK - continues to synthesize MK under conditions when its concentration exceeds 50 g / l.

Пример 4. Демонстрация способности штамма ВКПМ Y-3127 осуществлять биосинтез МК при разной начальной концентрации ее в культуральной жидкости.Example 4. Demonstration of the ability of the strain VKPM Y-3127 to carry out the biosynthesis of MK at different initial concentrations in the culture fluid.

Подготовку культуры осуществляют по схеме, описанной в примере 3.The preparation of the culture is carried out according to the scheme described in example 3.

По 2,0 г сырой биомассы, подготовленной на 2-й стадии, помещают в стеклянные ячейки объемом 40 мл и культивируют при 30°С, слабом перемешивании и рН 4,0. рН-статирование осуществляют 10% раствором NaOH. В часть ячеек перед началом культивирования добавляют молочную кислоту в концентрации 80 г/л и 100 г/л. Скорость накопления молочной кислоты рекомбинантным штаммом ВКПМ Y-3127 при высоких начальных концентрациях молочной кислоты приведена на фиг.5.2.0 g of crude biomass prepared in the 2nd stage are placed in 40 ml glass cells and cultured at 30 ° C, with gentle stirring and pH 4.0. pH-stating is carried out with 10% NaOH solution. Before part of the cultivation, lactic acid at a concentration of 80 g / l and 100 g / l is added to some of the cells. The accumulation rate of lactic acid with the recombinant strain VKPM Y-3127 at high initial concentrations of lactic acid is shown in Fig.5.

Приведенные данные подтверждают, что полученный штамм-продуцент может продуцировать МК при рН 4,0 и концентрациях молочной кислоты 80-100 г/л, что соответствует свойствам исходного штамма-реципиента, способного осуществлять гликолиз при высоком содержании МК в среде.The data presented confirm that the resulting producer strain can produce MK at pH 4.0 and concentrations of lactic acid of 80-100 g / l, which corresponds to the properties of the original recipient strain capable of glycolysis at a high content of MK in the medium.

Таким образом, в результате скрининга, проведенного среди 11 родов дрожжей (изучено 348 штаммов, принадлежащих к 53 видам), обнаружены дрожжи рода Schizosaccharomyces (изучено 22 штамма, принадлежащие к 3 известным видам), способные осуществлять гликолиз (первую стадию синтеза МК) в условиях повышенной концентрации молочной кислоты в среде и низких значениях рН.Thus, as a result of screening conducted among 11 genera of yeast (348 strains belonging to 53 species were studied), the yeast of the genus Schizosaccharomyces (22 strains belonging to 3 known species were studied) capable of glycolysis (the first stage of MK synthesis) under conditions increased concentration of lactic acid in the medium and low pH values.

На примере конкретного штамма дрожжей Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-3127, сконструированного на основе дрожжей рода Schizosaccharomyces, способных к осуществлению гликолиза в условиях повышенной концентрации МК, и гена лактатдегидрогеназы из гриба Rhizopus oryzae, придающего заявляемому штамму способность синтезировать МК, показана способность рекомбинантных штаммов рода Schizosaccharomyces, содержащих ген лактатдегидрогеназы, синтезировать МК в условиях ее повышенного содержания (80-100 г/л) в среде и низких значениях рН.On the example of a specific strain of the yeast Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-3127, constructed on the basis of the yeast of the genus Schizosaccharomyces, capable of glycolysis under conditions of increased MK concentration, and the lactate dehydrogenase gene from the fungus Rhizopus oryzae, which gives the claimed strain the ability to synthesize Schinocaris aces, recombin containing the lactate dehydrogenase gene, to synthesize MK under conditions of its increased content (80-100 g / l) in the medium and low pH values.

Заявляемый способ микробиологического синтеза молочной кислоты на основе рекомбинантных дрожжевых продуцентов из рода Schizosaccharomyces перспективен при использовании в производстве МК, т.к. устойчивость дрожжевых штаммов к низким рН позволяет проводить процесс без добавления рН-стабилизирующих реагентов, а способность рекомбинантных продуцентов продолжать синтез МК в условиях ее повышенной концентрации в среде приводит к увеличению эффективности процесса.The inventive method of microbiological synthesis of lactic acid based on recombinant yeast producers from the genus Schizosaccharomyces is promising when used in the manufacture of MK, because the resistance of yeast strains to low pH allows the process to be carried out without the addition of pH-stabilizing reagents, and the ability of recombinant producers to continue the synthesis of MK under conditions of its increased concentration in the medium leads to an increase in the efficiency of the process.

Claims (2)

1. Способ микробиологического синтеза молочной кислоты путем культивирования рекомбинантного штамма дрожжей - продуцента молочной кислоты, содержащего, по крайней мере, один чужеродный ген лактатдегидрогеназы, отличающийся тем, что в качестве штамма - продуцента молочной кислоты - используют рекомбинантный штамм дрожжей рода Schizosaccharomyces.1. The method of microbiological synthesis of lactic acid by culturing a recombinant yeast strain - a producer of lactic acid containing at least one foreign lactate dehydrogenase gene, characterized in that a recombinant strain of the genus Schizosaccharomyces is used as a strain producing lactic acid. 2. Рекомбинантный штамм дрожжей Schizosaccharomyces pombe ВКПМ Y-3127 - продуцент молочной кислоты.2. Recombinant strain of the yeast Schizosaccharomyces pombe VKPM Y-3127 - producer of lactic acid.
RU2004119091/13A 2004-06-24 2004-06-24 Method for microbiological synthesis of lactic acid and recombinant strain of yeast schizosaccharomyces pombe for its realization RU2268304C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004119091/13A RU2268304C1 (en) 2004-06-24 2004-06-24 Method for microbiological synthesis of lactic acid and recombinant strain of yeast schizosaccharomyces pombe for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004119091/13A RU2268304C1 (en) 2004-06-24 2004-06-24 Method for microbiological synthesis of lactic acid and recombinant strain of yeast schizosaccharomyces pombe for its realization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2268304C1 true RU2268304C1 (en) 2006-01-20

Family

ID=35873468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004119091/13A RU2268304C1 (en) 2004-06-24 2004-06-24 Method for microbiological synthesis of lactic acid and recombinant strain of yeast schizosaccharomyces pombe for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2268304C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539092C1 (en) * 2013-09-27 2015-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП "ГосНИИгенетика") RECOMBINANT STRAIN OF YEASTS Schizosaccharomyces pombe - PRODUCENT OF LACTIC ACID
RU2614233C1 (en) * 2015-12-22 2017-03-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГБУ "ГосНИИгенетика") Yeast transformant schizosaccharomyces pombe, producing lactic acid (versions) method for production thereof (versions), method for lactic acid microbiological synthesis using this transformant
RU2636467C2 (en) * 2014-05-09 2017-11-23 СиДжей ЧеилДжеданг Корпорейшн Microorganism, having high productivity in connection of dairy acid, and a method of obtaining dairy acid with using this microorganism
RU2650669C1 (en) * 2016-12-21 2018-04-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) Schizosaccharomyces pombe strain - lactic acid producer
RU2652877C1 (en) * 2016-12-21 2018-05-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) Method for modification of yeast schizosaccharomyces pombe by means of the cre-lox system of bacteriophage p1, transformant that is obtained in such a method and the method of microbiological synthesis of dairy acid
RU2711983C2 (en) * 2015-06-12 2020-01-23 СиДжей ЧеилДжеданг Корпорейшн Microorganism which produces lactic acid and method of producing lactic acid using thereof
RU2758138C2 (en) * 2015-12-21 2021-10-26 Карбио Recombinant yeast cells producing polylactic acid and their use

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539092C1 (en) * 2013-09-27 2015-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГУП "ГосНИИгенетика") RECOMBINANT STRAIN OF YEASTS Schizosaccharomyces pombe - PRODUCENT OF LACTIC ACID
RU2636467C2 (en) * 2014-05-09 2017-11-23 СиДжей ЧеилДжеданг Корпорейшн Microorganism, having high productivity in connection of dairy acid, and a method of obtaining dairy acid with using this microorganism
RU2711983C2 (en) * 2015-06-12 2020-01-23 СиДжей ЧеилДжеданг Корпорейшн Microorganism which produces lactic acid and method of producing lactic acid using thereof
RU2758138C2 (en) * 2015-12-21 2021-10-26 Карбио Recombinant yeast cells producing polylactic acid and their use
RU2614233C1 (en) * 2015-12-22 2017-03-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов" (ФГБУ "ГосНИИгенетика") Yeast transformant schizosaccharomyces pombe, producing lactic acid (versions) method for production thereof (versions), method for lactic acid microbiological synthesis using this transformant
RU2650669C1 (en) * 2016-12-21 2018-04-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) Schizosaccharomyces pombe strain - lactic acid producer
RU2652877C1 (en) * 2016-12-21 2018-05-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) Method for modification of yeast schizosaccharomyces pombe by means of the cre-lox system of bacteriophage p1, transformant that is obtained in such a method and the method of microbiological synthesis of dairy acid
RU2652877C9 (en) * 2016-12-21 2018-06-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ГосНИИгенетика) Method for modification of yeast schizosaccharomyces pombe by means of the cre-lox system of bacteriophage p1, transformant that is obtained in such a method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9556444B2 (en) Non-recombinant saccharomyces strains that grow on xylose
US8980617B2 (en) Yeast strains for improved ethanol production
Bal et al. Mycoflora dynamics analysis of Korean traditional wheat-based nuruk
Tolieng et al. Diversity of yeasts and their ethanol production at high temperature
RU2268304C1 (en) Method for microbiological synthesis of lactic acid and recombinant strain of yeast schizosaccharomyces pombe for its realization
Lahtchev et al. Isolation and properties of genetically defined strains of the methylotrophic yeast Hansenula polymorpha CBS4732
RU2539092C1 (en) RECOMBINANT STRAIN OF YEASTS Schizosaccharomyces pombe - PRODUCENT OF LACTIC ACID
YAMAZAKI et al. Asporogenous yeasts and their supposed ascosporogenous states: an electrophoretic comparison of enzymes
US11111474B2 (en) Bacterial strain producing 2,3-butanediol and other metabolites
Taya et al. Lactose-utilizing hybrid strain derived from Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces lactis by protoplast fusion
KR101777555B1 (en) Distilled liquor using Saccharomyces cerevisiae N9 and method for preparation thereof
Nojima et al. Isolation and characterization of triacylglycerol-secreting mutant strain from yeast, Saccharomyces cerevisiae
WO2016142419A1 (en) Metabolite production by lactic acid bacterium
JP3942718B2 (en) Liquor, food production method
CN1357630A (en) Method of producing adenosylmethionine
US11788053B2 (en) Microorganisms and methods for reducing bacterial contamination
JP4059454B2 (en) Liquor, food production method
Sharaf et al. Impact of some genetic treatments on the probiotic activities of Saccharomyces boulardii
SU1371969A1 (en) Saccharomuses cerevisiae strain used for production of dried bakery yeast
JPH11225737A (en) Production of liquor and food
CN116769618A (en) Functional microorganism for inhibiting ethyl acetate production
Oda et al. Role of maltose permease and α-glucosidase in maltose fermentation and dough-leavening of Torulaspora pretoriensis YK-1
KR20090019487A (en) Novel yeast strain isolated from takkju

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20170327

PD4A Correction of name of patent owner